化学镀基础知识

1化学镀基础知识化学镀是在无电流通过(无外界动力)时借助还原剂在同一溶液中发生氧化还原作用，从而使金属离子还原沉积在自催化表面表面上的一种镀覆方法。化学镀与电镀的区别在于不需要外加直流电源，无外电流通过，故又称为无电解镀(ElectrolessPlating)或“自催化镀”(AutocatalyticPlating)。所以化学镀可以叙述为一种用以沉积金属的、可控制的、自催化的化学还原过程，其反应通式为：上述简单反应式指出，还原剂Rn+经氧化反应失去电子，提供给金属离子还原所需的电子，还原作用仅发生在一个催化表面上。因为化学镀的阴极反应常包括脱氢步骤，所需反应活化能高，但在具有催化活性的表面上，脱氢步骤所需活化能显著降低。化学镀的溶液组成及其相应的工作条件也必须是使反应只限制在具有催化作用的零件表面上进行，而在溶液本体内，反应却不应自发地产生，以免溶液自然分解。对于某一特定的化学镀过程来说，例如化学镀铜和化学镀镍时，如果沉积金属(铜或镍)本身就是反应的催化剂，那么，这个化学镀的过程是自动催化的，基本上是与时间成线性关系，相当于在恒电流密度下电镀，可以获得很厚的沉积层。如果在催化表面上沉积的金属本身不能作为反应的催化剂，那么一旦催化表面被该金属完全覆盖后，沉积反应便终止了，因而只能取得有限的厚度。例如化学镀银时的情形，这样的过程是属于非自动催化的。化学镀不能与电化学的置换沉积相混淆。后者伴随着基体金属的溶解；同时，也不能与均相的化学还原过程(如浸银)相混淆，此时沉积过程会毫无区别地发生在与溶液接触的所有物体上。随着工业的发展和科技进步，化学镀已成为一种具有很大发展前途的工艺技术，同其他镀覆方法比较，化学镀具有如下特点：(1)可以在由金属、半导体和非导体等各种材料制成的零件上镀覆金属；(2)无论零件的几何形状如何复杂，凡能接触到溶液的地方都能获得厚度均匀的镀层，化学镀溶液的分散能力优异，不受零件外形复杂程度的限制，无明显的边缘效应，因此特别适合于复杂零件、管件内壁、盲孔件的镀覆；2(3)对于自催化的化学镀来说，可以获得较大厚度的镀层，甚至可以电铸；(4)工艺设备简单，无需电源、输电系统及辅助电极，操作简便；(5)镀层致密，孔隙少；(6)化学镀必须在自催化活性的表面施镀，其结合力优于电镀层；(7)镀层往往具有特殊的化学、力学或磁性能。某些化学镀溶液的稳定性较差，溶液维护、调整和再生等比较严格。有实用价值的化学镀溶液的基本构成列于下表。现在能用化学镀获得纯金属、合金及复合镀层，按其组成可分为以下各种：(1)纯金属镀层，有Cu、Sn、Ag、Au、Ru、Pd。(2)二元合金化学镀层，主要集中于Ni和c0分别与P和B形成的二元合金，如Ni—P、Ni—B；C0—P、C0—B。(3)三元及多元合金化学镀层，如三元合金有Ni—M—P(M=Cr、M0、W、Ru、Fe、C0、Nb、Cu、Sn、Zn、Re)，Ni—M—B(M=C0、M0、W、Sn)，C0—M—P(M=Ni、W、Mn)；四元合金有Ni—w—Sn—P、Ni—W—Sn—B、C0—Ni—Re—P、C0—Mn—Re—P。(4)化学复合镀层，是将金属、金属化合物或非金属化合物微粒加入到化学镀液中，使之均匀地沉积到化学镀层中去的一种技术。按加入的微粒性质可分为三大类：①金属化合物如Al2O3、Ti02、Zr02、Cr203、Ce02、TiC、WC、Cr3C2、MoS2、WS2、CaF2、BaF2；②非金属化合物如sc、B4C、BC、BN、(CF)。、金刚石、石墨、聚四氟乙烯、碳纳米管；③金属微粒如Cr、Ni、Cu、Zr、Nb。将这种复合镀层进行热处理时，可形成新的介稳或非晶态合金相。3化学镀溶液的基本构成化学复合镀所用微粒有微米级、亚微米级和纳米级，微米和亚微米颗粒直径在0．1μm～101μm之间，纳米颗粒直径为10nm～100nm。微粒的化学稳定性要好，不溶于化学镀液中，而且不具备催化活性，否则镀液很快自分解。亚微米和纳米颗粒要防止在镀液中团聚，比较有效的方法是超声波分散。化学复合镀主要集中于Ni—P镀液，以提高其硬度、耐磨润滑等性能。作者：山东蓝星清洗防腐公司化学镀镍磷合金技术高性能的镍磷合金化学镀工艺是近年来迅速发展起来的一种新型表面保护和表面强化技术手段，具有广泛的应用前景。目前化学镀镍磷合金已广泛地应用在石油化工、石油炼制、电子能源、汽车、化工等行业。石油炼制和石油化工是其最大的市场，并且随着人们对这一化镀特性的认识，它的应用也越来越广泛，主要用在石油炼制、石油化工的冷换设备上，并且成功地为许多厂家进行了施镀。经用户实际应用，能提高设备的耐磨、耐蚀性能，延长其寿命3倍以上，性能优于目前使用的有机涂料，而且适用于碳钢、铸铁、有色金属等不同基材。1、化学镀镍磷合金的原理其主要反应为应用次亚磷酸钠还原镍离子为金属镍，即在水溶液中镍离子和次亚磷酸阴离子碰撞时，由于镍触媒作用析出原子态氢，而原子态氢又被催化金属吸附并使之活化，把水溶液中的镍离子还原为金属镍形成镀层，另外次亚磷酸阴离子由于在催化表面析出原子态氢的作用，被还原成活性磷，与镍结合形成Ni-P合金镀层。2、镀层的特性及技术指标（1）镀层均匀性好非晶态Ni-P合金镀层是通过化学沉积的方法获得，凡是镀液能浸到的部位，任何形态复杂的零件，都得到均匀的镀层。不需外加电流，是非晶态均一单相组织，不存在晶界位错，也无化学成份偏析，且避免了电镀形成的边角效应等缺陷。另外，还具有较高的光洁度。4（2）镀层附着力好镀层在钢体上产生压应力（4MPa)而镀层与钢的热膨胀系数相当，所以具有优良的附着力，一般为300-400MPa。（3）镀层硬度高，抗磨性能优良镀层具有高硬度，低韧性和较低热导率、电导率，它的抗拉强度超过700MPa，与很多合金钢相似，镀层硬度和延伸率都超过了电镀铬，弯曲无裂纹，但不适合反复弯折和拉抻等剧烈变形的部件，经热处理硬度可达HV1100，但在320℃时开始发生晶型转变，耐磨性能增强，耐蚀性能减弱。（4）优良的抗腐蚀性能由于镀层属非晶态不存在晶界、位错等晶体缺陷，是单一均匀组织，不易形成电偶腐蚀，决定其有较高的耐蚀性，镍—磷镀层均匀性好，拉应力小，致密性好，为防腐蚀提供了理想的阻挡层。在碱、盐、高温油测、有机介质和溶剂、酸性气体中有抗蚀能力，对还原酸（盐酸）有良好的抗蚀能力。管程镀镍磷合金U型管芯子，内外镀镍磷合金表一非晶态镍磷合金在某些介质中的腐蚀速率表表二镍磷合金镀层物理机械性能表3、应用范围（1）石化工业中：冷换设备、盘管、采注管线、控制阀泵、吸入活塞杆等。（2）汽车和造船工业中：发动机轴、防滑活塞、空气调节器元件、交流发电机和散热片、油箱、燃料喷射器传动推力热圈等。（3）轻纺工业中：塑料模具、刻花滚筒、导布辊、导纸辊、贮槽横机、导轨、针筒、烘缸、织物刀刃、塑料切粒刀等。（4）饲料食品工业中：烤锅、轴承、罐头生产线设备、滑轮、切片装置、分类机、搅拌器等。（5）其它工业中：液压装置、离合器、泵、轴辊、模具、拉丝机滚筒等。5化学镀防腐蚀技术最早应用于石油和化学工业。钢基体Ni-P覆层为非晶态结构，具有优良的化学惰性，可有效地抗碱、盐溶液和海水腐蚀，抗石油和各种碳氢化合物腐蚀，加之Ni-P覆层的耐磨性能，因此构成了化学镀镍磷在石油，天然气开发和石化生产中成为保护方法的优势，成为石化装备方面最新发展起来的一种结构材料。在中东、美国和德国的石油和天然气开采中，在管线、阀体，泵站的防蚀保护方面，该技术得到了广泛应用，并取得了明显效果。我国在八十年代末至今的几年里开始在油田行业开发应用该技术，在不断实践的基础上实现了大面积整体化镀技术的突破，大大降低了成本，提高了生产效率和生产能力。目前该项比较成熟的工艺技术已在大庆、胜利、中原油田推广开来，应用于采注管线的防腐；在石化、化纤、化肥、制盐、制药、制碱、发电、冶金焦化等工业的冷换设备的防腐，可以代替不锈钢，但造价为不锈钢的1/3。该技术应用后可使设备提高耐磨性和耐蚀性，延长其使用寿命3倍以上，性能优于目前使用的有机涂料，而且适用于碳钢、铸铁、有色金属等不同基材。能大大节约原材料和能源，提高开工率，经济效益显著。电镀百科[electroplate;galvanization]电镀:利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺。可以起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。电镀的概念就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。电镀时，镀层金属做阳极，被氧化成阳离子进入电镀液；待镀的金属制品做阴极，镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit),改变基材表面性质或尺寸.电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表6面美观。电镀作用利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。镀层大多是单一金属或合金，如锌、镉、金或黄铜、青铜等；也有弥散层，如镍-碳化硅、镍-氟化石墨等；还有覆合层,如钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等。电镀的基体材料除铁基的铸铁、钢和不锈钢外,还有非铁金属,如ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料电镀前,必须经过特殊的活化和敏化处理。电镀原理在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时，阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。电镀方式电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。挂镀适用于一般尺寸的制品,如汽车的保险杠,自行车的车把等。滚镀适用于小件，如紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。电镀液7有酸性的、碱性的和加有铬合剂的酸性及中性溶液，无论采用何种镀覆方式，与待镀制品和镀液接触的镀槽、吊挂具等应具有一定程度的通用性。镀层分类镀层分为装饰保护性镀层和功能性镀层两类。装饰保护性镀层主要是在铁金属、非铁金属及塑料上的镀铬层,特别是钢的铜-镍-铬层，锌及钢上的镍-铬层。为了节约镍，人们已能在钢上镀铜-镍／铁-高硫镍-镍/铁-低固分镍-铬层。与镀铬层相似的锡／镍镀层，可用于分析天平、化学泵、阀和流量测量仪表上。功能性镀层这种镀层种类很多，如：①提高与轴颈的相容性和嵌入性的滑动轴承罩镀层，铅-锡,铅-铜-锡,铅-铟等复合镀层；②用于耐磨的中、高速柴油机活塞环上的硬铬镀层，这种镀层也可用在塑料模具上，具有不粘模具和使用寿命长的特点；③在大型人字齿轮的滑动面上镀铜，可防止滑动面早期拉毛；④用于防止钢铁基体遭受大气腐蚀的镀锌;⑤防止渗氮的铜锡镀层;⑥用于收音机、电视机制造中钎焊并防止钢与铝间的原电池腐蚀的锡-锌镀层。适用于修复和制造的工程镀层,有铬、银、铜等，它们的厚度都比较大，硬铬层可以厚达300微米。电镀的过程基本如下1把镀上去的金属接在正极2要被电镀的物件接在负极3正负极以镀上去的金属的正离子组成的电解质溶液相连4通以直流电的电源后，正极的金属会进行氧化(失去电子)，溶液中的正离子则在负极还原(得到电子)成原子并积聚在负极表层。电镀后被电镀物