03第三章__电镀和化学镀

电镀和化学镀

第三章 电镀和化学镀

2010-11-29

电镀和化学镀

3.1 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：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，形成镀层.2010-11-29 2

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目的：改善材料外观，提高材料的各种物 理化学性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性、 耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、光学 性能等。 镀层厚度：一般为几微米到几十微米。 特点：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。2010-11-29 3

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镀层分类镀层种类很多，按使用性能可分为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。2010-11-29 4

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⑤电性能镀层：例如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,FeCo镀层；硬磁性能有Co-P,Co-Ni,Co-Ni-P等。 ⑦可焊性镀层：例如Sn-Pb,Cu,Sn,Ag等镀层。 可改善可焊性，在电子工业中广泛应用。 ⑧ 耐热镀层：例如Ni-W,Ni,Cr镀层，熔点高， 耐高温。 ⑨修复用镀层：一些造价较高的易磨损件，或加 工超差件，采用电镀修复尺寸，可节约成本，延 长使用寿命。例如可电镀Ni,Cr,Fe层进行修复。2010-11-29 5

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若按镀层与基体金属之间的电化学性质可 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，称阴极性镀层，如钢上的镀 镍层、镀锡层等。2010-11-29 6

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若按镀层的组合形式分，镀层可分为： 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-Al2O3,Co-SiC等。 若按镀层成分分类，可分为：单一金属 镀层、合金镀层及复合镀层。

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如何合理选用镀层不同成分及不同组合方式的镀层具有不同的性能。如何合理 选用镀层，其基本原则与通常的选材原则大致相似。

首先要了解镀层是否具有所要求的使用性能，然后 按照零件的服役条件及使用性能要求，选用适当的 镀层，还要按基材的种类和性质，选用相匹配的镀 层。例如阳极性或阴极性镀层，特别是当镀

层与不 同金属零件接触时，更要考虑镀层与接触金属的电 极电位差对耐蚀性的影响，或摩擦副是否匹配。 另外要依据零件加工工艺选用适当的镀层。例如铝 合金镀镍层，镀后常需通过热处理提高结合力，若 是时效强化铝合金，镀后热处理将会造成过时效。 此外，要考虑镀覆工艺的经济性。2010-11-29 8

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3.2 电镀的基本原理电镀是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。 电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融 盐。从水溶液和有机溶液中电镀称为湿法电 镀，从熔融盐中电镀称为熔融盐电镀。 非水溶液、熔融盐电镀虽已部分获得工业化 应用，但不普遍。2010-11-29 9

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电沉积的基本条件金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则 上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在 阴极上还原，实现电沉积。 但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其它离子， 使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实 现沉积过程。 所以金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其 本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢 还原电位的相对大小。 若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电 极上大量析氢，金属沉积极少。2010-11-29 10

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金属还原的可能性

金属离子还原析出的可能性是获得镀层的首要条件，而 要获得质量优良的镀层，还要有合理的镀液组成和合理的工 艺控制。2010-11-29 11

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3.2.1电镀溶液一种电镀溶液有固定的成分和含量要求，使之达到一定 的化学平衡，具有所要求的电化学性能，才能获得良好的镀 层。通常镀液由如下成分构成。 1. 主盐。沉积金属的盐类，有单盐，如硫酸铜、硫酸镍等； 有络盐，如锌酸钠、氰锌酸钠等。 2. 配合剂。配合剂与沉积金属离子形成配合物，改变镀液的 电化学性质和金属离子沉积的电极过程，对镀层质量有很大 影响，是镀液的重要成分。常用配合剂有氰化物、氢氧化物、 焦磷酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。 3. 导电盐。其作用是提高镀液的导电能力，降低槽端电压提 高工艺电流密度.例如镀镍液中加入Na2SO4 。导电盐不参加 电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。2010-11-29 12

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