电镀和化学镀

前处理的影响
镀件电镀前，需对镀件表面作精整和清理，去除毛刺、 夹砂、残渣、油脂、氧化皮、钝化膜，使基体金属露出洁 净、活性的晶体表面。这样才能得到健全、致密、结合良 好的镀层。 前处理不当，将会导致镀层起皮、剥落、鼓泡、毛刺、发 花等缺陷。
电刷镀
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，刷镀又称快速电镀，无槽电镀或金属涂 镀。 电刷镀具有设备轻便，工艺灵活，镀积速度快，镀层种类多， 结合强度高，适应范围广，对环境污染少，省水省电等优点。 是机械零件表面修复和强化的重要手段之一，特别适于不解 体，现场修理和野外抢修。
镀层厚度：一般为几微米到几十微米。
特点：电镀工艺设备较简单，操作条件易于控制，镀层材料广泛，成 本较低，因而在工业中广泛应用，是材料表面处理的重要方法。
镀层分类
镀层种类很多，按使用性能可分为
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。 ③装饰性镀层：例如Au及Cu—Zn仿金镀层、黑铬、黑镍镀层等。 ④耐磨和减磨镀层：例如硬铬，松孔镀，Ni—SiC，Ni-石墨，Ni-PTFE 复合镀层等。
Cu2+(溶液内部)→Cu2+（阴极表 面）
Cu2+ （阴极表面） +2e-→Cu( 金 属)
1．传质步骤：液相中的反应粒子（金属水化离子或配合 离子）向阴极表面传递的步骤，有电迁移、扩散及对流三 种不同方式。 2．前置化学步骤：研究表明，直接参加阴极电化学还原 反应的金属离子往往不是金属离子在电解液中的主要存在 形式。在还原之前，离子在阴极附近或表面发生化学转化， 然后才能放电还原为金属。
镀层硬化剂——可提高镀层硬度。
掩蔽剂——可消除微量杂质的影响。
电镀过程
当直流电通过两电极及两Βιβλιοθήκη Baidu 间含金属离子的电解液时，金 属离子在阴极上还原沉积成镀 层，而阳极氧化将金属转移为 离子。
如图所示，在硫酸铜溶液中插 入两个铜板，并与直流电源相 接，当施加一定电压时，两极 就发生电化学反应。
电刷镀的原理与特点
电刷镀也是一种金 属电沉积的过程 , 基本 原理同电镀。下图是其 工作过程的示意图。直 流电源的正极通过导线 与镀笔相联，负极通过 导线和工件相联，当电 流方向由镀笔流向工件 时为正向电流，正向电 流接通时发生电沉积； 电流方向从工件流向镀 笔时为反向电流，反向 电流接通时工件表面发 生溶解。
电镀的基本原理
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。 非水溶液、熔融盐电镀虽已部分获得工业化应用，但不普 遍。
⑤电性能镀层：例如Au，Ag镀层等，既有高的导电率，又可防氧化， 避免增加接触电阻。 ⑥磁性能镀层：例如软磁性能镀层有Ni-Fe，Fe-Co镀层；硬磁性能有 Co-P，Co-Ni，Co-Ni-P等。 ⑦可焊性镀层：例如Sn-Pb，Cu，Sn，Ag等镀层。可改善可焊性，在 电子工业中广泛应用。 ⑧ 耐热镀层：例如Ni-W，Ni，Cr镀层，熔点高，耐高温。 ⑨修复用镀层：一些造价较高的易磨损件，或加工超差件，采用电镀 修复尺寸，可节约成本，延长使用寿命。例如可电镀Ni，Cr，Fe层进 行修复。
出过电位较低。氢的析出对镀层质量的影响是多方面的， 其中以氢脆、针孔、起泡最为严重。
基体金属对镀层的影响
①基体金属性质的影响: 镀层的结合力与基体金属的化学 性质及晶体结构密切相关。如果基体金属电位负于沉积金 属电位，就难以获得结合良好的镀层，甚至不能沉积。若 材料（如不锈钢、铝等）易于钝化，不采取特殊活化措施 也难以得到高结合力镀层。基体材料与沉积金属晶体结构 相匹配时，利于结晶初期的外延生长，易得到高结合力的 镀层。 ②表面加工状态的影响: 镀件表面过于粗糙、多孔、有裂 纹，镀层亦粗糙。在气孔、裂纹区会产生黑色斑点，或鼓 泡、剥落现象。铸铁表面的石墨有降低氢过电位的作用， 氢易于在石墨位置析出，阻碍金属沉积。
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。
金属还原的可能性
金属离子还原析出的可能性是获得镀层的首要条件，而 要获得质量优良的镀层，还要有合理的镀液组成和合理的工 艺控制。
电镀溶液
一种电镀溶液有固定的成分和含量要求，使之达到一定 的化学平衡，具有所要求的电化学性能，才能获得良好的 镀层。通常镀液由如下成分构成。 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。
影响电镀层质量的基本因素
电镀层的质量体现于它的物理化学性能、力学性能、 组织特征、表面特征、孔隙率、结合力和残余内应力等方 面。 这些特性除取决于镀层金属的本性外，还受到镀液、 电镀规范、基体金属及前处理工艺等的影响。

镀液的影响
镀液的各种成分对镀层质量都有直接和间接的影响。 ①配离子的作用: 配离子使阴极极化作用增强，所以镀层 比较致密，镀液的分散能力也较好，整平能力较高。 ②主盐浓度的影响: 主盐浓度增大，浓差极化降低，导致 结晶形核速率降低，所得组织较粗大。这种作用在电化学 极化不显著的单盐镀液中更为明显。
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。
4. 缓冲剂。在弱酸或弱碱性镀液中，pH值是重要的工艺 参量。加入缓冲剂，使镀液具有自行调节pH值能力，以 便在施镀过程中保持pH值稳定。缓冲剂要有足够量才有 较好的效果，一般加入30～40g／L，例如氯化钾镀锌溶 液中的硼酸。 5. 阳极活化剂。在电镀过程中金属离子被不断消耗，多 数镀液依靠可溶性阳极来补充，使金属的阴极析出量与阳 极溶解量相等，保持镀液成分平衡。加入活性剂能维持阳 极活性状态，不会发生钝化，保持正常溶解反应。例如镀 镍液中必须加入Cl-，以防止镍阳极钝化。
积结晶过程，并提高阴极极化作用。添加剂能改善镀层组 织，表面形态，物理、化学和力学性能。
电镀规范的影响
①电流密度的影响:
每种镀液有它最佳的电流密度范围。
提高电流密度，必然增大阴极极化作用。使镀层致密， 镀速升高。 但电流密度过大，镀层会被烧黑或烧焦； 电流密度过低，镀层晶粒粗化，甚至不能沉积镀层。
由于刷镀无需电镀槽，两极距离很近，所以常规电镀的溶 液不适用来作刷镀溶液。刷镀溶液中的金属离子的浓度要 高得多，因此需要配制特殊的溶液。 完整的刷镀过程还应包括预处理过程。预处理过程包括： 镀前工件表面的电清洗和电活化工序，这些处理都使用同 一电源，只是镀笔、溶液、电流方向等工艺条件不同而已。
若按镀层与基体金属之间的电化学性质可分为：
阳极性镀层和阴极性镀层：
（1）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。
（2）而镀层相对于基体金属的电位为正时，镀层呈阴极，
称阴极性镀层，如钢上的镀镍层、镀锡层等。
若按镀层的组合形式分，镀层可分为：
单层镀层，如Zn或Cu层；
特殊添加剂
光亮剂——可提高镀层的光亮度。
晶粒细化剂——能改变镀层的结晶状况，细化晶粒，使镀层致密。例 如锌酸盐镀锌液中，添加环氧氯丙烷与胺类的缩合物之类的添加剂， 镀层就可从海绵状变为致密而光亮。 整平剂——可改善镀液微观分散能力，使基体显微粗糙表面变平整。 润湿剂——可以降低金属与溶液的界面张力，使镀层与基体更好地附 着，减少针孔。 应力消除剂——可降低镀层应力。
多层金属镀层，例如Cu-Sn/Cr，Cu／Ni／Cr镀层等；
复合镀层，如 Ni-Al2O3，Co-SiC等。
若按镀层成分分类，可分为：单一金属镀层、合金镀层及 复合镀层。
镀层的合理选择
不同成分及不同组合方式的镀层具有不同的性能。如何合 理选用镀层，其基本原则与通常的选材原则大致相似。 首先要了解镀层是否具有所要求的使用性能，然后按照零 件的服役条件及使用性能要求，选用适当的镀层，还要按 基材的种类和性质，选用相匹配的镀层。例如阳极性或阴 极性镀层，特别是当镀层与不同金属零件接触时，更要考 虑镀层与接触金属的电极电位差对耐蚀性的影响，或摩擦 副是否匹配。 另外要依据零件加工工艺选用适当的镀层。例如铝合金镀 镍层，镀后常需通过热处理提高结合力，若是时效强化铝 合金，镀后热处理将会造成过时效。此外，要考虑镀覆工 艺的经济性。
电镀和化学镀
电镀
电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的 金属覆层工艺。
电镀原理：在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体 金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离 子在基体金属表面沉积，形成镀层.
目的：改善材料外观，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。
③附加盐的作用:除可提高镀液的电导性外，还可增强阴 极极化能力，有利于获得细晶的镀层。 ④添加剂的作用:添加剂在镀液中的作用有两种主要方式： 其一，形成胶体吸附在金属离子上，阻碍金属离子放电， 增大阴极极化作用；其二，吸附在阴极表面上，阻碍金属
离子在阴极表面上放电，或阻碍放电离子的扩散，影响沉
pH值及析氢的影响
①pH值的影响：镀液的pH值影响氢的放电电位，碱性夹 杂物的沉淀，沉积金属的配合物或水化物的组成，以及添 加剂的吸附程度。pH值对硬度和应力的影响，可能主要
是通过夹杂物的性质和分布起作用的。
②析氢的影响：阴极上金属沉积时，总伴随着氢气的析出。
氢气析出的原因是金属离子的沉积电位较负，或者氢的析
②电流波形的影响:电流波形对镀层质量的影响，在某些 镀液中非常明显。
例如单相半波或全波整流用于镀铬时，镀铬层是灰黑色的。 而三相全波整流的波形与稳压直流相似，它们的电镀效果 和质量没有明显区别。
③周期换向电流的作用:周期性地改变直流电流方向可适 当控制换向周期、电镀时间和退镀时间，可使镀层均匀、 平整、光亮。因为退镀时，可去除劣质镀层和镀件凸出处 较厚的镀层。 ④温度的影响: 通常温度升高，阴极极化作用降低，镀层 结晶粗大；但允许提高电流密度上限，并使阴极电流效率 提高，改善镀层韧性和镀液的分散能力，减少镀层吸氢量。 不同的镀液有其最佳温度范围。 ⑤搅拌的影响：搅拌增强电解液的流动，降低阴极的浓差 极化，使镀层结晶粗大，但搅拌允许提高电流密度，这可 抵消降低浓差极化的作用，并提高生产率。搅拌还可增强 整平剂的效果。
3．电荷转移步骤：反应粒子在阴极表面得到电子形成吸 附原子或吸附离子的过程称为电荷转移步骤，又称为电化 学步骤，这里主要发生电荷从阴极表面转移到反应粒子的 过程，这是电沉积过程的重要步骤。
4．结晶步骤: 吸附原子通过表面扩散到达生长点而进入 晶格，或吸附原子相互碰撞形成新的晶核并长大成晶体。
2. 配合剂。配合剂与沉积金属离子形成配合物，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。常用配合剂有氰化物、 氢氧化物、焦磷酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。
3. 导电盐。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.例如镀镍液中加入Na2SO4。导电盐 不参加电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。
6. 镀液稳定剂。许多金属盐容易发生水解，而许多金属 的氢氧化物是不溶性的。生成金属的氢氧化物沉淀，使溶 液中的金属离子大量减少，电镀过程电流无法增大，镀层 容易烧焦。 7. 特殊添加剂。为改善镀液性能和提高镀层质量，常需 加入某种特殊添加剂。其加入量较少，一般只有几克每升， 但效果显著。这类添加剂种类繁多，按其作用可分为：