电镀与电刷度

关于电镀与电刷度124.1.1电镀电解：在外加直流电源的作用下，电解质的阴阳离子两极发生氧化还原反应的过程。（1）电解与电镀电解CuCl2溶液示意图阴极（还原反应）:阳极（氧化反应）:Cu2++2e＝Cu2Cl－－2e＝Cl2↑

电镀反应是一种典型的电解反应第2页,共28页，2024年2月25日，星期天3电镀：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀金属基体为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面获得结合牢固的金属镀层的表面工程技术。铜的电解精炼：粗铜（含Zn、Fe）纯铜硫酸铜溶液硫酸铜溶液铜镀件目的:耐蚀、耐磨、装饰、钎焊及导电、磁、光学一般为几微米到几十微米镀铜第3页,共28页，2024年2月25日，星期天4（2）电镀装置及原理（以镀铜为例）②两电极：阴极还原反应：Cu2++2e→Cu(形成镀层)阳极氧化反应：Cu－2e→Cu2+(阳极溶解)①外电路：直流电源、导线③电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液④电镀的结果，硫酸铜溶液的浓度保持不变第4页,共28页，2024年2月25日，星期天5电镀涉及的基本问题和理论解释属于电化学范畴，而沉积层物理性能方面的改变则属于金属学方面的范畴。

从表面现象来看，电镀是在外加电流的作用下，溶液中的金属离子在阴极表面得到电子,被还原为金属并沉积在其表面的过程，发生如下化学反应：

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但是实际情况则很复杂金属离子进行阴极还原时：

沉积电位=

平衡电位+金属离子在阴极放电的过电位理论上，只要阴极电位足够负，任何金属离子都可以还原沉积。但是在水溶液中进行电沉积时，还存在H+和一些易还原的阴离子与金属离子竞争还原反应，因此，有些还原电位很负的金属离子在电极上不能实现还原沉积。第5页,共28页，2024年2月25日，星期天6

金属离子在水溶液中能否还原，不仅取决于其本身的性质，还取决于H+在电极上的还原电位。沉积电位=金属离子的标准电位+

（RT/nF）*lna+

金属离子的在阴极放电的过电位

由沉积电位的计算公式可以看出，过电位是影响金属离子沉积的关键因素。过电位主要由电化学极化和浓差极化产生，其大小直接影响金属离子的沉积。第6页,共28页，2024年2月25日，星期天7（3）电镀时金属电沉积的过程①液相传质：金属的水合离子或络离子从溶液内部迁移到阴极表面；②电化学还原：前置转换和电荷转移金属离子在进行电化学还原前，其主要存在形式在阴极附近或表面发生化学转化，转变为参与电极反应的形式，该过程为前置转换；然后金属离子再以此形式在阴极表面得到电子，还原为金属原子，称电荷转移。如硫酸铜镀液中镀铜时Cu2+的还原过程为：

Cu2++e=Cu+(前置转换)Cu++e=Cu（电荷转移）③电结晶：形核+长大第7页,共28页，2024年2月25日，星期天8（4）电镀液主盐：提供金属离子，析出金属易溶于水的盐类络合剂：镀液的重要成分。能与主盐的阳离子络合而成金属络离子。在电镀过程中，能有效地促进阴极极化作用，提高电解液的均镀能力和深镀能力，从而使镀层结晶细致光滑；对保证镀层质量和电解稳定性起重要作用。如在氰化物电镀液中用氰化物作络合剂，在无氰电镀液中用铵盐、焦磷酸盐、次氨（基）三乙酸等作络合剂。目前大多是水溶液，在特殊情况下，也使用有机溶液或者熔融盐镀液。第8页,共28页，2024年2月25日，星期天9导电盐：提高镀液的导电能力缓冲剂：稳定pH值阳极活化剂：促进阳极溶解的助溶阴离子添加剂：影响金属离子在阴极析出的成分。光亮剂、整平剂、晶粒细化剂、润湿剂、应力消除剂、镀层硬化剂等第9页,共28页，2024年2月25日，星期天10（5）影响电镀层质量的基本因素①镀层金属的本性②镀液各种成分及浓度③电镀规范电流密度、波形、温度及搅拌等④pH值及析氢（可能导致镀层鼓泡或者产生针孔）⑤基体金属及表面质量（基体金属电位负于镀层金属，导致结合力不良）⑥前处理精整和清理→洁净、活性的晶体表面第10页,共28页，2024年2月25日，星期天114.1.2电刷镀工业化生产中，电镀的实施方式多种多样，常见的电镀实施方式有：挂镀：主要适用于外形尺寸较大的零件滚镀：主要适用于尺寸较小，批量较大的零件电刷镀：一般用于局部修复和局部性能改善高速连续电镀：用于线材、带材、板材的大批量生产第11页,共28页，2024年2月25日，星期天12刷镀又称涂镀、局部镀、选择性电镀、笔镀等。它是通过吸有电解液的包套作为阳极与作为阴极的零件表面接触，并作相对运动，电解液中的离子在阴阳极之间进行电化学反应，使金属离子沉积，在零件表面形成金属镀层的过程第12页,共28页，2024年2月25日，星期天13（1）原理与特点原理同电镀——电沉积过程供电镀液+镀笔+擦试→电镀层第13页,共28页，2024年2月25日，星期天14（1）设备简单、工艺灵活、操作方便，可以在现场作业。（2）可以局部电镀。（3）镀层种类多，结合强度高。（4）沉积速度快，生产效率高。槽镀的10～15倍。耗电量为槽镀几十分之一。（5）操作安全，对环境污染小。（6）劳动强度大，消耗阳极包缠材料。特点：第14页,共28页，2024年2月25日，星期天15（2）电刷镀设备专用直流电源、镀笔及供液、集液装置专用直流电源0~30V，0~150A镀笔：由不溶性阳极、绝缘手柄及散热装置组成第15页,共28页，2024年2月25日，星期天16（3）刷镀溶液金属离子含量高、导电性好、性能稳定、分散覆盖能力好1)刷镀溶液的种类

①预处理溶液:预处理溶液可分为电净液和活化液两类

电净液：用于清洗工件表面的油污。

活化液：用于去除金属表面的氧化膜和疲劳层。

②电镀溶液:单金属电镀液和合金电镀液。

③退镀溶液:可把旧镀层或不合格的镀层去掉。

④钝化液

第16页,共28页，2024年2月25日，星期天172)刷镀溶液的特性①金属离子的含量较高。②镀液的温度范围比较宽。③镀液的性质比较稳定。④均镀能力和深镀能力较好。⑤镀液的毒性与腐蚀性较小。第17页,共28页，2024年2月25日，星期天18（4）刷镀工艺镀前预处理表面整修、清理、电净、活化镀件刷镀

刷镀打底层、工作层镀后处理清除残积物及防护方法第18页,共28页，2024年2月25日，星期天19（5）应用刷镀技术设备简单，操作容易，镀层结合牢固，经济效益显著机械行业、电力、电子、化工、纺织等部门

机械设备的维修，改善零部件的表面理化性能沉积的厚度小于0.2mm，采用刷镀比其它维修方法经济第19页,共28页，2024年2月25日，星期天20镀锌镀铜镀镍镀铬镀锡镀银镀金常用单金属电镀4.1.3合金电镀常见的单金属电镀有如下几种，这些方法在工业上得到广泛应用。但是单金属电镀的镀层无法满足所有场合的的需要，合金电镀应运而生。第20页,共28页，2024年2月25日，星期天21电镀合金始于1835～1845年。20世纪20年代起还很少应用于工业。目前230多种电镀合金体系，应用约有30余种例：黄铜,白铜,Zn-Sn,Pb-Sn,Zn-Cd,Ni-CoNi-Sn,Cu-Sn-Zn定义：两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层为合金电镀。第21页,共28页，2024年2月25日，星期天22（1）合金共沉积的条件①两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。②共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近或相等。第22页,共28页，2024年2月25日，星期天23（2）实现共沉积的方法①改变镀液中金属离子的浓度比

增大较活泼金属离子的浓度，使其电位正移；或降低较贵金属离子浓度，使其电位负移，使两者的电位接近。②采用适当的配合剂使平衡电位相差大的金属离子实现共沉积的最有效方法。③采用特定的添加剂某种添加剂可能对某些金属沉积起作用，使之实现共沉积。第23页,共28页，2024年2月25日，星期天24（3）合金电镀的特点与热冶金合金相比，主要特点：①容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金，如Sn-Ni。②可获得热熔相图没有的合金,δ-铜锡合金。③容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金，如Ni-P。④在相同合金成分下，电镀合金与热熔合金比，硬度高，延展性差。第24页,共28页，2024年2月25日，星期天25与单金属镀层相比，主要特点：①合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。②可以获得非晶结构镀层，如Ni-P镀层。③合金镀层具有单金属所没有的特殊物理性能。④合金镀层可具备比组成它们的单金属层更耐磨、耐蚀、更耐高温，并有更高硬度和强度。⑤不能从水溶液中单独电沉积的W，Mo，Ti，V等金属可与铁族元素（Fe，Co，Ni）共沉积形成合金。⑥通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀层，具有更好的装饰效果。第25页,共28页，2024年2月25日，星期天264.1.4复合镀定义：将固体微粒子加入镀液中与金属或合金共沉积，形成一种金属基的表面复合材料的过