第七章 电镀课件

1、第七章第七章 电镀及电刷镀电镀及电刷镀By Jing LiangSchool of Materials and Metallurgy 2 在含镀层金属的溶液中，以被镀材料或制品为在含镀层金属的溶液中，以被镀材料或制品为阴极，镀层材料或其他不溶性材料为阳极，在阴极，镀层材料或其他不溶性材料为阳极，在直流电的作用下在被镀表面获得镀层直流电的作用下在被镀表面获得镀层。电镀电镀电镀原理电镀原理以电化学过程为依据。在电镀过以电化学过程为依据。在电镀过程中，电极和电镀液之间发生电程中，电极和电镀液之间发生电化学反应，阳极氧化反应释放电化学反应，阳极氧化反应释放电子，阴极还原反应吸收电子。应子，阴极还原反应

2、吸收电子。应用直流电可使所要求的反应沿相用直流电可使所要求的反应沿相同方向进行。同方向进行。锌镍合金电镀锌镍合金电镀自动吊镀生产线自动吊镀生产线摘自永诺电镀设备厂网页By Jing LiangSchool of Materials and Metallurgy 4主盐主盐导电盐导电盐添加剂添加剂缓冲剂缓冲剂络合剂络合剂能在阴极上沉积出所要求的镀层金属的盐。能在阴极上沉积出所要求的镀层金属的盐。能提高溶液的电导率，对放电的金属离能提高溶液的电导率，对放电的金属离子不起络合作用的碱金属或碱金属的盐子不起络合作用的碱金属或碱金属的盐类（包括铵盐）。类（包括铵盐）。能络合主盐中的金属离子的物质。能络合

3、主盐中的金属离子的物质。用来稳定镀液的用来稳定镀液的pH值的物质。值的物质。改善镀层性能的少量某些有机物。改善镀层性能的少量某些有机物。5主盐主盐 主盐的浓度决定沉积金属离子浓度，影响阴极极化特性主盐的浓度决定沉积金属离子浓度，影响阴极极化特性和电沉积过程。和电沉积过程。 浓度要在适当范围并与其他成分维持恰当的浓度比值。浓度要在适当范围并与其他成分维持恰当的浓度比值。 主盐的浓度增加，镀液的电导率、阴极电流密度和阳极主盐的浓度增加，镀液的电导率、阴极电流密度和阳极电流效率都比较高。电流效率都比较高。 主盐的浓度增加，金属容易在阴极析出、极化下降，镀主盐的浓度增加，金属容易在阴极析出、极化下降，

4、镀层晶粒较粗，溶液分散能力下降。层晶粒较粗，溶液分散能力下降。 同种镀液因要求不同，主盐浓度范围不同。同种镀液因要求不同，主盐浓度范围不同。主盐主盐6导电盐导电盐 能提高溶液的电导率能提高溶液的电导率 含量增高，槽电压下降，改善镀液的深镀能力含量增高，槽电压下降，改善镀液的深镀能力 稍微提高镀液的阴极极化，使镀层略微细致。稍微提高镀液的阴极极化，使镀层略微细致。 含量过高，降低其他盐类的溶解度，降低含有含量过高，降低其他盐类的溶解度，降低含有较多活性剂的溶解度，溶液在较低温度发生乳较多活性剂的溶解度，溶液在较低温度发生乳浊现象，影响镀液性能。浊现象，影响镀液性能。导电盐导电盐7络合剂络合剂络合

5、剂能增大阴极极化，使镀层致密络合剂能增大阴极极化，使镀层致密同时促进阳极溶解同时促进阳极溶解降低阴极电流效率，废水处理较难降低阴极电流效率，废水处理较难游离络合剂对阴极的影响游离络合剂对阴极的影响改善分散力和覆盖能力改善分散力和覆盖能力降低沉积速率，大量析氢造成针孔、气孔、基体金属氢脆。降低沉积速率，大量析氢造成针孔、气孔、基体金属氢脆。游离络合剂对阳极的影响游离络合剂对阳极的影响降低阳极极化，提高阳极开始的钝化电流降低阳极极化，提高阳极开始的钝化电流游离络合剂含量过低，发生置换反应，造成镀层结合不牢游离络合剂含量过低，发生置换反应，造成镀层结合不牢络合剂络合剂8缓冲剂缓冲剂 抑制阴极表面扩散

6、层溶液抑制阴极表面扩散层溶液pH值升高值升高 提高阴极电流密度，镀液的阴极极化，改善镀提高阴极电流密度，镀液的阴极极化，改善镀层组织层组织 只在一定的只在一定的pH值范围内有缓冲作用值范围内有缓冲作用缓冲剂缓冲剂By Jing LiangSchool of Materials and Metallurgy 9添加剂添加剂 光亮剂：使镀层光亮光亮剂：使镀层光亮 整平剂：使镀件的微观谷处比微观峰处镀取更厚的镀整平剂：使镀件的微观谷处比微观峰处镀取更厚的镀层，是镀层平整。层，是镀层平整。 润湿剂：降低电极与溶液间界面张力，使溶液易于在润湿剂：降低电极与溶液间界面张力，使溶液易于在电极表面铺展。电极表

7、面铺展。 应力消减剂：降低镀层内应力，应力消减剂：降低镀层内应力， 提高镀层韧性。提高镀层韧性。 镀层细化剂：使镀层的结晶致密。镀层细化剂：使镀层的结晶致密。添加剂添加剂10 电沉积过程电沉积电沉积电化学电化学电结晶电结晶 法拉第定律11l电极上所形成的产物的质量W与电流I和通电时间t成正比。lW=kIt=kQ k电化当量，指单位电量时在电极上可形成产物的质量电化当量，指单位电量时在电极上可形成产物的质量 k=CEc12电沉积过程电沉积过程l双电层的形成双电层的形成 金属浸入电解质溶液中，极性水分子的作用将其表面正离金属浸入电解质溶液中，极性水分子的作用将其表面正离子发生水化，如水化能足以克服

8、金属晶体中正离子与自由子发生水化，如水化能足以克服金属晶体中正离子与自由电子等的作用力，脱离金属进入溶液形成电子等的作用力，脱离金属进入溶液形成Mn+H2O ，同时，同时使金属表面产生过剩电子。使金属表面产生过剩电子。 M 2+ne+m H2OM n+ mH2O+ne 金属表面带负电与其相邻的溶液层则聚集一些水化正离子金属表面带负电与其相邻的溶液层则聚集一些水化正离子而带正电，溶液中形成而带正电，溶液中形成“双电层双电层”。13电化学过程（电化学过程（1）电流通过电解质溶液与电源正极相接的阳极电流通过电解质溶液与电源正极相接的阳极发生氧化反应。发生氧化反应。阳极过程阳极过程可溶性阳极：可溶性阳

9、极：可补充电镀液中的金属离子的作用。金属失去自身电子的反应，从可补充电镀液中的金属离子的作用。金属失去自身电子的反应，从阳极溶解的金属在溶液中形成金属离子；阳极溶解的金属在溶液中形成金属离子；阳极上可能发生其他电极反应：析氧，阳极上可能发生其他电极反应：析氧，Cl负离子放电生成氯气，有负离子放电生成氯气，有机物氧化，低价金属离子变为高价机物氧化，低价金属离子变为高价不可溶行阳极：不可溶行阳极： 主要作用使将电导入镀槽，与外电路形成回路，不发生金属溶解。主要作用使将电导入镀槽，与外电路形成回路，不发生金属溶解。长期保持形状不变，易于控制阴阳极间距。长期保持形状不变，易于控制阴阳极间距。不能补充溶

10、液中金属离子的消耗，电镀液成分变化不能补充溶液中金属离子的消耗，电镀液成分变化阳极容易产生不需要或有害的产物阳极容易产生不需要或有害的产物14电化学过程（电化学过程（2）以工件作为阴极，电镀液中的金属离子在外电以工件作为阴极，电镀液中的金属离子在外电场的作用下，在阴极发生放电沉积形成镀层。场的作用下，在阴极发生放电沉积形成镀层。阴极过程阴极过程溶液中的水化金属离子或络合金属离子运动到电极表面进行传质。溶液中的水化金属离子或络合金属离子运动到电极表面进行传质。水化金属离子通过双电层到达电极表面，水化金属离子重排或水水化金属离子通过双电层到达电极表面，水化金属离子重排或水化数下降；络合金属离子的配

11、位数下降，或配位体交换等表面转化数下降；络合金属离子的配位数下降，或配位体交换等表面转化，金属离子在阴极上得到电子，发生表面转化转化为金属原子化，金属离子在阴极上得到电子，发生表面转化转化为金属原子，吸附原子的电化学反应。，吸附原子的电化学反应。3. 在阴极上吸附的金属原子在其表面扩散，移动到金属点阵的适当在阴极上吸附的金属原子在其表面扩散，移动到金属点阵的适当位置或与其他粒子聚集，形成晶核。位置或与其他粒子聚集，形成晶核。By Jing LiangSchool of Materials and Metallurgy 15电结晶电结晶(1) 金属阴极电沉积的最后是到达晶体表面的金属金属阴极电沉

12、积的最后是到达晶体表面的金属原子集合按一定的规律排列构成新晶体的结晶原子集合按一定的规律排列构成新晶体的结晶过程。过程。 通过电极上的外电流密度较小，沉积过电位比较低，通过电极上的外电流密度较小，沉积过电位比较低，沉积金属的吸附原子沿电极表面的扩散主要是在基体沉积金属的吸附原子沿电极表面的扩散主要是在基体原有的晶体上继续生长，很少形成新晶核。原有的晶体上继续生长，很少形成新晶核。 外电流密度较大，沉积过电位比较高，沉积金属的吸外电流密度较大，沉积过电位比较高，沉积金属的吸附原子易聚集，形成新晶核，并长大成新晶体附原子易聚集，形成新晶核，并长大成新晶体。16电结晶电结晶(2) 电结晶过程与盐溶液

13、中的结晶过程相似电结晶过程与盐溶液中的结晶过程相似; 一定温度下的盐溶液，浓度达到饱和时，体系处于平一定温度下的盐溶液，浓度达到饱和时，体系处于平衡状态是稳定的衡状态是稳定的, 只有过饱和溶液中多余的溶质有自发只有过饱和溶液中多余的溶质有自发结晶趋势，结晶趋势， 过饱和度越大，形成晶核的临界尺寸越小。过饱和度越大，形成晶核的临界尺寸越小。 平衡电位下平衡电位下, 金属不会沉积金属不会沉积, 只有在阴极极化后只有在阴极极化后(有一定有一定的过电位的过电位)才会析出，才会析出， 阴极过电位越大，形成晶核的临界尺寸越小。阴极过电位越大，形成晶核的临界尺寸越小。17实际晶面的生长过程实际晶面的生长过程

14、MMXQPYX晶体沿台阶生长示意图晶体沿台阶生长示意图晶体螺旋生长示意图晶体螺旋生长示意图By Jing LiangSchool of Materials and Metallurgy 18电镀应用（电镀应用（1）镀铬）镀铬 镀铬电镀液组成镀铬电镀液组成 六价镀铬液：六价镀铬液： 铬酐：主盐，浓度一般铬酐：主盐，浓度一般100400g/L 硫酸：镀铬液活化剂，硫酸根比在硫酸：镀铬液活化剂，硫酸根比在100：(0.8-1.2)质质量比范围内变化。量比范围内变化。 添加剂：稀土和含氟化合物添加剂：稀土和含氟化合物19电镀应用镀铬电镀应用镀铬 镀铬电镀液反应过程溶液中溶液中CrO42 和和Cr2O7

15、2 离子呈平衡状态离子呈平衡状态2CrO3+2H2O2HCrO4+2H+2CrO42+4H+Cr2O72+H2O+2H+通电时，阴极发生通电时，阴极发生H+ 还原成氢气逸出还原成氢气逸出2H+2eH2 阴极上阴极上CrO42 放电析出铬沉积在阴极表面放电析出铬沉积在阴极表面CrO42+8H+6eCr+4H2O 阳极上氧化反应，析出氧气，三价铬氧化成六价阳极上氧化反应，析出氧气，三价铬氧化成六价4OH- 4eO2 +2H2O 2Cr3+7H2O+6e Cr2O72 +14H+ 20镀铬的电解液镀铬的电解液21镀铬的电解液镀铬的电解液耐磨镀铬的镀液工艺防护装饰镀铬的镀液配方22镀铬工艺镀铬工艺 镀

16、硬铬 防护装饰性镀铬 镀黑铬 镀无裂纹铬23电刷镀电刷镀 电刷镀又叫选择电镀、无槽镀、涂镀、笔镀、擦镀等。 它是电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不断供电解液的条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦拭，即可获得电镀层。24电刷镀电刷镀电刷镀技术的基本原理电刷镀技术的基本原理电刷镀技术采用专用的直流电源设备，电源的正极接镀笔，作为刷电刷镀技术采用专用的直流电源设备，电源的正极接镀笔，作为刷镀时的阳极，电源的负极接工件，作为刷镀时的阴极。镀时的阳极，电源的负极接工件，作为刷镀时的阴极。 镀笔通常采用高纯细石磨块作阳极材料，石磨块外面包裹上棉花镀笔通常采用高纯细石磨块作阳极材料，石磨块外面包裹上棉花

17、和耐磨的涤棉套。刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在和耐磨的涤棉套。刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在工件表面上移动，并保持适当的压力。工件表面上移动，并保持适当的压力。 在镀笔与工件接触的部位，镀液中的金属离子在电场力的作用下在镀笔与工件接触的部位，镀液中的金属离子在电场力的作用下扩散到工件表面，并在工件表面获得电子被还原成金属离子，这些金扩散到工件表面，并在工件表面获得电子被还原成金属离子，这些金属原子在工件表面沉积结晶，形成镀层。随着刷镀时间的增长，镀层属原子在工件表面沉积结晶，形成镀层。随着刷镀时间的增长，镀层逐渐增厚。逐渐增厚。MneMn图 电刷镀基本原理示意图+-

18、工件拾液盘拾液盘镀笔镀笔电源包套包套阳极阳极镀层镀层27镀笔结构镀笔结构28电刷镀的特点电刷镀的特点 电刷镀与普通电镀 刷镀的技术特点 镀液的特点 工艺特点电刷镀主要特点电刷镀主要特点 设备特点设备特点 电刷镀设备简单，体积小、重量轻，多为便携式或可移动式，便于现场电刷镀设备简单，体积小、重量轻，多为便携式或可移动式，便于现场使用或进行野外抢修。使用或进行野外抢修。 电刷镀不需要镀槽，也不需要挂具，与槽镀相比较，设备数量大大减少电刷镀不需要镀槽，也不需要挂具，与槽镀相比较，设备数量大大减少因而对场地设施的要求大大降低。因而对场地设施的要求大大降低。 镀液特点镀液特点 电刷镀溶液大多数是金属有机络合物溶液，络合物一般在水中溶解度大电刷镀溶液大多数是金属有机络合物溶液，络合物一般在水中溶解度大 并且稳定性好镀液中金属离子含量通常比槽镀高几倍到几十倍。并且稳定性