表面工程技术

1、姓 名： 袁 揭院 系：机械工程学院学 号： 1210121054班 级： 12材控一班浅谈电镀摘要：电镀是指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出来形成镀层的一种表面加工方法。镀层性能不同于基体金属具有新的特征。根据镀层的功能分为防护性镀层装饰性镀层及其它功能性镀层。电镀行业是国民经济中不可缺少的环节，涉及国防、工业、生活领域。从大类上分为机件金属电镀、塑料电镀，达到工件防腐、美观、延长寿命、外观装饰等效果。电镀行业是污染严重的行业，仅靠末端治理有很大的局限性。清洁生产作为一种全新的环境保护战略，已成为实现可持续发展的关键，是防

2、治电镀污染的根本出路和必由之路。实现清洁生产的途径是多方面的，电镀企业的清洁生产应从原料、能源、工艺、管理等方面考虑，实行综合治理。关键字：电镀  镀层  清洁生产  环境保护Abstract:Electroplating refers to the salt in the solution containing for metallized, by metal plating substrate as cathode, through electrolysis, the plating solution to metallized

3、cation on substrate metal surface deposition, the formation of coating a surface processing method.Coating performance is different from the base metal, with new characteristics.According to the function of the coating can be divided into protective coating, decorative coating and other functional c

4、oatings.Electroplating industry is an indispensable link in the national economy, involving national defense, industrial and living fields.From the categories are divided into parts, metal plating, plastic plating to artifacts anti-corrosion, beautiful, prolong life, such as exterior adornment effec

5、t.Electroplating industry is heavily polluting industries, only by the end of the governance has significant limitations.Cleaner production as a kind of brand-new environmental protection strategy, has become the key to realize sustainable development, is the fundamental way of pollution prevention

6、and treatment of electroplating and the only way.Realizing clean production is various, the way of electroplating cleaner production of enterprises from raw materials, energy, technology, management and so on into consideration, a comprehensive treatment.Key words: Electroplating The plating Cleaner

7、 production Environmental protection铜陵学院一 电镀的基本知识1.电镀液主盐主盐是指镀液中能在阴极上沉积出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适当的范围主盐浓度增加或减少在其它条件不变时都会对电沉积过程及最后的镀层组织有影响。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。获得络合离子的方法是加入络合剂即能络合主盐的金属离子形成络合物的物质。络合物是一种由简单化合物相互作用而形成的“分子化合物”。在含络合物的镀液中影响电镀效果的主要是主盐与络合剂的相对含量即络合剂的游离量而不是绝对含量。导电盐

8、导电盐是电镀中除主要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。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和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成的能使溶液遇到碱或酸时溶液的pH值变化幅度缩少。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、应力消除剂和镀层细化剂。2. 电镀反应电极及反应机理下图是电镀装置示意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结阳极与阴均浸入镀液中。当在阴阳两极间施加

9、一定电位时则在阴极发生如下反应从镀液内部扩散到电极和镀液界面的金属离子Mn+从阴极上获得n个电子还原成金属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M的溶解释放n个电子生成金属离子M n+。法拉第定律电流通过镀液时电解质溶液发生电解反应阴极上不断有金属析出阳极金属不断溶解。因此金属的析出(或溶解)量必定与通过的电荷有关。根据大量实验结果法拉第建立了析出(或溶解)的物质与电荷之间的关系的定律。法拉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成正比即m=kQ=kIt(m为电极上析出或溶解物质的质量Q为通过的电荷时K为比例常数I为电流t为通电时间。法拉第第二

10、定律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)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9.65X104C.这一常数称为法拉第常数用F表示。K=M/F电流效率电镀时阴极上实际析出的物质的质量并不等于根据法拉定律得到的计算结果实际值总小于计算值这是由于电极上的反应不只一个例如镀镍时在阴极上除发生这一主反应外还会发生副反应。电镀液的分散能力镀溶液的分散能力是指电镀液所具有的使金属层厚度均匀分布的能力也称均镀能力。电镀液的分散能力越好在不同阴极部位所沉积出的金属层厚度越均匀。电镀液的覆盖能力在电镀生产中常用到的另一个概念是覆盖能力亦称深镀能力它是指电镀液所具有

11、的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的能力。分散能力和覆盖能力不同前者是说明金属在阴极表面分布均匀程度的问题它的前提是在阴极表面都有镀层而后者是指金属在阴极表面的深凹处有无沉积层的问题.3.金属的电积过程电镀过程是镀液中的金属离子在外电场的作用下经电极反应还原成金属原子并在阴极上进行金属沉积的过程。下图(1-2)是电沉积过程示意图完成电沉积过程必须经过以下三个步骤液相传质镀液中的水化金属离子或络离子从溶液内部向极界面迁移到达阴极的双电层溶液一侧。电化学反应水化金属离子或络离子通过双电层并去掉它周围的水化分子或配位体层从阴极上得电子生成金属原子。有三种方式电迁移对流和扩散。电结晶金属原子沿金属表面扩散

12、到结晶生长点以金属原子态排列在晶格内形成镀层。电镀时以上三个步骤是同时进行的但进行的速度不同速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制性环节。不同步骤作为控制性环节最后的电沉积结果是不一样的。4.影响电镀质量的因素影响电镀质量的因素很多包括镀液的各种成分以及各种电镀工艺参数。下面就其中某些主要因素进行讨论。pH值的影响镀液中的pH值可以影响氢的放电电位碱性夹杂物的沉淀还可以影响络合物或水化物的组成以及添加剂的吸附程度。但是对各种因素的影响程度一般不可预见。最佳的pH值往往要通过试验决定。在含有络合剂离子的镀液中pH值可能影响存在的的各种络合物的平衡因而必须根据浓度来考虑。电镀过程中若pH值增大则阴

13、极效率比阳极效率高pH值减少则反之。通过加入缓冲剂可以将pH值稳定在一定范围。添加剂的影响镀液中的光亮剂整平剂润湿剂等添加剂能明显改善镀层组织。对此添加剂有无机和有机之分。无机添加剂起作用的原因是由于它们在电解液中形成高分散度的氢氧化物或硫化物胶体吸附在阴极表面阻碍金属析出提高阴极极化作用。有机添加剂起作用的原因是这类添加剂多为表面活性物质它们会吸附在阴极表面形成一层附膜阻碍金属析出因而提高阴极极化作用。另外某些有机添加剂在电解液中形成胶体会与金属离子络合形成胶体-金属离子型络合物阻碍金属离子放电而提高阴极极化作用。电流密度的影响任何电镀都必须有一个能产生正常镀层的电流密度范围。当电流密度过低

14、时阴极极化作用较小镀层桔晶粗大甚至没有镀层。随着电流密度的增加阴极极化作用随着增加镀层晶粒越来越细。当电流密度过高超过极限电流密度时镀层质量开始恶化甚至出现海绵体枝晶状烧焦及发黑等。电流密度的变化的上限和下限是由电镀液的本性浓度温度和搅拌等因素决定的。一般情况下主盐浓度增大镀层温度升高以及有搅拌的条件下可以允许采用较大的电流密度。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。实践证明三相全波整流和稳压直流相当对镀层组织几乎没有什么影响而其它波形则影响较大。温度的影响镀液温度的升高能扩散加快降低浓差极化此外

15、升温还能使离子的脱水过程加快。离子和阴极表面活性增强也降低了电化学极化导致结晶变粗。另一方面温度升高能增加盐类的溶解度从而增加导电和分散能力还可以提高电流密度上限从而提高生产效率。搅拌的影响搅拌可降低阴极极化使晶粒变粗但可提高电流密度从而提高生产率。此外搅拌还可增强整平剂的效果。二 电镀工艺电镀工艺过程一般包括电镀前预处理电镀及镀后处理三个阶段。1.镀前预处理镀前预处理的目的是为了得到干净新鲜的金属表面为最后获得高质量镀层作准备。主要进行脱脂去锈蚀去灰尘等工作。步骤如下第一步 使表面粗糙度达到一定要求可通过表面磨光抛光等工艺方法来实现。第二步 去油脂可采用溶剂溶解以及化学电化学等方法来实现。第

16、三步 除锈可用机械酸洗以及电化学方法除锈。第四步 活化处理一般在弱酸中侵蚀一定时间进行镀前活化处理2.镀后处理钝化处理所谓钝化处理是指在一定的溶液中进行化学处理在镀层上形成一层坚实致密的稳定性高的薄膜的表面处理方法。钝化使镀层耐蚀性大大提高并能增加表面光泽和抗污染能力。这种方法用途很广镀Zn,Cu等后都可进行钝化处理。除氢处。有些金属如锌在电沉积过程中除自身沉积出来外还会析出一部分氢这部分氢渗入镀层中使镀件产生脆性甚至断裂称为氢脆。为了消除氢脆往往在电镀后使镀件在一定的温度下热处理数小时称为除氢处理。三 我国电镀工业的现况分析1.发展状况和特征行业基本情况电镀工业是我国重要的加工行业，据粗略估

17、计，全国现有15000家电镀生产厂，行业职工总数超过50万人，现有5000多条生产线和2.5-3亿m2电镀面积生产能力。电镀行业年产值约为100亿元人民币。近十年来，乡镇企业发展迅速。企业规模和技术水平电镀行业企业规模普遍较小，年电镀能力超过100,000 m2· m m的企业不足500家。少数合资企业或正规专业化企业拥有国际先进水平的设备和设施，但是大多数中小企业仍在使用许多过时的技术和设备，大量的生产线为半机械化和半自动化控制，一些甚至为手工操作。行业分布电镀企业集中分布在一些工业部门：33.8%的电镀企业分布在机器制造工业，20.2%在轻工业，5-10%在电子工业，其余主要分布

18、在航空、航天及仪器仪表工业。镀种构成我国电镀加工中涉及最广的是镀锌，镀铜、镍、铬，其中镀锌占4550%，镀铜、镍、铬占30%，氧化铝和阳极化膜占15%，电子产品镀铅/锡、金约占5%。2.存在的问题由于长期以来没有一个政府部门专门负责管理电镀工业，电镀工业的分布和发展缺少总体的、完整的规划。由于厂点多、规模小、专业化程度低，造成生产效率低，经济效益差，大多数国有电镀企业均面临亏损。对电镀工业的投入不够。在过去十年中，对电镀工业的投资有限，用于技术改造和技术引进的投资更是十分缺乏，限制了电镀工业技术的更新和发展。对引进技术缺乏完整的吸收和推广，导致不必要的重复引进和资金浪费，尤其是在电镀用的添加剂

19、和专用化学品方面。由于缺乏专业性训练和在岗培训，生产工人的技术水平较低。企业管理水平低，绝大部分电镀企业仍沿袭粗放型经营管理模式，适应市场变化能力差。除部分合资企业和出口企业外，大部分企业没有健全的工业管理体系，多数企业缺乏镀液分析和镀层检测仪器和技术力量。物耗高，效率低，绝大多数电镀企业的物耗、水耗都大大超过国外平均水平。3.经济状况和市场前景八十年代以来，电镀企业数量增长很快，而与此同时，部分电镀产品市场逐步被塑料制品和涂料制品取代，使得生产能力增加和市场需求减少之间的矛盾变得更加尖锐。预计在近期内，电镀产品的市场总需求将保持相对稳定，应尽快削减本行业过剩的生产能力，在行业内进行结构调整。

20、未来我国电镀工业的发展趋势基本可归纳为以下四点：(1) 装饰性和高抗蚀性工艺技术将不断发展。我国随着汽车、电子、家用电器、航空、航天工业、 建筑工业及相应的装饰工业的发展和人们对美化生活需求的提高, 对电镀产品的装饰性和抗蚀性的需求将有明显的增加；(2) 某些传统装饰性电镀可能被喷涂、物理气相沉积等取代，功能性电镀产品需求则有上升的趋势；(3) 某些污染严重的电镀工艺，可能被清洁的电镀工业所取代，如无氰电镀、 三价铬镀铬、代镉、代铬镀层将有上升的趋势；(4) 某些性能好、无污染的表面工程的高新技术将会进入我国市场，如达克罗(Dacrotized)涂层,克罗赛(Corrosil)工艺等。4.总体环境表现电镀行业的污染状况令人担忧。据估计，本行业每年排放大量的污染物，包括4亿吨含重金属废水、50000吨固体废物和3000万立方米酸性气体。目前70- 80的国有电镀厂建立了污染控制设施，然而大部分处理设施已经过期而不能正常运转（城市中只有50的设施能运转，农村地区更低，只有25）。而大多数乡镇电镀企业则几乎没有采取任何污染控制措施。在过去几十年中，我国对末