电镀和化学镀技术

（四）金属的电沉积过程
金属电结晶三步骤对电沉积的影响： 3）在电流密度也相当大，过电位的绝对值很大时，被还 原的金属离子数量很多，在电极表面上形成了大量的吸附 原子。在这种情况下，它们很有可能聚积在一起，形成新 的晶核。而且极化越大形成晶核的几率就越大，速度就越 快，晶核的尺寸也就越小，因而可以获得细致光滑的金属 层。所以在电镀过程中，极需要在晶体生长的同时，还有 大量的晶核形成。电镀时总是设法使阴极电化学极化大一 些。
（一）电镀液组成 1.主盐：能够在阴极上沉积出所要求的镀层金属的 盐。 主盐浓度要有一个适当的范围。 主盐浓度高，溶液的导电性和电流效率一般都较 高，可使用较大的电流密度，加快沉积速度。但是， 主盐浓度升高会使阴极极化下降，出现镀层结晶较粗， 镀液的分散能力下降。 主盐浓度低，则采用的阴极电流密度较低，沉积 速度较慢，但其分散能力和覆盖能力均较浓溶液好。
电镀层的分类 3）功能性镀层： 五、热处理用镀层 为了改善机械零件的表面物理性能，常常需要进 行热处理。但是，如果零件的某些部位，在热处理 时不允许改变它原来的性能，就需要把这个部位局 部地保护起来。例如，防止局部渗碳需镀铜，防止 局部渗氮则应镀锡。
电镀层的分类: 3）功能性镀层： 六、修复性镀层 一些重要的机械零部件，例如各种轴、花键、齿 轮及压辊等，在使用过程中被磨损，或在加工过程 中磨削过度，均可用电镀法予以修复，使其重新发 挥作用。可用于修复尺寸的镀层金属有铜、铁、铬 等。 七、可焊性镀层 一些电子元器件组装时，需要进行钎焊。为了改 善它们的焊接性能，需要镀以锡、银等。
目前，金属镀层的应用已遍及经济活动的各个 生产和研究部门，例如机器制造、电子、仪器仪 表、能源、化工、轻工、交通运输、兵器、航空、 航天、原子能等。
பைடு நூலகம்一）电镀液组成
1.主盐：能够在阴极上沉积出所要求的镀层金属的盐。 根据主盐性质的不同，可将电镀溶液分为简单盐电镀溶液 和络合物电镀溶液两大类。 简单盐电镀溶液中主要金属离子以简单离子形式存在 （如Cu2+、Ni2+ 、Zn2+ 等），其溶液都是酸性的。 在络合物电镀溶液中，因含有络合剂，主要金属离子以 络离子形式存在（如 [Cu(CN)3]2-、 [Zn(CN)4]2-、 [Ag(CN)2]等），其溶液多数是碱性的，也有酸性的。
过电位----某一电流密度下电极电位与平衡电位的差值称为 过电位。
（四）金属的电沉积过程
外电流密度大小决定了电结晶按不同的生长方式进行： 1）在电流密度很小，电极电位偏离平衡电位不远时，金 属离子在阴极上还原的数量不多，吸附原子的浓度较小， 而且晶体表面 上的“生长点”也不太多。因此，吸附原子 在电极表面上的扩散距离相当长，可以从容不迫地进入晶 格，晶粒长得比较粗大。在这种情况下，表面扩散速度控 制着整个电结晶的速度。
阳极极化： （1）电化学极化
由于阳极表面金属氧化速度小于阳极电子通过导线流向 阴极的速度，使得阳极电极电位往正的方向移动，称为电化 学极化。 （2）浓差极化 由于阳极表面的金属离子向溶液中的扩散速度慢，导致 阳极表面金属离子浓度升高，抑制了阳极表面金属氧化速度， 使得阳极表面金属氧化速度小于阳极电子通过导线流向阴极 的速度，导致阳极电极电位往正的方向移动。 无论电化学极化，还是浓差极化，都是使阳极电极电位 向正方向偏移。
电镀层的分类: 3）功能性镀层： 二、抗高温氧化镀层 例如，转子发动机内腔需用镀铬防护，喷气发动 机转子叶片也可采用铬合金镀层。 三、导电性镀层 在电子工业中需要大量使用能提高表面导电性能 的镀层。在一般情况下，可以镀铜或镀银。
电镀层的分类 3）功能性镀层： 四、磁性镀层 在电子计算机设备中的磁环、磁鼓、磁盘、磁膜 等储存部件，均需使用磁性材料。目前多采用以电 镀法形成的镀层来满足这方面的要求。常用的电沉 积磁性合金有Fe-Ni,Co-Ni。
Q — 通过的电荷。
k—比例常数。
I—电流强度。
t—时间。
（二）电镀反应
2.法拉第定律 法拉第第二定律： F=9.65×104C /mol F — 法拉第常数，析出1摩尔物质所需电量。
M — 物质的摩尔质量。
阴极上通过1C电荷所能析出的物质的质量为k =M/F。
k—该物质的电化当量，手册可查找。
（二）电镀反应 3.电流效率 η=（m’/m)×100%= （m’/kIt)×100% 电流效率越高，沉积速度越快。
（二）电镀反应
4.电镀液的分散能力（均镀力） i1 l 1 1 i 2 l1 l 1 i 1 l1 极化率 il 1 1 电位差 l1 i
（二）电镀反应
5.电镀液的覆盖能力（深镀力） 深孔处沉积金属的能力。
（三）电极反应机理
（一）电镀液组成
5.阳极活化剂：提高阳极开始钝化的电流密度， 保证阳极处于活化状态。 在电镀过程中能够消除或降低阳极极化的物 质，它可以促进阳极正常溶解，提高阳极电流密 度。如镀镍溶液中的氯化物，氰化镀铜溶液中的 酒石酸盐等。
（一）电镀液组成
6.添加剂：改善镀层质量。
光亮剂：可以使镀层光亮。如镀镍中的糖精及1，4丁炔二醇； 氯化物镀锌中的苄叉丙酮等。 整平剂：具有使镀层将基体表面细微不平处填平的物质。如镀 镍溶液中的香豆素，酸性光亮镀铜溶液中的四氢噻唑硫酮、甲基 紫等。
（四）金属的电沉积过程
金属电结晶三步骤对电沉积的影响： 2）随着电流密度增大，电极电位变得更负些时，吸附原 子的浓度逐渐增大，晶体表面上的“生长点”也大大增加。 于是吸附原子表面扩散的距离缩短了，表面扩散变得容易 了。此时吸附原子来不及规则地排列在晶格上，而是在晶 体表面上随便“堆砌”，使得局部地区不可能生长太快， 因而获得的晶粒自然细小。这时，表面扩散速度可以变得 比放电速度快得多，因此，整个电结晶过程的速度是受电 化学步骤来控制。
（四）金属的电沉积过程 生长点（生长线）：台阶
和拐角等。在这些位置上 能量较低，吸附原子总是 通过表面扩散优先进入这 些位置，形成晶格。
（四）金属的电沉积（电结晶）过程
电沉积需要在一定的过电位下才能进行。例如电镀镍， 在平衡电位下，Ni的氧化速度相等与Ni2+的还原反应速度相等， Ni的晶核不可能形成。只有在阴极极化条件下，即比平衡电位 更负的电位下，才能形成Ni的晶核。所以说，为了产生金属晶 核，需要一定的过电位。而且过电位的绝对值越大，金属晶核 越容易形成，越容易得到细小的晶粒。
如：镀锌层，防护钢铁材料免遭大气腐蚀。
2）装饰性镀层：如仿金镀层等。
第四章 电镀和化学镀
4.1 电镀
电镀层的分类： 3）功能性镀层： 一、耐磨和减磨镀层 多采用镀硬铬，如各种轴和曲轴的轴颈、印花 辊的辊面、发动机的汽缸内壁和活塞环、冲压模具 的内腔等。 减磨镀层多用于滑动接触面。在这些接触面上 电镀一层能起固态润滑剂作用的韧性金属（减磨合 金），就可以减少滑动摩擦。这种镀层多用在轴瓦 和轴套上，如镀锡、Sn-Pb合金等。
阴极极化：
（1）电化学极化 由于阴极表面金属离子的还原速度小于阴极电子的供 给速度，使得阴极电极电位向负方向偏移，称为电化学极 化。 （2）浓差极化 由于溶液中的金属离子向阴极表面的扩散速度慢，导 致阴极表面金属离子浓度低，阴极表面金属离子的还原速 度小于阴极电子的供给速度而产生的极化。 无论电化学极化，还是浓差极化，都是使阴极电极电位 向负方向偏移。
2）赋予制品表面某种特殊功能，例如提高耐腐蚀 性、硬度、耐磨性、导电性、磁性、钎焊性、抗高温 氧化性、减小接触面的滑动摩擦、防止钢铁件热处理 时的渗碳和渗氮等； 3）提供新型材料，例如制备具有高强度的各种金 属基复合材料，合金、非晶态材料，纳米材料等。
电镀层的分类(按照镀层的使用目的来分类) ：
1）防护性镀层：提高金属制品的耐腐蚀能力。
（五）影响电镀质量的因素 1. PH值的影响 2. 添加剂的影响 3．电流密度的影响 4．电流波形的影响 5．温度的影响 6．搅拌的影响
二、电镀金属
（一）镀锌 用途：装饰、耐腐蚀 锌是一种银白微带蓝色的金属。金属锌较脆，锌的硬度低， 耐磨性差。镀锌层占电镀行业的50%。 锌镀层主要镀覆在钢铁制品的表面，作为防护性镀层。在 汽油或含二氧化碳的潮湿空气中也很稳定。 锌的标准电极电位为 -0.76V ，比铁的电位负，因此，钢铁 基体上的锌镀层在一般腐蚀介质中形成锌一铁原电池时，锌 镀层是阳极，会对钢铁基体起到电化学保护作用。
（一）电镀液组成 3.附加盐（导电盐）：主要用于提高溶液的电导率。 包括酸、碱和盐。如酸性镀铜溶液中的H2SO4； 及氯化物镀锌溶液中的KCl，NaCl；氰化物镀铜溶 液中的NaOH等。 导电盐的含量升高，可改善镀液的深镀能力和镀 液的分散能力。但导电盐的含量升高会降低其它盐 类的溶解度，对于添加较多活性剂的溶液，导电盐 含量不能太高。
4.1 电镀
电镀是一种表面加工工艺，它是利用电化学方法 将金属离子还原为金属，并沉积在金属或非金属制品 的表面上，形成符合要求的平滑致密的金属覆盖层。
电镀的实质是给各种制品穿上一层金属“外衣”， 这层金属“外衣”就叫做电镀层，它的性能在很大程 度上取代了原来基体的性质。
电镀的目的主要有三：
1）赋予制品表面装饰性外观；
1.电极电位（图4-2） M 2+ +2e→M
标准电极电位（溶液温度25 ℃， 金属离子浓度为 1mol/L）。 标准电极电位表4-1
标准电极电位的高低反映了 金属的氧化还原能力。
（三）电极反应机理
2. 极化 当电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极 电位，称为极化。
（1）电化学极化 （2）浓差极化
（四）金属的电沉积（电结晶）过程
电镀过程是镀液中的金属离子在外电场的作用下，经电极反 应还原成金属原子并在阴极上进行沉积的过程。 金属电结晶过程分为以下三个步骤： （1）液相传质步骤 金属离子（或金属络离子）通过液相传 质自溶液本体运动到电极表面附近（以扩散方式进行）； （2）电化学步骤 到达电极表面的金属离子失去部分水化膜， 并得到电子，形成能够在晶体表面自由移动的原子（又称吸附 原子）； （3）电结晶步骤 金属原子到达金属表面后，按一定规律排 列形成新晶体的过程。