《电镀与电刷度》PPT课件.ppt

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1、表面工程表面工程第第4 4章章 电镀及化学镀电镀及化学镀 4.1 4.1 电镀与电刷度电镀与电刷度14.1.1 4.1.1 电镀电镀电解：电解：在外加直流电源在外加直流电源的作用下，电解质的的作用下，电解质的阴阳离子两极发生氧阴阳离子两极发生氧化还原反应的过程。化还原反应的过程。（1 1）电解与电镀）电解与电镀电解电解CuCl2溶液示意图溶液示意图阴极（阴极（还原还原反应）反应）:阳极（阳极（氧化氧化反应）反应）:Cu2+2e Cu2Cl2e Cl2 电镀反应是一种典型的电解反应电镀反应是一种典型的电解反应2电镀：电镀：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，是指在含有欲镀金属的盐类

2、溶液中，在直流电的作用下，以被镀金属基体为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，以被镀金属基体为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面获得结合牢固的金属镀层的表面工通过电解作用，在基体表面获得结合牢固的金属镀层的表面工程技术。程技术。铜的电解精炼：铜的电解精炼：粗铜粗铜（含（含Zn、Fe）纯铜纯铜硫酸铜溶液硫酸铜溶液硫酸铜溶液硫酸铜溶液铜铜镀件镀件目的目的:耐蚀、耐磨、装饰、钎焊及导电、磁、光学耐蚀、耐磨、装饰、钎焊及导电、磁、光学 一般为几微米到几十微米一般为几微米到几十微米镀铜镀铜3（2 2）电镀装置及原理）电镀装置及原理（以镀铜为例）两电极：两电极：阴极还原反应：

3、阴极还原反应：Cu 2+2eCu(形成镀层形成镀层)阳极氧化反应：阳极氧化反应：Cu 2eCu2+(阳极溶解阳极溶解)外电路：外电路：直流电源、导线直流电源、导线电镀液：电镀液：含有镀层金属离含有镀层金属离子的电解质溶液子的电解质溶液电镀的结果，硫酸铜溶液的浓度保持不变电镀的结果，硫酸铜溶液的浓度保持不变4电镀涉及的基本问题和理论解释属于电镀涉及的基本问题和理论解释属于电化学电化学范畴，而沉积层物范畴，而沉积层物理性能方面的改变则属于理性能方面的改变则属于金属学金属学方面的范畴。方面的范畴。从表面现象来看从表面现象来看，电镀是在外加电流的作用下，溶液中，电镀是在外加电流的作用下，溶液中的金属离

4、子在阴极表面得到电子的金属离子在阴极表面得到电子,被还原为金属并沉积在其表被还原为金属并沉积在其表面的过程，发生如下化学反应：面的过程，发生如下化学反应：Men+ne Me 但是实际情况则很复杂但是实际情况则很复杂金属离子进行阴极还原时：金属离子进行阴极还原时：沉积电位沉积电位=平衡电位平衡电位+金属离子在阴极放电的过电位金属离子在阴极放电的过电位 理论上，只要阴极电位足够负，任何金属离子都可以还原沉理论上，只要阴极电位足够负，任何金属离子都可以还原沉积。但是在水溶液中进行电沉积时，还存在积。但是在水溶液中进行电沉积时，还存在H+和一些易还原的阴和一些易还原的阴离子与金属离子竞争还原反应，因此

5、，有些还原电位很负的金属离子与金属离子竞争还原反应，因此，有些还原电位很负的金属离子在电极上不能实现还原沉积。离子在电极上不能实现还原沉积。5 金属离子在水溶液中能否还原，不仅取决于其金属离子在水溶液中能否还原，不仅取决于其本身的性质，还取决于本身的性质，还取决于H+在电极上的还原电位在电极上的还原电位。沉积电位沉积电位=金属离子的标准电位金属离子的标准电位+（RT/nF）*lna+金属离子的在阴极放电的金属离子的在阴极放电的过电位过电位 由沉积电位的计算公式可以看出，过电位是影由沉积电位的计算公式可以看出，过电位是影响金属离子沉积的关键因素。过电位主要由电化响金属离子沉积的关键因素。过电位主

6、要由电化学极化和浓差极化产生，其大小直接影响金属离学极化和浓差极化产生，其大小直接影响金属离子的沉积。子的沉积。6（3 3）电镀时金属电沉积的过程）电镀时金属电沉积的过程液相传质：液相传质：金属的水合离子或络离子从溶液金属的水合离子或络离子从溶液内部迁移到阴极表面；内部迁移到阴极表面；电化学还原：电化学还原：前置转换和电荷转移前置转换和电荷转移 金属离子在进行电化学还原前，其主要存在形式在阴极附近金属离子在进行电化学还原前，其主要存在形式在阴极附近或表面发生化学转化，或表面发生化学转化，转变为参与电极反应的形式转变为参与电极反应的形式，该过程为前，该过程为前置转换；置转换；然后金属离子再以此形

7、式在阴极表面得到电子，还原为金属然后金属离子再以此形式在阴极表面得到电子，还原为金属原子，称电荷转移。如硫酸铜镀液中镀铜时原子，称电荷转移。如硫酸铜镀液中镀铜时Cu2+的还原过程为：的还原过程为：Cu2+e=Cu+(前置转换前置转换)Cu+e=Cu（电荷转移）（电荷转移）电结晶：电结晶：形核形核+长大长大7（4 4）电镀液）电镀液主盐主盐：提供金属离子，析出金属易溶于水的盐类提供金属离子，析出金属易溶于水的盐类络合剂络合剂：镀液的重要成分。镀液的重要成分。能与主盐的阳离子络能与主盐的阳离子络合而成金属络离子。在电镀过程中，能有效地促合而成金属络离子。在电镀过程中，能有效地促进阴极极化作用，提高

8、电解液的均镀能力和深镀进阴极极化作用，提高电解液的均镀能力和深镀能力，从而使镀层结晶细致光滑；对保证镀层质能力，从而使镀层结晶细致光滑；对保证镀层质量和电解稳定性起重要作用。如在氰化物电镀液量和电解稳定性起重要作用。如在氰化物电镀液中用氰化物作络合剂，在无氰电镀液中用铵盐、中用氰化物作络合剂，在无氰电镀液中用铵盐、焦磷酸盐、次氨（基）三乙酸等作络合剂。焦磷酸盐、次氨（基）三乙酸等作络合剂。目前大多是水溶液，在特殊情况下，也使用有机溶液或者目前大多是水溶液，在特殊情况下，也使用有机溶液或者熔融盐镀液。熔融盐镀液。8导电盐：导电盐：提高镀液的导电能力提高镀液的导电能力缓冲剂：缓冲剂：稳定稳定pH值

9、值阳极活化剂：阳极活化剂：促进阳极溶解的助溶阴离子促进阳极溶解的助溶阴离子添加剂：添加剂：影响金属离子在阴极析出的成分。影响金属离子在阴极析出的成分。光亮光亮剂、整平剂、晶粒细化剂、润湿剂、应力消除剂、剂、整平剂、晶粒细化剂、润湿剂、应力消除剂、镀层硬化剂等镀层硬化剂等9（5 5）影响电镀层质量的基本因素）影响电镀层质量的基本因素镀层金属的本性镀层金属的本性镀液镀液 各种成分及浓度各种成分及浓度电镀规范电镀规范 电流密度、波形、温度及搅拌等电流密度、波形、温度及搅拌等pH值及析氢值及析氢（可能导致镀层鼓泡或者产生针孔）（可能导致镀层鼓泡或者产生针孔）基体金属及表面质量基体金属及表面质量（基体金

10、属电位负于镀层金属，（基体金属电位负于镀层金属，导致结合力不良）导致结合力不良）前处理前处理 精整和清理精整和清理洁净、活性的晶体表洁净、活性的晶体表面面 104.1.2 4.1.2 电刷镀电刷镀 工业化生产中，电镀的实施方式多种多样，常见的电镀实施方式有：挂镀挂镀：主要适用于外形尺寸较大的零件滚镀滚镀：主要适用于尺寸较小，批量较大的零件电刷镀电刷镀：一般用于局部修复和局部性能改善高速连续电镀高速连续电镀：用于线材、带材、板材的大批量生产11刷镀刷镀又称涂镀、局部镀、选择性电镀、笔镀等。它是通过吸有电解液的包套作为阳极与作为阴极的零件表面接触，并作相对运动，电解液中的离子在阴阳极之间进行电化学

11、反应，使金属离子沉积，在零件表面形成金属镀层的过程12（1 1）原理与特点）原理与特点 l原理同电镀原理同电镀电沉积过程电沉积过程l供电镀液供电镀液+镀笔镀笔+擦试擦试电镀层电镀层13（1 1）设备简单、工艺灵活、操作方便，可以在现）设备简单、工艺灵活、操作方便，可以在现场作业。场作业。（2 2）可以局部电镀。）可以局部电镀。（3 3）镀层种类多，结合强度高。）镀层种类多，结合强度高。（4 4）沉积速度快，生产效率高。槽镀的）沉积速度快，生产效率高。槽镀的10101515倍。倍。耗电量为槽镀几十分之一。耗电量为槽镀几十分之一。（5 5）操作安全，对环境污染小。）操作安全，对环境污染小。（6 6

12、）劳动强度大，消耗阳极包缠材料。）劳动强度大，消耗阳极包缠材料。特点：特点：14（2 2）电刷镀设备）电刷镀设备专用直流电源、镀笔及供液、集液装置专用直流电源、镀笔及供液、集液装置专用直流电源专用直流电源 030V，0150A镀笔：由不溶性阳极、绝缘手柄及散热装置组成镀笔：由不溶性阳极、绝缘手柄及散热装置组成15（3 3）刷镀溶液）刷镀溶液金属离子含量高、导电性好、性能稳定、分散覆盖能力好金属离子含量高、导电性好、性能稳定、分散覆盖能力好1)1)刷镀溶液的种类刷镀溶液的种类 预处理溶液预处理溶液:预处理溶液可分为电净液和活化液两类预处理溶液可分为电净液和活化液两类 电净液：用于清洗工件表面的油

13、污。电净液：用于清洗工件表面的油污。活化液：用于去除金属表面的氧化膜和疲劳层。活化液：用于去除金属表面的氧化膜和疲劳层。电镀溶液电镀溶液:单金属电镀液和合金电镀液。单金属电镀液和合金电镀液。退镀溶液退镀溶液:可把旧镀层或不合格的镀层去掉。可把旧镀层或不合格的镀层去掉。钝化液钝化液162)2)刷镀溶液的特性刷镀溶液的特性 金属离子的含量较高。金属离子的含量较高。镀液的温度范围比较宽。镀液的温度范围比较宽。镀液的性质比较稳定。镀液的性质比较稳定。均镀能力和深镀能力较好。均镀能力和深镀能力较好。镀液的毒性与腐蚀性较小。镀液的毒性与腐蚀性较小。17（4 4）刷镀工艺）刷镀工艺镀前预处理镀前预处理 表面

14、整修、清理、电净、活化表面整修、清理、电净、活化镀件刷镀镀件刷镀 刷镀打底层、工作层刷镀打底层、工作层镀后处理镀后处理 清除残积物及防护方法清除残积物及防护方法18（5 5）应用）应用 刷镀技术设备简单，操作容易，镀层结合牢固，刷镀技术设备简单，操作容易，镀层结合牢固，经济效益显著经济效益显著机械行业、电力、电子、化工、纺织等部门机械行业、电力、电子、化工、纺织等部门机械设备的维修，改善零部件的表面理化性能机械设备的维修，改善零部件的表面理化性能沉积的厚度小于沉积的厚度小于0.2 mm，采用刷镀比其它维修，采用刷镀比其它维修方法经济方法经济19l镀锌镀锌l镀铜镀铜l镀镍镀镍l镀铬镀铬l镀锡镀锡

15、l镀银镀银l镀金镀金常用单金属电镀常用单金属电镀4.1.3 合金电镀合金电镀 常见的单金属电镀有如下几种，这些方法在常见的单金属电镀有如下几种，这些方法在工业上得到广泛应用。但是单金属电镀的镀层无工业上得到广泛应用。但是单金属电镀的镀层无法满足所有场合的的需要，合金电镀应运而生。法满足所有场合的的需要，合金电镀应运而生。20电镀合金始于电镀合金始于1835183518451845年。年。2020世纪世纪2020年代起还很少应用于工业。年代起还很少应用于工业。目前目前230230多种电镀合金体系，应用约有多种电镀合金体系，应用约有3030余种余种 例：黄铜例：黄铜,白铜白铜,Zn-Sn,Pb-S

16、n,Zn-Cd,Ni-Co,Zn-Sn,Pb-Sn,Zn-Cd,Ni-Co Ni-Sn,Cu-Sn-Zn Ni-Sn,Cu-Sn-Zn定义：两种或两种以上的元素共沉积所形定义：两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层为合金电镀。成的镀层为合金电镀。21（1 1）合金共沉积的条件）合金共沉积的条件两两种种金金属属中中至至少少有有一一种种金金属属能能从从其其盐盐的的水水溶液中沉积出来。溶液中沉积出来。共共沉沉积积的的两两种种金金属属的的沉沉积积电电位位必必须须十十分分接接近或相等。近或相等。22（2 2）实现共沉积的方法）实现共沉积的方法 改变镀液中金属离子的浓度比改变镀液中金属离子的浓度比 增增大

17、大较较活活泼泼金金属属离离子子的的浓浓度度，使使其其电电位位正正移移；或或降降低低较较贵贵金金属属离离子子浓浓度度，使使其其电电位位负负移移，使使两两者者的的电电位位接近接近。采用适当的配合剂采用适当的配合剂 使使平平衡衡电电位位相相差差大大的的金金属属离离子子实实现现共共沉沉积积的的最最有有效效方法。方法。采用特定的添加剂采用特定的添加剂 某某种种添添加加剂剂可可能能对对某某些些金金属属沉沉积积起起作作用用，使使之之实实现现共沉积。共沉积。23（3 3）合金电镀的特点）合金电镀的特点与热冶金合金相比，主要特点：与热冶金合金相比，主要特点：容易获得容易获得高熔点与低熔点高熔点与低熔点金属组成的

18、合金，如金属组成的合金，如Sn-Ni。可获得热熔可获得热熔相图没有相图没有的合金的合金,-铜锡合金。铜锡合金。容易获得组织致密、性能优异的容易获得组织致密、性能优异的非晶态非晶态合金，如合金，如Ni-P。在相同合金成分下，电镀合金与热熔合金比，在相同合金成分下，电镀合金与热熔合金比，硬度高硬度高，延展性差。延展性差。24与单金属镀层相比，主要特点：与单金属镀层相比，主要特点：合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。可以获得非晶结构镀层，如可以获得非晶结构镀层，如 Ni-P Ni-P镀层。镀层。合金镀层具有单金属所没有的特殊物理性能。合金镀层具有单金属所没有的

19、特殊物理性能。合金镀层可具备比组成它们的单金属层更耐磨、耐蚀、合金镀层可具备比组成它们的单金属层更耐磨、耐蚀、更耐高温，并有更高硬度和强度。更耐高温，并有更高硬度和强度。不能从水溶液中单独电沉积的不能从水溶液中单独电沉积的W W，MoMo，TiTi，V V等金属可等金属可与铁族元素（与铁族元素（FeFe，CoCo，NiNi）共沉积形成合金。）共沉积形成合金。通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀层，具有更好的装饰效果。层，具有更好的装饰效果。254.1.4 4.1.4 复合镀复合镀定义：将固体微粒子加入镀液中与金属或合金定义：将固体微粒子加入镀液中与金属或合金共沉积，形成一种金属基的表面复合材料的过共沉积，形成一种金属基的表面复合材料的过程，又称分散镀或弥散镀。程，又称分散镀或弥散镀。固体微粒：固体微粒：金属氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等金属氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等尼龙、聚四氟乙烯、聚氯乙烯尼龙、聚四氟乙烯、聚氯乙烯石墨以及不溶于镀液的金属粉末。石墨以及不溶于镀液的金属粉末。特殊功能：特殊功能：大大扩大了镀层的应用范围和效果。大大扩大了镀层的应用范围和效果。可用电镀法和化学镀法获得，近年都在蓬勃发展。可用电镀法和化学镀法获得，近年都在蓬勃发展。26谢谢！谢谢！27