7电镀和化学镀

7电镀和化学镀教学目的和要求

学习电镀、化学镀、复合镀等的基本原理、工艺主要流程及基本要求、重要特点及主要应用等。重点：电镀、化学镀、复合镀等的基本原理、工艺主要流程及基本要求、重要特点。

前言_关于电镀是表面工程技术中最常用的方法之一。特点：工艺设备简单、操作方便、加工成本低、操作温度低等。定义：

在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。目的：改善基体材料的外观，赋予材料表面的各种物理化学性能。电镀溶液：

水溶液有机溶液熔盐镀液：熔融盐电镀湿法电镀电解法炼镁的工艺流程图生产1吨金属镁：耗电17500度。（日本：9500度）

热法炼镁的工艺流程生产1吨金属镁：白云石（Mg%≥20%）

13～14吨硅铁1.2～1.3吨，煤15吨电800度。

镀层分类：按镀层的性能：

(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。

(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。

(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，导电镀层，导磁镀层，钎焊性镀层，其它功能性镀层(吸热镀层、反光镀层、防渗镀层、抗氧化镀层、耐酸镀层等)按镀层与基体金属的电化学活性：

(1)阳极性金属镀层：镀层的标准电极电位比基体金属低；对基体金属除提供机械保护外，还提供电化学保护。

(2)阴极性镀层：镀层的标准电极电位比基体金属高；对基体金属仅起到机械保护的作用。镀层具备良好性能的基本条件：1、与基体金属结合牢固，附着力好；2、镀层完整，结晶细致，孔隙少；3、镀层厚度分布均匀。7.1电镀的基本原理与工艺一、电镀的基本原理电镀反应是一种典型的电解反应。电镀：电化学+金属学金属离子阴极还原时，其沉积电位等于它的平衡电位与过电位之和。在电镀中，过电位主要由电化学极化和浓差极化产生的。金属电沉积过程：

(1)液相传质步骤：电迁移、扩散、对流

(2)电化学还原步骤：前置转换和电荷转移。

(3)电结晶步骤：晶核的形成和生长。金属的电结晶过程与盐溶液中盐的结晶过程相似：形核－长大基体会影响电沉积过程：在其表面扭折或台阶处形核，通过（表面）扩散长大。二、电镀溶液的基本组成镀液由以下（部分）组分组成：主盐(单盐、络合盐等)

能与析出的金属离子形成络盐的成分提高镀液导电性的盐类缓冲剂助溶阴离子添加剂电镀的性能参数：电流效率分散能力深镀能力(覆盖能力)

整平能力等三、电镀的实施方式1、挂镀是电镀生产中最常用的一种方式。特点：

(优点)是适合于各类零件的电镀；电镀时单件电流密度较高且不会随时间而变化，槽电压低，镀液温升慢，带出量小，镀件的均匀性好；

(缺点)劳动生产率低，设备和辅助用具维修量大。2、滚镀是电镀生产中的另一种常用方法。特点：

(优点)节省劳动力，提高生产效率，设备维修费用少且占地面积小，镀件镀层的均匀性好。

(缺点)镀件不宜太大和太轻；单件电流密度小，电流效率低，槽电压高，槽液温升快，镀液带出量大。其使用范围较小。3、刷镀（涂镀、局部镀、选择性电镀）特点：(优点)不需要电镀槽，具有设备简单、工艺灵便、沉积速度快、镀层与基体材料的结合力好、镀后不需要机加工、对环境污染小、节水省电等。(缺点)不适于面积大、尺寸大的零件修复，也不能用于大批量镀件的生产。应用：普遍用于填补零件表面的划伤、凹坑、斑蚀和孔洞、修复加工超差和尺寸磨损以及局部性能的改善，尤其适合大型机械零件的不解体现场修理或野外抢修。纳米电刷镀的应用

空军某部将纳米电刷镀技术用于某型先进飞机发动机叶片的修复与再制造，并已通过空军装备部组织的专家组鉴定。。纳米电刷镀技术修复某型坦克零件4、连续电镀主要用于薄板、金属丝和带的电镀。在工业上有着极其重要的地位。特点：生产效率高、工艺要求高。四、电镀的工艺过程镀前处理：抛光（打磨）、脱脂、除锈、活化等电镀镀后处理：钝化、浸膜五、影响镀层质量的因素1、镀液：络合盐、导电盐、添加剂、维护2、电镀规范(电镀工艺)镀液温度阴极电流密度（电流波形、搅拌）3、析氢：内应力、针孔4、基体金属：电位、表面质量7.2常用单金属电镀一、镀锌锌镀层应用广泛，占总电镀量的60%以上。锌镀层为阳极性镀层，表层形成致密氧化物薄膜。锌蕴藏量较丰富、提炼方便。镀锌层的防护能力与镀层厚度有关。

白铁：镀锌铁，可用作日常用品如箱子，水管等的材料。锌价格：1.6万元/t二、镀铜铜具有良好的导电性、导热性和延展性铜镀层为阴极性镀层。应用：电力、电子、仿古用品、其它镀层的底层或中间层铜价格：6万元/t不锈钢镀铜门三、镀镍镍镀层为阴极性镀层。（镍极易钝化）

（Fe2＋：-0.44V）镍价格：13.5万元/t（09年27万元/t，10年18万元/t)镀镍层一般用作底层或中间层：Cu/Ni/Cr、Ni/Cu/Ni/Cr镀镍钢珠镀镍门吸镀镍生产线四、镀铬铬镀层为阴极性镀层，硬度高，极易钝化（Cr2O3）。铬价格：约6万元/t镀铬：装饰性镀铬、功能性镀铬五、镀锡对铁及铜而言，镀锡层分别为阴极性镀层和阳极性镀层。锡是无毒金属，质软，熔点低，钎焊性好。

马口铁：镀锡铁，可用作食品罐头的包装材料。铬价格：约17万元/t六、镀银镀银层为阴极性镀层。银具有良好的塑性和易抛光性，极强的反光性，良好的导热性、导电性和可焊性，较高的化学稳定性。银镀层有功能性和装饰性两方面的用途。使用最多的镀银溶液是氰化物体系。银价格：6.5元/g，650万元/t(09年2.5元/g，10年4.9元/g)七、镀金镀金层为阴极性镀层。金镀层具有极好的耐蚀性、导电性和抗高温性。工业上常用的镀金溶液为氰化物镀液。金价格：350元/g，3.5亿元/t(09年280元/g，10年290元/g）7.3合金电镀定义：

在一种溶液中，两种或两种以上金属离子在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过程。特点：合金电镀在结晶致密性、镀层孔隙率、外观色泽、硬度、耐蚀性、耐磨性、导磁性、减磨性和抗高温性等方面远远优于单金属电镀。一般说来，合金镀层最少合金组分的质量分数应在1％以上。一、合金电镀的基本原理实现合金电镀的必要条件：1、两种金属中至少有一种金属能单独从其盐的水溶液中沉积出来；2、两种金属共沉积时，它们的析出电位要十分接近或相等：

措施：

(1)选择金属离子合适的价态；

(2)改变金属离子的浓度；

(3)加入适当的络合剂

(4)加入添加剂二、合金共沉积的类型三、合金镀层及其应用合金镀层种类(应用)（表7－8）防护性合金镀层装饰性合金镀层功能性合金镀层7.4化学镀化学镀定义：

指在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。又称为无电解镀、无电源电镀等。化学镀技术具有悠久的历史：

1844年在次磷酸盐水溶液中还原出金属镍，1947年工业应用。自上世纪70年代，化学镀在工业上得到越来越广泛的应用。化学镀的发展史主要就是化学镀镍的发展史。化学镀镍技术的核心是镀液的组成及性能。一、化学镀的原理与特点化学镀是一个在催化条件下发生的氧化一还原反应过程。

(有别于普通化学沉积)化学镀溶液组成：金属离子、络合剂、还原剂、稳定剂、缓冲剂等组成。实现化学镀的必要条件：金属的沉积反应只发生在具有催化作用的工件表面；溶液本身相对稳定；自发发生氧化-还原反应速度较慢。化学镀的形式：(1)置换沉积：

Cu2++Fe→Cu+Fe2+

镀层薄且不致密、结合强度低。(2)接触沉积(3)还原沉积：

Men++Re→Me+OX

只在具有催化作用的表面上发生。

催化剂：基体、镀层金属自催化化学镀化学镀

化学镀的特点：

优点：镀层致密，孔隙少、硬度高，具有极好的化学和物理性能；可镀制形状复杂的工件，且镀层厚度均匀；可镀基材广泛(对非金属等材料需经过适当的预处理)；设备简单(不需要外加直流电源)。

缺点：

可镀制的金属(合金体系)有限；镀液昂贵，稳定性差，镀制成本高。化学镀技术在化工、电子、石油等工业中有着极为重要的地位。还原剂是化学镀溶液中的主要成分之一。还原剂对镀层的性能有着显著的影响。化学镀溶液常用的还原剂：次磷酸盐、甲醛、肼、硼氢化物、胺基硼烷及其衍生物等。二、化学镀镍化学镀的发展史主要就是化学镀镍的发展史。化学镀镍使用的还原剂：次磷酸盐、肼、硼氢化钠和二甲基硼烷等。(1)以次磷酸盐作还原剂：镀层一般含4-12wt%的磷：镍-磷合金(Ni-P)；(2)以硼氢化物或胺基硼烷为还原剂：镀层一般含0.2-5wt%的硼：镍-硼合金(Ni-B)；(3)以肼为还原剂：镀层纯度高达99.5％。国内生产上大多采用次磷酸钠作还原剂。以次磷酸盐作还原剂的化学镀镍溶液分为酸性和碱性两大类。化学镀镍的反应过程(采用次磷酸钠作还原剂)：所有这些反应均在固体催化剂表面进行。影响沉积速率的主要因素：镍离子浓度还原剂浓度化学镀镍层是一种非晶态镀层。化学镀镍层的特点：结晶细致，孔隙率低，耐蚀性优异；硬度高(晶化处理后)；软磁性好。化学镀镍层的应用：（P143）三、化学镀铜化学镀铜主要用于非导体材料的金属化处理，在电子工业中有着非常重要的地位。反应(甲醛为还原剂)：化学镀铜溶液为碱性溶液。四、化学镀银化学镀银是工业上应用最早的化学镀工艺，且目前应用较广泛。镀银：Sheffieldplating，1742年五、化学镀其它金属1、化学镀金2、化学镀钴3、化学镀钯7.5复合镀技术复合(电)镀定义：在电镀或化学镀溶液中加入非溶性的固体微粒，并使其与主体金属共沉积在基体表面，或把长纤维埋入或卷缠于基体表面后沉积金属，形成一层金属基的表面复合材料的过程。(弥散镀、分散镀)复合镀层、弥散镀层复合镀起源于20世纪20年代，兴起于20世纪70年代。与单纯的金属基镀层相比，复合镀层在耐蚀性、耐磨性、润滑性、表面外观及其它功能方面都有着非常显著的提高。一、复合镀的基本原理复合镀种类：弥散沉积法沉积共析法埋置沉积法－纤维强化复合镀复合镀的过程是物理过程和化学过程的有机结合：输送、吸附、共沉积复合镀二、复合镀层的种类及应用镀层金属：

Ni、Co、Cr、Cu、Zn、Au、Ag、Fe等。增强颗粒：高硬度的陶瓷颗粒及金刚石颗粒自润滑的颗粒复合镀的主要用途：提高镀层的耐蚀性、耐磨性、润滑性，改进表面外观和提高其它功能特性。(？)7.6非金属电镀ABS塑料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

AcrylonitrileButadieneStyrene非金属材料制品在电镀前必须经过前处理，它是决定非金属电镀能否顺利的关键。不同的非金属材料在电镀前的前处理步骤基本相同：粗化、脱脂、敏化、活化和化学镀等。粗化方法：机械粗化：提高结合力的程度有限；化学粗化：能大幅度提高结合力。

氧化、溶胀脱脂处理：

ABS塑料用无水乙醇、丙酮等。敏化：

将已经过粗化、脱脂等处理的非金属制品浸入一定浓度的易被氧化的化合物溶液中，使其表面吸附一些还原剂的过程。活化：