现代电化学表面处理专论重点
第2章电化学表面处理与加工
第二章电化学表面处理与加工2.1 概述一、概述金属表面处理技术涉及物理、化学、金属工程学、机械工程学等各个学科。
早期表面处理是指使金属制品表面美观耐腐蚀而进行的抛光、电镀、着色、涂漆等。
现在金属表面处理不仅使制品美观耐用，还能改善金属表面的各种机械性能，赋予表面某些特殊功能，而且利用表面处理技术对金属进行加工。
为达到这些目的，采用冶金、物理、化学及电化学多种方法。
过去难以电镀的铝、钛、粉末制品现在也能电镀，被处理的材料也从金属扩展到非金属，例如塑料、玻璃和陶瓷。
对于金属和无机覆盖层，传统的工艺包括电镀、阳极氧化、化学转化膜。
热喷涂、溅射、离子注人、物理或化学气相沉积、激光增强电沉积、自动催化沉积等技术也日益显出它们的重要性。
对于有机覆盖层，传统的方法如刷镀、手工喷涂、已显得陈旧，面临着自动涂装、电泳沉积、粉末涂层等技术的挑战。
电镀是金属表面处理的重要组成部分。
它是以被镀基体为阴极，通过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属或合金膜的一种表面处理方法，具有如下的主要作用。
(1)提高外观质量：使产品美观，并能长期保持这种美观是电镀的重要目的之一。
为使基体表面平整光亮和提高耐蚀性，常镀上铜镀层或镍镀层作底层；大多数采用镀铬或镀金、银、锗等贵金属进行最后装饰性电镀。
(2)提高耐蚀性：电镀最基本的要求是耐蚀性。
在电镀件中用得最广泛的是钢铁，在钢铁表面镀覆其他金属，如镀锌或镀镐，保持美观并延长零件的寿命，从而显著地增加了整个产品的使用期。
根据上述两点，通常把镀层分为防护性镀层和防护-装饰性镀层。
(3)功能作用：电镀在机械、电、磁、光、热、化学等方面有着不少特殊的功能，因而出现了各种功能镀层，例如硬铬镀层（耐磨镀层）、锡铅镀层（减磨镀层）、高锡青铜镀层（反光镀层）、镍钻镀层（导磁镀层）、防渗碳铜镀层（热加工镀层）、转子发动机内腔的铬镀层（抗高温氧化层）、修复机床主轴的镀铁层（修复镀层）。
目前工业上用的电镀液大多数是水溶液，特殊情况下也使用熔盐或有机溶剂镀液。
考点9 电化学
考点9 电化学一、选择题1.(2024·湖北选择考·2)2024年5月8日,我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。
舰体表面需要采取有效的防锈措施,下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是( ) A.发蓝处理 B.阳极氧化C.表面渗镀D.喷涂油漆【解析】选D。
A项发蓝处理是指钢铁等黑色金属通过在空气中加热或直接浸泡于浓氧化性溶液中,从而在金属表面形成一层极薄的氧化膜,这层氧化膜能有效防锈,故A不符合题意;B项阳极氧化是将待保护的金属与电源正极连接,在金属表面形成一层氧化膜的过程,故B不符合题意;C项表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的欲渗镀的物质(金属或非金属元素)通过扩散作用从被渗镀的金属的表面渗入内部以形成表层合金镀层的一种表面处理的方法,故C不符合题意;D项喷涂油漆是将油漆喷涂在待保护的金属表面,并没有在表面形成钝化膜,故D符合题意。
2.(2024·湖北选择考·14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。
已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。
Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-HCOO-+H·。
下列说法错误的是( )A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小B.理论上生成1 mol H3N+CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2OD.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-CHOCOOH+H2O【解析】选B。
在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-:HCHO+OH-HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O,Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-HCOO-+H∙,H∙结合成H2,因此Cu电极为阳极,总反应为2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O,C项正确;根据电极反应式可知电解过程中阳极消耗OH-,同时生成H2O,故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小,A项正确;PbCu电极为阴极,根据工作原理图示,首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH:H2C2O4+2e-+2H+OHC—COOH+H2O,OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH N—OH:OHC—COOH+HO—N+H3HOOC—CH N—OH+H2O+H+,HOOC—CH N—OH在Cu上发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH:HOOC—CH N—OH+4e-+5H+H3N+CH2COOH+H2O,D项正确;阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+H3N+CH2COOH+3H2O,理论上生成 1 mol H3N+CH2COOH消耗6 mol H+,而H2O解离为H2O H++OH-,故双极膜中有6 mol H2O 解离,B项错误。
现代表面技术第2章 电镀
理论电化学（郭鹤同） 理论电化学（郭鹤同）
电镀工艺与理论（黄子勋） 电镀工艺与理论（黄子勋） 电化学方法原理和应用 阿伦. 巴德等） （美 阿伦.J.巴德等）
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目的
1,增进美观(如光亮、色泽) 1,增进美观(如光亮、色泽) 增进美观 2,提升抗环境能力 如抗蚀、耐热、耐磨等), 提升抗环境能力( ),例如钢铁制品和零件表 2,提升抗环境能力(如抗蚀、耐热、耐磨等),例如钢铁制品和零件表 面电镀锌;电镀硬铬可以提高耐磨性能; 面电镀锌;电镀硬铬可以提高耐磨性能;电镀锡可以提高其耐硫酸腐蚀 性能 3,修复金属零件尺寸 例如轴,齿轮,花键等重要零件使用后磨损, 修复金属零件尺寸, 3,修复金属零件尺寸,例如轴,齿轮,花键等重要零件使用后磨损,可采 用电镀铁,铬等恢复其尺寸. 用电镀铁,铬等恢复其尺寸. 4,赋予某些特殊的功能 如导电、润滑、强度、弹性等),例如, 赋予某些特殊的功能( ),例如 4,赋予某些特殊的功能(如导电、润滑、强度、弹性等),例如,电镀铜 银可以提高导电性; 银可以提高导电性; 配合后加工制程（如焊接、折弯） 5. 配合后加工制程（如焊接、折弯）
（1）液相传质步骤 溶液中的金属离子（如水化金属离子或络和离子） 溶液中的金属离子（如水化金属离子或络和离子）通过电迁 对流， 移，对流，扩散等形式到达阴极表面附近 （2）电化学反应步骤 到达电极附近的离子需要转化成较简单的粒子再以此形式从 阴极得到电子， 阴极得到电子，生成金属原子
（3）电结晶步骤 金属原子沿表面扩散到达结晶生长点， 金属原子沿表面扩散到达结晶生长点，以金属原子态排列在 晶格内， 晶格内，形成镀层
College of Materials Science and Engineering, BJUT
材料表面处理的理论与技术
材料表面处理的理论与技术随着现代工业的发展，对材料性能的要求越来越高，表面处理技术变得越来越重要。
材料表面特性的改变会直接影响材料力学性能、导电性能、耐环境腐蚀性能等多个方面。
因此，表面处理是一种非常重要的材料加工技术。
1、表面处理的意义随着人们需求的提高，材料的性能也变得越来越重要。
表面处理可以改善材料的性能，提高材料的使用寿命和可靠性。
一般而言，表面处理的作用主要包括以下方面：1）防腐蚀，提高材料的耐蚀性。
2）提高材料的硬度和抗划伤性能。
3）改善材料的导电性，适用于电子元器件等领域。
4）提高表面光洁度，对于光学器件等有很大的使用价值。
5）提高材料的润滑性，降低摩擦磨损。
2、表面处理的工艺目前，表面处理技术非常丰富，包括化学表面处理、物理表面处理、生物表面处理等多种不同工艺。
其中，常用的表面处理工艺有以下几种：1）电化学处理电化学处理是利用电化学反应来进行材料表面处理的工艺。
常见的电化学处理方法包括阳极氧化处理、电镀、金属化学腐蚀等。
通过电化学处理，可以改善材料的耐蚀性、磨损性等性能。
2）喷涂喷涂是通过将液体、固体或气态材料喷射到工件表面，形成覆盖层来进行表面处理的工艺。
通常，喷涂技术用于表面涂层、防腐蚀涂层、涂覆复合材料等领域。
3）电子束处理电子束处理利用电子束辐射效应进行表面处理。
常见的电子束处理方法包括电子激发、电子离子的辐射效应、电离不平衡等。
电子束处理通常用于表面刻蚀、加工、改性等领域。
4）激光加工激光加工是一种利用激光在表面进行熔化、蒸发和气化的表面处理技术。
激光加工可以用于焊接、打洞、切割等领域。
3、表面处理的应用随着材料表面处理技术的不断发展，它在许多领域都有着广泛的应用。
1）航空航天领域航空航天领域对材料的要求非常高。
许多材料在表面处理后，可以提高其抗振动、耐热、密封性和耐腐蚀性能等，从而增强制造材料的可靠性和性能。
2）电子器件领域电子器件需要高精度、高稳定性和高密度的工艺要求。
现代表面工程技术-主要内容
现代表面工程技术-主要内容----d325f838-7161-11ec-b83b-7cb59b590d7d1．使用表面技术的目的？（1）提高材料抵抗环境影响的能力。
（2）赋予材料表面某种功能特性。
包括光、电、磁、热、声、吸附、分离等等各种物理和化学性能。
（3）进行特定的表面处理，以制造零部件。
2按学科特点将表面技术大致划分为三个方面1）表面合金化：包括喷焊、堆焊、离子注入、激光沉积、热渗透镀等。
2）表面覆层与覆膜技术：包括热喷涂、电镀、化学转化处理、化学镀、气相沉积、涂装、堆焊、金属染色、热浸镀等。
3）表面结构转变技术：包括激光、电子束热处理技术和喷丸、轧制等表面加工硬化技术。
3.表面技术:表面技术主要通过表面涂覆和表面改性技术来提高材料抵御环境作用能力和赋予材料表面某种功能特性。
表面涂层：主要采用各种涂层技术。
表面改性技术：用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
4.表面粗糙度通常用以下方法表示。
请用线段连接相应的挖掘符号。
轮廓算术平均偏差：ra微不平整度+点高RZ轮廓最大高度ry5.电镀的基本原理和分类？电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。
电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融盐。
从水溶液和有机溶液中电镀称为湿法电镀，从熔融盐中电镀称为熔融盐电镀。
6.电沉积的基本条件金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实现电沉积。
但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其它离子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。
所以金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢还原电位的相对大小。
若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析氢，金属沉积极少。
7.合金共沉积的条件？两种金属离子共沉积除需具备单金属沉积的基本条件外，还应具备以下两个基本条件：①两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。
公共基础知识表面处理技术基础知识概述
《表面处理技术基础知识概述》一、引言表面处理技术在现代工业中占据着至关重要的地位。
它不仅能够改善材料的外观，还能提高材料的性能，延长其使用寿命，满足各种不同的应用需求。
从日常生活中的五金制品到高科技领域的航空航天设备，表面处理技术都发挥着不可或缺的作用。
本文将对表面处理技术的基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、基本概念1. 表面处理的定义表面处理是指通过物理、化学或机械等方法，在材料表面形成一层具有特定性能的覆盖层，以改善材料的表面性能，如耐腐蚀性、耐磨性、装饰性等。
2. 表面处理的目的（1）提高材料的耐腐蚀性：通过在材料表面形成一层耐腐蚀的覆盖层，如电镀、化学镀、热浸镀等，可以有效地防止材料在恶劣环境下的腐蚀。
（2）提高材料的耐磨性：采用表面淬火、渗碳、渗氮等表面强化技术，可以提高材料的表面硬度和耐磨性，延长材料的使用寿命。
（3）改善材料的装饰性：通过电镀、喷涂、阳极氧化等方法，可以在材料表面形成各种颜色和光泽的覆盖层，提高材料的装饰性。
（4）提高材料的其他性能：如提高材料的导电性、导热性、绝缘性等。
3. 表面处理的分类（1）按处理方法分类：可分为物理表面处理、化学表面处理和机械表面处理。
- 物理表面处理：包括真空镀膜、离子注入、激光表面处理等。
- 化学表面处理：包括电镀、化学镀、热浸镀、化学转化膜等。
- 机械表面处理：包括喷砂、抛丸、磨光、滚光等。
（2）按处理目的分类：可分为防护性表面处理、装饰性表面处理和功能性表面处理。
- 防护性表面处理：主要目的是提高材料的耐腐蚀性和耐磨性。
- 装饰性表面处理：主要目的是改善材料的外观，提高其装饰性。
- 功能性表面处理：主要目的是提高材料的特定性能，如导电性、导热性、绝缘性等。
三、核心理论1. 表面物理化学表面物理化学是研究材料表面的物理和化学性质的学科。
它涉及到表面张力、表面能、吸附、润湿等概念。
在表面处理过程中，了解材料表面的物理化学性质对于选择合适的处理方法和工艺参数至关重要。
现代表面
1.电镀：是利用电解作用，即把具有导电性能的工件表面与电解质溶液接触，并作为阴极，通过外电流的作用，在工件表面沉积与基体牢固结合的镀覆层。
2.电刷镀：是电镀的一种特殊方法，又称接触镀、选择镀、涂镀、无槽电镀等。
其设备主要由电源、刷镀工具(镀笔)和辅助设备(泵、旋转设备等)组成，是在阳极表面裹上棉花或涤纶棉絮等吸水材料，使其吸饱镀液，然后在作为阴极的零件上往复运动，使镀层牢固沉积在工件表面上。
3.化学镀：又称“不通电”镀，即在无外电流通过的情况下，利用还原剂将电解质溶液中的金属离子化学还原在呈活性催化的工件表面，沉积出与基体牢固结合的镀覆层。
4．涂装：它是用一定的方法将涂料涂覆于工件表面而形成涂膜的全过程。
涂料(或称漆)为有机混合物，一般由成膜物质、颜料、溶剂和助剂组成5．粘结它是用粘结剂将各种材料或制件连结成为一个牢固整体的方法，称为粘结或粘合。
粘结剂有天然胶粘剂和合成胶粘剂6．堆焊：它是在金属零件表面或边缘，熔焊上耐磨、耐蚀或特殊性能的金属层，修复外形不合格的金属零件及产品，提高使用寿命，降低生产成本，或者用它制造双金属零部件。
7．熔结：它与堆焊相似，也是在材料或工件表面熔敷金属涂层，但用的涂敷金属是一些以铁、镍、钻为基，含有强脱氧元素珊和硅面具有自熔性和熔点低于基体的自熔性合金，所用的工艺是真空熔敷、激光熔敷和喷熔涂敷等。
8.热喷涂:它是将金属、合金、金属陶瓷材料加热到熔融或部分熔融，以高的动能使其雾化成微粒并喷至工件表面，形成牢固的涂覆层。
热喷涂的方法有多种，按热源可分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂(超音速喷涂)和爆炸喷涂等。
经热喷涂的工件具有耐磨、耐热、耐蚀等功能。
9.塑料粉末涂敷:利用塑料具有耐蚀、绝缘、美观等特点，将各种添加了防老化剂、流平剂、增韧剂、固化剂、颜料、填料等的粉末塑料，通过一定的方法，牢固地徐敷在工件表面，主要起保护和装饰的作用。
10.电火花涂敷:这是一种直接利用电能的高密度能量对金属表面进行徐敷处理的工艺，即通过电极材料与金属零部件表而的火花放电作用，把作为火花放电极的导电材料(如WC、nC)熔渗于表面层，从而形成含电极材料的合金化涂层，提高工件表层的性能，面工件内部组织和性能不改变。
现代表面工程学导论-电镀
电沉积的基本条件
某金属在阴极析出的必要条件： 阴极的电位负于该金属在该溶液中的平 衡电位，并获得一定过电位。 某金属在阴极析出的充分条件： 溶液中其他粒子不会优于该金属在阴极上首 先析出。
例如：金属离子还原电位比氢离子还原电位 更负，则氢在电极 上优先大量析出，金属就 很难沉积出来。
金属还原的可能性
两种或多种金属共沉积的过程比单一金属电沉积 过程复杂得多，研究其共沉积的机理就更困难，因 而当前关于合金电镀的理论尚不完善，共沉积中的 一些现象至今仍难以合理解释。 共沉积时，两种以上金属离子在阴极上还原，会出 现竞争放电现象、电子之间互相影响以及电结晶过 程中合金元素对成核规律的影响等问题。 因此，目前还只能提供一些实验数据的综合和某些 定性解释，定量的理论研究还有待今后发展。
镀层分类
按镀层与基体金属之间的电化学性质分类， 可分为阳极性镀层和阴极性镀层。 凡镀层相对于基体金属的电位为负时，镀 层是阳极，称阳极性镀层，如钢上的镀锌 层。 而镀层相对于基体金属的电位为正时，镀 层呈阴极，称阴极镀层，如钢上的镀镍层、 镀锡层等。
镀层分类
按镀层的组合形式分: 单层镀层，如Zn或Cu层； 多层金属镀层，例如 Cu-Sn/Cr ， Cu ／ Ni ／ Cr镀层等； 复合镀层，如 Ni-A2O3，Co-SiC等。 若按镀层成分分类为： 单一金属镀层 合金镀层及复合镀层。
第7章 电化学表面处理
各种电镀技术： 1. 合金电镀和复合电镀 2. 化学镀与塑料电镀
3. 脉冲电镀、电刷镀和激光电镀
28
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7.2 金属电沉积与电镀过程
（4）熔盐电镀 熔盐电镀是指在熔盐介质中进行的一种电镀方式。 熔盐电镀的优点：
（1）熔盐电解液分解电压高，稳定性好，电镀过程副反应少，
电流效率高。 （2）阴极还原超电势低，交换电流密度大，电沉积速度快，能
在复杂镀件上得到较为均匀的镀层。
（3）熔盐可溶解金属表面氧化物，并能使沉积金属扩散进人金 属基体，镀层与基底结合力强，同时镀层有较好的抗腐蚀性能等。
积过程，以达到改善镀液的分散能力，获得结晶细致、紧密的镀
层；改善微观电流分布，以得到平整和光亮的镀层表面；以及对镀 层物理性能的影响等。
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7.2 金属电沉积与电镀过程
7.2.2 电镀过程 1 镀层应具有的主要性能 镀层应具有化学稳定性和平整程度与光洁度以及机械性能。机
械性能包括：镀层与基底金属的结合强度、镀层的硬度、内应力、
耐磨性以及脆性等。 2 影响镀层质量的因素
A 镀液的性能：（1）沉积金属离子阴极还原极化较大，以获得
晶粒度小、致密，有良好附着力的镀层；（2）稳定且导电性好； （3）金属电沉积的速度较大，装载容量也较大；（4）成本低，毒
性小。
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7.2 金属电沉积与电镀过程
镀液配方一般都是由主盐、导电盐（支持电解质）、络合剂和 一些添加剂等组成。主盐是指进行沉积的金属离子盐，主盐对镀层 的影响体现在：主盐浓度高，镀层较粗糙，但允许的电流密度大；
工、酸洗、除油等步骤。
电镀：镀件经镀前处理，即可进入电镀工序。在进行电镀时还 必须注意电镀液的配方，电流密度的选择以及温度、pH等的调节。
现代表面技术重点
第一章表面技术概论1.表面技术：通过对材料基体表面加涂层或改变表面形貌、化学组成、相组成、微观结构、缺陷状态，达到提高材料抵御环境作用能力或赋予材料表面某种功能特性的工艺技术。
2.使用表面技术的目的：（1）提高材料抵御环境作用能力。
（2）赋予材料表面某种功能特性。
（3）实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等。
3.理想表面：没有杂质的单晶，作为零级近似可将表面看作一个理想表面，从理论上看，它是结构完整的二位点阵平面。
（实际不存在）清洁界面：经过注入粒子轰击、高温脱附等特殊处理后保持在6-10Pa超高10~9-真空下外来沾污少到不能用一般表面分析方法探测的表面。
实际表面：暴露在未加控制的大气环境中的固体表面，或经过一定加工处理，保持在常温常压下的表面。
4.①弛豫：表面最外层与次外层原子之间的距离不用于体内原子间距。
②重构：表面原子的平移对称性与体内显著不同，位置变动大。
③偏析：表面原子从体内分凝出来。
④化学吸附：外来原子以化学键结合吸附于表面。
⑤化合物：外来原子进入表面，并与表面原子键合成化合物。
⑥台阶：表面不是原子结构的平坦，形成了台阶。
5.物理/化学吸附：第三章电镀与化学镀1.电镀：指在含有预镀金属的盐类溶液中，以被镀金属为阴极，经电解作用，使镀液中预镀金属阳离子在基体表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。
2.镀层分类：①使用性能：防护性镀层、防护-装饰性镀层、装饰性镀层、耐磨和减磨镀层、电性能镀层。
②电化学性质：阳极性镀层、阴极性镀层。
③镀层组合：单层、多层、复合层镀层。
④镀层成分：单一金属、合金、复合。
3.金属电镀基本步骤：①液相传质： 镀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，到达阴极的双电层溶液一侧。
②电化学反应：水化金属离子或络离子通过双电层，并去掉它周围的水化分子或配位体层，从阴极上得到电子生成金属原子(吸附原子)。
③电结晶：金属原子沿金属表面扩散到达结晶生长点，以金属原子态排列在晶格内，形成镀层。
现代表面技术第3章-2--电刷镀和化学镀
•19•
二、化学镀铜 目的：在非导体材料表面形成导电层。广泛应 用于印刷电路板孔金属化和塑料电镀前的化 学镀铜。 主盐：硫酸铜 还原剂：甲醛、肼、次磷酸钠、硼氢化钠等
以醛做还原剂为例研究镀铜原理工艺。
第三章
第二节 电刷镀
•1 •
①
② ③
④
电刷镀是电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不断供 应电解液的条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦拭， 从而获得电镀层。所以，电刷镀又称无槽镀、笔镀、擦镀 或涂镀。 与曹镀相比，有一下优点： 设备简单，携带方便，不需大的镀槽。 工艺简单，操作简便适用于不解体的现场维修和野外检修 镀层种类多，与集体材料结合力强，力学性能好， 沉积速度快。但须高电流密度操作。
•9 •
三、电刷镀镀液
（2）镀液的特点
与一般的槽镀液相比，刷镀溶液有如下特点：
①金属离子的含量较高。如镀Ni液中离子含量53～ 55g/l； ②镀液的温度范围比较宽； ③镀液的性质比较稳定。在刷镀过程中虽然金属离子不 断沉积，但由于电极上的电阻热使溶液不断蒸发，综 合结果使离子浓度下降并不大，因而pH值变化也不大； ④ 均镀能力和深镀能力较好； ⑤ 镀液的毒性与腐蚀性较小；
•4 •
一、电刷镀的原理与特点 （2） 特点
镀层结合强度高 在钛、铝、铜、铬、高合金钢和石墨上也具有很好的结 合强度 设备简单、工艺灵活、操作方便，可现场作业 可进行槽镀困难或实现不了的局部电镀 例如对某些重量重、体积大的零件实行局部电镀 生产效率高 刷镀的速度是一般槽镀的10~15倍；辅助时间少；且可 节约能源，是糟镀耗电量的几十分之一 操作安全，对环境污染小 刷镀的溶液不含氰化物和剧毒药品，可循环使用，耗量 小，不会因大量废液排放而造成污染
电化学表面处理技术及其应用前景分析
电化学表面处理技术及其应用前景分析电化学表面处理技术是利用电化学反应理论和方法，通过电流的作用使金属或其他材料表面发生一系列的物理和化学变化，从而达到改善材料表面性能的目的。
该技术广泛应用于材料加工、电镀、薄膜制备、防腐蚀、清洗、改性处理等领域。
本文将从电化学表面处理技术的基本原理、方法和应用前景三个方面进行详细阐述。
一、电化学表面处理技术的基本原理电化学表面处理技术是通过在外施加电压的条件下，在电极表面引起电化学反应，从而改变电极表面的组织和性能。
其基本原理包括电解质溶液中的离子传递、电极电位的控制以及电极表面触媒的作用等。
其中，离子传递是电化学表面处理技术发挥作用的重要因素之一。
当外施加电压时，电极表面会形成正、负极性的离子膜，并将溶液中的离子通过电化学反应的方式输运到电极表面，形成新的化合物或产生物理改变。
通过调整电极电位，可以控制离子在电极表面的沉积和溶解，实现对表面形貌和结构的控制。
二、电化学表面处理技术的方法电化学表面处理技术主要包括阳极氧化、电沉积、电解抛光、电解退火、电解氧化、电解涂层等多种方法。
其中，阳极氧化是最常见的一种方法，适用于铝、镁、钛等轻金属的表面处理。
通过在氧化溶液中施加电压，可以使阳极表面形成致密的氧化层，提高材料的耐腐蚀性和硬度。
电沉积是通过在电解质溶液中施加电流，使金属离子在电极表面沉积，形成金属覆盖层。
电解抛光是利用电化学腐蚀原理，在电解液中施加电流，使金属表面产生均匀的腐蚀作用，达到光洁度要求。
电解退火是通过在电解液中施加电流，使金属表面发生局部退火，改善晶界和晶粒尺寸，提高材料力学性能。
三、电化学表面处理技术的应用前景电化学表面处理技术具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 材料加工领域：电化学表面处理技术可以改善金属材料的表面性能，提高材料的耐腐蚀性、硬度、强度等指标，使材料更加适用于复杂的工作环境。
例如，通过阳极氧化处理铝材表面，可以增加其耐腐蚀性，并且还可以在氧化层上实现多种颜色的染色处理，广泛应用于建筑、交通等领域。
表面处理及电化学术语详解
01 镀前处理 preplating为使制件材质暴露出真实表面，消除内应力及其它特殊目的所需，除去油污、氧化物及内应力等种种前置技术处理。
广义上讲，前处理包括除油、浸蚀、磨光、抛光、滚光、吹砂、局部保护、装挂、加辅助电极等02 基体材料 basis material(substrate)能在其上沉积金属或形成膜层的材料。
03 不连续水膜 water break制件表面因污染所引起的不均匀润湿性而使其水膜不连续的现象，这是一种检查清洗程度的方法。
04 机械抛光 mechanical polishing借助高速旋转的抹有抛光膏的抛光轮以提高金属制件表面平整和光亮程度的机械加工过程。
05 刷光 brushing旋转的金属或非金属刷轮(或刷子)对制件表面进行加工以清除表面上残存的附着物，并使表面呈现一定光泽的过程06 滚光 barrel burnishing将制件装在盛有磨料和滚光液的旋转容器中进行滚磨出光的过程。
07 磨光 grinding借助粘有磨料的磨轮对金属制件进行抛磨以提高制件表面平整度的机械加工过程。
08 喷丸 shot blasting用硬而小的球，如金属丸喷射金属表面的过程，其作用是加压强化该表面，使之硬化或具有装饰的效果。
09 喷砂 sand blasting喷射砂粒流冲击制件表面而达到去污、除锈或粗化的过程。
10 有机溶剂除油 solvent degreasing利用有机溶剂清除制件表面油污的过程。
11 皂化 saponification油脂在碱性条件下的水解12 乳化 emulsification一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的现象。
13 乳化除油 emulsion degreasing用含有有机溶剂、水和乳化剂的液体除去制件表面油污的过程。
14 喷射清洗 spray rinsing用喷射的细液流冲洗制件以提高清洗效果，并节约用水的清洗方法。
15 超声波清洗 ultrasonic cleaning用超声波作用于清洗溶液，以更有效地除去制件表面油污及其他杂质的方法。
机械工程中的电化学表面处理方法
机械工程中的电化学表面处理方法机械工程是一门综合性的工程学科，涵盖了材料科学、力学、电子学等多个学科领域。
而电化学表面处理方法则是机械工程领域中的一种重要技术，通过电化学的原理和方法对材料表面进行改性和处理，以提高其性能和耐久性。
本文将介绍机械工程中常用的电化学表面处理方法。
一、电镀电镀是最常见的电化学表面处理方法之一。
通过在电解液中加入金属盐溶液，然后在外加电流的作用下，将金属阳离子还原到基体表面形成一层金属镀层。
电镀可以提供材料表面的装饰性和防腐性，同时改善其导电性和耐磨性。
常见的电镀方法包括镀铬、镀镍、镀锌等。
二、阳极氧化阳极氧化是机械工程中常用的电化学表面处理方法之一。
常见的阳极氧化技术包括硫酸阳极氧化、硫酸铝阳极氧化等。
通过在电解液中以阳极的形式处理金属表面，使其与电解液发生化学反应，形成致密的氧化层。
阳极氧化可以提高材料表面的硬度和耐磨性，同时可以增加其抗腐蚀性。
三、阳极溶出阳极溶出是一种通过在金属表面施加一定电压的条件下，在电解液中使金属溶解来改变其表面形貌和性能的方法。
阳极溶出可以实现对材料表面的微观加工，如孔洞、凹陷、沟槽等形貌的形成，从而实现对材料表面摩擦性能、润滑性能等方面的提高。
四、化学镀化学镀是一种通过在特定条件下，利用化学反应在金属表面形成一层薄膜的方法。
与电镀相比，化学镀无需外加电流，不受材料形状和尺寸限制，可以在金属表面形成连续、均匀的薄膜。
常见的化学镀方法包括化学镀镍、化学镀铬等。
化学镀可以提高材料表面的装饰性和耐蚀性，同时还可以改善其导电性和润滑性。
五、阳极保护阳极保护是一种通过在金属表面形成氧化膜或盐膜来提高材料抗腐蚀性能的方法。
通过在金属表面形成致密的氧化膜或盐膜，可以隔离金属表面与外界环境的接触，减少金属表面的腐蚀。
常见的阳极保护方法包括阳极氧化保护、阴极保护等。
总之，机械工程中的电化学表面处理方法是一种重要的技术手段，可以改善材料表面的性能和功能。
通过合理选择和应用这些方法，可以实现材料的防腐、装饰、耐磨、导电等要求，提高机械产品的品质和竞争力。
金属材料表面工程
金属材料表面工程近年来，随着科技的发展，人们对于金属材料表面工程的需求越来越大。
金属材料表面工程旨在通过改变金属材料表面的物理化学性质，达到改进金属材料性能的目的。
金属材料表面工程有多种方法，其中最为常见的包括电化学表面处理、热处理和涂层等技术。
本文将就这三个方面进行较为详细的介绍，以期能够从多个方面展现金属材料表面工程的魅力。
一、电化学表面处理电化学表面处理是通过电流作用在金属材料表面形成或改变黑色金属氧化物覆盖层的方法，目的是改变材料表面的化学性质、改善耐腐蚀性和使表面具有其他特殊性能，如抗氧化性、电导性、陶瓷性等。
在电化学表面处理中，最常使用的技术是阳极氧化技术。
阳极氧化技术是利用硫酸、硝酸等酸性溶液，通过直流电的作用将金属材料表面氧化，形成氧化膜。
这种氧化膜具有防腐蚀和装饰作用，还能增加材料表面的硬度和抗磨性，提高材料的耐久性。
此外，镀铬、镀镍、镀金等技术也属于电化学表面处理范畴。
这些技术能够在金属表面形成一层具有特殊性能的金属镀层，进而达到美化、防腐、增加耐磨性的目的。
二、热处理热处理是通过升温和冷却的过程，改变材料组织结构、晶粒结构和化学成分，进而改变材料的性质。
在热处理中，晶粒细化和共晶化是热处理效果最为显著的两种现象。
晶粒细化是指将金属材料的晶粒尺寸从大到小的变化过程。
晶粒尺寸减小后，材料的塑性和韧性增加，强度和硬度也有所提高。
晶粒细化可以通过多种方式达到，如淬火、回火、等静压等。
共晶化是材料中两种或多种组分同时在液态状态下凝固，形成共晶结构，使整个材料具有较为均匀的组织结构。
共晶化的结果通常是增加材料的塑性、韧性和强度，降低材料的脆性。
三、涂层技术对于硬质合金及其它特殊材料而言，表面涂层时一种重要的技术：表面涂层可以提高材料耐磨性、抗氧化能力和表面硬度，进而提高材料的性能。
目前，表面涂层主要分为化学涂层和物理涂层两大类。
化学涂层是在材料表面形成一层具有化学活性的膜。
这种膜具有较好的耐腐蚀性、耐磨性和装饰性，其中最常见的化学涂层技术包括电泳、阴极电镀和阳极电镀等。
第7章 电化学表面处理
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7.2 金属电沉积与电镀过程
各种电镀技术： 1. 合金电镀和复合电镀 2. 化学镀与塑料电镀
3. 脉冲电镀、电刷镀和激光电镀
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耐磨性以及脆性等。 2 影响镀层质量的因素
A 镀液的性能：（1）沉积金属离子阴极还原极化较大，以获得
晶粒度小、致密，有良好附着力的镀层；（2）稳定且导电性好； （3）金属电沉积的速度较大，装载容量也较大；（4）成本低，毒
性小。
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7.2 金属电沉积与电镀过程
镀液配方一般都是由主盐、导电盐（支持电解质）、络合剂和 一些添加剂等组成。主盐是指进行沉积的金属离子盐，主盐对镀层 的影响体现在：主盐浓度高，镀层较粗糙，但允许的电流密度大；
（2）电子迁移反应；
（3）部分或完全失去溶剂化外壳，导致形成吸附原子；
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7.2 金属电沉积与电镀过程
（4）光滑表面或异相基体上吸附原子经表面扩散，到缺陷或位 错等有利位置； （5）电还原得到的其他金属原子在这些位置聚集，形成新相的
核，即核化；
（6）还原的金属原子结合到晶格中生长，即核化生长； （7）沉积物的结晶及形态特征的发展。
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7.2 金属电沉积与电镀过程
表面活性物质对电沉积反应速率影响的原因：由于吸附改变了 界面的电势分布，影响了反应速率；活性物质在电极表面的吸附引 起了表面沉积反应活化能的变化，甚至可能改变金属电沉积反应的
机理。
表面活性物质对电沉积过程的镀层起整平作用和光亮作用。 电镀生产中利用具有表面活性的添加剂来控制和调节金属电沉
较大，而对另一种离子的还原则无影响，亦可实现金属的共沉积。
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7.2 金属电沉积与电镀过程
4 金属电结晶 金属离子在电极上放电还原为吸附原子后，需经历由单吸附原 子结合为晶体的另一过程方可形成金属电沉积层，这种在电场作用
表面处理之电镀快速学习——第二章电化学基础
一、电镀电化学基础一：带外部直流电源的电沉积
基本概念
金属电沉积 电解时的化学反应
电解 电解液
电解液中的化学反应是在直流电的流动下在阳极和阴极上有电 荷交换, 在电极和电解液的界面上发生的化学反应: ➢Reduction得到电子 还原 ➢- Oxidation释出电子 氧化
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1.3 电镀 计算 法拉第电解定律
法拉第电解定律表示在电极上电能和物质数量的相互关系。
法拉第第一定律 : 电解时在电极上沉积物质的质量和通过的电量成正比 。
法拉第第二定律 :
不同电极上沉积当量物质所需的电量相同 。
法拉第电化当量计算
电化当量 = 用一个库伦电量沉积的物质的量 1 库伦= 1 安培.秒 (1 C = 1 As; 1 Ah = 3,600 As)= （6.24x1018电子所带电量） 沉积一个克当量(mol ÷ 化合价)的任何原子需要96,487库伦的量 计算沉积1克当量(mol ÷ 化合价)的任何物质所需电量96,487/ 3,600为26.8 Ah 1Ah沉积物质的量 = 电化当量 (c) c = 物质的原子量(g) 化合价 x 26,8 Ah
O2+
2
SO 3
结果 : 降低了硫酸铜的浓度, 增加了硫酸浓度 。
6
1.3 电镀常用的重要金属常数影响电解的因素
导电性能 :
离解程度
离子移动的速度
由电极电位引致
电解液的温度
also还有 :
电解液的浓度
电解液特定的导电性 电极的极化 极化, 分解和电解液电压 电流密度的曲綫走势
瞬时电压
电化学表面处理与表面加工2
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镀后处理：
钝化处理：指经过化学处理，在镀层上形成一层坚硬致 密，稳定性高的薄膜。 除氢处理：消除氢脆，在一定温度下，热处理数小时。
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第二节 电镀液的组成和主要金属离子还原的 电极过程
电镀液的组成及其作用
1. 主盐。沉积金属的盐类，有单盐，如硫酸铜、硫酸镍等 ；有络盐，如锌酸钠、氰锌酸钠等。 2. 络合剂。络合剂与沉积金属离子形成络合物，改变镀液 的电化学性质和金属离子沉积的电极过程，对镀层质量有 很大影响，是镀液的重要成分。常用络合剂有氰化物、氢 氧化物、焦磷酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。 3. 附加盐。其作用是提高镀液的导电能力，降低槽端电压 提高工艺电流密度.例如镀镍液中加人Na2SO4。导电盐不参 加电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。
电镀的目的： 改善材料的外观， 提高材料的各种物理化学性能， 赋予材料表面特殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、 焊接性及电、磁、光学性能等。
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镀层种类很多，按使用性能分类，可分为：
①防护性镀层：例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层， 作为耐大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。 ②防护-装饰性镀层：例如 Cu-Ni-Cr镀层等，既有装 饰性，亦有防护性。
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合金共沉积的条件
• 两种金属离子共沉积除需具备单金属沉积的 基本条件外，还应具备以下两个基本条件： • ①两种金属中至少有一种金属能从其盐的水 溶液中沉积出来。有些金属如W，Mo等不 能从其盐的水溶液中沉积出来，但它可以借 助诱导沉积与铁族金属共沉积。 • ②共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接 近。如果相差太大，电位较正的金属优先沉 积，甚至完全排斥电位较负的金属析出。
表面处理——精选推荐
表⾯处理⼀）阳极氧化处理的⼀般概念1、阳极氧化膜⽣成的⼀般原理以铝或铝合⾦制品为阳极置于电解质溶液中，利⽤电解作⽤，使其表⾯形成氧化铝薄膜的过程，称为铝及铝合⾦的阳极氧化处理。
其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性⾼的材料，如铅、不锈钢、铝等。
铝阳极氧化的原理实质上就是⽔电解的原理。
当电流通过时，在阴极上，放出氢⽓；在阳极上，析出的氧不仅是分⼦态的氧，还包括原⼦氧（O）和离⼦氧，通常在反应中以分⼦氧表⽰。
作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成⽆⽔的氧化铝膜，⽣成的氧并不是全部与铝作⽤，⼀部分以⽓态的形式析出。
2、阳极氧化电解溶液的选择阳极氧化膜⽣长的⼀个先决条件是，电解液对氧化膜应有溶解作⽤。
但这并⾮说在所有存在溶解作⽤的电解液中阳极氧化都能⽣成氧化膜或⽣成的氧化膜性质相同。
适⽤于阳极氧化处理的酸性电解液见表-4。
表-4氧化处理的酸性电解液酸类电离常数形成电压基膜颜⾊硫酸2×10-2（第⼆次电离的H+）12-20透明、⽆⾊铬酸30-40不透明、带⽩⾊磺基⽔杨酸40-70透明带灰⾊氨基磺酸30-40带灰⾊磷酸1.1×10-2（第⼀次）7.5×10-8（第⼆次）4.8×10-13（第三次）30-40透明带⽩⾊焦磷酸1.4×10-1（第⼀次）1.1×10-2（第⼆次）2.9×10-7（第三次）3.6×10-4（第四次）70-100带⽩⾊磷钼酸100以上阻挡层硼酸6.4×10-100-600阻挡层草酸6.5×10-2（第⼀次）6.1×10-5（第⼆次）40-60带黄⾊丙⼆酸1.61×10-3（第⼀次）2.1×10-6（第⼆次）80-110带褐⾊丁⼆酸6.6×10-5（第⼀次）2.8×10-6（第⼆次）120以上⽩⾊到黄⾊顺式丁烯⼆酸1.5×10-5（第⼀次）2.6×10-7（第⼆次）150-225灰黄⾊柠檬酸8.4×10-1（第⼀次）1.8×10-5（第⼆次）4.0×10-6（第三次）120以上黄褐⾊酒⽯酸1.1×10-3（第⼀次）6.9×10-5（第⼆次）120以上黄褐⾊苯⼆酸1.26×10-3（第⼀次）3.1×10-6（第⼆次）100以上阻挡层亚甲基丁⼆酸⿇蚀，40⼲涉膜⼄醇酸（羟基醋酸）1.54×10-4⿇蚀苹果酸（羟基丁⼆酸）4×10-4（第⼀次）9×10-6（第⼆次）⿇蚀，40⼲涉膜3、阳极氧化的种类阳极氧化按电流形式分为：直流电阳极氧化，交流电阳极氧化，脉冲电流阳极氧化。
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现代电化学表面处理技术专论
第5、6、7章复习重点
1. 什么是非晶态镀层？其结构特征是什么？用电镀法制备此类镀层的优点是什么？通过实验如何判定所得镀层是非晶态的？非晶态合金镀层在加热到一定温度时为什么会发生晶化？请举例过程。
2. 非晶态合金镀层可以分成几类？请列举出每种类别的代表性镀层。
影响镀层是否能够形成非晶态的主要因素是什么？举例说明。
功能性非晶态镀层都有哪些方面的应用？并举例说明其中2个方面的应用。
3. 什么是电子电镀？电子电镀的特点是什么？什么是金手指电镀？金手指电镀的作用是什么？酸性镀硬金的镀液配方和工艺是什么？酸性镀硬金工艺可以应用在哪些方面？
4. 印制板按导电图形层数可分为几类？每种类别的制造工艺流程是什么？什么是减成法、加成法和半加成法？什么是孔金属化？传统的孔金属化的主要工序有什么？出于环保和降低成本目的而开发的直接电镀技术包括哪几种技术？印制板电镀铜加厚的目的是什么？硫酸盐镀铜的镀液配方和工艺是什么？为了提高深度能力，采用了什么措施？
5. 铜制件和铝制件的波导器件表面电镀镀银层的工艺流程分别是什么？氰化物预镀银和镀亮银的镀液配方和工艺什么？为了代替有氰镀银，都发展了哪些工艺和技术？
6. 什么是振动电镀？其特点和适用范围分别是什么？电镀设备由哪两个部分组成？
7. IC引线框架电镀的工艺流程是什么？生产设备有几种类型？
8．物理气相沉积的定义是什么？物理气相沉积分为几类？真空蒸镀的成膜过程是什么？真空蒸镀的蒸发源有几种？溅射镀的成膜过程是什么？溅射镀膜方法有几种？磁控溅射的原理和特点是什么？离子镀的原理和成膜过程是什么？9. 化学气相沉积的定义是什么？化学气相沉积的基本条件是什么？化学气相沉积反应有几种类型？化学输运反应的定义是什么？化学气相沉积的工艺模型是什么？化学气相沉积的反应器有几种类型？。