电镀工艺课件 金属电沉积
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第二章金属电沉积 ppt课件
第二节 金属配离子的阴极还原
向电镀液中加入配合剂，如氰化物、酒石酸、柠檬 酸、EDTA后，金属离子将与配位体作用，生成一 系列具有不同配位数的配合离子。
络离子存在的形式： [Cu(CN)4]3－、[Cu(CN)2]-和[Cu(CN)3]2－，通常 电解液中的[Cu(CN)4]3－和[Cu(CN)2]-含量很低， 而[Cu(CN)3]2－的含量较高，即电解液中铜氰络离 子的主要存在形式是[Cu(CN)3]2－，但最稳定的形 式是[Cu(CN)4]3－。
①密度差异；
②温度不同； ③搅拌。
3）扩散：溶液中某一组分自高浓度向低浓度传递的过程称 为扩散，动力是浓度梯度引起。
菲克第一定律：扩散过程中，单位时间内通过垂直 于扩散方向的单位截面积的扩散物质量与该截面积 处的物质浓度梯度成正比，即：
V D dCi dx
D-扩散系数，dx-距离
当达到稳定后：
故
ikS I SQ tnSFt M nF扩V
ik
nFDCi0 Cis
说明：
ik
nFDCi0 Cis
① 当Ci0，ik，表明较高的反应离子浓度，可 使用较高的ik；
② Cis→0时，则电流密度达到极限值，称为极流 电流密度（iL），iL=nFDCi0/δ，这表示以扩散 传质为控制步骤的电沉积时，ik不能太大，否则 很易达到iL而使镀层质量下降。
氰化镀铜时的阴极过程主要是：
[Cu(CN)3]2- ＋e→Cu ＋3CN－
同时还有析氢反应：
2H2O ＋2e→H2↑＋2OH－
第三节 传质步骤和电子转移步骤
一、金属电沉积步骤和稳态过程 1、电沉积步骤
1) 传质步骤 2) 表面转化步骤 3) 电化学步骤 4) 新相生成步骤：反应产物生成新相，如电结 晶体、气体等。
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
《电镀工艺简介》ppt课件
渗锌
渗锌是一种无电镀锌技术，利用高温将锌粉熔融在工件表 面，形成一层致密的锌层。
镀铬技术
装饰性镀铬
装饰性镀铬主要是为了改善工件 的外观，提高其耐腐蚀性和耐磨 性，常用于汽车、摩托车、家电
等领域。
硬铬
硬铬主要用于提高工件的硬度和 耐磨性，常用于工具、模具等领
域。
耐磨性镀铬
耐磨性镀铬主要是为了提高工件 的耐磨性和抗腐蚀性，常用于化
05
电镀产品质量控制与检测方法
原材料质量要求及检测方法
原材料质量要求
电镀原材料应符合相关标准和规定， 确保其纯度、成分、粒度等关键指标 符合要求。
检测方法
采用化学分析、光谱分析、粒度分析 等方法对原材料进行检测，确保其质 量符合标准。
生产过程质量控制措施
工艺控制
制定严格的电镀工艺流程和操作规范，确保生产过程中的温度、湿 度、电流密度等关键参数控制在规定范围内。
设备维护
定期对电镀设备进行维护和保养，确保设备正常运行，避免因设备 故障影响产品质量。
人员培训
对电镀操作人员进行专业培训，提高其技能水平和操作规范意识，确 保生产过程中的质量稳定。
成品质量检测方法与标准
检测方法
采用外观检查、尺寸测量、重量检测、硬度测试、耐腐蚀试验等方法对成品进行检测。
检测标准
根据相关标准和客户要求，制定成品的质量检测标准和判定准则，确保成品质量符合要 求。
未来，清洁生产技术将在电镀行 业中得到更加广泛的应用，并成 为行业可持续发展的关键因素。
清洁生产技术的推广将促进电镀 企业提高生产效率和产品质量， 同时降低环境污染和资源浪费。
循环经济理念在电镀行业应用前景展望
循环经济理念注重资源的循环利用和减 少废弃物排放，符合电镀行业可持续发
渗锌是一种无电镀锌技术，利用高温将锌粉熔融在工件表 面，形成一层致密的锌层。
镀铬技术
装饰性镀铬
装饰性镀铬主要是为了改善工件 的外观，提高其耐腐蚀性和耐磨 性，常用于汽车、摩托车、家电
等领域。
硬铬
硬铬主要用于提高工件的硬度和 耐磨性，常用于工具、模具等领
域。
耐磨性镀铬
耐磨性镀铬主要是为了提高工件 的耐磨性和抗腐蚀性，常用于化
05
电镀产品质量控制与检测方法
原材料质量要求及检测方法
原材料质量要求
电镀原材料应符合相关标准和规定， 确保其纯度、成分、粒度等关键指标 符合要求。
检测方法
采用化学分析、光谱分析、粒度分析 等方法对原材料进行检测，确保其质 量符合标准。
生产过程质量控制措施
工艺控制
制定严格的电镀工艺流程和操作规范，确保生产过程中的温度、湿 度、电流密度等关键参数控制在规定范围内。
设备维护
定期对电镀设备进行维护和保养，确保设备正常运行，避免因设备 故障影响产品质量。
人员培训
对电镀操作人员进行专业培训，提高其技能水平和操作规范意识，确 保生产过程中的质量稳定。
成品质量检测方法与标准
检测方法
采用外观检查、尺寸测量、重量检测、硬度测试、耐腐蚀试验等方法对成品进行检测。
检测标准
根据相关标准和客户要求，制定成品的质量检测标准和判定准则，确保成品质量符合要 求。
未来，清洁生产技术将在电镀行 业中得到更加广泛的应用，并成 为行业可持续发展的关键因素。
清洁生产技术的推广将促进电镀 企业提高生产效率和产品质量， 同时降低环境污染和资源浪费。
循环经济理念在电镀行业应用前景展望
循环经济理念注重资源的循环利用和减 少废弃物排放，符合电镀行业可持续发
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
电镀合金工艺课件(PPT36张)
锌镍合金钝化处理
钝化的难易程度取决于镀层中镍含量：
镍含量在10%以内时，易于钝化； 镍含量高于l0%后，则难于钝化。
锌镍合金的彩色钝化膜的色膜因镀液的体系 不同有较大区别：
碱性镀液-------土黄（带彩）色主色调 弱酸性氯化物---带蓝色调的彩虹色。
锌镍合金彩钝化工艺
适于镍含量在14%左右的合金镀层 适于镍含量在20~25%左右的合金镀层 适于镍含量在12~13%左右的合金镀层
氧化锌 硫酸镍 氢氧化钠 乙二胺 三乙醇胺 镍配合物ZQ ZQ-1哈工大 电流密度 温度 阳极 镀层镍含量 8~12 g/L 70-80 g/L 氯化锌 •有机胺效果最好 10~14 g/L 100-120 g/L 氯化镍 •柠檬酸盐、酒石酸 100~140 g/L 30-40g/L 氯化铵 盐、葡萄糖酸盐、多 20~30 mL/L 190-210 g/L 氯化钾 元醇 30~50 mL/L 20-30 g/L 硼酸 20~40mL/L 12mL/L 721-3哈工大 8~14 mL/L 35mL/L SSA85 1~5 A/dm2 20-35mL/L 络合剂或稳定剂 15~35℃ pH 4.5-5 锌和镍板， 25-40 温度 约13%左右。 1-4A/dm2 阴极电流密度 •镍含量大于10% 镀层成分 •有机胺与环氧氯丙 •成分简单；电流效率在 含镍13％ 95%以上；
7.2电镀铜-锌合金
铜含量高于锌含量的铜锌合金称为黄铜。
应用最广的黄铜含铜68％～75％，
含铜量70％～80％的铜锌合金呈金黄色，装饰性好。
锌含量高于铜含量的铜锌合金称为白黄铜。
特点：很强的抗腐蚀能力。
用途：钢铁零件镀锡、镍、铬、银及其他镀层的
中间层。
电镀工艺学PPT课件
预镀离子（氧化剂）：Mz+ + ze- －催化－表－面→ M
电镀工艺学
电镀工艺学
• 化学镀要求：
镍、钴、铑、 钯等
1）沉积反应只限制在具有催化作用的制件表面上进 行，而溶液本身不应自发地发生氧化还原作用。
2）对于不具有自动催化表面的制件，需经过特殊的预 处理，使其表面活化而具有催化作用，才能进行化 学镀。
电镀工艺学
（5）稳定剂（热力学不稳定体系）
镀液稳定性下降的因素：
• 加热方式不当，导致局部过热；
• 溶液调整补充不当，导致局部pH值过高；
• 镀液有杂质;
溶液自发分解 有金属镍颗粒生成
• 装载量过大或过小
※必须慎重使用稳定剂
稳定剂又是镀镍的毒化剂
使用过量，轻则降低镀电镀速工艺，学 重则不再起镀。
化学镀镍中常用的稳定剂 1）重金属离子
电镀工艺学
•酸性液，pH=4～
8.2.5•3温,T化<度7升0学℃高,，镀不镀沉镍速积。的工艺因素控制 （1）加•温快度镀。过液高，化亚学磷 成分的影响
酸不既盐稳增定要加。某，溶一液化学成分维持在最佳范围内，又要使其
•温度波动范围不
它各超种过＋相2℃关化学成分及工艺参数保持在相应的最佳范 围之内。
电镀工艺学
电镀镍硬度HV160-180
2）硬度高、耐蚀、耐磨性好。
化学镀镍层的硬度一般为HV400～700，
经适当热处理后还可进一步提高到接近甚至超过
铬镀层的硬度。
380~400oC
保温1h
气氛保护或真空热处理
3）化学稳定性高、镀层结合力好。
4）应用及工艺设计具有多样性和专用性。
电镀工艺学
The Electroless Nickel Family
电镀工艺学
电镀工艺学
• 化学镀要求：
镍、钴、铑、 钯等
1）沉积反应只限制在具有催化作用的制件表面上进 行，而溶液本身不应自发地发生氧化还原作用。
2）对于不具有自动催化表面的制件，需经过特殊的预 处理，使其表面活化而具有催化作用，才能进行化 学镀。
电镀工艺学
（5）稳定剂（热力学不稳定体系）
镀液稳定性下降的因素：
• 加热方式不当，导致局部过热；
• 溶液调整补充不当，导致局部pH值过高；
• 镀液有杂质;
溶液自发分解 有金属镍颗粒生成
• 装载量过大或过小
※必须慎重使用稳定剂
稳定剂又是镀镍的毒化剂
使用过量，轻则降低镀电镀速工艺，学 重则不再起镀。
化学镀镍中常用的稳定剂 1）重金属离子
电镀工艺学
•酸性液，pH=4～
8.2.5•3温,T化<度7升0学℃高,，镀不镀沉镍速积。的工艺因素控制 （1）加•温快度镀。过液高，化亚学磷 成分的影响
酸不既盐稳增定要加。某，溶一液化学成分维持在最佳范围内，又要使其
•温度波动范围不
它各超种过＋相2℃关化学成分及工艺参数保持在相应的最佳范 围之内。
电镀工艺学
电镀镍硬度HV160-180
2）硬度高、耐蚀、耐磨性好。
化学镀镍层的硬度一般为HV400～700，
经适当热处理后还可进一步提高到接近甚至超过
铬镀层的硬度。
380~400oC
保温1h
气氛保护或真空热处理
3）化学稳定性高、镀层结合力好。
4）应用及工艺设计具有多样性和专用性。
电镀工艺学
The Electroless Nickel Family
《电镀工艺简介》课件
电镀工艺的应用
保护
电镀层能够在基材上形成 一层保护膜，提高其抵抗 腐蚀和氧化的能力。
装饰
电镀层可以赋予基材丰富 的颜色、质感和光泽，用 于装饰和提升外观。
功能性表面处理
电镀层可以为基材赋予特 殊功能，如增强导电性、 耐磨性和耐腐蚀性。
电镀工艺的未来发展
1 环保型电镀技术
研发和应用无污染、低耗能和可再生的电镀技术，减少环境影响。
合金电镀
在金属基材上沉积由两种或更多种金属组成的合金电镀层，获得理想的物理和化学性能。
有机电镀
沉积通过有机溶剂携带的有机物形成的薄膜，在基材上形成具有特殊耐磨、耐腐蚀和导电性 的涂层。
电镀常用设备
电镀槽
用于容纳电解液和 基材，并提供电流 通路和温度控制。
电源设备
为电镀提供所需的 直流电源，并控制 电流和电压。
《电镀工艺简介》PPT课 件
# 电镀工艺简介
电镀是一种重要的表面处理技术，通过在基材表面沉积金属或合金层，起到 保护、装饰和功能性处理的作用。
什么是电镀
电镀是一种通过电化学方法，在金属基材表面沉积金属或合金层的技术。它基于正极和负极间的电化学 反应，将金属离子沉积在基材上。
电镀工艺流程
1
预处理
对基材进行清洗、脱油和活化处理，
过滤设备
用于过滤电解液中 的杂质，保证电镀 层质量。
加温和冷却 设备
控制电解液的温度， 以提高电镀效果和 工艺稳定性。
电镀过程中的注意事项
1 安全注意事项
2 工作环境注意事项 3 生产操作注意事项
保护好个人安全，注意 防护措施和使用安全设 备。
保持工作区域的整洁， 避免火源和化学品的接 触。
遵循正确的操作流程， 严格控制电流密度和电 解液参数。
第九章_金属的电沉积过程课件
位体形成活化络
例如： Zn(CN )24不稳定常数1.91017
变化Zn(OH )24不稳定常数7.11016
放电粒子在
配位体重排 脱去部分配
合物的能量 接近 但 大 Zn(CN )24
小 Zn
(
OH
)
2 4
三、金属络离子的阴极还原
§9.3 金属电结晶过程
1、金属电结晶的特点： （1）电结晶过程符合一般结晶过程的规律。 （2）电结晶过程在电场的作用下完成，因此
恒电流状态
电极表 面充电
断电
镉的平 衡电位
长大 形核
长大过电位 形核过电位
电结晶形核理论
电沉积过程： • 形成圆柱形二维晶核（半径r、一个原子高h）； • 生长为单原子薄层； • 在新的晶面上再次形核、长大； • 一层层生长，直至成为宏观晶体沉积层。
电结晶形核理论
• 通过推导可得体系自由能的总变化：
G 0 r
• 在一定过饱和度的溶液中， 能够继续长大的晶核必须
具有一定大小的尺寸，即
临界晶核尺寸。
• 临界晶核尺寸的大小取决 于体系的能量。
二、电结晶形核过程
• 金属的电结晶是一个电化学过程，其形 核和长大所需的能量来源于界面电场。
• 例子：镉在铂上沉积时，阴极电位随时 间变化。
• 可见：过电位是电结晶过程发生的必要 条件。
讨论：络合物不稳定常数越小， 平衡电位下降越多；而平衡电位
越负， 还原反应越难进行。
2、金属络离子阴极还原机理
（1）金属络离子的存在形式： 在络盐溶液中，金属以简单金属离子到
具有不同配位数的各种络离子都有，其浓 度也不相同。
2、金属络离子阴极还原机理
（2）配位数较低、浓度适中的络离子在电极 上得到电子而还原。 原因：配位数低，还原所需的能量小； 浓度适中，才能有一定的量。
例如： Zn(CN )24不稳定常数1.91017
变化Zn(OH )24不稳定常数7.11016
放电粒子在
配位体重排 脱去部分配
合物的能量 接近 但 大 Zn(CN )24
小 Zn
(
OH
)
2 4
三、金属络离子的阴极还原
§9.3 金属电结晶过程
1、金属电结晶的特点： （1）电结晶过程符合一般结晶过程的规律。 （2）电结晶过程在电场的作用下完成，因此
恒电流状态
电极表 面充电
断电
镉的平 衡电位
长大 形核
长大过电位 形核过电位
电结晶形核理论
电沉积过程： • 形成圆柱形二维晶核（半径r、一个原子高h）； • 生长为单原子薄层； • 在新的晶面上再次形核、长大； • 一层层生长，直至成为宏观晶体沉积层。
电结晶形核理论
• 通过推导可得体系自由能的总变化：
G 0 r
• 在一定过饱和度的溶液中， 能够继续长大的晶核必须
具有一定大小的尺寸，即
临界晶核尺寸。
• 临界晶核尺寸的大小取决 于体系的能量。
二、电结晶形核过程
• 金属的电结晶是一个电化学过程，其形 核和长大所需的能量来源于界面电场。
• 例子：镉在铂上沉积时，阴极电位随时 间变化。
• 可见：过电位是电结晶过程发生的必要 条件。
讨论：络合物不稳定常数越小， 平衡电位下降越多；而平衡电位
越负， 还原反应越难进行。
2、金属络离子阴极还原机理
（1）金属络离子的存在形式： 在络盐溶液中，金属以简单金属离子到
具有不同配位数的各种络离子都有，其浓 度也不相同。
2、金属络离子阴极还原机理
（2）配位数较低、浓度适中的络离子在电极 上得到电子而还原。 原因：配位数低，还原所需的能量小； 浓度适中，才能有一定的量。
第三章 电镀工艺(8学时)PPT课件
耐蚀 镀层
封闭镍是一个典型的例子 含铝粉10 %(wt)的复合锌镀层，耐蚀性提高6.2倍
第三章 电镀工艺
1. 概述 1.1 镀层金属 1.2 电解液 1.3 电镀工艺条件
主盐有如下几种
单盐电解液
被镀金属以简 单离子形式存 在于电解液中
• 硫酸盐，如ZnSO4溶液镀锌 • 氯化物，如ZnCl2溶液镀锌 • 氟硼酸盐，如Ni(BF4)2溶液镀镍 • 氨基磺酸盐，如Ni(NH2SO3)2溶液镀镍 • 氟硅酸盐，如PbSiF6溶液镀铅
----提高阴极电流密度。因为升高温度可以增大 id ，就可以 使用更大的阴极电流密度，从而增大阴极极化。
锌-镍(13%)
(5m)
(未钝化) (未钝化) (彩色钝化) (彩色钝化)
出白锈时间(hr)
3
5
96
672
出红锈时间(hr) 280
1300
960
>2300
镍 合金
镍铁合金
含铁在 40% 以下，耐蚀性和光亮镍层相当，硬度高于镍镀层，
韧性比光亮镍镀层好，用于代替镀镍，以降低成本。
镍钴合金
含钴 15% 以下的主要用于装饰，如手表零件； 含钴在30% 以上的为磁性镀层。
• 装饰性 铬镀层---镜面光泽的银白色，非常悦目。温度
镀
不超过500℃，能长久保持其光泽外观。
铬层
性
• 防护性 铬是负电性金属，Cr/Cr3+ 的标准电位为 -0.74 V；
但铬具有强烈钝化能力，生成稳定致密的钝化膜。
能 • 耐磨性 铬镀层硬度高，其硬度超过淬火钢。同时铬镀
层摩擦系数低，利于提高工件表面的耐磨性能。
添加剂的作用
• 光亮剂
电镀原理介绍PPT课件
其他电镀种类
总结词
除了以上几种常见的电镀种类外，还 有许多其他种类的电镀技术，如镀锡、 镀银、镀钯等。
详细描述
这些电镀技术各有其特点和应用领域， 如镀锡主要应用于电子行业，镀银和 镀钯则主要用于提高导电性和焊接性 能等。
03 电镀的工艺流程
前处理
01
02
03
表面清洗
去除工件表面的油污、锈 迹和杂质，为电镀提供清 洁的基底。
金属镀层。
后处理
镀层厚度控制
通过控制电镀时间和电流密度来控制镀层厚度。
镀层质量检测
对镀层进行外观、附着力、耐腐蚀性等方面的检 测，确保质量合格。
钝化处理
提高镀层的耐腐蚀性和抗变色能力，延长使用寿 命。
04 电镀的优缺点
电镀的优点
高装饰性
电镀可以赋予基材如金属、塑料等材料各种光泽和色彩，大大提高了 产品的外观装饰性。
电镀过程中会产生大量废水和废气，如果处 理不当，会对环境造成严重污染。
资源浪费
电镀过程中需要消耗大量的金属资源，如果 管理不当，会造成资源的浪费。
高能耗
电镀是一个高能耗的过程，需要大量的电能 来完成。
成本高
由于电镀需要专业的设备和技能，因此其生 产成本相对较高。
05 电镀的未来发展
环保电镀技术
环保电镀技术
复合电镀技术
复合电镀技术
复合电镀技术是一种将金属和非金属材料相结合 的表面处理技术，通过在基材表面形成一层由多 种材料组成的复合涂层。
复合电镀技术的应用范围
复合电镀技术适用于各种材料和行业，如钢铁、 铝材、塑料等，广泛应用于汽车、船舶、石油化 工、医疗器械等领域。
复合电镀技术的优势
复合电镀技术具有高结合力、高耐腐蚀性能、高 耐磨性能等优势，能够满足各种复杂环境和苛刻 条件下的使用要求。
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
电镀ppt课件
3．电流波形的影响
• 电流波形的影响是通过阴极电位和电流密度的变 化来影响阴极沉积过程的，它进而影响镀层的组 织结构，甚至成分，使镀层性能和外观发生变化。
• 三相全波整流与稳压直流相当，对镀层组织几乎 没有什么影响，而其他波形则影响较大。
• 单相半波会使镀铬层产生无光泽的黑灰色；单相 全波会使焦磷酸盐镀铜及铜锡合金镀层光亮。
.
(2)配合剂
• 镀液中主盐的金属离子为简单离子时，镀 层晶粒粗大，需采用配位离子的镀液。
• 获得配位离子的方法是加入配合剂，即能 配合主盐中的金属离子形成配合物的物质。
• 配合物是由简单化合物相互作用而形成的 “分子化合物”。
• 配合物在溶液中可分离为简单离子和复杂 配位离子。
.
• 在含配合剂的镀液中，影响电镀效果的主 要是主盐与配合剂的相对含量，即配合剂 的游离量，而不是配合剂的绝对含量。
• 配合剂的游离量升高，阴极极化作用升高， 有利于镀层结晶细化、镀层分散和覆盖能 力的改善；不利的是降低阴极电流效率， 从而降低沉积速度。
.
(3)附加盐
• 附加盐是电镀液中除主盐外的某些碱金属 或碱土金属盐类
• 用于提高电镀液的导电性，对主盐中的金 属离子不起配合作用
• 有些附加盐还能改善镀液的深镀能力和分 散能力，产生细致的镀层。
.
• (6)添加剂
– 添加剂是指不会明显改变镀层导电性，而能 显著改善镀层性能的物质。
– 根据在镀液中所起的作用，添加剂可分为： 光亮剂、整平剂、润湿剂和抑雾刑等。
• (7)杂质
– 杂质的来源比较复杂，所以对镀液和镀层的 影响也比较复杂。
– 如有机和金属杂质会引起镀层与基体的附着
力不良，镀层表面有麻点、针孔，镀液的分
金属镀层沉积原理PPT课件
阳极反应 : M → Mn+ + ne-
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2、电镀反应
第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
（2）法拉第定律 描述电极上通过的电量与电极反应物重量之间的关系,又
称为电解定律.
★ 法拉第第一定律：
电极上析出（或溶解）物质的重量与进行电解 反应时所通过的电荷（量）成正比。
即
m=kQ
m为电极上析出（或溶解）物质的质量； k为比
去钝剂，使其由钝态转化为活化态。
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电镀液的性质
第二章 金属镀层的沉积原理与工艺 电镀液的性质
分散能力 （宏观表面）
整平能力 （微观表面）
覆盖能力 （深镀能力）
第22页/共62页
第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
电镀液的性质 1.电镀液的分散能力（均镀能力）
※ 定义：分散能力是指电镀液在一定的电解条件下，金属 在阴极上均匀分布的程度。
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。
第1页/共62页
假定某物质的摩尔质量为M，阴极上通过1C电荷 （量）所能析出物质的量为
k=M/F k ---- 物质的电化当量。
第18页/共62页
第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
2、电镀反应
（3）阴极、阳极反应 ① 阴极反应 例如镀镍： 主反应：Ni2++2e=Ni 副反应：2H++2e=H2
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2、电镀反应
第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
（2）法拉第定律 描述电极上通过的电量与电极反应物重量之间的关系,又
称为电解定律.
★ 法拉第第一定律：
电极上析出（或溶解）物质的重量与进行电解 反应时所通过的电荷（量）成正比。
即
m=kQ
m为电极上析出（或溶解）物质的质量； k为比
去钝剂，使其由钝态转化为活化态。
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电镀液的性质
第二章 金属镀层的沉积原理与工艺 电镀液的性质
分散能力 （宏观表面）
整平能力 （微观表面）
覆盖能力 （深镀能力）
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第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
电镀液的性质 1.电镀液的分散能力（均镀能力）
※ 定义：分散能力是指电镀液在一定的电解条件下，金属 在阴极上均匀分布的程度。
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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假定某物质的摩尔质量为M，阴极上通过1C电荷 （量）所能析出物质的量为
k=M/F k ---- 物质的电化当量。
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第二章 金属镀层的沉积原理与工艺
2、电镀反应
（3）阴极、阳极反应 ① 阴极反应 例如镀镍： 主反应：Ni2++2e=Ni 副反应：2H++2e=H2
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越大，说明电化学过程的阻力越小
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 小
大
镀层
（注：指从金属的 简单盐溶液中得到 的镀层）
结晶粗大， 结构不致密
结晶细小， 结构致密
§2.4 电镀层的结构和性能
• §2.9 析氢的影响 • §2.10 基体金属对镀层的影响、镀前预处
理对镀层的影响 • §2.11 电镀的阳极过程
§2.1 金属离子阴极还原的可能性
K<Ca<Na<Mg<Al<Zn<Fe<Sn<Pb<H<Cu<Hg<Ag<Pt<Au
金属离子能否还原：取决于本身的电化学 性质，还与电极上的氢离子析出电势有关
• 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。
电极极化状况与镀层质量的关系
• 适当提高阴极极化的程度，可使镀层细致、 光亮、分散能力好。
金属电沉积
➢§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 金属析氢过电位 ➢§2.4 电镀层的结构和性能 ➢§2.5 金属络离子还原时的极化 ➢§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 ➢§2.8 电解规范对沉积层结构的影响
[Zn(CN )4 ]2 4OH ƒ [Zn(OH )4 ]2 4CN (配位体交换） [Zn(OH )4 ]2 ƒ Zn(OH )２ ２OH（ 配位数减少）
表面配合物 Zn(OH )２ 2e ƒ Zn(OH )２2(吸附） （电极与中心离子之间电子传递） Zn(OH )２2(吸附）ƒ Zn（晶格）２OH（ 脱去配位体）
电子传递速度
离子传递速度 电极反应速度
• 极化产生的原因是由于电极反应过程中某 一步骤速度缓慢所引起的。
• 电化学极化：由于电极上电化学反应速度 小于外电路电子运动速度而产生的极化称 为电化学极化或活化极化。
• 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。
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。
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
• 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
• 根据a值
高氢过电势金属 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
铊 低氢过电势金属 0.1 0.3V
二、交换电流
交换电流 ：当电极体系处于平衡态时，位于 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 。
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。
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
• 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。
• 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。
• 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
二、电镀层的基本性质
• 密度
金属
电镀层
铬7.19g/cm3
电镀铬6.9-7.18 g/cm3
O
银10.53g/cm3 电镀银低24%
• 电阻率
• 硬度—显微硬度计
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。
c
0 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）
W =K exp(- h12NM • 1 ) nFRT K 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(- b )
K 2
结论
随着过电势的增加，形成晶核的速度急剧增加
以氰化镀镉为例
[Cd (CN )4 ]2 ƒ Cd (CN )2 2CN (配位数减少)
表面配合物
Cd (CN )2 2e ƒ
程速度而引起的过电位称为浓度过电位；
➢反应过电位： 由于表面转化步骤控制整个电极过 程速度而引起的过电位称为反应过电位；
➢ 结晶过电位： 由于原子进入电极的晶格存在困难 而引起的过电位称为结晶过电位。
电化学极化
极化
浓差极化
转化反应引起的极化
电
镀
结晶过程引起的极化
增 加
极
化
转化反应速度结晶反应速度
极化产生的示意图
• 过电位：通常将某一电流密度下的电极电势 与其平衡电极电势之差称为过电位。或称为 超电势。
阴极过电位 V K ,平 K 阳极过电位 V A A,平
过电位分类
➢ 电子转移过电位：由于电子转移步骤控制整个电极 过程速度而引起的过电位称为电子转移过电位；
➢浓度过电位 ：由于液相传质步骤控制整个电极过
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
0.1nm 内外内亥亥亥姆姆霍霍姆兹兹霍层层兹层 外亥姆霍兹层
0.2-0.3nm
• 强度和塑性—与基体材料、电镀溶液组成 及电镀工艺规范、镀层夹杂有关
三、镀层内应力（残余应力）
镀层内应力
拉应力 镀层宏观内应力
压应力
镀层微观内应力
镀层宏观内应力：单面电镀的金属弯曲成C型
镀层
镀层承受拉应力
镀层
镀层承受压应力格发生畸变或晶界遭受应变时 所产生的应力。
• 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”。
• 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 游离配位剂 放电电势负移
卤化物 柠檬酸 焦磷酸 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
（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。
（3） 金属离子在电极表面接受电子(放电) 形成吸附原子。 （4） 吸附原子向晶格内嵌入电结晶，形成 镀层。
➢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
外延：若是一种金属电沉积在另一种金属基 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。
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 小
大
镀层
（注：指从金属的 简单盐溶液中得到 的镀层）
结晶粗大， 结构不致密
结晶细小， 结构致密
§2.4 电镀层的结构和性能
• §2.9 析氢的影响 • §2.10 基体金属对镀层的影响、镀前预处
理对镀层的影响 • §2.11 电镀的阳极过程
§2.1 金属离子阴极还原的可能性
K<Ca<Na<Mg<Al<Zn<Fe<Sn<Pb<H<Cu<Hg<Ag<Pt<Au
金属离子能否还原：取决于本身的电化学 性质，还与电极上的氢离子析出电势有关
• 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。
电极极化状况与镀层质量的关系
• 适当提高阴极极化的程度，可使镀层细致、 光亮、分散能力好。
金属电沉积
➢§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 金属析氢过电位 ➢§2.4 电镀层的结构和性能 ➢§2.5 金属络离子还原时的极化 ➢§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 ➢§2.8 电解规范对沉积层结构的影响
[Zn(CN )4 ]2 4OH ƒ [Zn(OH )4 ]2 4CN (配位体交换） [Zn(OH )4 ]2 ƒ Zn(OH )２ ２OH（ 配位数减少）
表面配合物 Zn(OH )２ 2e ƒ Zn(OH )２2(吸附） （电极与中心离子之间电子传递） Zn(OH )２2(吸附）ƒ Zn（晶格）２OH（ 脱去配位体）
电子传递速度
离子传递速度 电极反应速度
• 极化产生的原因是由于电极反应过程中某 一步骤速度缓慢所引起的。
• 电化学极化：由于电极上电化学反应速度 小于外电路电子运动速度而产生的极化称 为电化学极化或活化极化。
• 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。
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。
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
• 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
• 根据a值
高氢过电势金属 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
铊 低氢过电势金属 0.1 0.3V
二、交换电流
交换电流 ：当电极体系处于平衡态时，位于 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 。
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。
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
• 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。
• 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。
• 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
二、电镀层的基本性质
• 密度
金属
电镀层
铬7.19g/cm3
电镀铬6.9-7.18 g/cm3
O
银10.53g/cm3 电镀银低24%
• 电阻率
• 硬度—显微硬度计
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。
c
0 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）
W =K exp(- h12NM • 1 ) nFRT K 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(- b )
K 2
结论
随着过电势的增加，形成晶核的速度急剧增加
以氰化镀镉为例
[Cd (CN )4 ]2 ƒ Cd (CN )2 2CN (配位数减少)
表面配合物
Cd (CN )2 2e ƒ
程速度而引起的过电位称为浓度过电位；
➢反应过电位： 由于表面转化步骤控制整个电极过 程速度而引起的过电位称为反应过电位；
➢ 结晶过电位： 由于原子进入电极的晶格存在困难 而引起的过电位称为结晶过电位。
电化学极化
极化
浓差极化
转化反应引起的极化
电
镀
结晶过程引起的极化
增 加
极
化
转化反应速度结晶反应速度
极化产生的示意图
• 过电位：通常将某一电流密度下的电极电势 与其平衡电极电势之差称为过电位。或称为 超电势。
阴极过电位 V K ,平 K 阳极过电位 V A A,平
过电位分类
➢ 电子转移过电位：由于电子转移步骤控制整个电极 过程速度而引起的过电位称为电子转移过电位；
➢浓度过电位 ：由于液相传质步骤控制整个电极过
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
0.1nm 内外内亥亥亥姆姆霍霍姆兹兹霍层层兹层 外亥姆霍兹层
0.2-0.3nm
• 强度和塑性—与基体材料、电镀溶液组成 及电镀工艺规范、镀层夹杂有关
三、镀层内应力（残余应力）
镀层内应力
拉应力 镀层宏观内应力
压应力
镀层微观内应力
镀层宏观内应力：单面电镀的金属弯曲成C型
镀层
镀层承受拉应力
镀层
镀层承受压应力格发生畸变或晶界遭受应变时 所产生的应力。
• 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”。
• 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 游离配位剂 放电电势负移
卤化物 柠檬酸 焦磷酸 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
（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。
（3） 金属离子在电极表面接受电子(放电) 形成吸附原子。 （4） 吸附原子向晶格内嵌入电结晶，形成 镀层。
➢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
外延：若是一种金属电沉积在另一种金属基 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。