电镀与化学镀教学课件.ppt

第五章 电镀与化学镀, 电镀,电镀是指在含有预镀金属的盐类溶液中，以被镀金属为阴极，通过电解作用，使镀液中预镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法镀层的功能： 防护性镀层 装饰性镀层 功能性镀层,一、电镀基础知识,电镀液,主盐：是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子包括主盐、络合剂、附加盐、缓冲剂、阳极活化剂、添加剂,络合剂：能络合主盐中的金属离子形成络合物的物质络合物是一种由简单化合物相互作用而形成的“分子化合物”附加盐：附加盐是电镀液中除主盐外的某些碱金属或碱土金属盐类，主要用于提高电镀液的导电性，对主盐中的金属离子不起络合作用阳极活化剂：镀液中能促进阳极活化的物质称阳极活化剂阳极活化剂的作用是提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常地溶解缓冲剂：指用来稳定溶液酸碱度的物质添加剂：添加剂是指不会明显改变镀层导电性，而能显著改善镀层性能的物质根据在镀液中所起的作用，添加剂可分为：光亮剂、整平剂、润湿剂和抑雾剂等电镀反应,电化学反应：被镀的零件为阴极，与直流电源的负极相连，金属阳极与直流电源的正极连接，阳极与阴极均浸入镀液中。

Mn++neM M-neMn+,法拉第定律：,电流通过镀液时，电解质溶液发生电解反应，阴极上不断有金属析出，阳极金属不断溶解因此，金属的析出(或溶解)量必定与通过的电荷量有关 m=kQ m=kIt m-电极上所形成产物的质量； Q-电量； k-单位电量时在电极上可形成产物的质量，称之为该产物的电化当量； I-电流； t-通电时间电镀时，阴极上实际析出的物质的质量并不等于根据法拉第定律得到的计算结果，实际值总小于计算值这是由于电极上的反应不只一个，例如镀镍时，在阴极上除发生 Ni2++2e=Ni 2H++2e=H2 副反应消耗了部分电荷(量)，使电流效率降低电流效率就是实际析出物质的质量与理论计算析出物质的质量之比，即 (m/ m)100=(m/kIt)100,电流效率：,指电镀液所具有的使金属镀层厚度均匀分布的能力，也称均镀能力电镀液的分散能力越好，在不同阴极部位所沉积出的金属层厚度就越均匀根据法拉第电解定律可知，阴极各部分所沉积的金属量(金属的厚度)取决于通过该部位电流的大小故镀层厚度均匀与否，实质上就是电流在阴极镀件表面上的分布是否均匀。

电镀液的分散能力：,指电镀液所具有的使镀件的深凹处沉积上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，前者是说明金属在阴极表面分布均匀程度的问题，它的前提是在阴极表面都有镀层；而后者是指金属在阴极表面的深凹处有无沉积层的问题液相传质 电化学反应 电结晶,金属的电沉积过程,镀液中的水化金属离子或络离子从溶液内部向阴极界面迁移，到达阴极的双电层溶液一侧；,水化金属离子或络离子通过双电层，并去掉它周围的水化分子或配位体层，从阴极上得到电子生成金属原子(吸附原子)；,金属原子沿金属表面扩散到达结晶生长点，以金属原子态排列在晶格内，形成镀层电镀时，以上三个步骤是同时进行的，但进行的速度不同，速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制性环节不同步骤作为控制性环节，最后的电沉积结果是不一样的pH值的影响：,影响电镀质量的因素,镀液中的PH值可以影响氢的放电电位，碱性夹杂物的沉淀，还可以影响络合物或水化物的组成以及添加剂的吸附程度 电镀过程中，若pH值增大，则阴极效率比阳极效率高，pH值减小则反之通过加入适当的缓冲剂可以将pH值稳定在一定范围添加剂的影响：,镀液中的光亮剂、整平剂、润湿剂等添加剂能明显改善镀层组织。

起作用的原因是由于它们在电解液中形成高分散度的氢氧化物或硫化物胶体，吸附在阴极表面阻碍金属析出，提高阴极极化作用无机 添加剂,有机 添加剂,起作用的原因是这类添加剂多为表面活性物质，它们会吸附在阴极表面形成一层吸附膜，阻碍金属析出，因而提高阴极极化作用另外，某些有机添加剂在电解液中形成胶体，会与金属离子络合形成胶体-金属离子型络合物，阻碍金属离子放电而提高阴极极化作用任何电镀液都必须有一个能产生正常镀层的电流密度范围当电流密度过低时，阴极极化作用较小，镀层结晶粗大，甚至没有镀层随着电流密度的增加，阴极极化作用随着增加，镀层晶粒越来越细当电流密度过高，超过极限电流密度时，镀层质量开始恶化，甚至出现海绵体、枝晶状、“烧焦”及发黑等电流密度的影响,电流波形的影响,电流波形的影响是通过阴极电位和电流密度的变化来影响阴极沉积过程的，它进而影响镀层的组织结构，甚至成分，使镀层性能和外观发生变化电解液温度的升高能使扩散加快，降低浓差极化；此外，升温还能使离子的脱水过程加快离子和阴极表面活性增强，也降低了电化学极化，导致结晶变粗另一方面，温度升高能增加盐类的溶解度，从而增加导电和分散能力；还可以提高电流密度上限，从而提高生产效率。

温度的影响,搅拌的影响,搅拌可降低阴极极化，使晶粒变粗，但可提高电流密度，从而提高生产率此外，搅拌还可增强整平剂的效果二、镀前预处理和镀后处理,电镀工艺过程一般包括电镀前预处理、电镀及镀后处理三个阶段镀前处理 第一步 使表面粗糙度达到一定要求，磨光、抛光； 第二步 去油脱脂，溶剂溶解、化学、电化学； 第三步 除锈，机械、酸洗、电化学； 第四步 活化处理，弱酸中侵蚀镀后处理 钝化处理 除氢处理,三、电镀金属,镀锌：镀锌主要用于钢铁等黑色金属的防腐电镀锌工艺可采用酸性和碱性电镀液两种，阳极使用纯锌酸性电镀液价廉且电流效率高，电镀速度快，缺点是均镀能力差碱性电镀液价格虽高，但均镀能力好 镀铜：镀铜用作防护装饰性镀层体系的底层，也可以用来改善基体与镀层间的结合力此外，镀铜还可用于钢铁件的防渗碳，印刷线路板、塑料电镀和电铸模等方面 镀镍：镀镍可用作表面镀层，也可作为多层电镀的底层或中间层四、电镀合金,在阴极上同时沉积出两种或两种以上金属，形成结构和性能符合要求的镀层的工艺过程，称为电镀合金合金镀层具有许多单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、耐蚀以及装饰等方面的性能此外，通过电镀合金还可以制取高熔点和低熔点金属组成的合金，以及具有优异性能的非晶态合金镀层。

应用 电镀铜锡合金 电镀铜锌合金 电镀铅锡合金, 电刷镀,与槽镀相比较，电刷镀的优点： 设备简单，携带方便，不需要大的镀槽设备； 工艺简单，操作方便，镀笔能触及的地方均可电刷镀，适用于不解体机件的现场维修和野外抢修； 镀层种类多，与基体材料的结合力强，力学性能好； 沉积速度快，但须高电流密度进行操作 缺点： 劳动强度大，消耗镀液较多，消耗阳极包缠材料电刷镀应用 修复 表面强化 表面改性处理 与其他技术复合,一、基本原理,二、电刷镀设备,设备特点 多为便携式或可移动式，体积小、重量轻，便于拿到现场使用或进行野外抢修 既不需要镀槽，也不需要挂具，设备数量大大减少 占用场地也小，设备对场地设施的要求大大降低 一套设备可以完成多种镀层的刷镀 镀笔（阳极）材料主要采用高纯细石墨，是不溶性阳极石墨的形状可根据需要制成各种样式，以适应被镀工件表面形状 刷镀某些镀液时，也可以采用金属材料作阳极 设备的用电量、用水量比槽镀少得多，可以节约能源、资源专用直流电源 整流电路：提供平稳直流输出，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：可任意选择阳极或阴极 过载保护电路：用在刷镀过程中，当电流超过额定值后，快速切断主电源，以保证电源和零件不会因短路而烧坏。

安培计：用于在动态下计量电刷镀消耗的电量，从而能精确地控制镀层厚度镀笔,阳极材料：具有良好的导电性，能持续通过高的电流密度，不污染镀液，易于加工等高纯石墨、铂-铱合金、不锈钢、可溶性阳极 阳极形状：圆柱、圆棒、月牙、长方、半圆、细棒和扁条等,阳极包裹： 绝缘手柄 散热片 镀笔的使用和保护,供液、集液装置 刷镀时，根据被镀零件的大小，可以采用不同的方式给镀笔供液，如蘸取式、浇淋式和泵液式，关键是要连续供液，以保证金属离子的电沉积能正常进行流淌下来的溶液一般采日用塑料桶、塑料盘等容器收集，以供循环使用三、电刷镀溶液,镀液特点 电刷镀溶液大多数是金属有机络合物水溶液，络合物在水中有相当大的溶解度，并且有很好的稳定性 镀液中金属离子的含量通常比槽镀高几倍到几十倍 性能稳定，能在较宽的电流密度和温度范围内使用、使用过程中不必调整金属离子浓度 不燃、不爆、无毒性，大多数镀液接近中性，腐蚀性小因而能保证手工操作的安全，也便于运输和储存 除金、银等个别镀液外，均不采用有毒的络合剂和添加剂现无氰金镀液已经研制出来 镀液固化技术和固体制剂的研制成功，给镀液的运输、保管带来了极大的方便预处理液 电净液： 电净液的作用是用电化学方法去除被镀零件表面的油污。

以磷酸三钠为主体，另加氢氧化钠、碳酸钠等溶液呈碱性，对任何金属材料表面都有脱脂净化作用 电净处理通常采用阴极除油，即把工件接电源负极，镀笔接电源正极利用工件表面（阴极）析出的大量氢气把油膜撕裂，同时由于电净溶液对油的乳化和皂化作用，以及镀笔对工件表面的擦拭作用，可达到良好的除油效果 除油速度快、效果好，但对氢气敏感的材料不宜采用，否则，会引起材料氢脆为避免材料的氢脆，也可采用阳极除油，即把工件接电源正极镀笔接电源负极利用工件表面析出的氧气撕裂油膜 为了达到更好的除油效果，还可采用阴极除油与阳极除油交替进行的联合除油 对铸铁材料表面进行电净时，可在电净液中加入10的水基清洗剂，效果会更好活化液： 活化处理的实质是对工件的表面进行电解刻蚀和化学腐蚀 活化液的作用是用化学腐蚀和电解腐蚀的方法，去除被镀零件表面的氧化膜和锈斑，使其露出金属本身组织 一般活化液都是酸性水溶液，具有较强的去除金属氧化物的能力活化液分为强活化液和弱活化液强活化液又分为硫酸型活化液和盐酸型活化液硫酸型活化液可采用各种金属，作用比较温和，正、反极都可使用；盐酸型活化液比硫酸型活化液作用强烈，也适用于各种金属，只能反极性作用。

柠檬酸型活化液属弱活化液，反极性作用，作用温和，有溶解石墨和碳化物的能力一些有色金属仅用弱活化液活化后即可刷镀电刷镀溶液 单金属镀液 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、镉等金属表面生成能提高表面耐蚀性的钝态氧化膜的溶液常用的有铬酸盐、硫酸盐及磷酸盐等的溶液 退镀液：用于退除镀件表面不合格镀层、多余镀层的溶液退镀一般是采用电化学方法进行，在反向电流(镀件接正极)下操作退镀液的品种较多，成分较为复杂，主要由不同的酸类、碱类、盐类、缓蚀剂、缓冲剂和氧化剂等组成四、电刷镀工艺,工艺特点 由于镀笔与工件有相对运动，散热条件好，在使用大电流密度刷镀时，不易使工件过热 其镀层的形成是一个断续结晶过程，镀液中的金属离子只是在镀笔与工件接触的那些部位放电、还原结晶因而镀层中存在大量的超细晶粒和高密度的位措，这是镀层强化的重要原因 镀液能随镀笔及时送到工件表面，大大缩短了金属离子扩散过程，不易严生金属离子贫乏现象加上镀液中金属离子含量高，允许使用比槽镀大得多的电流密度，因而沉积速度快 使用手工操作，方便灵活，尤其对于复杂型面，凡是镀笔能触及到的地方均可镀上，非常适用于大设备的不解体现场修理。

镀前预处理 表面整修：待镀件的表面必须平滑，故镀件表面存在的毛刺、锥度、不圆度和疲劳层，都要用切削机床精工修理，或用砂布、金相砂纸打磨，以获得正确的几何形状和暴露出基体金属的正常组织，一般在修整后的镀件表面粗糙度Ra应在5m以下对于镀件表面的腐蚀凹坑和划伤部位，可用油石、细锉、风动指状或片段状砂轮进行开槽修形，使腐蚀坑和划痕与基体表面呈圆滑过渡通常修形后。