表面工程学05电镀

第5章电镀Electroplate§5.1电镀基本原理与工艺§5.2常用单金属电镀§5.3合金电镀§5.4复合电镀§5.5非金属电镀§5.6电铸成形技术第5章电镀电镀金属电沉积技术之一，通过电解方法在固体表面上获得金属沉积层的过程;目的：改变表面特性，改善外观，提高耐蚀、抗磨损、减摩性能，制取特定成分和性能的金属覆层，提供特殊的电、磁、光、热等表面特性和其它物理性能等。要求：与基体结合牢固、附着力强；镀层完整、结晶细致、孔隙少；镀层厚度均匀。第5章电镀阴极上金属电沉积的过程：(1)传质___在电解液中的欲镀金属离子由于浓度差而向阴极(工件)表面迁移；(2)表面转化___金属离子在电极表面上或表面附近的液层中发生还原反应；(3)电化学步骤___金属离子在阴极上得到电子，还原成金属原子；(4)新相生成___生成新相，如生成金属或合金。第5章电镀电镀液：水溶液；有机溶剂；熔盐5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀电镀的分类（按照镀层的用途）：5.1电镀基本原理与工艺1.防护性镀层将金属零件进行电镀，是防腐蚀的有效方法之一。通常的镀锌层、镀镉层和镀锡层属于此类组成，如黑色金属零件在一般大气条件下用镀锌层保护；在海洋性气候条件下常用镀镉层或镀锡层保护。对接触有机酸的黑色金属，如食品容器则镀锡层保护，它不仅防蚀能力强，而且腐蚀产物对人体无害。在海洋性气候条件下，当要求镀层薄而抗蚀能力强时，可用锡镉合金代替镉镀层，而对铜合金制造的航海仪器，则用银镉合金更好。第5章电镀电镀的分类（按照镀层的用途）：5.1电镀基本原理与工艺2.防护-装饰性镀层对很多金属零件既要求防腐蚀，有要求具有经久不变的光泽外观，这就要求施加防护-装饰性镀层。这种镀层常采用多层电镀，即首先在基体上镀上“底”层，再镀上“表”层，有时还要镀“中间”层，如常用铜镍铬多层电镀，如日常所见的自行车、缝纫机、小轿车的外露部件等。因为很难找到一种单一的金属或合金镀层能够同时满足防护-装饰的双重要求。除上述外，彩色电镀及仿金镀层也属于此类镀层。第5章电镀电镀的分类（按照镀层的用途）：5.1电镀基本原理与工艺3.功能性镀层为了满足特殊性能需要而施加的各种镀层。1）耐磨和减摩镀层轴颈、压印辊辊面、发动机的汽缸和活塞环，冲压模具、枪和炮管的内腔等。2）热加工用镀层在热处理之前，把不需要改变性能的部位保护起来。在工业生产中，为了防止局部渗碳要镀铜，防止局部渗氮要镀锡，这是利用碳或氮在这些金属中难以扩散的特性实现的。第5章电镀电镀的分类（按照镀层的用途）：5.1电镀基本原理与工艺3.功能性镀层（1~5）3）导电性镀层在电器、无线电及通讯设备中，为了提高表面导电性的镀层。通常镀铜、镀银、镀金等属于此类镀层。4)磁性镀层录音机及计算机设备中所用录音带、磁鼓、磁盘等存储装置均需磁性材料。常用磁性合金镀层有钴镍、镍铁、钴镍磷等。5)抗高温氧化镀层高熔点金属材料制造特殊用途零件，如转子发动机内腔、电子管及晶体管管脚与插座等，常需要镀镍、铬和铬合金镀层。第5章电镀电镀的分类（按基体与镀层的关系）：5.1电镀基本原理与工艺镀层分为阳极镀层和阴极镀层。这种分类对镀层选择和金属组件的搭配十分重要。1.阳极镀层镀层与基体金属构成腐蚀微电池时，镀层为阳极首先溶解。这种镀层不仅能起机械防护作用，而且能起电化学保护作用。例如，在铁上镀锌，在通常条件下，由于锌的标准电位比铁低，当镀层有缺陷（针孔、划伤等）而露出基体时，如果有水蒸气凝结于该处，则锌铁就形成腐蚀电偶。此时锌作为阳极溶解，而铁作为阴极得到保护。为了防止金属腐蚀应尽可能选用阳极镀层。第5章电镀电镀的分类（按基体与镀层的关系）：5.1电镀基本原理与工艺2.阴极镀层镀层与基体构成腐蚀微电池时，镀层为阴极。这种镀层只能对基体金属起机械保护作用。例如，在钢铁基体上镀锡，当镀层有缺陷时，铁锡就形成了腐蚀电偶，锡的标准电位（-0.14V）比铁（-0.44）正，它是阴极，因此腐蚀电偶作用的结果将导致铁阳极溶解，而氢在锡阴极上析出。结果是镀层尚存，而其下的基体却逐渐被腐蚀，最终镀层也会脱落。【镀铜的CO2气体保护焊丝也如此】阴极镀层只有当它完整无缺时，才能对基体起机械保护作用，一旦镀层被损坏，反而会加速基体的腐蚀。第5章电镀电镀的分类（按基体与镀层的关系）：5.1电镀基本原理与工艺注意事项：金属的电位随介质而发生变化，镀层究竟属于阳极镀层还是阴极镀层，需视介质而定。如：锌对铁而言，一般条件下是阳极镀层，但在70～80℃的热水中，锌的电位比铁正，而变成了阴极镀层；锡对铁而言，在一般条件下是阴极镀层，但在有机酸中却成了阳极镀层。【看使用环境】并非所有比基体金属电位负的金属都可以用作防护性镀层。若镀层在介质中迅速被腐蚀，也失去了对基体的保护作用。锌在大气中能成为黑色金属的防护性镀层，因它既是阳极镀层，又能形成稳定的碱式碳酸锌保护层。在海水中，锌对铁而言仍是阳极镀层，然而锌在氯化物中不稳定，从而失去保护作用。所以，航海船舶上的仪器不能单独用锌镀层来防护，而用镉层较好。第5章电镀标准电极电位：5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀一、电镀的基本原理5.1电镀基本原理与工艺Men++ne→Me在外加电场的作用下，溶液中的金属离子在阴极表面得到电子而被还原为金属，并沉积于表面。工件应该接正极还是负极？第5章电镀二、电镀溶液的基本组成①主盐：析出的金属易溶于水的盐类；〔CuSO4、NiSO4等〕②络盐：与析出的金属离子形成络盐(提高效率)；③导电盐：提高镀液导电性的盐；④缓冲剂：保持溶液PH值在要求范围内(Na2CO3)；⑤阳极溶解剂：阴离子Cl（NaCl等）；⑥其他添加剂：光亮剂、深镀剂、…5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀三、电镀的实施方式1、挂镀2、滚镀3、刷镀4、连续电镀5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀三、电镀的实施方式1、挂镀5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀三、电镀的实施方式2、滚镀5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀三、电镀的实施方式3、刷镀涂镀、局部镀、选择性电镀5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀三、电镀的实施方式4、连续电镀5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀四、电镀工艺过程镀前处理抛光打磨、脱脂、除油、除锈↓电镀[Cu、Zn、Ni、Cr、Au、Ag…]↓镀后处理钝化；浸膜5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理1、机械清理借助机械力除去材料表面的腐蚀产物、油污及其它各种杂物，以获得清洁表面的过程。包括：机械磨光和抛光滚光和刷光喷砂或喷丸5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理2、除油（脱脂）零件表面上通常都存在有油污，各种矿物油，如机油、柴油和凡士林等，还可能有少量的植物油脂，必须将这些表面油脂去除，才能顺利实施表面过程。几种方法：化学脱脂；有机溶剂脱脂水剂脱脂；电化学脱脂5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理2、除油（脱脂）5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理3、化学浸蚀、抛光和电化学抛光化学浸蚀：采用酸与金属材料表面的锈、氧化皮等起反应、使其溶解而去除的工艺。特点：浸蚀速度快，生产效率高，不受工件形状限制，浸蚀彻底，易于实现机械化、自动化生产。常用浸蚀剂：盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、柠檬酸、酒石酸等。5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理3、化学浸蚀、抛光和电化学抛光化学浸蚀：5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理3、化学浸蚀、抛光和电化学抛光电化学抛光：工件为阳极，浸于抛光介质并通直流电进行电解，表面波峰部分电流密度较大，溶解较快；波谷部分由于受到钝化膜或添加剂的保护而溶解很少或不溶解，因此,零件表面得以整平，产生光泽效果。绝大多数金属都能进行电化学抛光，只要选用不同成分的电解液即可。5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理3、化学浸蚀、抛光和电化学抛光化学抛光：零件在合适的化学介质中，利用化学介质对金属表面尖峰区域溶解速度比凹谷区域溶解速度快得多的特点，实现材料表面的抛光。5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理4、除油去锈综合处理5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理5、其它表面预处理工艺局部保护工艺：零件的非喷砂表面，可采用机械夹具、胶带、纸带等进行保护；零件局部涂覆涂层时，非涂覆面可采用不同形状和规格的纸胶带、塑料、橡胶塞等进行保护；局部电镀或氧化时，非镀覆面可采用涂装、涂蜡或包扎过氯乙烯塑料布等进行绝缘保护。5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀五、表面工程技术的预处理5、其它表面预处理工艺在涂装技术中，对热固性塑料、ABS、聚苯乙烯、聚丙烯酸等塑料品种而言。只要用溶剂或清洗剂去除污物、油垢、脱膜剂等杂质，就可以得到附着性能很好的涂膜；5.1电镀基本原理与工艺第5章电镀第5章电镀§5.1电镀的基本原理与工艺§5.2常用单金属电镀§5.3合金电镀§5.4复合电镀§5.5非金属电镀§5.6电铸成形技术第5章电镀单金属电镀：镀液中只含有一种金属离子；镀后形成单一金属镀层。常用单金属电镀：锌、铜、镍、铬、锡和镉等。功能：机件表面防腐；装饰功能；改善可焊性。5.2常用单金属电镀第5章电镀一、镀锌银白色两性金属Tm420℃VZn2+/Zn＝－0.76V易形成致密氧化物ZnO提高稳定性属于阳极保护，除机械保护还有电化学保护应用：机械、五金、电子、仪器仪表、轻工分级：一级δ＞25μm二级δ15～20μm三级δ8～10μm5.2常用单金属电镀第5章电镀一、镀锌镀锌溶液和镀层性能比较：5.2常用单金属电镀第5章电镀一、镀锌镀锌层的后处理：防护能力、装饰钝化___彩色、白色、黑色、草绿色去氢___加热防止轻脆5.2常用单金属电镀第5章电镀二、镀铜1、铜的性能分子量：63.5密度：ρ8.9g/cm3熔点：Tm1083℃导电性：良好（导热性、塑性良好）防护性：阴极防护（只有机械保护作用）5.2常用单金属电镀第5章电镀二、镀铜2、应用中间层铜包钢导线（导电性＋强度）印刷线路板二氧化碳气体保护焊丝5.2常用单金属电镀第5章电镀二、镀铜3、镀液氰化物镀铜：打底层硫酸盐镀铜：加厚层焦磷酸盐镀铜：印刷线路板5.2常用单金属电镀第5章电镀二、镀铜3、镀液5.2常用单金属电镀第5章电镀二、镀铜3、镀液5.2常用单金属电镀镀液配方和电镀规范规范：温度；电流密度A/dm2；PH值第5章电镀三、镀镍1、性能铁磁性金属分子量58.7密度8.9电极电位－0.25V阴极保护（只有机械保护）致密钝化膜稳定性极高，耐大气、碱、盐、有机酸5.2常用单金属电镀第5章电镀三、镀镍2、镀液酸性：硫酸盐＋氯化物（镀液稳定、电流效率高、镜面光亮层）碱性：焦磷酸盐5.2常用单金属电镀第5章电镀三、镀镍2、镀液（普通镀镍工艺规范）5.2常用单金属电镀第5章电镀四、镀铬性能：银白色；分子量52；密度7.0；熔点1890℃VCr3+/Cr=-0.74V特点：极高的硬度和耐磨性，防护和装饰用途：五金、家电、飞机、汽车、摩托…量规、切削工具、汽缸内腔、活塞环…防护：钝化膜电极电位＋1.36V阴极防护（机械保护）5.2常用单金属电镀第5章电镀四、镀铬（普通镀铬的工艺规范）5.2常用单金属电镀第5章电镀四、镀铬（几种镀铬溶液的组成和用途）5.2常用单金属电镀第5章电镀第5章电镀§5.1电镀的基本原理与工艺§5.2常用单金属电镀§5.3合金电镀§5.4复合电镀§5.5非金属电镀§5.6电铸成形技术第5章电镀合金电镀：溶液中两种或以上金属离子在阴极沉积特点：结晶致密性、镀层孔隙率、外观色泽、硬度、耐蚀性、耐磨性、导磁性、减摩性等优于单金属电镀用途：二元合金电镀为主分类：防护；装饰；功能5.3合金电镀第5章电镀从成分特点来看，合金电镀的特点：①可镀出熔点相差很大的合金②超越相图的合金成分③可得到非晶态合金镀层（Ni-P）④可镀出单独不能从水溶液中析出的金属W、Mo、Ti（Ni-Mo;Ni-W;Cd-Ti）⑤可改变金属电镀次序，先析出低电位金属5.3合金电镀第