应用电化学-4-1-金属电沉积和电镀原理讲课教案

（2） 按电化学性质分类 阳极性镀层
当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体金 属更负，首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阳极性镀层。
阳极性镀层不仅能对基体起到机械保护作用，还能起到电化 学保护作用，如：
铁上镀锌： Zn2 /Zn －0.76V Fe2 /Fe －0.44V ?
形成腐蚀电池时，Zn为阳极，Fe为阴极
M n m20 H n eM m2 O H
可能的历程: 电极表面层中金属离子周围水分子重排
电子转移
失去剩余水化层进入晶格。
根据金属离子阴极还原时极化的大小，可分成两类:
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。
3. 电镀层的分类
(1)按电镀层的用途分类：
防护性镀层 防护性镀层用途最广，其主要目的是对基体的防护，
耐磨、防腐是其主要目的。例如： 罐头合内表面镀锡； 电器零件镀锌彩色钝化；水管电镀锌等。
防护-装饰性镀层
大多数情况下不仅需要对基体进行防护，同时还要 求有一定的装饰功能，这种镀层兼有防护和装饰双重功能， 且装饰为主要目的，如：
•热处理镀层： 防渗碳镀铜、防渗氮镀锡； •导电性镀层： 线路板、电子元件腿、插接件镀金，
铁丝镀铜做电话线；
•磁性镀层： 镀铁、钴、镍或合金， •抗高温氧化：通常电镀 镍、铬或复合电镀Ni-ZrO2、Ni-Al2O3、
Cr-TiO2； •抗强阳极腐蚀： 钛基镀铂 •修复性镀层： 铬、铁、铜等，电镀或电刷镀
专著名称
说明
电镀工艺学（王鸿建）
该书出版年代较早，但电镀基本理论叙 述较详细
电镀工程（张胜涛）
该书收集了大量新工艺
现代实用电镀技术（陈亚）
该书收集了大量新工艺，并有部分新理 论
电镀工艺与理论（黄子勋）
该书出版年代较早，但电镀基本理论叙 述较详细
4.1.2 金属电沉积原理
1、金属离子还原的可能性
可能电沉积的元素
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
水溶液中可能电沉积
络合物电解液可以电沉积
非金属
2. 单金属离子的还原
1） 简单盐金属离子的还原 2） 络合物电解液中金属离子的还原
1) 简单金属离子的还原
在电镀工艺中被沉积金属的盐类称为主盐。 主盐可由简单盐、复盐和络盐担任。 当用简单盐或复盐配制电解液时，能够电离出简单金属 离子，故称为简单盐电解液。Байду номын сангаас
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
目前国内外主要的电镀专业刊物： 专业刊物有：电镀与环保；电镀与精饰；表面处理等；
近年来由于电镀技术也广发应用于各种材料的修饰，复合 材料的制备等，因此一些电镀的论文也发表在和相应材料 有关的杂志上或相应学科杂志上。如和催化有关的则在催 化方面杂志上；和纳米材料有关的则在纳米材料相关杂志 上。
与电镀相关的一些专著
必须指出的是，金属的电位是随着介质而发生变化的，因此， 镀层是属于哪一类也应根据具体情况而定。 如：
Fe-Zn 在70℃热水中 阴极 Fe-Sn 在有机酸中 阳极 镀层是否对基体具有保护作用，受使用环境的影响较大， 如果镀层在环境介质中不稳定， 则不能对金属起到应有的保 护作用，如Zn在海洋性气候中，由于有大量Cl-存在而不稳定， 因此应使用适合环境的镀层，如镉镀层或代镉镀层等。
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、
色彩、 表面光亮或均匀沙面等。 对于防护性镀层有耐腐蚀的具体要求
其它获得金属及其合金涂层的方法： （1） 热浸镀： 将被镀金属熔溶，再将工件浸入熔溶液中.如： 水管件浸镀锌，线路板浸镀锡等. （2） 物理镀： 采用真空镀、离子镀等方法：如手表、首饰、 工具等真空镀TiN。 （3） 化学镀： 采用化学还原剂催化还原形成镀层，其特点 是镀层均匀，致密性好， 控制含磷或硼的比例可得到非晶态 镀层，如化学镀镍（碱性电池铁壳内表面）、化学镀铜线路 板孔金属化等
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；
ⅠⅡ ⅢⅣⅤⅥⅦ
Ⅷ
ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ 0
AA BBBBB
BBAAAAA
Li Be
B C N O F Ne
Na Mg
Al Si P S Cl Ar
K Ca Se Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
应用电化学-4-1-金属电沉积和 电镀原理
2.电镀过程的实施 基本历程：液相传质→前置转化→电荷传递→电结晶
电镀锌彩色钝化
电镀铜锡合金
电镀铬
我们可以利用电沉积技术做：
(1) 表面处理 增强零件的抗腐蚀性能
(2) 表面处理 增强零件的装饰功能
(3) 表面处理 增强零件的特殊功能如抗高温氧化、抗磨、减磨、
微孔吸附、增强材料强度、增强材料导电性能等
(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：