第6讲 电镀和沉积金属涂层-0804014.pptVIP

§6.1 电镀的定义 电镀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。 镀层性能不同于基体金属﹐具有新的特征。 根据镀层的功能分为防护性镀层﹐装饰性镀层及其它功能性镀层。 §6.2 电镀的基本知识 §6.2.1 电镀液 1、主盐 2、络合剂 3、附加盐 4、缓冲剂 5、阳极活化剂 6、添加剂 3、附加盐 附加盐是电镀中除主要盐外的某些碱金属或碱土金属盐类﹐主要用于提高电镀液的导电性﹐对主盐中的金属离子不起络合作用。有些附加盐还能改善镀液的深镀能力﹐分散能力﹐产生细致的镀层。4、缓冲剂 缓冲剂是指用来稳定溶液酸碱度的物质。这类物质一般是由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成的﹐能使溶液遇到碱或酸时﹐溶液的pH值变化幅度缩少。 5、阳极活化剂 镀液中能促进阳极活化的物质称阳极活化剂。 作用: 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。阳极活化剂含量不足时阳极溶解不正常﹐主盐的含量下降较快﹐影响镀液的稳定。严重时﹐电镀不能正常进行。6、添加剂 添加剂是指不会明显改变镀层导电性﹐而能显着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﹐和抑雾剂等。 §6.2.2 电镀反应 2. 电化学反应 下图是电镀装置示意图﹐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结﹐阳极与阴均浸入镀液中。当在阴阳两极间施加一定电位时﹐则在阴极发生如下反应：从镀液内部扩散到电极和镀液界面的金属离子Mn+从阴极上获得n个电子，还原成金属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M的溶解，释放n个电子生成金属离子Mn+。 3. 法拉第定律 电流通过镀液时，电解质溶液发生电解反应，阴极上不断析出金属，阳极金属不断溶解。金属析出(或溶解)量必定与通过的电荷有关。法拉第建立了析出(或溶解)的物质与电荷之间关系的定律。 法拉第第一定律﹕电极上析出(或溶解)物质的重量与进行电解反应时所通过的电荷成正比，即m=kQ=kIt(m为电极上析出或溶解物质的质量；Q为通过的电荷量；K为比例常数；I为电流；t为通电时间。 法拉第第二定律﹕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，并且析出(或溶解)1mol的任何物质所需的电荷量都是9.65×104C。这一常数称为法拉第常数，用F表示。 4. 电流效率 电镀时﹐阴极上实际析出的物质的质量并不等于根据法拉定律得到的计算结果﹐实际值总小于计算值﹐这是由于电极上的反应不只一个﹐例如镀镍时﹐在阴极上除发生这一主反应外﹐还会发生副反应。 5. 电镀液的分散能力 镀溶液的分散能力是指电镀液所具有的使金属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越均匀。 6. 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. §6.3 电极及反应机理 A. 电极电位 当金属电极浸入含有该金属离子的溶液中时，存在如下的平衡，即金属失电子而溶解于溶液的反应和金属离子得电子而析出金属的逆反应同时存在： Mn+ + ne M 平衡电位与金属的本性和溶液的温度、浓度有关。为了精确比较物质本性对平衡电位的影响，人们规定当溶液温度为25℃，金属离子的浓度为1mol/L时，测得的电位叫标准电极电位。标准电极电位负值较大的金属都易失掉电子被氧化，而标准电极电位正值较大的金属都易得到电子被还原。 B. 极化 所谓极化就是指有电流通过电极时﹐电极电位偏离平衡电极电位的现象。所以﹐又把电流-电位曲线称为极化曲线。产生极化作用的原因主要是电化学极化和浓差极化。 电化学极化 由于阴极上电化学反应速度小于外电源供给电子的速度﹐从而使电极电位向负的方向移动而引起的极化作用。 浓差极化 由于邻近电极表液层的浓度与溶液主体的浓度发生差异而产生的极化称浓差极化﹐这是由于溶液中离子扩散速度小于电子运动造成的。 §6.4 金属的电沉积过程 电镀过程是镀液中的金属离子在外电场的作用下﹐经电极反应还原成金属原子并在阴极上进行金属沉积的过