电镀、电刷镀与化学镀

4．基体金属的影响
基体金属的化学性质与其和镀层之间结合力密 切相关。在某些电解液中，如果基体金属的电 位负于镀层金属，若不用其它镀层过渡，就不 容易获得结合力良好的镀层。 铸造件和粉末冶金件的表面往往是凹凸不平且 多孔的，零件内孔易积留预处理的溶液，镀件 表面经过一段时间会出现黑色的斑点。 此外，零件在电镀前的脱脂、除锈是否彻底， 也将严重影响镀层的性能。
14
二、电镀反应
图 6-1 是电镀过程原理图，被镀 的零件为阴极，与直流电源的 负极相连，金属阳极与直流电 源的正极联接。阳极与阴极均 浸入镀液中。 当在阴阳两极间施加一定电压 时，则在阴极发生还原反应： 即从镀液内部扩散到电极和镀 液界面上的金属离子Mn+从阴极 上获得n个电子，被还原成金属 M。
18
主盐浓度的影响
镀液中的主盐浓度高时，电沉积过程中的 浓差极化小，晶核形成速度降低，长大速 度快；所得镀层晶粒较粗。这种影响在简 单盐镀液中尤为明显。 主盐浓度过低时，尽管对提高镀液的分散 能力有利，但镀液允许的电流密度小。此 时、镀液中的导电盐可提高其导电性，增 加阴极极化，对获得结晶细致的镀层有利。
碱性镀液有氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、焦 磷酸盐镀锌等。 中性或弱酸性镀液有氯化物镀锌、硫酸盐 镀锌等； 酸性镀锌有硫酸盐镀锌、氯化物镀锌等。 其中以氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物 镀锌、硫酸盐镀锌最为常用。
33
镀锌层的钝化处理
为了进一步提高镀锌层的防护能力，同时 使其外观更具装饰性，通常要在其表面人 为地形成一层致密的氧化膜，这一过程即 称之为钝化处理(或称铬酸盐处理)。 钝化处理的溶液以六价铬为主要成分，辅 之以其它的无机酸或其盐。改变钝化溶液 的辅助成分及其浓度，可以得到白色或蓝 白色、彩色、黑色、绿色等色调的钝化膜。
4
不同溶液和工艺参数下得到的镀层，性能和 用途也不同。按镀层的性能可将其分为三类：
1、防护性镀层 在大气或其它环境下，可 延缓基体金属发生腐蚀的镀层。如：钢铁 基体上的锌和锌合金镀层、镉镀层等。 2、防护装饰性镀层 在大气环境中，既可 减缓基体金属的腐蚀，又起到装饰作用的 镀层，如：多层镍+铬，铜+镍+铬，铜+锡 +铬，镍+钢+镍+铬等。
镀锌层的防护能力与 镀层厚度有关
镀层越厚。防护性越强。通常镀锌层分为 三级， 一级镀锌层的厚度在25um以上，主要用于 军工行业； 二级镀锌层的厚度为 15—20um ，主要用于 机械、轻工等产品； 三级镀锌层的厚度为8-10um，在五金、电 子、仪器仪表等行业应用最为普遍。
32
镀锌溶液分为碱性镀液、中性或弱酸 性镀液和酸性镀液三类。
10
3．附加盐：
指电镀液中除主盐外的某些碱金属或碱土 金属盐类； 主要用于提高电镀液的导电性，对主盐中 的金属离子不起络合作用。 有些附加盐还能改善镀液的深镀能力、分 散能力，产生细致的镀层。
11
4．缓冲剂
缓冲剂是指用来稳定溶液酸碱度的物质。 这类物质一般是由弱酸、弱酸盐或弱碱、 弱碱盐组成的，能使溶液在遇到碱或酸时， 溶液的pH值变化幅度缩小。 任何缓冲剂都只在一定的pH值范围内才有 较好的缓冲作用，超过了pH值范围，它的 缓冲作用较差或没有缓冲作用。
5
3、功能性镀层
能明显改善基体金属的某些特性的镀层：包括 耐磨镀层，如镀硬铬；减摩镀层，如铅 —— 锡合 金、锡、钴——锡合金、银——锡合金等；导电镀 层，如银、金、金 —— 钴合金等；导磁镀层，如 镍——铁合金、镍——钻合金、镍——磷合金、镍一 钴 —— 磷合金等；钎焊性镀层，如锡，铅合金、 锡——铈合金等； 其它功能性镀层还有吸热镀层、反光镀层、防 渗镀层、抗氧化镀层、耐酸镀层等。
34
这种钝化膜有六价铬、三价铬、锌离子等 成分组成，具有一定的憎水性。 钝化膜中的六价铬在膜层受损时可对受损 部位进行再钝化，使钝化膜恢复完整。 因此，经过钝化后的镀锌层的防护性较裸 锌层有很大提高，因钝化膜的厚度不同， 其提高的程度也不相同，一般为3－8倍。
35
二、镀铬
铬是稍带蓝色的银白色金属。铬的原子量 为52，电解镀的密度为6.9－7.l(g/cm3)，熔 点 1890℃ ，硬度 750~1050HV。铬未钝化 时的标准电极电位为－0.74V，比铁负。 但铬在空气中表面极易钝化，钝化后的电 位为+1.36V。 因此，对钢铁基体而言，铬镀层属阴极性 镀层，仅能起到机械保护作用。
41
工业上常用的镀金溶液有碱性氰化物镀液、 酸性、中性镀液等。比较而言，使用最普 遍的还是氰化物镀液。 在工业化生产中，为了降低零件的造价， 节约生产成本，提高金镀层的装饰性效果 如光亮度、整平性等，一般在镀金前需镀 上一层或多层底层。作为镀金层的底层， 使用最多的是光亮镍层。
36
按照镀铬层的用途可将镀铬分为 装饰性镀铬和功能性镀铬两种
装饰性镀铬是在光亮的底层上镀上 0.25 － 2um 的铬层。以提高零件的装饰性，底层 一般是经抛光或电沉积的光亮镀层如铜一 锡合金、光亮镍层等。 该镀铬层广泛应用于仪器、仪表、日用五 金、家用电器、飞机、汽车、摩托车、自 行车等的外露部件上 。
19
镀液中杂质离子的影响
在生产过程中，由于零件的进出而带入水、带 出溶液、阴极和阳极上的化学反应导致溶液中 各主要成分间的比例、镀液的 pH 值、添加剂的 含量等在不断变化， 阳极和阴极非导电区的溶解造成镀液中杂质离 子的不断积累，这些因素都会对镀层的性能产 生不利影响， 因而对电镀溶液要加强维护与管理。特别是要 定期分析和调整各组分的含量，对溶液采取连 续过滤、定期分析和除杂处理。
37
功能性镀铬
功能性镀铬则包括镀硬格、松孔铬（多孔铬）、 黑铬、乳白铬等。 硬铬层主要用于各种测量卡、量规、切削工具和 各种类型的轴上，利用硬铬层的表面硬度来提高 其使用寿命。 松孔铬主要用于内燃机气缸内腔、活塞环等上， 利用其微孔中夹入的润滑油来提高零件的耐磨性。 黑铬则用于需要消光而又耐磨的零件上，如航空 仪表、光学仪器、照相器材等； 乳白格主要用于各种量具上。
21
对某些镀液，使用的电流波形对镀层的质 量有显著的影响。 而周期性地改变直流电流的方向，可去除 镀层上的毛刺等，使镀层均匀、平整、光 亮，但它仅使用于对杂质不太敏感的镀液。 搅拌可使电解液产生流动，有利于提高阴 极的允许电流密度，提高生产效率，但将 使镀层结晶变粗。
22
3．析氢的影响
在任何一种电解液中，在金属电沉积的同时都 存在有氢离子的放电并析出氢气， 析出的氢有时会进入镀层或基体金属体内，使 金属的晶格歪扭，内应力增大，从而导致镀层 脱落或使镀件脆裂。 吸附在基体金属内的氢，在镀件的存放或使用 过程中，由于环境温度的升高，会慢慢从基体 中释放出来而导致镀层鼓泡。 而氢气在阴极上析出时，经常呈气泡状粘附在 阴极的表面，从而阻止金属在这些地方的沉积， 产生针孔。 23
9
2．络合剂：
有些情况下，若镀液中主盐的金属离子为简单 离子时，则镀层晶粒粗大； 因此，要采用络合离子的镀液。络合离子能络 合主盐中的金属离子形成络合物。络合物是由 简单化合物相互作用而形成的“分子化合物”。 络合离子中，中心离子占据中心位置，配位体 配位于中心离子的周围。由于中心离子与配位 体结合牢固，络合离子在溶液中离解程度不大， 仅部分离解，它比简单离子稳定，在电解液中 有较大的阴极极化作用。
38
三、镀金
金是一种黄色金属，具有极高的化学稳定 性。 金原子有一价和三价两种价态，一价金的 标准电位为+1.68V，三价金的标准电位为 +1.50V， 对钢、铜、银及其合金而言，金镀层为阴 极性保护镀层。
39
40
金镀层具有极好的耐蚀性、导电性和抗高 温性，它广泛应用于精密仪器仪表、印制 线路板、集成电器、电子管壳、电接点等， 要求电参数性能长期稳定的零件上。 此外，首饰、钟表零件、艺术品等的镀层， 也占有相当的比例。
6
§2 、电镀的基本原理与工艺
7
一、电镀溶液的基本组成
1．主盐 2．络合剂 3．附加盐 4．缓冲剂 5．阳极活化剂 6．添加剂
8
1．主盐：
是指镀液中能在阴极上沉积出来所要求镀 层金属的盐；用于提供金属离子。 镀液中主盐浓度必须在一个合适的范围。 如主盐浓度升高，电流效率提高，金属沉 积速度加快，镀层晶粒较粗，溶液分散能 力下降。
29
§3、常用单金属电镀
一、 镀锌
锌是一种银白色的两性金属，相对原子质 量是 65.38 ，密度为 7.17g/cm3 ，熔点 420℃。 锌的标准电极电位为 - 0.76V。 在大气环境中，纯锌表面易形成一层致密 的氧化物薄膜，该膜阻止了内层锌的进一 步氧化，使它在空气中的稳定性大大提高。
24
三、电镀的工艺过程
1. 2. 3. 通常，电镀的工艺过程包括： 镀前处理、 电镀、 镀后处理三大步。
25
26
27
镀前处理
镀前处理包括抛光或打磨、脱脂、 除锈、活化等多道工序。 镀前处理质量直接影响到镀层与 基体间的结合力和镀层的完整性。
28
镀后处理
镀后处理则关系到镀层的防护性和装饰性 效果。镀后处理包括钝化和浸膜。 钝化是在新镀出的镀层表面人为地形成一 层致密的氧化物膜，使镀层金属与空气隔 绝，以提高镀层的防护性和装饰性。 浸膜是在镀后的零件表面浸涂一层有机或 无机高分子膜，以提高镀层的防护性和装 饰性。
15
1、阴极反应与阳极反应
即阴极反应为： M ne M 另一方面，在阳极则发生与阴极完全相反的反 应，即阳极界面上发生金属离子的溶解，释放n 个电子而生成金属离子Mn+。 因此、阳极反应为： M ne M n 上述电极反应是电镀反应中最基本的反应。这 类由电子直接参加的化学反应，称为电化学反 应。