电镀和化学镀上课讲义

• 按镀层的用途可把镀层分为三大类：防护性、防 护-装饰性、功能性。
• • 1. 防护性镀层：镀锌、镀镉和镀锡。
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2020ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ6/14
锌
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镉
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锡
• 2. 防护-装饰性镀层：这种镀层常采用多层电镀 ，如通常的铜-镍-铬多层电镀。
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五 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc RuRhPd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
六
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
汞齐
区域1
合金
可电沉积 区域2
氰化物中可以电沉积 区域3
非金属
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2 金属的电沉积
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2 金属的电沉积
2.1电镀的基本原理
2.1.2法拉第电解定律 1、法拉第第一定律
电流通过镀液时，电解质溶液发生电解反应，阳极发生氧化 反应，阳极金属不断溶解，阴极发生还原反应，不断有金属 析出，金属溶解或析出的量与通过的电荷量有关。电解时， 电极上析出或溶解的物质的量与通过的电量成正比。
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第一章 绪论
作为机械，日常生活品的零件，特别是航空零件，为 提高防护一装饰性或其它性能， 约70%以上零件均需表 面处理，而电镀又占表面处理中的相当比例。
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第一章 绪论
电镀的主要用途是什么？
1、提高金属制品或者零件的耐蚀性能。例如钢铁 制品或者零件表面镀锌。
2、提高金属制品的防护-装饰性能。例如钢铁制品 表面镀铜、镀镍镀铬等。
M=kQ 式中 M－电极上析出或溶解的物质的量
k－比例常数 Q－通过的电量 Q=It M=kIt 只要知道K，就可以根据测得的电流强度I和时间t，计算电极 上202析0/6/出14 或溶解的物质的量。
2 金属的电沉积
2.1电镀的基本原理
2.1.2法拉第电解定律 2、法拉第第二定律 内容：在不同的电解液中，通过相同的电荷量时，在电极上 析出或溶解的物的物质的量相等，并且析出或溶解1mol的任 何物质所需的电荷量都是9.65×104C。把这一常数称为法拉第 常数。即 F＝9.65×104C＝26.8A.h (1C=1A.s) 电化当量：电极上通过单位电量所形成产物的重量，称为电 化当量。电极上通过1F电流量，经反应形成的各种物质的量 都是1mol，但重量是不同的。
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2 金属的电沉积
金属电沉积
以电化学方法使金属离子还原为金属的过程，称为 金属电沉积。
电镀(electroplating)
一种电沉积过程， 是利用电极通过电流，使金属附 着于物体表面上，改变物体表面之特性或尺寸。
-0.44 Cu Cu2+ +0.34 -0.126 Ag Ag+ ＋0.7996
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第一章 绪论
二、按镀层与基体的电化学关系分类
• 阳极镀层
阳极镀层：当镀层与基体金属构成腐蚀微电池时 ，镀层作为阳极而首先溶解。
这种镀层不仅能对基体起保护作用，而且还 能起电化学保护作用。
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以上三个指标对镀层的基本要求。 4）功能性镀层还应具有一些特殊的功能，如硬度、耐蚀 性、可焊性、润滑性、 磁性、导电性、记忆性、吸光性 等。
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第一章 绪论
一、按镀层用途分类
• 防护性镀层-易拉罐用的镀锡板 • 防护-装饰性镀层 • 功能性镀层
镀锡板是在薄钢板上镀锡而制成的产品。钢板如 果不加保护就会生锈，若接触食品，铁就会溶出 而使食品变味。
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2 金属的电沉积
金属电沉积产生的条件：
非所有金属离子都能在水溶液中进行电沉积，因为金 属离子在水溶液中具有一定的平衡电位，当阴极达到平衡 电位并获得一定的过电位，即达到析出电位时，金属离子 才能沉积。水溶液中有多种离子，其中对金属离子还原影 响最大的是氢离子，所以金属离子是否能被还原，不仅决 定于本身的化学性质，也决定于与氢离子还原电位的相对 关系。如果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，金属沉积很少。
另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾 、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和。
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第一章 绪论
金属的防护 金属防护方法除应正确选用金属材料和合理进行 设计外，多采用在金属表面处理技术以对金属进 行防护。
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第一章 绪论
表面处理主要分为五大类：
1、电化学方法（电镀、阳极氧化） 2、化学方法（化学镀、化学转换膜处理） 3、热加工方法（热喷锌等） 4、高真空方法（真空镀膜等） 5、其它物理方法（涂装、激光表面加工等）
在周期表的70多种金属元素中，约有30多种金属的离子可以 在水溶液中沉积。
在区域1中的元素不能在水溶液中沉积，如Li、Na、K、Be、 Mg、Ca等的标准电极电位比氢负的多，很难沉积，即使在阴 极上还原，也会立即与水反应而氧化，但能以汞齐的形式沉 积。Ti、W 等也很难从水溶液中单独沉积出来，但可以和其 它元素形成合金，实现共沉积。
2020/6/14 Cu Ni-P Au
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• 八层手机线路板电路板
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第一章 绪论
二、按镀层与基体的电化学关系分类
• 阳极镀层 • 阴极镀层
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第一章 绪论
二、按镀层与基体的电化学关系分类
• 阳极镀层
阳极镀层：当镀层与基体金属构成腐蚀微电池时 ，镀层作为阳极而首先溶解。
3、修复金属零件尺寸。例如轴、齿轮等重要机械 零件使用后磨损，可采用镀铁、镀铬等修正其尺寸。
4、电镀还可赋予某种制品或零件某种特殊的功能。 例如镀硬铬可提高其耐磨性能等。
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第一章 绪论
2、镀层应具备的基本条件 ： 1）具有良好的结合力； 2）镀层均匀、光滑、完整和致密,且具有一定的光亮度； 3）具有较低的孔隙率和较好的抗蚀性；
成电镀电路。
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第一章 绪论
电镀用直流电源
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电镀原理
第一章 绪论
O2 + OH-
电源
_ H2 H+
Zn2+
+ O2 Zn
阳极
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阴极
阳极
第一章 绪论
电镀原理（以镀锌为例）
阴极反应 Zn2+ + 2e2H+ + 2e-
阳极反应
Zn (金属) H2
Zn 4OH-
• 3. 功能性镀层：耐磨和减摩镀层 、防渗镀层 、导电性镀层 、磁性镀层 、抗高温氧化镀层
、修复性镀层 。
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铬
铅锡铜
锡 铜
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金
钴镍磷 2020/6/14 、镍磷、钴磷
转子
修复镍
修复锌镍合金
2020硒/6/14化镉光敏电阻
CdTe太阳能电池
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Zn2+ + 2eO2 + 2H2O + 4e-
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第一章 绪论
凡是发生氧化反应的电极叫做阳极，凡是发生 还原反应的电极叫做阴极。 原电池的正极是 阴 极，负极是 阳 极。 电镀的阳极是正极，阴极是负极。 一般原电池的电极常称为 正、负 极，而电解池 和腐蚀电池的电极常称为 阴、阳 极。
区域3的金属，电极电位更向正移动，但交换电流密 度较大，在硫酸盐电解液中Cd的i0为4X10-2 A/cm2，Cu的i0为3X10-2 A/cm2，可在水溶液中 沉积且沉积速度较大，为了获得致密的镀层，常采 用络合物溶液。
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2 金属的电沉积
2.1电镀的基本原理
2.1.1电化学反应 阴极：Mn+ + ne---- M 阳极：M - ne ---- Mn+
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2 金属的电沉积
区域2的金属能在水溶液中沉积，越靠右边的金属越 容易还原，且交换电流密度较小，Fe、Co、Ni元素 的更小，在硫酸盐电解液中Fe与Ni的i0为10-8A /cm2 和2X10-9 A/cm2，在单盐的水溶液中就可以 得到较好的沉积镀层。
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2 金属的电沉积
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2 金属的电沉积
2.1电镀的基本原理
2、法拉第第二定律 根据M=kQ,当Q＝1F时，K＝M/F，K称为电化当量，单位
是mg/C，如果取1F＝26.8A.h,K的单位是g/A.h。常用的元素 的电化当量的数值可以在有关手册中查到。 例如：Au+的电化当量2.04mg/C, Zn2+的电化当量0.339, Cr3+ 的电化当量0.18mg/C, Cr6+的电化当量0.0898mg/C, Cu+的电化 当量0.658mg/C, Cu2+的电化当量0.329mg/C。
第一章 绪论
2020/6/14
第一章 绪论
一般工业发达国家的腐蚀损失是国民生产总值的 4%左右。
我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2008年首 次突破5亿吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年 产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占 到国内生产总值的2%-4%；约合人民币：3000 亿元（2005年我国国内生产总值达15万亿元） 。
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我国电镀工业的发展趋势主要有以下几个方面： • 装饰性（仿金）和高耐蚀性将不断发展。 • 一些传统装饰性电镀可能被喷涂、物理气相沉积