电镀和化学镀原理和要求
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第五章电镀与化学镀.
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 η＝(m’/ m)×100％=(m’/kIt)×100％
电镀液的分散能力：
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。
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。
缓冲剂：指用来稳定溶液酸碱度的物质。 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。 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。
影响电镀质量的因素
pH值的影响：
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。
化学镀和电镀
化学镀和电镀化学镀和电镀是常见的金属表面处理技术，被广泛应用于工业生产和科学研究领域。
它们通过在金属表面形成一层均匀、致密、具有良好附着力的金属薄膜，提高金属的耐腐蚀性、耐磨性和美观性。
化学镀是利用化学反应在金属表面生成金属薄膜的技术。
在化学镀过程中，首先需要准备化学镀液，它通常由金属盐溶液、络合剂、还原剂和调节剂等组成。
然后，将待镀金属作为阴极，将镀液中的金属离子还原成金属原子，并在金属表面析出形成金属薄膜。
化学镀的优点是可以在复杂形状的物体表面均匀镀覆，且镀层的厚度可以控制。
常见的化学镀技术有铜化学镀、镍化学镀和铬化学镀等。
电镀是利用电解作用在金属表面生成金属薄膜的技术。
在电镀过程中，需要将金属制品作为阴极，放置在电解槽中的镀液中，同时加上直流电源。
镀液中含有金属盐溶液和其他添加剂，通过电解作用将金属离子还原成金属原子，并在金属表面析出形成金属薄膜。
电镀的优点是可以获得较厚的镀层，并且具有良好的附着力。
常见的电镀技术有铜电镀、镍电镀和铬电镀等。
化学镀和电镀在工业生产中有着广泛的应用。
它们可以改善金属制品的表面性能，延长使用寿命。
化学镀和电镀可以提高金属制品的耐腐蚀性，使其不易受到氧化、腐蚀和变色等损害。
同时，它们还可以增加金属制品的硬度和耐磨性，提高其使用寿命。
此外，化学镀和电镀还可以改变金属制品的外观，使其具有更好的美观性和装饰性。
然而，化学镀和电镀过程中也存在一些问题。
首先，镀液中的化学物质对环境具有一定的污染性，需要合理处理和回收。
其次，化学镀和电镀过程需要耗费大量的能量和资源，对能源和资源的消耗也需要引起重视。
此外，金属镀层的质量和稳定性也是需要关注的问题，不合格的镀层会影响金属制品的使用效果。
化学镀和电镀是重要的金属表面处理技术，它们可以在金属表面形成均匀、致密、具有良好性能的金属薄膜。
化学镀和电镀可以改善金属制品的耐腐蚀性、耐磨性和美观性，提高其使用寿命。
然而，化学镀和电镀过程中也存在一些问题，需要合理处理和解决。
化学镀与电镀原理的相同点
化学镀与电镀原理的相同点
化学镀和电镀都是一种表面处理技术，目的是在材料表面形成一层金属或合金的保护层，提高材料的耐腐蚀性、导电性或美观性等。
它们的相同点主要包括以下几个方面：
1. 使用的金属盐：化学镀和电镀都是利用金属盐溶液中的金属离子进行沉积。
对于常见的金属如铜、银、镍、锡、铬等，它们的化学镀和电镀都采用类似的金属盐溶液。
2. 沉积机制：无论是化学镀还是电镀，金属离子在溶液中受到还原剂的作用而还原为金属原子，在材料表面上沉积形成金属保护层。
这个沉积过程中，金属原子与基体材料表面形成化学键或金属键，使得金属层与基体材料表面紧密结合，形成一层均匀、致密的镀层。
3. 电子转移：化学镀和电镀都涉及到电子的转移过程。
在电镀中，电源通过电解质溶液引入金属离子，使其在电极上获得电子而还原为金属原子。
而在化学镀中，还原剂也会提供电子给金属离子，使其还原。
综上所述，化学镀和电镀在金属盐的使用、沉积机制和电子转移等方面有许多相同点。
它们都是利用金属离子的还原并沉积形成金属保护层的原理，不同之处主
要在于电镀需要外加电源提供电子，而化学镀则通过添加还原剂实现金属离子的还原。
7电镀和化学镀
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。
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
活化：
将敏化处理后的制品浸入含有氧化剂的溶液中，使其表面形成胶体状微粒沉积层 的过程。
还原处理：
用一定浓度的化学镀时所用的还原剂溶液将制品表面残留的催渗剂还原干净，以 免影响后面的化学镀溶液的过程。
预处理完后的非金属制品就可以进行化学镀，在形成一定厚度的 金属镀层以后，再进行电镀，使获得的镀层加厚，即可完成非金属 的电镀。
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：
镀层纯度高达99.5％。
物理电镀与化学电镀
化学电镀特点
Байду номын сангаас
化学镀是在有钯等催化活性物质的外表， 通过甲醛等还原剂的作用，使铜、镍等离 子还原析出。化学镀相对于电镀的优势主 要有：基体范围广泛，镀层厚度均匀，工 艺设备简单，镀层性能良好。 化学镀镍层是极为均匀的，只要镀液能浸 泡得到，溶质交换充分，镀层就会非常均 匀，几乎可以达到仿形的效果。
物理电镀与化学电镀区别
化学镀与电镀从原理上的区别就是电镀需 要外加的电流和阳极。 化学镀由于大部分使用食品级的添加剂， 不使用诸如氰化物等有害物质，所以化学 镀比电镀要环保一些
什么是物理电镀？
物理电镀则是通过电解阳极之粗铜、镍， 通过铜、镍离子得失电子在电镀阴极沉积 铜、镍，其反应过程需要使用电。
物理电镀特点
物理电镀的特点是，有极好的分散能力和 深镀能力 ，镀后的镀层有光泽性。 电镀无法对一些形状复杂的工件进行全表 面施镀。 电镀因为有外加的电流，所以镀速要比化 学镀快得我，同等厚度的镀层电镀要比化 学镀提前完成。 电镀可以实现很多色彩。
物理电镀与化学电镀区别
作者：杨永华
什么是化学电镀？
电镀是个化学变化,涉及到电子转移,得失以及 物质的相互转化. 电镀过程因为有新物质生成所以是化学变化。 化学镀是依靠在金属表面所发生的自催化反应。
通过化学反应来实现的，其反应过程无需使用 电。 化学镀目前市场上只有纯镍磷合金的一种颜色
电镀和化学镀技术
（四）金属的电沉积过程
金属电结晶三步骤对电沉积的影响： 3）在电流密度也相当大，过电位的绝对值很大时，被还 原的金属离子数量很多，在电极表面上形成了大量的吸附 原子。在这种情况下，它们很有可能聚积在一起，形成新 的晶核。而且极化越大形成晶核的几率就越大，速度就越 快，晶核的尺寸也就越小，因而可以获得细致光滑的金属 层。所以在电镀过程中，极需要在晶体生长的同时，还有 大量的晶核形成。电镀时总是设法使阴极电化学极化大一 些。
（一）电镀液组成 1.主盐：能够在阴极上沉积出所要求的镀层金属的 盐。 主盐浓度要有一个适当的范围。 主盐浓度高，溶液的导电性和电流效率一般都较 高，可使用较大的电流密度，加快沉积速度。但是， 主盐浓度升高会使阴极极化下降，出现镀层结晶较粗， 镀液的分散能力下降。 主盐浓度低，则采用的阴极电流密度较低，沉积 速度较慢，但其分散能力和覆盖能力均较浓溶液好。
电镀层的分类 3）功能性镀层： 五、热处理用镀层 为了改善机械零件的表面物理性能，常常需要进 行热处理。但是，如果零件的某些部位，在热处理 时不允许改变它原来的性能，就需要把这个部位局 部地保护起来。例如，防止局部渗碳需镀铜，防止 局部渗氮则应镀锡。
电镀层的分类: 3）功能性镀层： 六、修复性镀层 一些重要的机械零部件，例如各种轴、花键、齿 轮及压辊等，在使用过程中被磨损，或在加工过程 中磨削过度，均可用电镀法予以修复，使其重新发 挥作用。可用于修复尺寸的镀层金属有铜、铁、铬 等。 七、可焊性镀层 一些电子元器件组装时，需要进行钎焊。为了改 善它们的焊接性能，需要镀以锡、银等。
目前，金属镀层的应用已遍及经济活动的各个 生产和研究部门，例如机器制造、电子、仪器仪 表、能源、化工、轻工、交通运输、兵器、航空、 航天、原子能等。
电镀化学镀的区别
化学镀与电镀的区别
原理：原理上的区别就是电镀需要外加的电流和阳极;而化学镀是依靠
在金属表面所发生的自催化反应..
厚度：电镀层厚度大于化学镀层
均匀性：化学镀镍层是极为均匀的;只要镀液能浸泡得到;溶质交换充分;镀层就会非常均匀;几乎可以达到仿形的效果..
适用性：电镀无法对一些形状复杂的工件进行全表面施镀;但化学镀过
以对任何形状工件施镀..
晶态：高磷的化学镀镍层为非晶态;镀层表面没有任何晶体间隙;而电镀层为典型的晶态镀层..
速度：电镀因为有外加的电流;所以镀速要比化学镀快得多;同等厚度的镀层电镀要比化学镀提前完成..
结合力：化学镀层的结合力要普遍高于电镀层..
环保：化学镀由于大部分使用食品级的添加剂;不使用诸如氰化物等有
害物质;所以化学镀比电镀要环保一些..
颜色：化学镀目前市场上只有纯镍磷合金的一种颜色;而电镀可以实现
很多色彩..
氢脆：电镀存在氢脆现象;而化学镀没有
功能镀层：化学镀可以镀上功能镀层;价格也低廉;电镀则不能镀上功能镀层
热变形：化学镀不存在;电镀存在
可控性：化学沉积层的厚度可控;其工艺简单;操作方便;温度低;成本比其它表面处理防护低;适用于在中、小型工厂或小批量生产..。
电镀与化学镀
金属还原的基本条件和可能性
金属离子还原析出的可能性是获得镀层的首要条件！
5.1 电镀基本知识
法拉第定律和电流效率
➢ 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。法拉第定律： 金属的析出(或溶解)量必定与通过的电荷(量)有关。
W kQ kIt
➢ 其中，W为形成产物的质量；k为比例常数，即电化当 量；Q为电量，为电流I与时间t的乘积。
第五章 电镀与化学镀
主要内容
5.1 电镀基本知识 5.2 合金电镀 5.3 复合电镀 5.4 电刷镀 5.5 化学镀
5.1 电镀基本知识
电解与电镀
• 电解：在外加直流电源 的作用下，电解质的阴 阳离子在两极发生氧化 还原反应的过程。
• 阴极（还原反应）：
Cu2+ + 2e ＝ Cu
• 阳极（氧化反应）：
3. 采用特定的添加剂
• 添加剂在镀液中的含量比较少，一般不影响金属的平衡电位；有些 添加剂能显著地增大或降低阴极极化，明显地改变金属的析出电位， 从而对某些金属沉积起作用，实现共沉积。例如添加明胶可使铜、 铝离子实现共沉积。
5.2 合金电镀
合金电镀的特点
1. 与热冶金合金相比：
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，电镀合金与热冶合金相比，硬度高，
影响电镀层质量的基本因素
7. 基体金属
① 基体金属性质：镀层的结合力与基体金属的化学性 质及晶体结构密切相关。
a. 基体金属电位负于沉积金属电位，就难以获得结合良好 的镀层，甚至不能沉积。
金属离子还原析出的可能性是获得镀层的首要条件！
5.1 电镀基本知识
法拉第定律和电流效率
➢ 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。法拉第定律： 金属的析出(或溶解)量必定与通过的电荷(量)有关。
W kQ kIt
➢ 其中，W为形成产物的质量；k为比例常数，即电化当 量；Q为电量，为电流I与时间t的乘积。
第五章 电镀与化学镀
主要内容
5.1 电镀基本知识 5.2 合金电镀 5.3 复合电镀 5.4 电刷镀 5.5 化学镀
5.1 电镀基本知识
电解与电镀
• 电解：在外加直流电源 的作用下，电解质的阴 阳离子在两极发生氧化 还原反应的过程。
• 阴极（还原反应）：
Cu2+ + 2e ＝ Cu
• 阳极（氧化反应）：
3. 采用特定的添加剂
• 添加剂在镀液中的含量比较少，一般不影响金属的平衡电位；有些 添加剂能显著地增大或降低阴极极化，明显地改变金属的析出电位， 从而对某些金属沉积起作用，实现共沉积。例如添加明胶可使铜、 铝离子实现共沉积。
5.2 合金电镀
合金电镀的特点
1. 与热冶金合金相比：
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，电镀合金与热冶合金相比，硬度高，
影响电镀层质量的基本因素
7. 基体金属
① 基体金属性质：镀层的结合力与基体金属的化学性 质及晶体结构密切相关。
a. 基体金属电位负于沉积金属电位，就难以获得结合良好 的镀层，甚至不能沉积。
电镀、电刷镀与化学镀
4．基体金属的影响
基体金属的化学性质与其和镀层之间结合力密 切相关。在某些电解液中，如果基体金属的电 位负于镀层金属，若不用其它镀层过渡，就不 容易获得结合力良好的镀层。 铸造件和粉末冶金件的表面往往是凹凸不平且 多孔的，零件内孔易积留预处理的溶液，镀件 表面经过一段时间会出现黑色的斑点。 此外，零件在电镀前的脱脂、除锈是否彻底， 也将严重影响镀层的性能。
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二、电镀反应
图 6-1 是电镀过程原理图，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 源的正极联接。阳极与阴极均 浸入镀液中。 当在阴阳两极间施加一定电压 时，则在阴极发生还原反应： 即从镀液内部扩散到电极和镀 液界面上的金属离子Mn+从阴极 上获得n个电子，被还原成金属 M。
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主盐浓度的影响
镀液中的主盐浓度高时，电沉积过程中的 浓差极化小，晶核形成速度降低，长大速 度快；所得镀层晶粒较粗。这种影响在简 单盐镀液中尤为明显。 主盐浓度过低时，尽管对提高镀液的分散 能力有利，但镀液允许的电流密度小。此 时、镀液中的导电盐可提高其导电性，增 加阴极极化，对获得结晶细致的镀层有利。
碱性镀液有氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、焦 磷酸盐镀锌等。 中性或弱酸性镀液有氯化物镀锌、硫酸盐 镀锌等； 酸性镀锌有硫酸盐镀锌、氯化物镀锌等。 其中以氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物 镀锌、硫酸盐镀锌最为常用。
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镀锌层的钝化处理
为了进一步提高镀锌层的防护能力，同时 使其外观更具装饰性，通常要在其表面人 为地形成一层致密的氧化膜，这一过程即 称之为钝化处理(或称铬酸盐处理)。 钝化处理的溶液以六价铬为主要成分，辅 之以其它的无机酸或其盐。改变钝化溶液 的辅助成分及其浓度，可以得到白色或蓝 白色、彩色、黑色、绿色等色调的钝化膜。
化学镀和电镀
电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程。
电镀镍的优点是镀层结晶细致、平滑光亮，内应力小，与草次金属化层结合力强。
电镀镍的缺点：1.受金属化瓷件表面的清洁和镀液纯净程度的影响大，造成电镀后金属化瓷件的缺陷较多，例如起皮、起泡、麻点、黑点等
2.均镀能力差。
极易受电镀挂具和在镀缸中位置不同的影响。
3.对于形状复杂或由细小的深孔或盲孔的瓷件不能获得较好的电镀表面。
化学镀镍：
无电镀或自催化镀。
它是一种不加外在电流的情况下，利用还原剂在活化零件表面上自催化还原沉积得到镍层。
当镍层沉积到活化零件表面后由于镍具有自催化能力，所以该过程将自动进行下去，一般化学镀镍得到的为合金镀层。
常见的是Ni-P合金和Ni-B合金
优点：不用电源，厚度均匀致密，针孔烧，均镀好，能在复杂零件表面沉积，深镀能力强，抗腐蚀性能好，镀镍速度快，厚度可达10-50微米。
镀层在烧氢后无起皮、起泡等
缺点：镀层为非晶的层状结构，虽然进行热处理后，镀层结晶化，其层状结构逐渐消失，但是对陶瓷-金属封接件的抗拉强度有所降低。
2.镀液的成本高、寿命短、耗能大
3.镀液对杂质敏感、需经常处理，因而使工艺的可操作性能变的相对复杂。
第六章 电镀、化学镀及化学热处理
缺点：
劳动强度大，消耗镀液较多，消耗阳极包缠材料。
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电刷镀应用
修复 表面强化 表面改性处理 与其他技术复合
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一、基本原理
图 电刷镀工作原理示意图
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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。
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。
16
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。
29
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。 不同镀液呈不同的颜色，透明清晰，没有浑浊或沉淀现象，便于 鉴别。 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。
电镀和化学镀
化学镀镍
用还原剂将镀液中的镍离子还原为金 属镍并沉积到基体金属表面上去的方法称 为化学镀镍。
1. 化学镀镍机理
➢ 原子氢态理论 ➢ 氢化物理论 ➢ 电化学理论
原子氢态理论
H2PO2- + H2O → HPO3- + 2H + H+ ➢ Ni2+ + 2H → Ni + 2H+ ➢ H2PO2- + H → H2O + OH- + P
一、什么是化学镀？ 化学镀是指在没有外电流通过的情况下，利
用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积 在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。
化学镀与电镀相比的优点
➢ 化学镀不需要外电源，设备简单、操作容易，可用于 各种基体，如：金属（钢、铝、镁等）、非金属（陶 瓷、塑料、木材等）及半导体等。
➢ 均镀能力和深镀能力好，无论工件如何复杂（深孔、 凹槽、盲孔等），只要采取适当的技术措施，均可得 到均一的镀层。
化学镀镍磷零件
医学资料
• 仅供参考,用药方面谨遵医嘱
化学还原镀
还原镀是在金属的催化作用下，通过可控制的氧 化还原反应而产生金属沉积的过程。这种方法不是通 过金属的溶解，而是依靠还原剂的化学反应：
Rn+ + MZ+ → R(n+z)＋ + M 在这里还原剂Rn+被氧化成R(n+z)＋，而自由电子 使MZ+还原，还原剂的电位应该显著低于沉积金属的 电位。
活化可将金属表面的氧化物、盐加以去除， 使金属表面容易与后续电镀金属紧密结合。
需要慎重选择合适的酸液及缓蚀剂，避免过 度浸蚀底材。
镀后处理
➢ 钝化处理 是指在一定的溶液中进行化学处理﹐在镀层上形
电镀、电刷镀与化学镀
16
1、阴极反应与阳极反应
即阴极反应为： M ne M 另一方面，在阳极则发生与阴极完全相反的反 应，即阳极界面上发生金属离子的溶解，释放n 个电子而生成金属离子Mn+。 因此、阳极反应为： M ne M n 上述电极反应是电镀反应中最基本的反应。这 类由电子直接参加的化学反应，称为电化学反 应。
26
5．电镀液的覆盖能力
在电镀生产中，常用到的另一个概念是覆 盖能力，亦称深镀能力，它是指电镀液所 具有的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的 能力。 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。
m kIt
式中，I为电流；t为通电时间。 只要知道比例常数k，根据实测的电流强度I和时 间t，就可以用上式来计算电极上析出（或溶解） 物的质量。
法拉第第二定律：
镀同种材料、在不同的电解液中，通过相同 的电荷［量］时，在电极上析出（或溶解） 物的物质的量相等。 在不同的电解液中，电极上每析出或溶解1 电化当量的任何物质所需的电量都是1法拉 第（F）即96500库仑（C）的电量。 对参加电极反应的物质来说，它的电化当量 即是该物质的原子量与它在电极反应时得失 的电子数之比，并以“克/法拉第”为单位。
15
二、电镀反应
图6-1是电镀过程原理图，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 源的正极联接。阳极与阴极均 浸入镀液中。 当在阴阳两极间施加一定电压 时，则在阴极发生还原反应： 即从镀液内部扩散到电极和镀 液界面上的金属离子Mn+从阴极 上获得n个电子，被还原成金属 M。
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1、阴极反应与阳极反应
即阴极反应为： M ne M 另一方面，在阳极则发生与阴极完全相反的反 应，即阳极界面上发生金属离子的溶解，释放n 个电子而生成金属离子Mn+。 因此、阳极反应为： M ne M n 上述电极反应是电镀反应中最基本的反应。这 类由电子直接参加的化学反应，称为电化学反 应。
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5．电镀液的覆盖能力
在电镀生产中，常用到的另一个概念是覆 盖能力，亦称深镀能力，它是指电镀液所 具有的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的 能力。 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。
m kIt
式中，I为电流；t为通电时间。 只要知道比例常数k，根据实测的电流强度I和时 间t，就可以用上式来计算电极上析出（或溶解） 物的质量。
法拉第第二定律：
镀同种材料、在不同的电解液中，通过相同 的电荷［量］时，在电极上析出（或溶解） 物的物质的量相等。 在不同的电解液中，电极上每析出或溶解1 电化当量的任何物质所需的电量都是1法拉 第（F）即96500库仑（C）的电量。 对参加电极反应的物质来说，它的电化当量 即是该物质的原子量与它在电极反应时得失 的电子数之比，并以“克/法拉第”为单位。
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二、电镀反应
图6-1是电镀过程原理图，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 源的正极联接。阳极与阴极均 浸入镀液中。 当在阴阳两极间施加一定电压 时，则在阴极发生还原反应： 即从镀液内部扩散到电极和镀 液界面上的金属离子Mn+从阴极 上获得n个电子，被还原成金属 M。
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现代表面工程技术-电镀和化学镀
电镀的电源发展介绍
• 电镀电源经历了四个发展阶段: (1) 直流发电机阶段这种电源耗能大、效率低、噪声 大, 已经被淘汰。 (2) 硅整流阶段是直流发电机的换代产品, 技术十分成 熟, 但效率低, 体积大, 控制不方便。目前, 仍有许多企业使 用这种电镀电源。 (3) 可控硅整流阶段是目前替代硅整流电源的主流电源, 具有效率高、体积小、调控方便等特点。随着核心器件— ——可控硅技术的成熟与发展, 该电源技术日趋成熟, 已获 得广泛应用。 (4) 晶体管开关电源即脉冲电源阶段脉冲电镀电源是 当今最为先进的电镀电源, 它的出现是电镀电源的一次革 命。这种电源具有体积小、效率高、性能优越、纹波系数 稳定, 而且不易受输出电流影响等特点。脉冲电镀电源是 发展的方向, 现已开始在企业中使用。
• • • • • 电镀概念 电镀原理 电源发展介绍 镀层 电镀作用 电镀方式 几种电镀技术 • • • • • • • 化学镀综述 化学镀概念 化学镀特点 仪器与流程 化学镀预处理 化学镀的镀液 化学镀工艺参数的影 响
一、电镀技术
电镀概念
• 电镀(Electroplating)就是利用电解原理在某 些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金 的过程，是利用电解作用使金属或其它材 料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而 起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光 性及增进美观等作用。
电镀的检验
• 镀端子的检验是电镀完成后不可缺少的工 作，只有检验合格的产品才能交给下一工 序使用。通常驻的检验项目为：膜厚 （thickness）,附着力（adhesion）,可焊性 （solderability）,外观（appearance）,包 装（package）.盐雾实（salt spray test）, 对于图纸有特别要求的产品，有孔隙率测 试（30U”）金使用硝酸蒸气法，镀钯镍产 品（使用凝胶电解法）或其它环境测试。
电镀和化学镀的基本原理
电镀和化学镀的基本原理电镀和化学镀，这两个名字听起来是不是有点高大上？它们就在我们日常生活中默默发挥着重要作用，像是隐形的超人，默默守护着我们的金属物品。
电镀，简单来说，就是把一层金属镀在另一种金属表面上，像给它穿上闪亮的新衣服一样。
想象一下，你的老旧饰品，如果能在外面加上一层金光闪闪的镀层，那简直是焕然一新，变成了聚光灯下的明星。
说到电镀，首先得提到一个小小的电池，它就像是整个过程的“电源”。
这个过程其实是通过电流把金属离子从电解液中吸引到需要镀的金属表面。
电流流过，金属离子就开始乖乖地附着上去。
听起来简单吧？可这可不是随随便便就能完成的活。
电镀的环境、温度、时间，甚至电流的强度，都要控制得当，才能保证镀层均匀，光亮如新。
要不然，镀出来的东西要么像豆腐渣，要么就是一片晦暗，谁还敢戴在身上呢？而化学镀嘛，更像是一位魔术师，完全不需要电流的帮助。
它的原理是通过化学反应，让金属离子自发地在物体表面沉积。
想象一下，像是在做美食，先把材料准备好，然后在锅里翻炒，最后出来的成品可是让人垂涎欲滴的。
这种方法特别适合一些复杂形状的物品，电镀可做不到的那些角落和缝隙，化学镀全都能搞定。
结果就是，你的金属物品不仅坚固耐用，还能抵抗氧化，不易生锈。
电镀和化学镀都有各自的“拿手好戏”。
电镀，像是一位讲究时尚的造型师，追求的是表面光鲜亮丽。
它常常用于珠宝、电子产品和汽车零件等需要视觉美感和导电性的地方。
而化学镀，则更注重功能性，常见于工业应用，比如一些需要耐磨、耐腐蚀的设备，简直就是工业界的“耐劳小能手”。
它们就像是兄弟，各有各的特色，但又常常需要互相配合，才能造出更完美的作品。
不过，话说回来，电镀和化学镀在生活中也并非没有小麻烦。
比如电镀，如果控制不当，镀层就可能出现裂纹，甚至脱落，那可真是让人心疼得要命。
而化学镀呢，虽然不需要电流，但反应条件如果不对，镀出来的效果也可能大打折扣，导致镀层粗糙、颜色不均。
这就像是做饭，如果火候掌握不好，做出来的菜可能是“惨不忍睹”。
电镀与化学镀
电镀是利用电解方式在工件表面沉积金属或合金层的过程，旨在形成均匀、致密且结合力良好的金属层。电镀可实现多种目的，如装饰、耐蚀、耐磨等。电镀过程中，镀液中的金属阳离子在阴极得到电子被还原并沉积在基体表面。电镀液由主盐、络合剂、附加盐、缓冲剂和添加剂等组成，这些成分共同影响镀层质量。电镀时，提高阴极电流密度可增大极化作用，使镀层更加致密；而升高镀液温度则有利于提高离子扩散速度，但可能导致镀层晶粒变粗。电镀前处理和后处理同样重要，前处理影响镀层与基体的结合力和完整性，后处理则关乎镀层的防护和装饰效果。单金属电镀是镀液中只含一种金属离子的方法，其中电镀锌是常用的防腐方法，锌镀层对钢铁基体而言是阳极性镀层，能有效防止钢铁腐蚀。电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工艺还包括挂镀、滚镀、连续电镀和刷镀等多种形式，以适应不同工件的需求。
电镀和化学镀原理和要求
• 3．金属阳极的溶解
电镀过程中，阳极与阴极是相辅相成的 一对，阳极也起着重要作用。多数镀种 都采用可溶性阳极，阳极金属发生氧化 反应，产生金属离子。产生的离子数量 应与阴极上析出的数量相等，才能保持 镀液稳定。
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3.4 影响电镀层质量的基本因素
• 电镀层的质量体现于它的物理化学性 能、力学性能、组织特征、表面特征、孔 隙率、结合力和残余内应力等方面。
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• 2. 配合剂。配合剂与沉积金属离子形成配合物， 改变镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极 过程，对镀层质量有很大影响，是镀液的重要 成分。常用配合剂有氰化物、氢氧化物、焦磷 酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。
• 3. 导电盐。其作用是提高镀液的导电能力，降 低槽端电压，提高工艺电流密度.
电镀和化学镀原理和要求
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3．1 电镀
电镀是一种用电化学方法在镀件表面 上沉积所需形态的金属覆层工艺。
• 电镀原理：是指在含有欲镀金属的盐类 溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过 电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子 在基体金属表面沉积出来，形成镀层的 一种表面加工方法。
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3.4.2 电镀规范的影响
• ①电流密度的影响: 每种镀液有它最佳的电流密度范围。 提高电流密度，必然增大阴极极化作用。使镀层 致密，镀速升高。 但电流密度过大，镀层会被烧黑或烧焦； 电流密度过低，镀层晶粒粗化，甚至不能沉积镀 层。
• ②电流波形的影响:电流波形对镀层质量的影响，在 某些镀液中非常明显。 例如单相半波或全波整流用于镀铬时，镀铬层是 灰黑色的。而三相全波整流的波形与稳压直流相似， 它们的电镀效果和质量没有明显区别。
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• ⑤电性能镀层：例如Au，Ag镀层等，既有高的导 电率，又可防氧化，避免增加接触电阻。
• ⑥磁性能镀层：例如软磁性能镀层有Ni-Fe，Fe-Co 镀层；硬磁性能有Co-P，Co-Ni，Co-Ni-P等。
• ⑦可焊性镀层：例如Sn-Pb，Cu，Sn，Ag等镀层。 可改善可焊性，在电子工业中广泛应用。
• 非水溶液、熔融盐电镀虽已部分获得工业化 应用，但不普遍。
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电沉积的基本条件
• 金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则 上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在 阴极上还原，实现电沉积。
• 但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其它离子， 使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实 现沉积过程。
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• 2. 配合剂。配合剂与沉积金属离子形成配合物， 改变镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极 过程，对镀层质量有很大影响，是镀液的重要 成分。常用配合剂有氰化物、氢氧化物、焦磷 酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。
• 3. 导电盐。其作用是提高镀液的导电能力，降 低槽端电压，提高工艺电流密度.
• 复合镀层，如 Ni-Al2O3，Co-SiC等。 • 若按镀层成分分类，可分为：单一金属
镀层、合金镀层及复合镀层。
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如何合理选用镀层
• 不同成分及不同组合方式的镀层具有不同的性能。如何合理
选用镀层，其基本原则与通常的选材原则大致相似。 • 首先要了解镀层是否具有所要求的使用性能.
• 5. 阳极活化剂。在电镀过程中金属离子被不断消 耗，多数镀液依靠可溶性阳极来补充，使金属的 阴极析出量与阳极溶解量相等，保持镀液成分平 衡。加入活性剂能维持阳极活性状态，不会发生 钝化，保持正常溶解反应。例如镀镍液中必须加 入Cl-，以防止镍阳极钝化。
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• 6. 镀液稳定剂。许多金属盐容易发生水 解，而许多金属的氢氧化物是不溶性的。 生成金属的氢氧化物沉淀，使溶液中的 金属离子大量减少，电镀过程电流无法 增大，镀层容易烧焦。
• 所以金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其 本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢 还原电位的相对大小。
• 若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电 极上大量析氢，金属沉积极少。
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金属还原的可能性
金属离子还原析出的可能性是获得镀层的首要的镀液组成和合理的工
• 此外，要考虑镀覆工艺的经济性。
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3.2 电镀的基本原理
• 电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金 属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定 性能的金属镀层的过程。
• 电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融 盐。从水溶液和有机溶液中电镀称为湿法电 镀，从熔融盐中电镀称为熔融盐电镀。
例应如，镀酸镍或液碱中类加也入可Na作2S为O4导。电导物电质盐。不参加电极反
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• 4. 缓冲剂。在弱酸或弱碱性镀液中，pH值是重要
的工艺参量。加入缓冲剂，使镀液具有自行调节 pH值能力，以便在施镀过程中保持pH值稳定。缓 冲剂要有足够量才有较好的效果，一般加入30～ 40g／L，例如氯化钾镀锌溶液中的硼酸。
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• 目的：改善材料的外观，提高材料的各种 物理化学性能，赋予材料表面特殊的耐蚀 性、耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、 光学性能等。
• 镀层厚度：一般为几微米到几十微米。
• 特点：电镀工艺设备较简单，操作条件易 于控制，镀层材料广泛，成本较低，因而 在工业中广泛应用，是材料表面处理的重 要方法。
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镀层分类
• 镀层种类很多，按使用性能可分为
• ①防护性镀层：例如锌、锌-镍、镍、镉、 锡等镀层，作为耐大气及各种腐蚀环境的 防腐蚀镀层。
• ②防护-装饰性镀层：例如 Cu-Ni-Cr镀层等， 既有装饰性，亦有防护性。
• ③装饰性镀层：例如Au及Cu—Zn仿金镀层、 黑铬、黑镍镀层等。
• ④耐磨和减摩镀层：例如硬铬，松孔镀， Ni—SiC，Ni-石墨，Ni-PTFE复合镀层等。
• ⑧ 耐热镀层：例如Ni-W，Ni，Cr镀层，熔点高， 耐高温。
• ⑨修复用镀层：一些造价较高的易磨损件，或加 工超差件，采用电镀修复尺寸，可节约成本，延 长使用寿命。例如可电镀Ni，Cr，Fe层进行修复。
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镀层分类
• 若按镀层与基体金属之间的电化学性质可 分为：
• 阳极性镀层和阴极性镀层：
凡镀层相对于基体金属的电位为负时，镀 层是阳极，称阳极性镀层，如钢上的镀锌 层。
而镀层相对于基体金属的电位为正时，镀 层呈阴极，称阴极镀层，如钢上的镀镍层、 镀锡层等。
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镀层分类
• 若按镀层的组合形式分，镀层可分为：
• 单层镀层，如Zn或Cu层；
• 多层金属镀层，例如Cu-Sn/Cr，Cu／Ni／ Cr镀层等；
艺控制。
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3．2．1电镀溶液
• 一种电镀溶液有固定的成分和含量要求， 使之达到一定的化学平衡，具有所要求的电 化学性能，才能获得良好的镀层。通常镀液 由如下成分构成。
• 1. 主盐。沉积金属的盐类，有单盐，如硫酸 铜、硫酸镍等；有络盐，如锌酸钠、氰锌酸 钠等。
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• 7. 特殊添加剂。为改善镀液性能和提高 镀层质量，常需加入某种特殊添加剂。 其加入量较少，一般只有几克每升，但 效果显著。这类添加剂种类繁多，按其 作用可分为：
按照零件的服役条件及使用性能要求，选用适当 的镀层，还要按基材的种类和性质，选用相匹配的 镀层。
例如阳极性或阴极性镀层，特别是当镀层与不同金属零 件接触时，更要考虑镀层与接触金属的电极电位差对耐蚀性 的影响，或摩擦副是否匹配。
• 另外要依据零件加工工艺选用适当的镀层。
例如铝合金镀镍层，镀后常需通过热处理提高结合力，若是 时效强化铝合金，镀后热处理将会造成过时效。
电镀和化学镀原理和要求
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3．1 电镀
电镀是一种用电化学方法在镀件表面 上沉积所需形态的金属覆层工艺。
• 电镀原理：是指在含有欲镀金属的盐类 溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过 电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子 在基体金属表面沉积出来，形成镀层的 一种表面加工方法。
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