第2章2011 2012年电镀工艺课件金属电沉积
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《电镀培训教材》PPT课件
第二章 塑胶电镀
一.塑胶电镀对塑胶件的技术要求： 1.要求光度高的部位，制件必须表面平滑。 2.零件表面设计符合电镀要求，即较大平面中间应呈突 起状，一般突起在0.10-0.15mm；菱角部位到圆，v型 槽的宽度应是深度3倍，盲孔深度为直径的1/2-1/3。 3.零件应有足够的强度，壁厚一般在3mm左右，最薄不 应低于1.9mm,最厚不应大于3.8mm. 4.有镶嵌件的塑胶制品，应为铝制件。 5.应留有电镀装挂位置。装挂位置应设计在不影响外观 部位。
b.溶剂浸渍法 将零件完全浸入（20-22）℃1：1的甲乙酮和 丙酮的混合溶液液中15秒，取出后立即甩干，检验裂纹状态。
解决办法：在60-75℃的温度下加热2-4h，或在25%（体积） 的丙酮中浸泡30分。
常用塑胶热处理温度：ABS塑胶65-75 ℃，聚丙烯80-100 ℃， 氯化聚醚80-120 ℃，聚碳酸酯110-130 ℃，改性聚苯烯50-60 ℃，聚苯醚100-120 ℃；聚酰胺在沸水中处理。
3.阴极电流效率 改善阴极电流效率，提高电解液的分散能力和覆 能盖能力。
4.机体的表面状况 提高机体表面光洁度，采用短时间冲击电波， 提高氢在机体上的过电位等，可以消除机体对分散能力和覆盖 能力的不良影响。
5.几何因素的影响 在实际生产中采用辅助阴极和象形 阳极，合理调节阴阳极之间的距离等方法尽可能消除 对几何因素对电解液分散能力的影响。镀铬电解液是 一个特殊，它是一种强氧化性的酸性电解液，在所应 用的电解液中分散能力最差的一种，在镀铬时为了提 高电解液的分散能力往往从电化学性能以外的角度出 发，采用防护阴极，是用辅助阳极和非金属屏蔽以及 合理调节电极之间的距离等方法，使其处于最佳的电 流分布状态。
250350
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第二章电镀基本原理与概念
第二章電鍍基本原理與概念電鍍之定義電鍍之目的各種鍍金的方法電鍍的基本知識電鍍基礎有關之計算及化學冶金電鍍之定義電鍍(electroplating)被定義為一種電沈積過程(electrodepos- ition process)，是利用電極(electrode)通過電流，使金屬附著於物體表面上，其目的是在改變物體表面之特性或尺寸。
電鍍之目的電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit)，改變基材表面性質或尺寸。
例如賦予金屬光澤美觀、物品的防鏽、防止磨耗、提高導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性、熱處理之防止滲碳、氮化、尺寸錯誤或磨耗之另件之修補。
各種鍍金的方法電鍍的基本知識電鍍大部份在液體 (solution) 下進行，又絕大部份是由水溶液 (aqueous solution)中電鍍，約有 30 種的金屬可由水溶液進行電鍍, 由水溶液電鍍的金屬有：銅Cu、鎳Ni、鉻Cr、鋅Zn、鎘Cd 、鉛Pb、金Au、銀Ag、鉑Pt、鈷Co、錳Mn、銻Sb、鉍Bi、汞Hg、鎵Ga、銦In、鉈、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W 等。
有些必須由非水溶液電鍍如鋰、鈉、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo等。
可油水溶液及非水溶液電鍍者有銅、銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等金屬。
電鍍的基本知識包括下列幾項：溶液(solution)被溶解之物質稱之為溶質(solute)，使溶質溶解之液體稱之溶劑(solute)。
溶劑為水之溶液稱之水溶液(aqueous solution)。
表示溶質溶解於溶液中之量為濃度(concentration)。
在一定量溶劑中，溶質能溶解之最大量值稱之溶解度(solubility)。
達到溶解度值之溶液稱之為飽和溶液(saturated solution)，反之為非飽和溶液(unsaturated solution)。
溶液之濃度，在工廠及作業現場，使用易了解及便利的重量百分率濃度(weight percentage)。
金属的电沉积过程课件
2023 WORK SUMMARY
金属的电沉积过程课 件
REPORTING
目录
• 电沉积过程简介 • 电沉积的物理化学基础 • 电沉积的工艺与参数 • 电沉积的设备与装置 • 电沉积的实践与应用 • 电沉积过程的优化与控制
PART 01
电沉积过程简介
定义与原理
定义
电沉积是一种通过电解液中的金 属离子在阴极上还原并沉积成金 属的过程。
电解液浓度
浓度对电沉积过程有重要 影响，过高或过低的浓度 可能导致沉积不均匀或无 法进行沉积。
添加剂使用
为了改善电沉积效果，有 时需要添加一些添加剂， 如稳定剂、光亮剂等。
电沉积的工艺条件
电流密度
电流密度的大小直接影响 沉积速率和沉积物的质量 ，需要根据实际情况进行 调整。
温度
温度对电沉积过程有一定 影响，过高或过低的温度 可能导致沉积不均匀或无 法进行沉积。
时间
电沉积时间的长短会影响 沉积层的厚度和致密性， 需要根据实际需求进行控 制。
电沉积参数的影响
电流密度对沉积层质量的影响
01
电流密度过小会导致沉积速率慢，过大则可能导致烧焦或气孔
等缺陷。
温度对沉积层质量的影响
02
温度过高可能导致金属离子水解，过低则可能导致沉积不均匀
。
时间对沉积层质量的影响
03
时间过长可能导致过度沉积或偏析，过短则可能导致沉积不完
金属离子的还原过程
还原反应
在电流的作用下，金属离子获得电子，从阳离子变为金属原子。
形核与生长
新形成的金属原子聚集形成晶核，随后晶核不断生长，形成金属沉积层。
PART 03
电沉积的工艺与参数
电解液的选择与制备
金属的电沉积过程课 件
REPORTING
目录
• 电沉积过程简介 • 电沉积的物理化学基础 • 电沉积的工艺与参数 • 电沉积的设备与装置 • 电沉积的实践与应用 • 电沉积过程的优化与控制
PART 01
电沉积过程简介
定义与原理
定义
电沉积是一种通过电解液中的金 属离子在阴极上还原并沉积成金 属的过程。
电解液浓度
浓度对电沉积过程有重要 影响，过高或过低的浓度 可能导致沉积不均匀或无 法进行沉积。
添加剂使用
为了改善电沉积效果，有 时需要添加一些添加剂， 如稳定剂、光亮剂等。
电沉积的工艺条件
电流密度
电流密度的大小直接影响 沉积速率和沉积物的质量 ，需要根据实际情况进行 调整。
温度
温度对电沉积过程有一定 影响，过高或过低的温度 可能导致沉积不均匀或无 法进行沉积。
时间
电沉积时间的长短会影响 沉积层的厚度和致密性， 需要根据实际需求进行控 制。
电沉积参数的影响
电流密度对沉积层质量的影响
01
电流密度过小会导致沉积速率慢，过大则可能导致烧焦或气孔
等缺陷。
温度对沉积层质量的影响
02
温度过高可能导致金属离子水解，过低则可能导致沉积不均匀
。
时间对沉积层质量的影响
03
时间过长可能导致过度沉积或偏析，过短则可能导致沉积不完
金属离子的还原过程
还原反应
在电流的作用下，金属离子获得电子，从阳离子变为金属原子。
形核与生长
新形成的金属原子聚集形成晶核，随后晶核不断生长，形成金属沉积层。
PART 03
电沉积的工艺与参数
电解液的选择与制备
电镀基础知识ppt课件
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锌的标准电位比铁负，对钢铁而方是阳极 性镀层，可提供可靠的电化学保护，锌镀层的 使用湿度不超过250℃，在此湿度以上锌结晶组 织变形、发脆、耐蚀性下降。
镀锌电解液可分为碱性和弱酸性两大类， 常用的有：无氰锌酸盐、氰化物镀锌、氯化物 镀锌、硫酸盐镀锌。
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一、锌酸盐镀锌
电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过 程。电镀的基本过程（以锌为例）是将零件浸在 金属盐的溶液中作为阴极，金属锌块作阳极，接 通直流电源后，在零件上就会沉积出金属锌镀 层。
3
一、电镀层的基本要求
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1、与基本金属结合牢固，附着力好。 2、镀层完整、结晶细致紧密、孔隙率小。 3、具有良好的物理、化学及机械性能。 4、具有符合标准规定的镀层厚度，而且镀 层分布要均匀。
三、 后处理见后面章节. （因电镀种类不同而异）
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第三章
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镀锌层的外观呈表白色，标准电极电位为 -0.76V，易溶于酸也溶于碱，是典型的两性金 属，锌在干燥空气中几乎不发生变化，锌腐蚀 的临界湿度大于70％，因此在潮湿大气中能与 CO2和O2作用生成一层主要由碱式碳酸锌组成 的薄膜，有一定的缓蚀作用，熔点420℃。
3、酸碱性：一般酸性较强的溶液中，金属不易钝 化。
4、工作条件：阴极电流密度对其影响最大，一般 情况下，在不大于临界钝化电流度的情况下，提高 电流密度可以加速阳极的溶解，反之则加速钝化。 低温有利于发生阳极钝化，因为这时的临界钝化电 流密度值要比高温时小。
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第二章
Hale Waihona Puke 目录常见的工艺流程：前处理（ 化 学 除
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应用电化学41金属电沉积和电镀原理ppt课件
特点：它们的极化原因是电化学引起的，因此是电化学极 化，并可从简单盐中沉积出致密的镀层。
2）络离子的还原
设 氰化物镀铜电解液基本组成
CuCN 35g/L（0.4 mol/L） NaCN 48g/L （1.0 mol/L） Cu＋ 与CN－形成的络离子可能有[Cu(CN)2]-、 [Cu(CN)3]2-、 [Cu(CN)4]3-等不同形式，认为主要存在形式是[Cu(CN)3]2其在水中的电离平衡为：[Cu(CN)3]2-＝Cu＋＋3CN－
阴极性镀层 当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体更
正，基体金属首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阴极性镀层。 阴极性镀层仅能对基体起到机械保护作用，不能起到电化
学保护作用，如：
铁上镀Sn： Sn2 /Sn －0.14V Fe2 /Fe －0.44V?
形成腐蚀电池时，Sn为阴极，Fe为阳极
(4) 电铸
提纯金属或湿法冶金
(5) 电加工 某些精密的零件，机械加工困难，可采用电加
工成型技术
(6) 表面处理 制备特殊用途材料如发泡镍、中空镍纤维等
(7) 高科技 如电沉积法制备一维纳米线
(8) 材料制备 制备催化材料、复合材料、金属膜材料等
常规电镀对电镀层的基本要求： 通常对电镀层要求：
镀层与基体结合牢固，一定的厚度及厚度均匀 镀层结构致密、孔隙率小等。 进一步要求：镀层内应力小、柔韧性好、有一定的硬度、
自行车轮镀铜镍铬； 吊灯等灯具电镀仿金镀层或仿银镀层； 仪器仪表盘装饰性电镀缎面镍；
功能性镀层 功能性镀层是具有特定功能和特定意义的镀层， 通常是只对 某一种零件和某一种特殊使用条件下所要求的特殊功能，因 此功能性镀层包括的项目较多，而且随着技术的发展和应用 的开发，今后还会越来越多，如： •耐磨镀层： 提高零件的表面硬度，增加抗磨损性能（如直 轴、曲轴、气缸， 纺织机械中的各种辊桶镀硬铬或喷涂陶磁 微粒）； •减磨镀层： 多用于滑动接触面，需要电镀韧性好的金属， 如轴瓦，轴套等镀Sn、Pb-Sn、Pb-In等；
2）络离子的还原
设 氰化物镀铜电解液基本组成
CuCN 35g/L（0.4 mol/L） NaCN 48g/L （1.0 mol/L） Cu＋ 与CN－形成的络离子可能有[Cu(CN)2]-、 [Cu(CN)3]2-、 [Cu(CN)4]3-等不同形式，认为主要存在形式是[Cu(CN)3]2其在水中的电离平衡为：[Cu(CN)3]2-＝Cu＋＋3CN－
阴极性镀层 当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体更
正，基体金属首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阴极性镀层。 阴极性镀层仅能对基体起到机械保护作用，不能起到电化
学保护作用，如：
铁上镀Sn： Sn2 /Sn －0.14V Fe2 /Fe －0.44V?
形成腐蚀电池时，Sn为阴极，Fe为阳极
(4) 电铸
提纯金属或湿法冶金
(5) 电加工 某些精密的零件，机械加工困难，可采用电加
工成型技术
(6) 表面处理 制备特殊用途材料如发泡镍、中空镍纤维等
(7) 高科技 如电沉积法制备一维纳米线
(8) 材料制备 制备催化材料、复合材料、金属膜材料等
常规电镀对电镀层的基本要求： 通常对电镀层要求：
镀层与基体结合牢固，一定的厚度及厚度均匀 镀层结构致密、孔隙率小等。 进一步要求：镀层内应力小、柔韧性好、有一定的硬度、
自行车轮镀铜镍铬； 吊灯等灯具电镀仿金镀层或仿银镀层； 仪器仪表盘装饰性电镀缎面镍；
功能性镀层 功能性镀层是具有特定功能和特定意义的镀层， 通常是只对 某一种零件和某一种特殊使用条件下所要求的特殊功能，因 此功能性镀层包括的项目较多，而且随着技术的发展和应用 的开发，今后还会越来越多，如： •耐磨镀层： 提高零件的表面硬度，增加抗磨损性能（如直 轴、曲轴、气缸， 纺织机械中的各种辊桶镀硬铬或喷涂陶磁 微粒）； •减磨镀层： 多用于滑动接触面，需要电镀韧性好的金属， 如轴瓦，轴套等镀Sn、Pb-Sn、Pb-In等；
电镀工艺学-金属电沉积理论
即电化学步骤和电结晶步骤，动力学规律交迭，极化曲线复
杂、数据分析困难； 2 固体表面不均匀，结晶过程中电极表面不断变化； 3 对大多数金属而言，界面步骤都进行的很快， 用经典电化学 测量极化曲线的方法不能揭示界面动力学规律。
2
Plating technology
Chapter Ⅱ Metal electrocrystallization
Plating technology
Chapter Ⅱ Metal electrocrystallization
电镀工艺学
第二章 金属电结晶
1
Plating technology
Chapter Ⅱ Metal electrocrystallization
• 金属电结晶的基本概念 • 定义：通常把金属离子或络离子的放电并形成金属晶体的过 程称为金属电结晶 1 金属电结晶的界面反应至少包括放电和结晶两个连续的步骤，
1. 电化学极化较小的金属体系:
当从铜、银、锌、镉、铅、锡等金属的简单盐溶液中沉积这 些金属时极化都很小，即交换电流密度都很大。
8
Plating technology 如： 1 M
Chapter Ⅱ Metal electrocrystallization
ZnSO4
80mA/cm2 42mA/cm2
吸附原子的表面扩散控制 在许多电极上，吸附原子的表面扩散速度并不大，如果电
化学步骤比较快， 则电结晶过程的进行速度将由吸附原子的
表面扩散步骤控制；如果电极体系的交换电流较小，则往往是 联合控制。 假设一个台阶上有一个无穷小面积dx、dy。 假设单位表面上吸附原子的平均浓度为。
其对时间t的变化应为表面上由法拉第电流产生的吸附原子的
第二章-金属电沉积PPT优秀课件
二、传质控制步骤
1）电迁移：溶液中的荷电粒子（离子）在外电场作用下， 向电极迁移的一种传质方式。在电镀中，由于大量导电盐 的加入或其它不参加电极反应的荷电粒子的存在，一般沉 积金属离子的电迁移可忽略不计。
二、传质控制步骤
2）对流：溶液中的反应粒子（或组分）随液体流动同时 进行传递的过程称为对流。此时液体与物质粒子之间不存 在相对运动，电解液流动的主要原因为：
第四节 金属的电结晶
一、电结晶的基本概念
电结晶：金属离子放电以后进入晶格形成晶体 的过程。
晶体表面并不是十分完整，存在台阶和拐角。通 常把拐角这类位置称为晶体的生长点。
第四节 金属的电结晶
一、电结晶的基本概念
在电极电位偏离平衡电位不远处，电流密度很 小，晶粒长大比较 粗大。 当电极电位变得更负时，吸附原子来不及规则 地排列在晶格上，获得的晶粒 细小。
V DCi0 Cis
-扩散层的有效厚度
ik
I S
Q St
ik-电流密度
法拉第定律：
如果氧化还原反应中表示得失电子的计量系数为 n，即为n mol电子从负极通过外电路转移到正极， 则产生的电量Q为nF。
F-法拉第常数，其值为96485 C·mol-1。
根据法拉第定律：
Q nFM M-反应物摩尔数
一、电结晶的主要形态
可见叠加层的形貌，层与 层之间紧密连接、叠加 厚度均匀，每层的厚度保持在30-80 nm左右。
二、结晶形态与过电位的关系
过电位是决定结晶形态的首要因素。
实际使用的电流密度超过极限电流密度时，扩散过
电位急剧增大，会导致阴极上大量析氢和常常形成
形状如树枝的枝状沉积层，或形状如海绵的疏松沉
式中：io—交换电流密度，是当电极反应处平衡时 （ ik k）a 的电i0流密度；α、β为阴阳极反应的传递系 数且满足α+β=1。
电镀工艺简介PPT课件(PPT54页)
功能
阴极电解 阳极电解 酸活化 镀半光镍
镀全光镍
镀瓦特镍
镀装饰铬
电解粉
除油
电解粉
除油、表面颗粒物
硫酸、酸盐
侵蚀表面氧化膜
硫酸镍、氯化镍、 获得半光镍镀层，填平基体，提高 硼酸、添加剂 光亮度及耐蚀性能
硫酸镍、氯化镍、 获得全光镍镀层，提高光亮度及耐 硼酸、添加剂 蚀性能
硫酸镍、氯化镍、 获得瓦特镍镀层，提高镀铬的活化
硫酸镍、氯化 镍、硼酸
铬酐、硫酸、 添加剂
功能
获得半光镍镀层，填平基体，提高表 面光亮镀及耐蚀性能
获得全光镍镀层，提高光亮度及耐蚀 性能
获得瓦特镍镀层，提高镀铬的活化性 能 获得铬镀层，提高装饰性能及耐蚀性 能
四、电镀工艺流程
► 不锈钢电镀工艺流程：
工序
超声波除腊 热浸除腊 超声波除腊
超声波除油 化学除油
电解粉
除油
氰化亚铜、氰 获得碱铜镀层，预防工件在镀硫酸铜 化钠、添加剂 时被腐蚀分解，提高耐蚀性能
硫酸、硫酸铜、获得硫酸铜镀层，填平基体，提高工
添加剂
件表面光亮镀
四、电镀工艺流程
► 锌合金工艺流程：
镀半光镍 镀全光镍 镀瓦特镍 镀装饰铬
工序 主要成分
硫酸镍、氯化 镍、硼酸、添 加剂
硫酸镍、氯化 镍、硼酸、添 加剂
超声波除油 化学除油 超声波除油
主要成分
除腊水 除蜡水
功能
除去工件表面抛光腊、内腔杂质 除去工件表面抛光腊
除蜡水
除去工件表面抛光腊、内腔杂质
除油粉
除去工件表面油污、内腔杂质
除油粉
除去工件表面油污
除油粉 除油粉 除油粉
除去工件表面油污、内腔杂质 除去工件表面油污 除去工件表面油污、内腔杂质
金属镀层沉积原理PPT课件
★ 表 面 转 化 步骤
★ 电化学步骤
★ 新 相 生 成 步骤
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第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
2、电镀过程的步骤与稳态过程
★ 液相传质步骤 溶液中的水化金属离子或络离子从溶液 内部向阴极界面迁移，达到阴极的双电层溶液一侧。
★ 表面转化步骤 水化金属离子或络离子通过双电层到达 阴极表面后，不能直接放电生成金属原子，而必须经过在 电极表面的转化过程，才能进行电化学反应。
◆ 阳极活化剂：镀液中能促进阳极活化的物质称为阳极 活化剂。其作用在于提高阳极开始钝化的电流密度，从 而保证阳极处于活化状态而能正常溶解。
◆ 添加剂：不改变镀液性能的微量物质，却能显著改善 镀层性能的物质，按所起作用可分为光亮剂、整平剂、 润湿剂和抑雾剂等。
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第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
△ 较大。
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1、电极反应机理 （2）极 化
第r＝二σ章A金/ρn属F镀△层的沉积原理与工艺 △Ek=πhσ2 A/ρnF△
W=K·exp︱-πhσ2NA/ρnFRT△ ︱
② 浓差极化
由于溶液中离子扩散速度 小于电子运动速度，使阴极附 近溶液中的金属离子还原沉积 后，补充不及时，造成邻近电 极表面液层离子的浓度与溶液 主体浓度发生差异而产生的极 化称为浓差极化。
第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
1.电镀技术 1.1 电镀的定义
★ 在含有镀层金属离子的盐溶液 中，以被镀金属为阴极，通过电 解作用，使镀液中欲镀金属的阳 离子在阴极金属表面沉积出来， 形成镀层的一种表面加工方法。
镀 层性能 不同于 基体， 具有独 特的形 态、结 构、组 织和性 能。
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1、电极反应机理 （2）极 化
★ 电化学步骤
★ 新 相 生 成 步骤
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第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
2、电镀过程的步骤与稳态过程
★ 液相传质步骤 溶液中的水化金属离子或络离子从溶液 内部向阴极界面迁移，达到阴极的双电层溶液一侧。
★ 表面转化步骤 水化金属离子或络离子通过双电层到达 阴极表面后，不能直接放电生成金属原子，而必须经过在 电极表面的转化过程，才能进行电化学反应。
◆ 阳极活化剂：镀液中能促进阳极活化的物质称为阳极 活化剂。其作用在于提高阳极开始钝化的电流密度，从 而保证阳极处于活化状态而能正常溶解。
◆ 添加剂：不改变镀液性能的微量物质，却能显著改善 镀层性能的物质，按所起作用可分为光亮剂、整平剂、 润湿剂和抑雾剂等。
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第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
△ 较大。
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1、电极反应机理 （2）极 化
第r＝二σ章A金/ρn属F镀△层的沉积原理与工艺 △Ek=πhσ2 A/ρnF△
W=K·exp︱-πhσ2NA/ρnFRT△ ︱
② 浓差极化
由于溶液中离子扩散速度 小于电子运动速度，使阴极附 近溶液中的金属离子还原沉积 后，补充不及时，造成邻近电 极表面液层离子的浓度与溶液 主体浓度发生差异而产生的极 化称为浓差极化。
第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
1.电镀技术 1.1 电镀的定义
★ 在含有镀层金属离子的盐溶液 中，以被镀金属为阴极，通过电 解作用，使镀液中欲镀金属的阳 离子在阴极金属表面沉积出来， 形成镀层的一种表面加工方法。
镀 层性能 不同于 基体， 具有独 特的形 态、结 构、组 织和性 能。
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1、电极反应机理 （2）极 化
《电镀工艺学》课件
适用于镀铜、镀镍等，具有较高的导电性和 分散能力。
碱性溶液
适用于镀锌、镀铬等，具有较好的电流效率 和覆盖能力。
络合剂
用于提高溶液的稳定性和导电性，常用的有 柠檬酸盐、酒石酸盐等。
添加剂
用于改善镀层的外观、硬度和耐腐蚀性等， 如光亮剂、整平剂等。
电镀添加剂的作用与原理
光亮剂
提高镀层的光亮度，使金属表面更加光滑。其作用原理是 通过与金属离子的络合作用，抑制金属氢氧化物的形成， 从而减少粗糙度。
资源循环利用
对电镀废液、废渣进行回收处理，实现资源再利 用。
节能减排
采用节能技术和设备，降低电镀工艺的能耗和碳 排放。
电镀工艺在未来的应用前景与挑战
01
02
03
航空航天领域
随着航空航天技术的不断 发展，对高性能电镀材料 的需求不断增加。
新能源领域
随着新能源产业的快速发 展，对高效、环保的电镀 材料的需求日益增长。
电镀工艺参数的控制
电流密度
电流密度的大小直接影响到电镀层的厚度和质量。电流密 度过大或过小都会导致镀层质量不佳，因此需要选择合适 的电流密度。
温度
温度对电镀溶液的稳定性和镀层的质量都有影响。温度过 高或过低都会导致镀层质量不佳，因此需要选择适当的温 度。
时间
电镀时间的长短也会影响到镀层的厚度和质量。时间过长 或过短都会导致镀层质量不佳，因此需要选择适当的电镀 时间。
电镀的优缺点
• 电镀工艺成熟，生产效率高，成本相对较低。
电镀的优缺点
01
缺点
02
电镀过程中会产生重金属离子和废水，对 环境造成一定污染。
03
电镀层容易受到摩擦和腐蚀，需要加强维 护和保养。
04
碱性溶液
适用于镀锌、镀铬等，具有较好的电流效率 和覆盖能力。
络合剂
用于提高溶液的稳定性和导电性，常用的有 柠檬酸盐、酒石酸盐等。
添加剂
用于改善镀层的外观、硬度和耐腐蚀性等， 如光亮剂、整平剂等。
电镀添加剂的作用与原理
光亮剂
提高镀层的光亮度，使金属表面更加光滑。其作用原理是 通过与金属离子的络合作用，抑制金属氢氧化物的形成， 从而减少粗糙度。
资源循环利用
对电镀废液、废渣进行回收处理，实现资源再利 用。
节能减排
采用节能技术和设备，降低电镀工艺的能耗和碳 排放。
电镀工艺在未来的应用前景与挑战
01
02
03
航空航天领域
随着航空航天技术的不断 发展，对高性能电镀材料 的需求不断增加。
新能源领域
随着新能源产业的快速发 展，对高效、环保的电镀 材料的需求日益增长。
电镀工艺参数的控制
电流密度
电流密度的大小直接影响到电镀层的厚度和质量。电流密 度过大或过小都会导致镀层质量不佳，因此需要选择合适 的电流密度。
温度
温度对电镀溶液的稳定性和镀层的质量都有影响。温度过 高或过低都会导致镀层质量不佳，因此需要选择适当的温 度。
时间
电镀时间的长短也会影响到镀层的厚度和质量。时间过长 或过短都会导致镀层质量不佳，因此需要选择适当的电镀 时间。
电镀的优缺点
• 电镀工艺成熟，生产效率高，成本相对较低。
电镀的优缺点
01
缺点
02
电镀过程中会产生重金属离子和废水，对 环境造成一定污染。
03
电镀层容易受到摩擦和腐蚀，需要加强维 护和保养。
04
第二章 金属电沉积
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表2-3 直接在电极上放电的络离子
电极体系
络离子的主要存在形式
直接在电极上放电的络离子
Zn(Hg)/Zn2+,CN-,OH-
[Zn(CN)4]2-
Zn(OH)2
Zn(Hg)/Zn2+,NH3 Cd(Hg)/Cd2+,CN-,
Ag/Ag+,CNAg/Ag+,NH3
[Zn(NH3)3OH]+ [Cd(CN)4]2-
22
自电化学暂态测量方法出现以来，采用暂态可减少浓差 极化，使电极表面变化轻微，或用液体电极撇开结晶过程， 如此，才对电结晶过程有了一个较统一的认识。目前，电结 晶的研究理论与实践仍有很大差距，而由于多种综合因素的 影响使其在解决电化学结晶的实际问题时，现有理论还不能 很好的解释。
23
2.3.1 电结晶历程
？？
图2-1 金属电结晶过程可能的历程
25
实验：在45％的HClO4中测定固态和液态汞电极上
的交换电流密度，由于电极为液态时，电化学反应中没有 结晶步骤，如果放电可以在任意位置进行，则在固态和液 态时，反应速度应该接近。
试验表明，固态和液态情况下，电极上的交换电流密 度相差较小，认为放电反应可以在任意位置上进行。
16
已知该络合物不稳定常数:
K不 = aAg + a2CN − / aAg (CN )2− = 1.6 ×10−22
设游离Ag+离子浓度为x，Ag(CN)2-活度为：
( a Ag + − x ) = ( 0 . 4 − x ) , CN − 活度近似为 1, 则有 :
x
=
K a / a 不
A g ( CN ) + 2
表2-3 直接在电极上放电的络离子
电极体系
络离子的主要存在形式
直接在电极上放电的络离子
Zn(Hg)/Zn2+,CN-,OH-
[Zn(CN)4]2-
Zn(OH)2
Zn(Hg)/Zn2+,NH3 Cd(Hg)/Cd2+,CN-,
Ag/Ag+,CNAg/Ag+,NH3
[Zn(NH3)3OH]+ [Cd(CN)4]2-
22
自电化学暂态测量方法出现以来，采用暂态可减少浓差 极化，使电极表面变化轻微，或用液体电极撇开结晶过程， 如此，才对电结晶过程有了一个较统一的认识。目前，电结 晶的研究理论与实践仍有很大差距，而由于多种综合因素的 影响使其在解决电化学结晶的实际问题时，现有理论还不能 很好的解释。
23
2.3.1 电结晶历程
？？
图2-1 金属电结晶过程可能的历程
25
实验：在45％的HClO4中测定固态和液态汞电极上
的交换电流密度，由于电极为液态时，电化学反应中没有 结晶步骤，如果放电可以在任意位置进行，则在固态和液 态时，反应速度应该接近。
试验表明，固态和液态情况下，电极上的交换电流密 度相差较小，认为放电反应可以在任意位置上进行。
16
已知该络合物不稳定常数:
K不 = aAg + a2CN − / aAg (CN )2− = 1.6 ×10−22
设游离Ag+离子浓度为x，Ag(CN)2-活度为：
( a Ag + − x ) = ( 0 . 4 − x ) , CN − 活度近似为 1, 则有 :
x
=
K a / a 不
A g ( CN ) + 2
年电镀工艺课件金属电沉积
金属电沉积的应用
电子工业：制造电子元件、电路板等 化学工业：生产化学试剂、催化剂等 材料科学：制造金属材料、合金等 环境保护：废水处理、废气处理等
03
电镀液的成分及作用
主盐
作用：提供金属离子，形成电 镀层
常见种类：硫酸铜、硫酸镍、 氯化锌等
影响因素：浓度、纯度、稳定 性等
应用：广泛应用于电子、机械、 化工等领域
电镀设备的影响
电镀槽：影响镀层的均匀性和 厚度
电流密度：影响镀层的质量和 速度
温度：影响镀层的结晶度和硬 度
搅拌速度：影响镀层的均匀性 和平整度
环境条件的影响
温度：影响镀层厚度和均匀性
湿度：影响镀层质量，过高或 过低都会影响镀层性能
空气污染：影响镀层质量，可 能导致镀层出现缺陷
电场强度：影响镀层厚度和均 匀性，过高或过低都会影响镀 层性能
络合剂
作用：络合剂是 电镀液的重要组 成部分，可以稳 定金属离子，防 止金属离子沉淀
类型：常见的络 合 剂 有 E DTA 、 DT PA 、 N TA 等
作用原理：络合 剂通过与金属离 子形成稳定的络 合物，防止金属 离子沉淀，提高 电镀液的稳定性
应用：络合剂广 泛应用于电镀行 业，可以提高电 镀液的稳定性， 提高电镀质量
排放，降低废水处理成本
发展新型电镀液和添加剂
环保型电镀液：减少有害物质排放， 提高环保性能
功能性电镀液：提高电镀层的性能， 如耐磨性、耐腐蚀性等
纳米电镀液：提高电镀层的精细度 和均匀性
智能电镀液：实现电镀过程的自动 化和智能化控制
新型添加剂：提高电镀液的性能， 如分散性、稳定性等
绿色添加剂：减少有害物质排放， 提高环保性能
电解质：能导电的物质， 包括离子和电子
金属的电沉积过程课件
A、简单金属离子在水溶液中都是以水合形式存在的，金属离子在阴极还原 时，必须首先发生水化离子周围水分子的重排和水化程度降低
B、多价金属离子的阴极还原符合多电子电极反应规律（多步反应）
2.3. 金属络离子的阴极还原
加入络合剂后，由于络合剂和金属离子的络合反应，使水化金属离子转变为 不同配位数的络合离子，金属离子在溶液中的存在形式和在电极上的放电粒 子都发生了改变，因而引起了该电极体系的电学性质变化
电冶炼、电精炼、电铸、电镀。
1.1. 金属电沉积的基本历程
A、液相传质步骤 溶液中的反应粒子(金属水化离子)向电极表面迁移
B、前置转化 迁移到电极表面的粒子发生化学转化反应，如离子 水化程度降低、重排，络离子配位数变化 C、电荷转移 反应粒子得到电子、还原为吸附态金属原子
D、电结晶 新生吸附态金属原子沿电极表面扩散到适当位置进 入金属晶格生长，形成晶体
晶核长大时过电 位
晶核生成时过电位
电结晶形核过程规律 一、电结晶形核需要消耗一定电能，因而在平衡电位不能形核，从 物理意义上来说，过电位或阴极极化只所起的作用与盐溶液结晶的 过饱和度相同
二、阴极过电位的大小决定了电结晶层的粗细度，过电位越高，晶 核数量越多，沉积层越细致，反之越粗
3.2. 在已有晶面上的延续生长
A、使金属电极的平衡电位负移 25oC时，银在1mol/L AgNO3中平衡电位：
e = Ө + RT/F lnaAg+ = 0.779 + 0.0591 log(0.4) =0.756 V
加入1mol/L KCN后，因Ag+与CN-形成络离子，平衡反应为：
Ag+ + 2CN- = Ag(CN)2K不 = aAg+ aCN-2/ aAg(CN)2- = 1.6 10-23 Ag+ 的活度为
B、多价金属离子的阴极还原符合多电子电极反应规律（多步反应）
2.3. 金属络离子的阴极还原
加入络合剂后，由于络合剂和金属离子的络合反应，使水化金属离子转变为 不同配位数的络合离子，金属离子在溶液中的存在形式和在电极上的放电粒 子都发生了改变，因而引起了该电极体系的电学性质变化
电冶炼、电精炼、电铸、电镀。
1.1. 金属电沉积的基本历程
A、液相传质步骤 溶液中的反应粒子(金属水化离子)向电极表面迁移
B、前置转化 迁移到电极表面的粒子发生化学转化反应，如离子 水化程度降低、重排，络离子配位数变化 C、电荷转移 反应粒子得到电子、还原为吸附态金属原子
D、电结晶 新生吸附态金属原子沿电极表面扩散到适当位置进 入金属晶格生长，形成晶体
晶核长大时过电 位
晶核生成时过电位
电结晶形核过程规律 一、电结晶形核需要消耗一定电能，因而在平衡电位不能形核，从 物理意义上来说，过电位或阴极极化只所起的作用与盐溶液结晶的 过饱和度相同
二、阴极过电位的大小决定了电结晶层的粗细度，过电位越高，晶 核数量越多，沉积层越细致，反之越粗
3.2. 在已有晶面上的延续生长
A、使金属电极的平衡电位负移 25oC时，银在1mol/L AgNO3中平衡电位：
e = Ө + RT/F lnaAg+ = 0.779 + 0.0591 log(0.4) =0.756 V
加入1mol/L KCN后，因Ag+与CN-形成络离子，平衡反应为：
Ag+ + 2CN- = Ag(CN)2K不 = aAg+ aCN-2/ aAg(CN)2- = 1.6 10-23 Ag+ 的活度为
2011电镀工艺学第2章1
（1）电结晶过程过电位
结晶过电位形成
（2）阴极过电位
2.2.4 金属离子放电过程的极化与成核
电结晶需要过电位： 由盐溶液中析出盐的晶体时，需要过
饱和度； 由液态金属变为固态金属时，需要过
冷度； 金属离子从溶液中电结晶试，需要过
电位。
切断电流 恒电流
晶核的比表面能与晶核的尺寸大小有 关，晶核尺寸越小，其比表面能越大，需 要的吸收的能量越大，这时就必须要有足 够大的过电位，补偿所吸收的能量。
第二章 金属电沉积理论
1、金属还原可能性 2、电结晶历程 3、金属的析氢过电位在电镀中的作用 4、交换电流大小对电镀的影响 5、电沉积金属形态和结构 6、配合物极化 7、电解液及电解规范对镀层影响
第二章 金属电沉积
2.1 金属离子在水溶液中还原的可能性
-2.9 -2.8
-1.6
-0.9 -0.28 -0.44
io
nFK-3a
C
(1 )
M n
i = i0exp{(-zF/RT) c }
c = 2.3(RT/zF)logi0 - 2.3(RT/zF) logic
=a
+b
logic
Piontelli按交换电流密度（i0）大小，将金属分成 了三个组，如表2.4所示。
表 2.4 交换电流密度大小与金属的分类
pH=7: H+ +e －0.41
（2） 酸性介质 Cd－2e －0.402 Mn－3e －0.283 Co－2e －0.277 Ni－2e －0.25 Mo－3e －0.20 Sn－2e －0.13 Pb－2e －0.126 W－2e －0.11 Fe－3e －0.037
pH=0: H+ +e 0.0V
结晶过电位形成
（2）阴极过电位
2.2.4 金属离子放电过程的极化与成核
电结晶需要过电位： 由盐溶液中析出盐的晶体时，需要过
饱和度； 由液态金属变为固态金属时，需要过
冷度； 金属离子从溶液中电结晶试，需要过
电位。
切断电流 恒电流
晶核的比表面能与晶核的尺寸大小有 关，晶核尺寸越小，其比表面能越大，需 要的吸收的能量越大，这时就必须要有足 够大的过电位，补偿所吸收的能量。
第二章 金属电沉积理论
1、金属还原可能性 2、电结晶历程 3、金属的析氢过电位在电镀中的作用 4、交换电流大小对电镀的影响 5、电沉积金属形态和结构 6、配合物极化 7、电解液及电解规范对镀层影响
第二章 金属电沉积
2.1 金属离子在水溶液中还原的可能性
-2.9 -2.8
-1.6
-0.9 -0.28 -0.44
io
nFK-3a
C
(1 )
M n
i = i0exp{(-zF/RT) c }
c = 2.3(RT/zF)logi0 - 2.3(RT/zF) logic
=a
+b
logic
Piontelli按交换电流密度（i0）大小，将金属分成 了三个组，如表2.4所示。
表 2.4 交换电流密度大小与金属的分类
pH=7: H+ +e －0.41
（2） 酸性介质 Cd－2e －0.402 Mn－3e －0.283 Co－2e －0.277 Ni－2e －0.25 Mo－3e －0.20 Sn－2e －0.13 Pb－2e －0.126 W－2e －0.11 Fe－3e －0.037
pH=0: H+ +e 0.0V
第二章 金属电沉积
13
如：1 M ZnSO4 、0.2 M Pb(NO3)2 中所得镀层不 致密，结晶粗大。
2. 电化学极化较大的金属体系 当铁、钴、镍等金属从硫酸盐或氯化物中电沉积时，
它们的交换电流密度都很小。 如: 1M FeSO4 、NiSO4 中所得的镀层致密。
14
铑
高交换电流密度金属 中交换电流密度金属 低交换电流密度金属
22
自电化学暂态测量方法出现以来，采用暂态可减少浓差 极化，使电极表面变化轻微，或用液体电极撇开结晶过程， 如此，才对电结晶过程有了一个较统一的认识。目前，电结 晶的研究理论与实践仍有很大差距，而由于多种综合因素的 影响使其在解决电化学结晶的实际问题时，现有理论还不能 很好的解释。
23
2.3.1 电结晶历程
(2)电极表面溶液层中金属离子水化数降低、水化层发 生重排，使离子进一步靠近电极表面，过程表示为：
M 2+.mH2O − nH2O → M 2+.(m − n)H2O
(3) 部 分 失 水 的 离 子 直 接 吸 附 于 电 极 表 面 的 活 化 部 位，并借助于电极实现电荷转移，形成吸附于电极 表面的水化原子，过程表示为：
16
已知该络合物不稳定常数:
K不 = aAg + a2CN − / aAg (CN )2− = 1.6 ×10−22
设游离Ag+离子浓度为x，Ag(CN)2-活度为：
( a Ag + − x ) = ( 0 . 4 − x ) , CN − 活度近似为 1, 则有 :
x
=
K a / a 不
A g ( CN ) + 2
第二章 金属电沉积
1
2 .1 金属离子还原的可能性
如：1 M ZnSO4 、0.2 M Pb(NO3)2 中所得镀层不 致密，结晶粗大。
2. 电化学极化较大的金属体系 当铁、钴、镍等金属从硫酸盐或氯化物中电沉积时，
它们的交换电流密度都很小。 如: 1M FeSO4 、NiSO4 中所得的镀层致密。
14
铑
高交换电流密度金属 中交换电流密度金属 低交换电流密度金属
22
自电化学暂态测量方法出现以来，采用暂态可减少浓差 极化，使电极表面变化轻微，或用液体电极撇开结晶过程， 如此，才对电结晶过程有了一个较统一的认识。目前，电结 晶的研究理论与实践仍有很大差距，而由于多种综合因素的 影响使其在解决电化学结晶的实际问题时，现有理论还不能 很好的解释。
23
2.3.1 电结晶历程
(2)电极表面溶液层中金属离子水化数降低、水化层发 生重排，使离子进一步靠近电极表面，过程表示为：
M 2+.mH2O − nH2O → M 2+.(m − n)H2O
(3) 部 分 失 水 的 离 子 直 接 吸 附 于 电 极 表 面 的 活 化 部 位，并借助于电极实现电荷转移，形成吸附于电极 表面的水化原子，过程表示为：
16
已知该络合物不稳定常数:
K不 = aAg + a2CN − / aAg (CN )2− = 1.6 ×10−22
设游离Ag+离子浓度为x，Ag(CN)2-活度为：
( a Ag + − x ) = ( 0 . 4 − x ) , CN − 活度近似为 1, 则有 :
x
=
K a / a 不
A g ( CN ) + 2
第二章 金属电沉积
1
2 .1 金属离子还原的可能性
第2章-金属的电沉积
电沉积的金属种类
目前，电沉积单金属的种类众多，有锌、镉、 铜、镍、铁、铬、银、金、锡、铅、铟、钴、 钌、铑、铂、锇、钯、铝、铍、镁、钙、铕、 铈、铼、钇、钐、铀、钍、镎、钚等。
这些金属中有一些不是用来作镀层的，其中还 有不少金属无法从水溶液中得到，而只能从非 水溶剂组成的电解液或熔盐浴中电沉积，至于 电沉积合金的种类更是五花八门、不胜枚举。
在什么情况下，金属会从溶液中阴极还原沉积出来 ，在什么情况下会形成结构致密、厚度均匀，结合 力好的金属层，进而起到防护、装饰、功能性的作 用。
这样就需要首先了解金属的电沉积机理，以及电镀 液和电解规范对镀层质量的影响。
第 2 章 金属的电沉积
2.1 金属离子阴极还原的可能性 2.2 金属电结晶的基本历程 2.3 金属析氢过电势 2.4 电沉积金属的形态和结构 2.5 金属配离子还原时的极化 2.6 金属的E-pH图及其在电镀领域中的应用 2.7 电解液对沉积层结构的影响（简单离子） 2.8 电解规范对沉积层结构的影响
•例如飞机发动机的钢轴承上先镀一层银，然后在氟硼酸盐镀液中镀 上一层厚度为25斗m的铅层，最后镀1μm～2.5μm的铟层，然后在与 空气隔绝条件下进行热处理，在2h内缓慢升温至l50℃-l70℃。另一 种方法是在热油中加热，使得铟在铅中充分进行扩散，这样铟就固 溶于铅层之中。
二、金属离子沉积的情形
•镀镀铅简介
铅的电位比铁正，对钢铁而言是属于阴极性镀层，所以只有铅镀层 厚而无破损、无孔隙时才能有效地保护铁基体不受腐蚀。镀铅层适 用于接触的硫酸的设备和零件，也用于接触二氧化硫气体的器具和 仪表零件的防腐蚀。利用其良好的塑性和韧性，也可作为冷拉加工 的润滑材料。 镀铅的镀液种类很多，如氟硼酸盐、氟硅酸盐、氨基磺酸盐、醋酸 盐等，氟硼酸镀液以其简单、稳定、结晶细密而应用最广。
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极化曲线：电流通过电极时电极会发生极 化，表征电流密度与电极电势之间变化关 系的曲线称为极化曲线。 极化度：是指电极电势随电流密度的变化 率，它相当于改变单位电流密度所引起的 电极电势的变化，即极化曲线的斜率，也 称极化率。
§2.2 金属电结晶的基本历程
结论
• 金属离子在水溶液形成络合物的过程是 一步步完成的，举例：铜氰配离子
配离子的电化学还原历程
1. 电解液中以主要形式存在的配离子（浓度 最大最稳定的配离子），在电极表面上转化 成能在电极上直接放电的表面配合物，即化 学转化步骤。 2.表面配合物直接在电极上放电。
以氰化镀锌为例
[ Zn(OH ) 4 ]2 Zn(OH )２ ２OH（配位数减少）
[ Zn(CN ) 4 ]2 4OH [ Zn(OH ) 4 ]2 4CN (配位体交换）
• 浓差极化：由于电极表面附近反应物或反 应产物的扩散速度小于电化学反应速度而 产生的极化，称为浓差极化或浓度极化。
• 转化反应引起的极化： 由于表面转化步骤(包 括前置、后继及平行转化)的反应速度小于 电化学反应速度而产生的极化，称为转化 反应引起的极化。
• 结晶过程引起的极化： 由于电结晶步骤反应 速度小于电化学反应速度而产生的极化，称 为结晶过程引起的极化。
晶界
晶核的形成和长大
金属析出的反应历程
结晶的吸附原子表面扩散控制
在平衡电势附近
RT i cM 吸 k ( 0 0 ） nF i c M吸
k 电化学＋结晶
二维晶核形成速度与过电势的关系
（晶核与电极是同种金属）
h NM 1 W =K exp( ) nFRT K
高交换电流密度金属 • 根据i0值 中交换电流密度金属
低交换电流密度金属
铑
高交换电流密度金属 中交换电流密度金属 低交换电流密度金属
结论
交换电流 大 小
电化学极化
镀层
（注：指从金属的 简单盐溶液中得到 的镀层）
小
大
结晶粗大， 结晶细小， 结构不致密 结构致密
§2.4 电镀层的结构和性能
电沉积金属的结构：外延生长、择优取向、 结晶形态 电镀层的基本性能：密度、电阻率、硬度、 强度与塑性 镀层内应力
一、电沉积金属的结构
若是一种金属电沉积在另一种金属基 外延： 体上，在通电的初始阶段，同样也会出现镀 层沿袭着基体晶格生长的现象，这就是通常 所说的外延。
晶格参数差别不足15％
外延生长
由无序取向的晶粒构成的多晶沉积层
择优取向
晶粒出现相同的特征性取向
择优取向：在多晶沉积层继续生长过程中，新 形成的沉积层将有相当数量的晶粒出现相同的 特征性取向，称为择优取向。
• 金属析氢过电势 • 交换电流
一、金属析氢过电势
析氢过电势：伴随氢气析出反应的过电势
被称为析氢过电势。
氢的析出过电势与阴极电流密度的关系
H a b lg j
高氢过电势金属 • 根据a值 中氢过电势金属 低氢过电势金属
中氢过电势金属 0.5 0.7V
高氢过电势金属 1.0 1.6V
游离配位剂
放电电势负移
氨三乙酸
金属配离子还原时的阴极极化
结论
• 配离子的主要存在形式≠放电配离子
浓度最大 的配离子 品种
配位数 较低的 配离子
直接在电极上放电的配离子
电极体系 配离子的 主要存在形式 直接在电极上 放电的配离子
Zn(Hg)/Zn2+, CN-, OH-
[Zn(CN)4]2-
Zn(OH)2
铊
低氢过电势金属 0.1 0.3V
二、交换电流
当电极体系处于平衡态时，位于 交换电流 ： 金属侧的金属原子电化学位与位于溶液侧中 的相应的离子的电化学位（G+ｎFEaq）是 相等的。此时虽然没有宏观反应发生，但微 观物质交换仍在发生，绝对阴极电流iko等于 绝对阳极电流iao。用统一的符号io代替iao和 iko，并称其为交换电流io 。
电结晶的主要形态
层状
金字塔状（棱锥状） 块状
屋脊状
立方层状
螺旋状
晶须状
枝晶
结晶形态 • 螺旋—对于向顶部盘绕而上的螺旋，可以 当作分层的棱锥体 • 晶须—是一种长的线状体，在相当高的电 流密度下，尤其是溶液中存在有机杂质时 容易形成。 • 枝晶—是一种树枝状的结晶，多数从单盐 溶液中沉积出来
2 1
结论
过电势越大，成核速度越大，晶粒越细
三维晶核形成速度与过电势的关系
（晶核与电极是异种金属）
W =K exp(结论
b
K
) 2
随着过电势的增加，形成晶核的速度急剧增加
结论
• 极化越大，形成的晶核尺寸越小，形成的 金属层就越细致光滑。所以在电镀的过程 中总是设法使得阴极电化学极化大一些。
§2.3 金属析氢过电势
• 汞齐： 又称汞合金，是汞与一种或几种其他 金属所形成的合金。
碱金 属
汞
稀土 金属 碱土 金属
• 碱金属——锂﹑钠﹑钾﹑铷﹑铯﹑钫 • 碱土金属——铍、镁、钙、锶、钡、镭 • 稀土金属——元素周期表中IIIB族中钪、钇、 镧系17种元素的总称
• 欠电势沉积： 在异种金属表面上，可在比 平更正的电势沉积出单原子层或不足单原 子层的金属，称为“欠电势沉积”。
２．若溶液中金属离子以比简单水化离子更 稳定的络离子形式存在，则为了实现还原反 应就必须由外界供给更多的能量，因而体系 的平变得更负，使离子析出较为困难，例如 氰化物溶液中铁族金属无法电沉积出来。利 用这一原理，电镀锌时，常采用络合剂来掩 蔽铁族金属。
３．在非水溶剂中，金属离子的溶剂化能有 可能与水化能相差很大，此外，各种溶剂的 分解电势也各不相同，因此某些在水溶液中 不能在电极上析出的金属可以在适当的有机 溶剂中电沉积出来，例如，Li，Al，Mg等金 属不能自水溶液中电沉积，但可以从适当的 有机溶剂中电沉积出来。
镀层微观内应力
压应力
镀层宏观内应力：单面电镀的金属弯曲成C型
镀层承受拉应力
镀层
镀层
镀层承受压应力
• 微观内应力仅局限在晶粒尺寸大小的范围 内，它是晶格发生畸变或晶界遭受应变时 所产生的应力。 • 微观内应力仅影响硬度
§2.5 金属配离子还原时的极化
氰化物
氢氧化物 常用的配位剂 过量 卤化物 柠檬酸 焦磷酸
第二章 金属电沉积
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4 §2.5 §2.6 §2.7 §2.8 金属离子阴极还原的可能性 金属电结晶的基本历程 金属析氢过电位 电镀层的结构和性能 金属络离子还原时的极化 金属的E-pH图及其在电镀领域中的应用 电解液对沉积层结构的影响 电解规范对沉积层结构的影响
电极的极化
电极过程历程
液相传质步骤
前置的表面转化步骤
电子转移步骤
后继的表面转化步骤 及平行的表面转化步骤
液相传质步骤
新相生成步骤 (晶态或气态)
•电极过程中的速度由最慢的单元步骤控制。
• 电流密度：单位面积电极上通过的电流强度， 通常以A/dm2表示。
• 电极电势：在标准状态下，某电极与标准 氢电极（作为负极）组成原电池，所测得 的电动势称为该电极的氢标准电极电势， 简称电极电势。 • 平衡电极电势：金属浸在只含有该金属盐 的电解液中，达到平衡时所具有的电极电 势，即电极反应处于热力学平衡状态时的 电极电势称为平衡电极电势。
注意
• 在电镀过程中，产生阴极极化的原因，一 般是电化学极化和浓差极化现象共存，只 是随条件的变化而有所侧重。
• 以电化学极化为主 电流密度很小
• 往往发生浓差极化
电流密度较大
在不加添加剂 • 主要是浓差极化起 的简单盐溶液 作用 中
• 析出电势：金属和其他物质（如氢气）在 阴极上开始镀出的电势，就称为该金属的 析出电势，也称沉积电势或放电电势。
0.1nm 内亥姆霍兹层 内亥姆霍兹层 外亥姆霍兹层 外亥姆霍兹层 0.2-0.3nm
特性吸附 金 属
水合金属离子
107-108V/cm
放电金属离子 （水合离子或配离子） 配体定向排列
数百nm
放电金属离子 脱去配体 扩散层
10µ m
放电位置
扩散双电层
亥姆霍兹层双电层
电极/水溶液界面的结构
电极表面的各个层
元素周期表
碲 砹
金属以配离子形式存在，则金属析出电位负移
• 在氰化物溶液中，只有（铜分族）及在 （铜分族右方）的金属元素才能在电极上 析出。即分界线的位置向右移动了。
能够导致分界线变化的情况
1．若金属电极过程的还原产物不是纯金属 而是合金，则反应产物中金属的活度比纯金 属小，因而有利于还原反应的实现，例如汞 齐的生成现象；还常观察到欠电势沉积现象。
内亥姆霍兹层
亥姆霍兹双电层
(内层或固定层或紧密层)
外亥姆霍兹层
扩散双电层
扩散层
２、 通电时金属离子的放电历程
（1） 金属离子(水合离子或配离子)从溶液 的内部向电极表面扩散，达到距电极表面数 百nm以内的扩散双电层边缘，其周围的配 体在电场作用下发生重排，远离电极表面。 （2） 金属离子在电场的作用下向电极表面 的双电层内进行迁移 ，在紧密双层的界面， 金属离子要脱去其尾部的配体。
• 标准电极电势：在标准状态下，即电极反 应中所有反应物与产物的活度（或逸度） 均等于1时的平衡电极电势称为标准电极电 势。 • 电化序：将各物质的标准电极电势按次序 排列成表，这个表称为金属的电化序。它 反映了金属氧化和还原的能力。
• 极化：指电流通过电极时，电极电势偏离 其平衡电势的现象。
• 阴极极化：直流电通过电极时，阴极电势 偏离平衡电势向负的方向移动的现象。 • 阳极极化： 直流电通过电极时，阳极电势 偏离平衡电势向正的方向移动的现象。