第5章-电镀与化学镀(1).ppt.ppt

1、第五章电镀和化学镀。电镀是指一种表面处理方法，在该方法中，通过在含有预镀金属的盐溶液中进行电解，将镀液中的预镀金属的阳离子沉积在基底金属的表面上。涂层功能：防护涂层、装饰涂层、功能涂层。电镀基础知识，电镀液，主盐：指电镀液中能在阴极上沉积所需镀层金属以提供金属离子的盐。包括主盐、络合剂、附加盐、缓冲剂、阳极活化剂和添加剂。络合剂是一种能与主盐中的金属离子络合形成络合物的物质。配合物是简单化合物相互作用形成的一种“分子化合物”。加盐：加盐是除了电镀液中的主盐以外的一些碱金属或碱土金属盐，主要用于提高电镀液的电导率，对主盐中的金属离子没有络合作用。阳极活化剂：电镀液中能促进阳极活化的物质称为阳极活

2、化剂。阳极活化剂的作用是增加阳极钝化的电流密度，以保证阳极被活化并能正常溶解。缓冲剂：用于稳定溶液酸碱度的物质。添加剂：添加剂是指能够显著改善涂层性能而不显著改变涂层导电性的物质。添加剂根据其在镀液中的作用可分为增白剂、流平剂、润湿剂和抑雾剂。电镀反应、电化学反应：待镀部分为阴极，阴极与DC电源的阴极相连，金属阳极与DC电源的阳极相连，阳极和阴极都浸在镀液中。当电流通过电镀槽时，电解质溶液中发生电解反应，金属不断地沉淀在阴极上并溶解在阳极上。因此，金属沉淀(或溶解)的量必须与通过的电荷量相关。M=kq m=成套m电极上形成的产品质量。Q-电量。K-每单位电能可在电极上形成的产品质量，称为产品的

3、电化学当量；电流。T-电源准时。电镀时，阴极上实际沉淀物质的质量不等于法拉第定律的计算结果，实际值总是小于计算值。这是因为在电极上有不止一个反应。例如，在镀镍期间，Ni22e=Ni22e=H2的副反应发生在阴极上，这消耗了部分电荷(量)并降低了电流效率。电流效率是实际沉淀物质的质量与理论计算的沉淀物质的质量之比，即(m/m)100=(m/kIt)100，电流效率：指电镀液均匀分布金属涂层厚度的能力，也称为电镀均匀性。电镀液的分散能力越好，沉积在不同阴极位置的金属层厚度越均匀。根据法拉第电解定律，阴极各部分沉积的金属量(金属厚度)取决于流经该部分的电流。因此，涂层厚度是否均匀本质上是电流是否均匀

4、分布在阴极涂层的表面上。电镀液的分散能力：指电镀液在被镀零件的深凹部沉积金属镀层的能力。电镀液的覆盖能力：分散能力和覆盖能力不同。前者是金属在阴极表面均匀分布的问题，其前提是阴极表面有涂层；而后者指的是金属是否沉积在阴极表面的深凹槽中的问题。在液相传质、电化学反应、电结晶和金属电沉积过程中，镀液中的水合金属离子或络合离子从溶液内部迁移到阴极界面，并到达阴极双电层溶液一侧；水合金属离子或复合离子穿过双电层，其周围的水合分子或配体层被除去，从阴极获得电子以产生金属原子(吸附原子酸碱度的影响：影响电镀质量的因素镀液的酸碱度会影响氢的放电电位、碱性夹杂物的沉淀、络合物或水合物的组成以及添加剂的吸附程度

5、。在电镀过程中，如果酸碱度增加，阴极效率高于阳极效率，而酸碱度降低，反之亦然。通过加入适当的缓冲液，可以将酸碱度稳定在一定范围内。添加剂的影响：镀液中的光亮剂、流平剂、润湿剂等添加剂能明显改善镀层结构。原因是它们在电解质中形成高度分散的氢氧化物或硫化物胶体，这些胶体被吸附在阴极表面以防止金属沉淀并改善阴极极化。无机添加剂，有机添加剂，原因是这些添加剂大多是表面活性物质，它们会吸附在阴极表面形成吸附膜，这阻碍了金属的沉淀，从而改善了阴极极化。此外，一些有机添加剂在电解液中形成胶体，与金属离子络合形成胶体-金属离子络合物，阻碍金属离子的放电，提高阴极极化。任何电镀溶液必须有一个能产生正常镀层的电流

6、密度范围。当电流密度过低时，阴极极化小，涂层结晶粗糙，甚至没有涂层。随着电流密度和阴极极化的增加，涂层的晶粒越来越细。当电流密度过高并超过极限电流密度时，镀层质量开始恶化，甚至出现海绵、枝晶、“烧”和发黑。电流密度、电流波形和电流波形的影响通过阴极电位和电流密度的变化影响阴极沉积过程，进而影响涂层的微观结构甚至成分，改变涂层的性能和外观。电解质温度的升高可以加速扩散，降低浓差极化；此外，提高温度可以加速离子的脱水过程。离子和阴极表面活性的增强也降低了电化学极化，这导致晶体变粗。另一方面，温度的升高可以增加盐的溶解度，从而增加电导率和分散能力；还可以增加电流密度的上限，从而提高生产效率。温度和搅

7、拌的影响，搅拌可以降低阴极极化，使晶粒粗化，但它可以增加电流密度，从而提高生产率。此外，搅拌还可以增强流平剂的效果。电镀过程一般包括三个阶段：电镀前预处理、电镀和电镀后处理。预镀处理的第一步是使表面粗糙度达到一定的要求，抛光和抛光；第二步是脱脂、溶剂溶解、化学和电化学；第三步，除锈，机械除锈，酸洗，电化学除锈；第四步是活化处理，即弱酸腐蚀。3.电镀金属和镀锌：镀锌主要用于钢铁等黑色金属的防腐。镀锌工艺可采用酸性和碱性电镀液，阳极采用纯锌。酸性电镀液价格便宜，电流效率高，电镀速度快，但其缺点是电镀能力差。碱性电镀液虽然价格高，但具有良好的电镀能力。镀铜：镀铜用作保护性装饰涂层系统的底层，也可用于

8、提高基材和涂层之间的附着力。此外，镀铜也可用于防止钢零件、印刷电路板、塑料电镀和电铸的渗碳。镀镍：镀镍可用作表面涂层，或作为多层电镀的底层或中间层。电镀合金，即在阴极上同时沉积两种或两种以上金属以形成结构和性能符合要求的镀层的过程，称为电镀合金。合金镀层具有许多单一金属镀层所不具备的特殊性能，如外观、颜色、硬度、磁性、半导体性、耐腐蚀性和装饰性。此外，通过电镀合金可以制备高熔点和低熔点金属的合金以及具有优异性能的非晶合金涂层。使用电镀铜锡合金、电镀铜锌合金、电镀铅锡合金和电刷镀。与镀浴相比，电刷镀具有设备简单、携带方便、不需要大型镀浴设备的优点；工艺简单，操作方便，电镀笔可以触及的所有地方都可

9、以用刷子电镀，适用于现场维修和现场不拆卸零件的紧急修理；涂层种类繁多，与基体材料结合力强，力学性能好；沉积速度很快，但必须在高电流密度下操作。缺点：劳动强度大，镀液和阳极包材消耗高。电刷镀用于修复表面、强化表面以及用其他技术对其进行改性。首先是基本原则。其次，电刷镀设备轻便或可移动，体积小，重量轻，便于现场使用或现场紧急维修。不需要镀槽和悬挂工具，设备数量大大减少。占用空间也小，对现场设备的要求大大降低。一套设备可完成各种涂层的刷镀。电镀笔(阳极)主要由高纯度细石墨制成，这是一种不溶性阳极。石墨的形状可以根据需要制成各种样式，以适应待镀工件的表面形状。当刷一些电镀槽时，金属材料也可以用作阳极。

10、设备的电耗和耗水量远低于镀浴，可节约能源和资源。特殊DC电源整流电路：提供稳定的DC输出，输出电压可无级调节，一般范围为0-30V，输出电流为0-150A。正负极性转换装置：阳极或阴极过载保护电路可任意选择。它用于电刷镀工艺。当电流超过额定值时，可迅速切断主电源，以确保电源和部件不会因短路而烧坏。电流表：用于动态测量电刷镀的功耗，从而精确控制镀层厚度。电镀笔、阳极材料：具有良好的导电性，可连续通过高电流密度，不污染电镀液，易于加工。高纯石墨、铂铱合金、不锈钢、可溶性阳极阳极形状：圆柱形、圆棒形、新月形、矩形、半圆形、细棒形、扁棒形等。阳极包裹：绝缘手柄热沉镀笔的使用与保护。当液体供应和收集装置

11、刷镀时，根据被镀部件的尺寸，可以使用不同的方式向镀笔供应液体，例如浸渍、倾倒和泵送。流动的溶液通常被收集在容器中，例如日常使用的塑料桶和塑料托盘，用于回收。第三章。电刷镀溶液，镀液的特性大多数电刷镀溶液是金属有机络合物的水溶液，它在水中有相当大的溶解度和良好的稳定性。镀液中金属离子的含量通常比镀液中高几倍到几十倍。性能稳定，可以在较宽的电流密度和温度范围内使用，并且在使用过程中不需要调整金属离子的浓度。不易燃、不易爆、无毒。大多数镀液接近中性，腐蚀性低，可保证人工操作的安全性，便于运输和储存。除了一些镀液，如金和银，有毒的络合剂和添加剂不使用。现已开发出无氰镀金液。熔池凝固技术和固体制剂的成功

12、发展给熔池的运输和储存带来了极大的方便。预处理液电清洗液：电清洗液的作用是通过电化学方法去除电镀零件表面的油污。以磷酸三钠为主要成分的氢氧化钠、碳酸钠等。这种溶液是碱性的，可以去除任何金属材料表面的油脂并对其进行净化。电清洗处理通常采用阴极脱脂，即将工件连接到电源的负极，将电镀笔连接到电源的正极。油膜被从工件表面(阴极)沉淀的大量氢气撕裂。同时，由于电清洗液对油的乳化和皂化作用以及擦拭作用用电清洗铸铁材料表面时，可以在清洗液中加入10%的水基清洗剂，效果会更好。活化液：活化处理的实质是工件表面的电解腐蚀和化学腐蚀。活化液的作用是通过化学腐蚀和电解腐蚀去除被镀零件表面的氧化膜和锈斑，从而暴露金属

13、本身。通常，活化溶液是酸性水溶液，其具有很强的去除金属氧化物的能力。活化溶液分为强活化溶液和弱活化溶液。强活化液分为硫酸型活化液和盐酸型活化液。硫酸活化液中可使用多种金属，作用温和，正负极均可使用；盐酸型活化液比硫酸型活化液作用更强，也适用于各种金属，只能反极性作用。柠檬酸活化液是一种弱活化液，极性相反，作用温和，能溶解石墨和碳化物。一些有色金属只有用弱活化溶液活化后才能刷镀。刷镀液单一金属镀液合金镀液复合金属镀液、钝化液和退镀液钝化液：用于在铝、锌、镉等金属表面形成钝化氧化膜的溶液，可提高表面耐蚀性。常用的是铬酸盐、硫酸盐和磷酸盐溶液。退镀液：用于去除被镀零件表面不合格涂层和多余涂层的溶液。

14、退镀通常通过电化学方法进行，并在反向电流下操作(被镀部分连接到正电极)。退镀液种类繁多，成分复杂，主要由不同的酸、碱、盐、缓蚀剂、缓冲剂和氧化剂组成。4.电刷镀工艺，工艺特点由于镀笔与工件之间的相对运动，散热条件好，使用高电流密度电刷镀时工件不易过热。涂层的形成是一个间歇的结晶过程，镀液中的金属离子被释放和还原，并且仅在镀笔接触工件的那些部分结晶。因此，涂层中存在大量的超细晶粒和高密度，这是强化涂层的重要原因。镀液可以用镀笔及时输送到工件表面，大大缩短了金属离子的扩散过程，不易造成金属离子短缺。此外，镀液中金属离子的含量高，这允许使用比镀浴高得多的电流密度，因此沉积速度快。手动操作方便灵活，特

15、别是对于复杂的型材，电镀笔可以触摸，也可以电镀，非常适合大型设备不拆卸的现场维修。镀前预处理和表面修整：被镀工件的表面必须光滑，所以被镀工件表面的毛刺、锥度、不圆度和疲劳层必须用切削机床修复，或用砂布和金相砂纸打磨，以获得正确的几何形状，暴露母材的正常结构。一般来说，修整后电镀工件的表面粗糙度Ra应小于5m。对于被镀零件表面的腐蚀坑和划痕，可以用油石、细锉、气动手指或碎砂轮进行开槽和整形，使腐蚀坑和划痕与基体表面平滑过渡。一般来说，改造后的宽度是原来腐蚀坑宽度的两倍以上。窄而深的划痕应适当加宽，使电镀笔能接触到槽和坑的底部。表面清洗：表面清洗是指用化学和机械方法清洗被镀零件表面的油污和锈斑。当

16、电镀件表面有大量油污时，先用汽油、煤油、丙酮或乙醇等有机溶剂去除大部分油污，然后用化学脱脂溶液去除残留的油污，再用清水清洗。如果表面有厚锈，可以抛光活化处理：活化处理用于去除脱脂后可能形成的氧化膜，使电镀部分表面轻微腐蚀，呈现出金属的晶体结构，从而保证金属离子能够还原在基材的新表面，并与基材牢固结合，形成结合强度好的涂层。活化时，一般采用阳极活化(镀笔与负极相连)。电刷镀电刷镀被镀零件的底涂层由于电刷镀层在不同金属上的结合强度不同，有些电刷镀层不能直接沉积在钢上，所以对于一些特殊的镀层类型，电刷镀层应作为过渡层使用，厚度一般为0.001毫米0.01毫米。特殊的镍或钴镀液。它用于一般金属，特别是不锈钢、铬、镍等材料和高熔点金属作底层，使母材与镀层有良好的结合力。碱性镀铜液。碱铜的结合比特种镍差，但镀液对疏松材料(如铸钢、铸铁)和软金属(如锡、铝)的腐蚀比特种镍小，所以常被用作铸钢、铸铁、锡、铝的基底层。低氢脆镉镀液。对氢特别敏感的超高强度钢，通过使用低氢脆的镉作为