电镀基本知识培训-课件

电化学基本知识

（电镀基本知识培训之一）

电化学基本知识

（电镀基本知识培训之一）1前言——培训课程安排前言——培训课程安排2前言——培训课程安排前言——培训课程安排3前言——培训课程安排前言——培训课程安排4课程一：电镀概述课程一：电镀概述5电镀概念利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合力良好的金属或合金沉积层的过程。电镀概念利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合力良好的金属或6电镀概述1800年，意大利布鲁纳特利发表镀银论文；1805年，布鲁纳特利提出镀金；1840年，英国埃尔金顿申请了氰化镀银的专利，并开始应用于生产；1840年，雅可比申请酸性镀铜的专利，并于1843年应用于生产；1840年，博特杰提出镀镍；1915年，采用酸性硫酸锌工艺对钢带进行镀锌处理；1917年，普洛克特提出氰化镀锌工艺；1923-24年，芬克、埃尔德里奇提出镀铬工业方法。电镀概述1800年，意大利布鲁纳特利发表镀银论文；7电镀的发展电镀的品种品种从单一金属、二元金属、三元合金发展至复合材料。基体材料由钢铁、铜及其合金发展至轻金属、锌基合金压铸件至塑料、陶瓷等非金属材料。电镀方法从水溶液电镀发展至化学镀生产工艺设备从手工发展至半自动至全自动。电镀的发展电镀的品种8电镀的功能提高基体的耐腐蚀性能钢铁上镀锌，可以在一般的大气环境中有效保护基体金属；镀镉制品能有效保护制品在海洋环境中不易受到腐蚀；镀锡制品有良好的耐腐蚀性能，而且其腐蚀产物对人体无害，可用于有机酸接触的钢铁制作的食品容器。防护装饰修复基体。修复曲轴、转轴、齿轮等磨损件。其他：耐磨性（镀硬铬）、减摩性（镀锡、镀铅-锡合金）、导电性（镀铜、银、金）、导磁性（镀镍-钴、镀镍-铁合金）、焊接性（镀锡、镀铜、银、铅锡合金）、反光性（镀银、铑）、防扩散（为防局部渗碳而镀铜、为防局部渗氮而采用镀锡）电镀的功能提高基体的耐腐蚀性能9电镀的类别按镀层所含金属类别分单金属镀层合金镀层根据金属镀层的电位不同分阳极性镀层阴极性镀层电镀的类别按镀层所含金属类别分10电镀工艺的基本过程电镀前处理镀前，对表面状况和表面处理的要求进行预处理，包括除油、除锈、抛光、打磨等。电镀获得符合要求的镀层。电镀后处理清洗、除氢、钝化、封闭等。电镀工艺的基本过程电镀前处理11课程二：电化学知识课程二：电化学知识12电的知识电流：导体中自由电子在电场力的作用下作定向移动，形成电流。电解液中的正负离子在电场力的作用下各自向相反的方向移动，也可以形成电流。我们将正电荷（正离子）移动的方向规定为电流方向；把电子（负离子）移动的方向称为电流的反方向。I=Q/t电路：由电源、负载、开关、导线等组成。根据电源的不同，分成交流电路、直流电路。线电压和相电压：三相四线制供电线路中，火线与火线之间的电压称为线电压；火线与中线（零线）之间的电压称为相电压。电器设备的保护接中线和保护接地。在电压低于1000V、电源中性点接地的电力网中，应采用保护接中线，即把电气设备的金属外壳和中线相接，以确保：如果有一相因绝缘损坏而碰到外壳时，则该项短路，立即烧断熔丝，或使其他保护电器动作而切断电源，避免触电。电的知识电流：导体中自由电子在电场力的作用下作定向移动，形成13电的知识在电压低于1000V、电源中性点不接地的电力网中，应采用保护接地，即把电动机、变压器、铁壳开关等电器设备的金属外壳，用电阻很小的导线接地极可靠连接，确保：即使因电器设备绝缘损坏和中线相接，以确保：即使因电器设备绝缘损坏而漏电时，由于人体电阻比接地极大很多，几乎不会有电流经过人体，从而保证人身安全。一般接地电阻应于小于4Ω，采用埋地中的铁棒、钢管作为地极。电的知识在电压低于1000V、电源中性点不接地的电力网中，应14电化学知识电解质溶液络合物氧化还原反应电解质溶液的导电性原电池和电解池电极、电极反应与电极电位电极的极化电化学知识电解质溶液15电解质溶液电解质定义：在溶解或熔融溶状态下能导电的化合物称为电解质。电离：电解质能离解成自由移动离子的过程称为电离。电离形成的溶液，称为电解质溶液。强电解质：在水中几乎全部发生电离，如盐酸、硝酸、硫酸、氯化钠等。弱电解质：在水中部分电离，如醋酸、氨水、硼酸等。电解质溶液电解质定义：在溶解或熔融溶状态下能导电的化合物称为16电解质溶液电离度和电离平衡常数

CH3COOH

CH3COO-+H+

电离度α=[CH3COO-]/[CH3COO-]+[CH3COOH]

×100%电离平衡常数K=[CH3COO-][H+]/[CH3COOH]同离子效应：加入与弱电解质同离子的强电解质，使弱电解质的电离度下降。在弱酸中加入它的盐后，不仅降低了弱酸的电离度和溶液中H+的浓度同时这种混合溶液还具抵抗改变H+浓度的能力，使溶液的PH基本保持不变。这种溶液成为了缓冲溶液。电解质溶液电离度和电离平衡常数17络合物K4[Fe(CN)6]中，Fe2+与CN-极少电离出来，它们基本以Fe(CN)64-的形式存在。这种由简单正离子和几个其他离子或中性分子结合而成的复杂分子称为络离子，络离子组成的化合物，称为络合物。电镀中常用的络离子有：[Zn(CN)6]2-、[Ag(CN)2]-、

[Cu(NH3)4]2-。络合物非常稳定，基本不离解出简单的金属正离子。络合物K4[Fe(CN)6]中，Fe2+与CN-极少电离出来18氧化-还原反应在化学反应中有电子得失的反应为氧化还原反应。失去电子的变化叫氧化，得到电子的变化叫还原。氧化剂的当量=氧化剂的相对分子质量/氧化剂在反应中得到的电子数还原剂的当量=还原剂的相对分子质量/还原剂在反应中得到的电子数利用当量可以计算反应过程中氧化剂的用量，或还原剂的消耗量。氧化-还原反应在化学反应中有电子得失的反应为氧化还原反应。19电解质溶液的导电性导体的类别：第一类导体：以自由电子来传导电流，如金属传导。第二类导体：以带电离子的移动来传导电流，如电解质传导。电解质溶液的导电性取决于导电的离子数目、离子的运动速度、离子带电荷的数目。离子运动的方式：对流：自然对流和人工对流；扩散：由于浓度差，导致离子从高浓度区迁至低浓度区；电迁移：在电场作用下，离子的迁移。水化离子半径、带电荷数（价数）均影响电迁移。电解质溶液的导电性导体的类别：20电解质溶液的导电性导电性与浓度的关系：随浓度增加而增加，但到一定时候就下降。导电性与温度的关系：升高温度，水化程度降低，溶液粘度的降低，有助于提高电导率。提高电导率，有助于:

a)降低槽端电压

b)采用较大的阴极电流密度

c)提高电镀液的深镀能力和均镀能力

d)克服和减少溶液温升电解质溶液的导电性导电性与浓度的关系：随浓度增加而增加，但到21电解质溶液的导电性摩尔电导率：相距1m的两个平行电极之间含有浓度为1mol溶质的溶液所具有的电导。电解第一定律：电解时，对同一物质来说，阳极和阴极上溶解和析出的物质质量与通过电解质溶液的导量成正比。电解第二定律:当以相同的电量通过不同的电解质溶液时，在阳极和阴极上溶解和析出物质的量相等。电解质溶液的导电性摩尔电导率：相距1m的两个平行电极之间含有22原电池和电解池原电池：浸在电解质溶液中的两个电极，当其与外电路中的负载接通后，能够自发地将电流输送到外电路中而做功。原电池和电解池原电池：浸在电解质溶液中的两个电极，当其与外电23原电池和电解池电解池：浸在电解质溶液中的两个电极，与外加直流电源接通后，强制电流在体系中通过，从而在电极上发生化学反应。原电池和电解池电解池：浸在电解质溶液中的两个电极，与外加直流24原电池和电解池标准电池：高可逆电池，可以配合电位计，测定另一个原电池的地动势。标准电池的温度系数较小，受外界影响较小。原电池和电解池标准电池：高可逆电池，可以配合电位计，测定另一25电极反应电极：指与电解质相接触的第一类导体，如铜电极、锌电极等。电极是电化学反应发生的地方，也负责导电，与溶液接口处有得失电子的反应发生。电极反应电极：指与电解质相接触的第一类导体，如铜电极、锌电极26电极反应在原电池和电解池中，反应物于其上获得电子的电极，称为阴极，阴极发生还原反应。而给出电子的电极，称为阴极。在原电池（A）中，正极是阴极，负极是阳极。电解池（B）与之相反。电极反应在原电池和电解池中，反应物于其上获得电子的电极，称为27电极反应在原电池和电解池中，第一类导体和第二类导体构成了一个串联体系。在两类导体的接口上必然会有得电子或失电子的化学反应，称为电极反应。电极反应在原电池和电解池中，第一类导体和第二类导体构成了一个28电极电位电极反应中反应物和产物的活度（或气体分压）均等于1时的平衡电位，叫做标准电极电位。α氧化态和α还原态均等于1，则φ就是标准电极电位。将各种电极反应的标准电极电位按照其代数值增大的顺序排列，称为电化序。电极电位电极反应中反应物和产物的活度（或气体分压）均等于1时29电极的极化可逆电池无电流通过时，其电极电位为平衡电位。但在电极上有电流通过时，其电极电位就将发生变化，偏离其平衡电位值，这种现象称为电极的极化。有电流通过时，阴极电极电位向负的方向偏移的现象叫做阴极极化，而阳极电位向正的方向偏离的现象叫做阳极极化。电极的极化可逆电池无电流通过时，其电极电位为平衡电位。但在电30电化学极化指电极上的电化学速度小于电子运动速度而造成的极化。在电镀中，使阴极发生较大的电化学极化作用，对于获得高品质的细晶镀层是十分重要的。在一些电镀溶液中加入络合剂和添加剂，以及在一定范围内提高它们的浓度，都可以增加阴极的电化学极化作用。升高温度，会降低电化学极化作用。电化学极化指电极上的电化学速度小于电子运动速度而造成的极化。31浓差极化以两个银电极插入AgNO3溶液中进行电解为例，Ag+在电极附近不断被消耗，而Ag+在溶液中的扩散速度小于消耗速度，使电极附近Ag+浓度大大低于本体溶液浓度，这就是浓差极化。浓差极化以两个银电极插入AgNO3溶液中进行电解为例，Ag+32浓差极化若扩散速度很慢，则扩散到电极表面的反应粒子立即发生反应，从而使电极表面附近反应粒子浓度为零，此时的浓差极化称为完全浓差极化，这时电极上的电流密度出现最最大值，叫做极限电流。电镀中，若使用的电流密度范围超过了这个极限电流密度，则会在电极上发生其他的化学反应，从而使阴极效率大降低，还会形成不合格的树枝状镀层。因此，一般通过加强搅拌方式，加强溶液的对流。提高阴极极限电流密度，扩大允许使用的电流密度范围。浓差极化若扩散速度很慢，则扩散到电极表面的反应粒子立即发生反33析出电位金属和其他物质（如氢气）在阴极上开始析出的电位称为析出电位。析出电位是开始析出的电位。析出电位较正的金属都能优先在阴极上被镀出来。在镀锌时，溶液中的铜、铅等金属离子杂质变黑变粗。也可以利用金属的这个特点，优先作为杂质去除。析出电位金属和其他物质（如氢气）在阴极上开始析出的电位称为析34极化曲线极化曲线是表示电极电位随着电流密度而改变的曲线。极化曲线中，横坐标表示电流密度，纵坐标表示电极电位。极化曲线极化曲线是表示电极电位随着电流密度而改变的曲线。35金属沉积在直流电作用下，电解液中的金属离子被还原，并沉积到零件表面形成具有一定性能的金属镀层的过程，就是金属的电沉积。并非所有金属离子都能在水溶液中进行电沉积，只有当阴极达到平衡电位并获得一定过电位，即达到析出电位时，金属离子才能沉积。金属沉积在直流电作用下，电解液中的金属离子被还原，并沉积到零36金属沉积的基本过程离子液相传质。前置转移。电荷转移。形成晶体。金属沉积的基本过程离子液相传质。37单盐镀液中金属电沉积过程特点：金属离子以水化离子形式存在，在阴极上水化数下降或水化层重排，然后部分失水的金属离子得电子而放电，并吸附在电极表面。接着吸附原子失去水化层进入金属晶格。单盐镀液中金属电沉积过程特点：金属离子以水化离子形式存在，在38络盐镀液中金属电沉积过程特点：络合物金属离子放电一般比简单金属离子放电要困难，沉积过程表现较大的电化学极化。络盐镀液中金属电沉积过程特点：络合物金属离子放电一般比简单金39金属的阳极过程阳极分成可溶性阳极和不可溶阳极。阳极极