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2电镀基本原理与概念

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第二章 电镀基本原理与概念 2.1 电镀之定义 电镀(electroplating)被定义为一种电沉积过程(electro-deposition 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。 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。 2.3 各种镀金的方法

电镀法(electroplating) 无电镀法(electroless plating) 热浸法(hot dip plating) 熔射喷镀法(spray plating) 塑料电镀(plastic plating) 浸渍电镀(immersion plating) 渗透镀金(diffusion plating) 阴极溅镀(cathode supptering) 真空蒸着镀金(vacuum plating) 合金电镀 (alloy plating) 复合电镀 (composite plating 局部电镀 (selective plating) 穿孔电镀 (through-hole plating) 笔电镀(pen plating) 电铸 (electroforming) 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：

溶液性质 物质反应 电化学 化学式 界面物理化学 材料性质 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(electro-deposition )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(electrolytic solution)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:

E=E0+RT/nF ln aMn+/aM E=电极电位 E0=电极标准状态电位(volt) R=气体常数(8.3143 J.K-1MOL-1) T=绝对零度( K) n=原子价之改变数(电子移转之数) aMn+=金属离子之活度(activity),若极稀薄之溶液,其活度就等于金属 离子 之浓度(concentration)C。 一般则活度为浓度乘上活度系数,即a = r *c。 金属电极之活度,若为纯金属即为1 。 法拉第常数

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 (REFERENCE ELECTRODE),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)。

电极 电位 电极 电位

Li+ -3.045 Co ? Co+2 -0.277 Rb? Rb+ -2.93 Ni ? Ni+2 -0.250 K? K+ -2.924 Sn ? Sn+2 -0.136 Ba? Ba+2 -2.90 Pb ? Pb+2 -0.126 Sr ? Sr+2 -2.90 Fe ? Fe+3 -0.04 Ca ? Ca+2 -2.87 Pt/H2? H+ 0.000 Na ? Na+ -2.715 Sb ? Sb+3 +0.15 Mg ? Mg+2 -2.37 Bi ? Bi+3 +0.20 Al ? Al+3 -1.67 As ? As+3 +3 Mn ? Mn+2 -1.18 Cu ? Cu+2 +0.34 Zn ? Zn+2 -0.762 Pt/OH-? O2 +0.40 Cr ? Cr+3-0.74 Cu ? Cu+ +0.52 Cr ? Cr+2 -0.56 Hg ? Hg2+2 +0.789 Fe ? Fe+2 -0.441 Ag ? Ag+ +0.799 Cd ? Cd +3 -0.402 Pd ? Pd+2 +0.987 In ? In+3 -0.34 Au ? Au+3 +0.150 Tl ? Tl+ -0.336 Au ? Au+ +1.68

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,因此金属电极本体接收电子而带负电。 (2) P子,因此金属电极带正电 (3) P=P时,没有产生任何变化， 设金属与溶液的界面所形成的电极电位为E,当1 mole金属溶入于 溶液中,则界面所通过的电量为nF , n为金属阳离子之价数,即电子之 转移数,F为法拉第常数,此时所作功等于nFE,也等于下式:

n F E=  ppVdp= RT  pp dp/p=-RTln P/P  E=RT/nF ln P/P

即金属阳离子之活度(activity)为 aMn+活度系数为K,则P= KaMn+于是 E= - RT/nF ln p/KaMn+ =- RT/nF ln P/K +RT/nF ln aMn+

E在标准状态时,即aMn+=1,称为标准电极电位E ,即 E0=- RT/ nF ln P/K + RT/nF ln 1 =-RT/nF ln P/R

所以纯金属的电极电位用上列式子表示: 非纯金属电位则为:

E=E0+RT/Nf ln aMn+ / aM

式中为aM为不纯金属之活度

2.4.4.4电极电位在热力学的表示法 电极反应是由氧化反应及还原反应所组成. 例如Cu ? Cu+++2e- 还原状态 氧化状态 可用下列二式表示之 :

Cu Cu+++2e- 氧化反应 Cu Cu+++2e- 还原反应

例1: 氧电极反应之电位 1/2O2+H2O+2e-? 2OH-

例2: 氯化汞电极反应之电位 Hg2+2+2e-? 2 Hg E=E0- RT/nF ln aHg(s) /aHg2+2

例3: 氢电极反应之电位 1/2H2(g) ? H++e- E=E0-RT/F ln aH+/aH21/2(g)

2.4.4.5 电极电位之意义 (1)电解电位分类为三种: M/M+n即金属含有该金属离子的相接触有二种形式:  金属与溶液间之水大于金属阳离子M+n与电子的结合力,则金属会溶解失去电子

形式金属阳离子与水结合成为M+n xH2O,此时金属电极获得额外电子,故带负电。 这类金属电极称之阴电性,如Mg.Zn.及Fe等浸入酸. .盐类水溶液时产生此种电极电位 Mt M(aq)+n+ ne-  金属与溶液的水亲合力小于金属离子M+n与电子结合力时

,金属离子会游向金属电极得到电子而沉积在金属电极上 ,于是金属电极带正电,溶液带负电o

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电镀处理的原理与机制

电镀处理的原理与机制

电镀处理的原理与机制电镀处理是一种常见的表面处理方法，通过将金属镀在物体表面来增加其耐腐蚀性、硬度和美观度。

它的应用范围非常广泛，包括汽车制造、电子工艺、家具制造等领域。

本文将介绍电镀处理的原理和机制，帮助读者更好地理解它的作用和工艺流程。

一、电镀处理的原理电镀处理的原理非常简单，它利用了电化学反应的基本原理。

当带电的金属离子汇集在导电物体表面时，它们会被还原成原来的金属状态，从而形成一层均匀的金属涂层。

这个过程被称为电化学沉积，它是电镀处理的基础。

电化学沉积的具体过程可以用下面的公式表示：Mn+ + ne- → M其中M代表金属，n代表金属的原子量，e-代表电子，而Mn+代表离子的化学式。

当电子与离子相遇并相互作用时，它们会释放出能量，使离子还原成原来的金属状态。

这个过程可以发生在液体中，涂料表面或其他化学环境中。

电镀处理的原理可以用下面的步骤来解释：1. 将物体放入电解槽中。

2. 在槽中加入含有金属离子的溶液（电解液）。

3. 在物体和电解液之间建立一个电流通道，使电子能够流动，并让离子聚集在物体表面。

4. 通过反转电极，使离子与金属反应，从而形成均匀的涂层。

总之，电镀处理的原理就是在物体表面形成一层均匀的金属涂层，从而增加其耐腐蚀性、硬度和美观度。

二、电镀处理的机制电镀处理的机制是一个相当复杂的过程，它涉及了许多不同的因素，包括电解液的组成、电极的选择和电流密度等。

下面我们将介绍其中一些重要的机制因素：1. 电解液的组成电解液是电镀处理过程中最重要的因素之一。

它的主要作用是提供金属离子，以促进沉积过程。

不同的金属需要不同的电解液，例如，铜电镀需要硫酸铜液，镀铬需要氧化硫酸铬液，镀锌需要氯化锌液等。

电解液还可以通过添加一些特殊的化学物质来调节其反应速度和效果，例如添加离子交换剂、表面活化剂等。

这些化学物质可以增加金属离子的浓度，并防止金属沉积不均匀或产生杂质。

2. 电极的选择电极的选择对电镀处理的效果非常重要。

电镀基本原理及应用

电镀基本原理及应用

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电镀液覆盖能力的测定 • 电镀液的覆盖能力 表征镀层在镀件的深凹部位或内孔部位能否镀 上镀层的能力 • 影响因素 1.基体金属本性的影响 2.基体金属组织均匀程度的影响 3.基体金属表面关态的影响 测定方法 1.直角阴极法 2.内孔法 3.凹穴法 4.平行阴极法
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电镀Hull Cell试验 • 电镀过程中，电流的初次分布取决于溶液的电阻，溶液的电阻与阴 极之间的距离成正比。Hull Cell槽就是利用电流密在远，近阴极上 分布不同的原理，设计一种 平面阴极和平面阳极构成一定斜度的小 型电镀试验槽。 • • • • • • Hull Cell槽用途 1. 1.确定电镀工艺的电流密度范围 。 2.维护和调整镀液 3.电镀工艺的研究 4.测量镀液的分散能力 5.测量镀液的整平能力
电镀液性能的测试技术
• • • • • •
1.电镀液的pH值的测定 2.电镀液阴极电流效率的测定 3.电镀液分散能力的测定 4.电镀液覆盖能力的测定 5.电镀Hull Cell试验 6.电镀液整平能力的测定
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电镀液的pH值的测定 一.用pH试纸测pH值 pH试纸是用滤纸浸泡在几种酸碱指示剂的混合液中，取出后经 晾干而制成。在不同的酸性或碱性溶液中会显示不同的颜色。 二.pH计法测pH值 pH也称酸度计，仪器的基本原理相当一台电位测量仪，采用玻 璃电极为测量电极，甘汞电极为参比电极，测量两电极在溶液中的 电位差，溶液中氢离子的浓度不同，则玻璃电极有不同的电位，经 过信号的转换处理，把测的电位值显示为pH值。
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电镀液分散能力的测定 一.电镀液分散能力 表征镀层厚度分布的均匀性，用“分散能力”这一术语，其含义是 “电 镀液所具有的使镀件表面镀层厚度均匀分布的能力”。 二.电极在阴极表面的分布情况 (一)电流通过电镀槽时遇到的阻力 1.金属电极和导线的欧姆电阻(Rd)。 2.电解液本身的溶液欧姆电阻(Rr). 3.当电流通过电极和溶液的两相界面时也有一定的阻力，这个阻力是由于电化学反应 过程或离子放电过程的迟缓引起的电化学极化和浓差极化所造成的，称之为极化电 阻(Rj)。 (二)电流在电极表面的分布 1.电流的初次分布 假设极化电阴不存在，Rj=0，只讨论溶液欧姆电阻(Rr)对阴极电 流分布的影响，我们把该情况下的电流分布称之为电流的初次分布。 2.电流的二次分布 在电镀过程中，阴极极化是一定存在的，也就是说极化电阻Rj必 然要影响电流在阴极上的分布，此时的电流分布称之为电流的二次分布或称为电流 的实际分布。 电解液的分散能力就用电流的二次分布与初次分布的相结偏差来表示。 分散能力表达式：T= K-(I1/I2) ×100% K
应用电化学41金属电沉积和电镀原理ppt课件

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特点：它们的极化原因是电化学引起的，因此是电化学极 化，并可从简单盐中沉积出致密的镀层。
2）络离子的还原
设 氰化物镀铜电解液基本组成
CuCN 35g/L（0.4 mol/L） NaCN 48g/L （1.0 mol/L） Cu＋ 与CN－形成的络离子可能有[Cu(CN)2]-、 [Cu(CN)3]2-、 [Cu(CN)4]3-等不同形式，认为主要存在形式是[Cu(CN)3]2其在水中的电离平衡为：[Cu(CN)3]2-＝Cu＋＋3CN－
阴极性镀层 当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体更
正，基体金属首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阴极性镀层。 阴极性镀层仅能对基体起到机械保护作用，不能起到电化
学保护作用，如：
铁上镀Sn： Sn2 /Sn －0.14V Fe2 /Fe －0.44V?
形成腐蚀电池时，Sn为阴极，Fe为阳极
(4) 电铸
提纯金属或湿法冶金
(5) 电加工 某些精密的零件，机械加工困难，可采用电加
工成型技术
(6) 表面处理 制备特殊用途材料如发泡镍、中空镍纤维等
(7) 高科技 如电沉积法制备一维纳米线
(8) 材料制备 制备催化材料、复合材料、金属膜材料等
常规电镀对电镀层的基本要求： 通常对电镀层要求：
镀层与基体结合牢固，一定的厚度及厚度均匀 镀层结构致密、孔隙率小等。 进一步要求：镀层内应力小、柔韧性好、有一定的硬度、
自行车轮镀铜镍铬； 吊灯等灯具电镀仿金镀层或仿银镀层； 仪器仪表盘装饰性电镀缎面镍；
功能性镀层 功能性镀层是具有特定功能和特定意义的镀层， 通常是只对 某一种零件和某一种特殊使用条件下所要求的特殊功能，因 此功能性镀层包括的项目较多，而且随着技术的发展和应用 的开发，今后还会越来越多，如： •耐磨镀层： 提高零件的表面硬度，增加抗磨损性能（如直 轴、曲轴、气缸， 纺织机械中的各种辊桶镀硬铬或喷涂陶磁 微粒）； •减磨镀层： 多用于滑动接触面，需要电镀韧性好的金属， 如轴瓦，轴套等镀Sn、Pb-Sn、Pb-In等；
电镀加工的原理应用是什么

电镀加工的原理应用是什么

电镀加工的原理应用是什么1. 什么是电镀加工电镀加工是一种在金属表面通过电化学方法附着上一层金属薄层的工艺。

通过在金属表面形成一层外层金属薄层，可以提高金属的耐腐蚀性、硬度和外观，从而延长金属的寿命和提升外观质量。

2. 电镀加工的原理电镀加工主要是利用电化学反应的原理进行的。

其基本原理是利用电解池中的正、负电极各附加上不可溶性的金属板作为电极，在电解液中通过电流的作用，使金属离子在负极析出，并沉积在正极上，从而形成一层均匀的金属薄层。

3. 电镀加工的应用电镀加工在各个领域都有广泛的应用，主要包括：3.1 金属保护和装饰通过在金属表面进行电镀加工，可以形成一层金属覆盖物来保护金属，防止金属被氧化、腐蚀，延长金属寿命。

此外，电镀还可以通过选择不同的金属进行装饰，提升金属的外观质量，增加金属产品的附加值。

3.2 家电制造电镀加工在家电制造过程中广泛应用。

例如，制造镀金的开关面板可以提升产品的档次感；通过在厨具表面进行铬镀，可以增加产品的耐腐蚀性。

3.3 汽车制造在汽车制造中，电镀加工是一个必不可少的工艺。

例如，在汽车外观零部件的制造过程中，常常需要进行电镀处理来增加外观质量、耐腐蚀性和耐磨性。

3.4 电子工业电子工业也是电镀加工的重要领域。

例如，电子元器件的制造中经常需要进行电镀加工，如电子元件的连接脚进行镀锡处理，以提高焊接的可靠性和稳定性。

3.5 珠宝和装饰品电镀加工在珠宝和装饰品制造中起着关键作用。

通过在首饰和装饰品的表面进行电镀，可以增加其耐久性、外观质量和美观度。

3.6 其他领域除了以上应用外，电镀加工还在许多其他领域有广泛应用，例如：医疗器械、航空航天、纺织工业等。

4. 电镀加工的优势与局限性4.1 优势•可以改善金属的外观质量，提高装饰性•增加金属的耐腐蚀性，延长产品寿命•提高金属的硬度和耐磨性•一次性成型，加工效率高•工艺成熟、广泛应用4.2 局限性•对工艺要求较高，操作、环境较复杂•电镀液的成分和处理需要特殊考虑，可能会对环境造成负面影响•电镀层厚度有一定限制，不适用于所有情况•部分金属不适合做电镀处理，比如铝材5. 结论电镀加工是一种通过电化学反应在金属表面附着上一层金属薄层的工艺。