电镀基本原理

电镀基本原理

电镀工艺基础理论

一、电镀概述

简单来说，电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体例如金属的表面沉积一金属或合金层。我们以硫酸铜的电镀作例子:

硫酸铜镀液主要有硫酸铜、硫酸和水，甚至也有其它添加剂。硫酸铜是铜离子(Cu2+)的来源，当溶解于水中会离解出铜离子，铜离子会在阴极(工件)还原(得到电子)沈积成金属铜。这个沉积过程会受镀浴的状况如铜离子浓度、酸碱度(pH)、温度、搅拌、电流、添加剂等影响。

阴极主要反应: Cu2+(aq) + 2e-→Cu (s)

电镀过程中的铜离子浓度因消耗而下降，影响沉积过程。面对这个问题，可以两个方法解决：1.在浴中添加硫酸铜；2.用铜作阳极。添加硫酸铜方法比较麻烦，又要分析又要计算。用铜作阳极比较简单。阳极的作用主要是导体，将电路回路接通。但铜作阳极还有另一功能，是氧化(失去电子)溶解成铜离子，补充铜离子的消耗。

阳极主要反应: Cu (s) →Cu2+(aq) + 2e-

由于整个镀液主要有水，也会发生水电解产生氢气(在阴极)和氧气(在阳极)的副反应

阴极副反应: 2H3O+(aq) + 2e-→H2(g) + 2H2O(l)

阳极副反应: 6H2O(l) →O2(g) + 4H3O+(aq) + 4e-

结果，工件的表面上覆盖了一层金属铜。这是一个典型的电镀机理，但实际的情况十分复杂。

电镀为一种电解过程，提供镀层金属的金属片作用有如阳极，电解液通常为镀着金属的离子溶液，被镀物作用则有如阴极。阳极与阴极间输入电压后，吸引电解液中的金属离子游至阴极，还原后即镀着其上。同时阳极的金属再溶解，提供电解液更多的金属离子。某些情况下使用不溶性阳极，电镀时需添加新群电解液补充镀着金属离子。

电镀一般泛指以电解还原反应在物体上镀一层膜。其目前使用种类有：一般电镀法(electroplating)、复合电镀(composite plating)、合金电镀(alloy plating)、局部电镀(selective plating)、笔镀(pen plating)等等。由于电镀表面具有保护兼装饰效用；故广被应用。也有少部分的电镀提供其它特性，诸如高导电性、高度光反射性或降低毒性，最常使用的电镀金属为镍、铬、锡、铜、银及金。

点击观看电沉积原理Flash图二、电镀的原理和概念

2.1 电镀的定义和目的

电镀(electroplating)被定义为一种电沉积过程(electrode-position process)，是利用电极(electrode)通过电流，使金属附着于物体表面上，其目的是在改变物体表面之特性或尺寸。

电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit)，改变基材表面性质或尺寸。例如赋予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗、提高导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性、热处理之防止渗碳、氮化、尺寸

错误或磨耗之另件之修补。

2.2电镀基础知识

电镀大部份在液体(solution)下进行，又绝大部份是由水溶液(aqueous solution)中电镀，约有30种的金属可由水溶液进行电镀，由水溶液电镀的金属有：铜Cu、镍Ni、铬Cr、锌Zn、镉Cd、铅Pb、金Au、银Ag、铂Pt、钴Co、锰Mn、锑Sb、铋Bi、汞Hg 、镓Ga、铟In、铊、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W 等；有些必须由非水溶液电镀如锂、钠、钾、铍、镁、钙、锶、钡、铝、La、Ti、Zr、Ge、Mo等；既可由水溶液又可由非水溶液电镀的有铜、银、锌、镉、锑、铋、锰、钴、镍等金属。

电镀的基本知识包括：溶液性质；物质反应；电化学；化学反应方程式；界面物理化学；材料性质等。电镀与其它镀覆方法电沉积过程的比较

2.2.1 溶液(solution)

被溶解之物质称为溶质(solute)，使溶质溶解之液体称之溶剂(solute)。溶剂为水的溶液称之水溶液(aqueous solution)。

表示溶质溶解于溶液中的量为浓度(concentration)。在一定量溶剂中，溶质能溶解之最大量值称为溶解度(solubility)。

达到溶解度值的溶液称为饱和溶液(saturated solution)，反之为非饱和溶液(unsaturated solution)。溶液浓度，在工厂及作业现场，使用易了解及便利的重量百分率浓度(weight percentage)。另外常用的莫耳浓度(molal concentration)。

2.2.2 物质反应(reaction of matter)

在电镀处理过程中，有物理变化及化学变化，例如研磨、干燥等为物理反应，电解过程有化学反应，我们必须充份了解在处里过程中各种物理及化学反应及其相互间关系与影响。

2.2.3 电镀常用之方程式(chemical formular)

见附录一。

2.2.4 电化学(electrochemistry)

电镀是一种电沉积( electrodeposition )过程，利用电解体electrolysis)在电极(electrode)沉积金属，它是属于电化学应用的一类。电化学是研究有关电能与化学能交互变化作用及转换过程。

电解质(electrolyte)例子NaCl,也就是其溶液具有电解性质的溶液(electrolytic solution)它含有部份离子(ions),经由这些离子移动(movement)而能导电。带负电荷朝向阳极(anode)移动称为阴离子(anion),带正电荷朝向阴极(cathode)移动(migrate)者称为阳离子cations)。这些带电荷粒子(particles)称之为离子(ions)。放出电子产生氧化反应的电极称为阳极(anode)，得到电子产生还原反应的电极称为阴极(cathode)。整个反应过程称为电解(electrolysis)。

2.2.4.1 电极电位(electrode potentials)

电位(electrode potential)为在电解池(electrolytic)中的导电体，电流经由它流入或流出。电极电位(electrode potential)是电极与电解液之间的电动势差，单独电极电位不能测定需参考一些标准电极(standard electrode)。

2.2.4.2 标准电极电位(s