02=第二章 电镀的基本原理与概论

第二章电镀基本原理与概念

1 电镀之定义

2.2 电镀之目的

2.3 各种镀金的方法

2.4 电镀的基本知识

2.5 电镀基础

2.6 镀有关之计算

2.1 电镀之定义

电镀(electroplating)被定义为一种电沈积过程(electrodepos- ition 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。

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2.2 电镀之目的

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。

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2.3 各种镀金的方法

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2.4 电镀的基本知识

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。可油水溶液及非水溶液电镀者有铜、

银、锌、镉、锑、铋、锰、钴、镍等金属。

电镀的基本知识包括下列几项：

2.4.1 溶液(solution)

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

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

达到溶解度值之溶液称之为饱和溶液(saturated solution)，反之为非饱和溶液(unsaturated solution)。溶液之浓度，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)。

2.4.2 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。

2.4.3 电镀常用之化(chemical formular)

见附录一。

2.4.4 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,它是属于电化学之应用的一支。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之溶液(electrolyticsolution)它含有部份之离子(ions),经由此等离子之移动(movement)

而能导电。带阴电荷朝向阳极(anode)移动称之为阴离子(anion),带正电荷朝向阴极(cathode)移动(migrate)者称之为阴离子cations)。这些带电荷之

粒子(particles)称之为离子(ions)。放出电子产生氧化反应之电极称之为阳极(anode),得到电子产生还元化应之电极称之为阴极(cathode)。整个反

应过程称之为电解(electrolysis)。

2.4.4.1 电极电位(electrode potentials)

电位(electrode potential)为在电解池(electrolytic)中之导电体,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)。

例如氢标准电极(hydrogen standard electrode)以其为基准电位为0

电极电位之大小可由Nernst equation表示之:

2.4.4.2 标准电极电位(standard electrode potential)

标准电极电位(standard electrode potential)是指金属电极之活度为1(纯金属)及在金属离子活度为1时之电极电位。

即E=E0

E=E0+RT/nF ln 1/1

=E0+0= E0

氢之标准电位在任何温度下都定为0,做为其它电极之参考电极(REFERENCEELECTRODE),以氢标准电极为基准0,各种金属之标准电位见表

排列在前头之金属如Li较易失去电子,易被氧化,易溶解,易腐蚀,称之为溅金属或金属(basic metal)。相反如Au金属不易失去电子.不易氧化.不易溶解.

容易被还元称之为贵金属(noble metal)。

表2.4.4.2

2.4.4.3 Nernst 电位学说

金属含有该金属离子之溶液相接触,则在金属与溶液界面,会产生电荷移动现象,此等电荷之移动,仍是由于金属与溶液的界面有电位势之差别称之为电位差所引起,此现象Nernst解说如下:

设驱使金属失去电子变为阳离子溶入溶液中之电离溶解液解压(electrolatic solution pressure)为p而使溶液中的阳离子得到电子还元成金属渗透压(osmotic pressure)为

p,则有三种情况发生:

(1) P>P时,金属被氧化,失去电子,溶解成金属离子于溶液中,因此