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表面技术概论第四章 电镀 山东科技大学材料科学与工程学院 本章主要内容： 一、电镀概述 二、电沉积基本原理 三、合金电镀 四、复合镀 五、电刷镀 4.1 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。 电镀的目的： （1）装饰与防护作用： 装饰性、耐磨、耐蚀、焊接性 （2）获得功能性镀层： 导电镀层、磁性镀层、耐温镀层、光学性能等。 镀层一般为几微米到几十微米厚。 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。 镀层分类 按使用性能分类可分为： 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耐磨和减磨镀层:例如硬铬，松孔镀，Ni—SiC，Ni-石墨，Ni-PTFE复合镀层等。 ⑤电性能镀层 例: 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。 镀层分类 按镀层与基体金属之间的电化学性质分类，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。 镀层分类 按镀层的组合形式分: 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； 复合镀层，如 Ni-A2O3，Co-SiC等。? 若按镀层成分分类为： 单一金属镀层 合金镀层及复合镀层。 4.2、金属的电沉积原理 1、金属电沉积： 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。 2、电镀溶液 电解液主要是水溶液、有机溶液（前两者称湿法电镀）和熔融盐（熔融盐电镀）。 通常镀液有以下成分构成: ◇ 主盐 （金属供给剂）：所需沉积金属的可溶性盐,有单盐如硫酸铜和络盐如氰锌酸钠等。 ◇ 镀液改良剂：为改善镀层的性能和质量，一般添加一种或者多种化合物调整溶液的功能: 配合剂：改变镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极过程。 导电盐：提高镀液的导电能力。 缓冲剂：使镀液具有自行调节pH值能力。 镀液稳定剂：稳定镀液，防止金属盐水解或形成沉淀等。 阳极活化剂：维持阳极活性状态，不会发生钝化。 特殊添加剂：光亮剂、晶粒细化剂、整平剂。 电沉积的基本条件 某金属在阴极析出的必要条件： 阴极的电位负于该金属在该溶液中的平衡电位，并获得一定过电位。 某金属在阴极析出的充分条件： 溶液中其他粒子不会优于该金属在阴极上首先析出。 例如：金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则氢在电极 上优先大量析出，金属就很难沉积出来。 金属还原的可能性 从周期表中的位置，判断金属离子从水溶液中还原的可能性： 金属元素在周期表中的位置愈靠左边，化学活泼性越强，还原的可能性越小。 金属元素在周期表中的位置愈靠右边，化学活泼性越弱，还原的可能性越大。 金属还原的可能性 金属电沉积过程 将直流电流的正负极分别用导线连接到渡槽的阴、阳极上----电镀液中的阴、阳离子受到电场作用----有规则的移动: 阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，金属离子在阴极上还原沉积成镀层，而阳极氧化将金属转移为离子。 电镀的过程及反应: 1阴极还原反应：Men++ne=Me 2阳极氧化反应：Me-ne=Men+ 实际上大部分金属电沉积的过程是由一系列步骤组成: (1)传