第一章绪论(电镀)(2学时)

第一部分电镀第一章绪论第二章电镀理论基础第三章电镀工艺第四章镀液性能和镀层质量检验第五章电镀设备第一章绪论1.什么是电镀2.镀层的分类3.镀层的选择4.电镀的优点和发展概况第一章绪论1.什么是电镀（掌握）1.1定义1.2基本过程和设备1.3工艺参数1.4电流效率1.5电镀方式电解在含金属盐的溶液中，用通入外加电流的方法使金属离子(或其络离子)在阴极上还原为金属电镀(electroplating)利用电解使金属或合金沉积在制件表面，形成均匀，致密，结合力良好的金属层的过程。1.1定义利用电解使金属离子还原成金属，沉积在阴极上。电沉积利用电解使金属离子还原成金属，沉积在阴极上，形成镀层均匀、镀层致密、镀层与基体结合力良好的覆层。电镀注意：电解----电沉积、非电沉积电沉积----电镀、电铸、电解精炼1.2基本过程与设备电镀基本过程与设备直流电源+--阳极阴极(工件)电解液镀槽被镀工件和辅助阳极浸在电镀液中（镀槽）。被镀工件接电源负极，辅助阳极接电源正极。（5部分构成）例：普通镀镍用电解液，主盐：NiSO4和(或)NiCl2(提供镍离子)附加盐：硼酸（即缓冲剂）(维持电解液的pH值)(有的还加入NaCl或Na2SO4或H2SO4增加电解液的导电性)添加剂：十二烷基硫酸钠(降低镀层孔隙)电镀液组成包括（4部分）：主盐：提供被镀金属离子附加盐：(缓冲剂和强电解质)改善电解液性能(pH值和导电性)络合剂，添加剂：改善镀层质量(含量多)(含量少)添加剂(稳定剂、表面活性剂、光亮剂)电镀液例：光亮镀银电解液主盐：AgCl，提供银离子络合剂：KCN附加盐：酒石酸钾钠（即缓冲剂）添加剂：钉炔二醇，巰基苯并噻唑(光亮剂)电镀基本过程与设备直流电源+---阳极电解液镀槽阴极(工件)被镀工件作为阴极，表面上主要发生金属离子(或其络离子)的还原反应，形成金属镀层，覆盖在工件表面。简单金属离子的还原：（如：硫酸镍镀镍）Ni2++2e=Ni阴极反应金属络离子的还原：（如：氰化物镀铜）[Cu(CN)3]2-+e=Cu+3CN-不溶性阳极：在电镀过程中不溶性阳极不发生溶解，表面上发生某些物质的氧化反应，而金属离子的消耗由添加主盐进行补充。典型电镀：铬酐溶液镀铬电镀基本过程与设备直流电源+---阴极电解液镀槽(辅助)阳极基本功能是构成通电回路两类阳极及阳极反应可溶性阳极：即以被镀金属材料制作阳极，如镀镍用镍制作阳极，镀铜用铜制作阳极。阳极金属被氧化，生成金属离子以补充阴极反应中金属离子消耗Ni=Ni2++2e大多数电镀是可溶性阳极（金属离子浓度基本不变）电镀基本过程与设备直流电源+---阴极电解液阴极镀槽是盛装电解液的器具。同时还要满足阴极和阳极安装，电镀过程中加热或冷却等需要。镀槽电源提供电镀所需电流。大多数电镀工艺为直流电源，也有的电镀工艺使用其它类型电源电源与镀槽，将在第五章介绍1.3工艺参数(8个)各组分(主盐，附加盐，添加剂，络合剂)的浓度或浓度范围。常用单位：g/L或ml/L电解液组成(配方)电解液pH值操作条件温度或温度范围阴极电流密度ic(或记为Dk)。常用单位：(A/dm2)。阴极电流效率搅拌或阴极移动阴极/阳极面积比(在某些电镀工艺中)时间工艺参数对电镀工艺的要求（了解）：(1)镀液性能优良，能获得质量符合要求的镀层；（如：稳定性等）(2)工艺范围宽，易于操作和维护；(3)镀液无毒或低毒，操作安全，对环境污染小，三废易处理；(4)镀液对设备和厂房的腐蚀性小；(5)成本和加工费用低。Q:为了得到需要的镀层厚度，如何计算电镀的时间？阴极反应为：Men++ne=Me阴极电流密度为ic(A/dm2)，电镀时间为t(min)按Faraday电解定律，镀层厚度h(um)应为)(67.167.1mdtkinFdtAihcc式中：A--镀层金属原子量(g)，k=A/nF--镀层金属电化当量d镀层密度(g/cm3)，F=26.8A.hQ:但是，计算出的镀层厚度与实测厚度不同，原因何在？注：物理量的单位1.4电流效率问题出在没有考虑因为阴极电流不是全部用于金属电沉积。Faraday定律计算的镀层重量称为“镀层理论重量”，阴极电流效率可定义为%100镀层理论重量镀层实际重量c或者%100总金QQcQ总为通过阴极的总电量，Q金为用于金属沉积的电量。ic金=icc用于金属沉积的电流密度为什么“阴极电流不是全部用于金属电沉积”？主反应：被镀金属离子还原反应副反应：其它物质的还原反应(其它杂质离子)，最常见的是氢离子还原反应(析氢反应)答：“在阴极上还有其它还原反应”。为什么会发生副反应？-------下一章再分析。副反应愈强，电流效率愈低。不同镀种的电流效率不同，同一镀种的不同工艺的电流效率也不一样。就是因为副反应的差异。阴极电流效率愈高，获得同一厚度镀层所消耗的电量愈小，电镀时间愈短。因此阴极电流效率是一个很重要工艺参数。1.5电镀方式阳极工件挂具+-挂镀(槽镀)滚桶(内装被镀工件)滚镀+-工件阳极包套(浸电解液)刷镀第一章绪论2.镀层的分类（自学）2.1按使用目的2.2按镀层结构2.3按电化学关系2镀层分类（自学）防护镀层和防护—装饰镀层功能性镀层按电化学关系阳极性镀层阴极性镀层按镀层结构简单镀层组合镀层复合镀层按使用目的（了解）提高金属制品或零部件在服役环境中的抗腐蚀能力防护镀层同时具有防护作用和赋予制品美观外表的作用防护-装饰镀层功能镀层耐磨镀层减摩镀层热加工用镀层可焊性镀层导电性镀层磁性镀层抗高温氧化镀层修复性镀层防止热处理时金属部件某些部位渗碳或渗氮在金属部件表面电镀具有优良抗高温氧化能力的镀层修复磨损部件的尺寸镀层分类按使用目的防护镀层和防护—装饰镀层功能性镀层按电化学关系阳极性镀层阴极性镀层按镀层结构（了解）简单镀层组合镀层复合镀层简单镀层只一层镀层。可以镀金属，也可以镀合金。经过镀后处理可以提高镀层性能。组合镀层几层相同金属但性能不同的镀层组合，如暗镍—半光亮镍—光亮镍不同金属镀层迭加形成多层结构，如铜—镍—铬。复合镀层固体微粒均匀地分散在金属中形成的镀层，又称为弥散镀层。如镍—碳化硅，铜—氧化铝镀层分类按使用目的防护镀层和防护—装饰镀层功能性镀层按镀层结构简单镀层组合镀层复合镀层按电化学关系（掌握）阳极性镀层阴极性镀层阳极性镀层ZnFe电解液镀层金属的电位比基体金属电位负(即镀层金属比基体金属活泼)，镀层金属与基体金属组成电偶对时镀层为阳极，如钢铁制品表面镀锌---典型阳极性镀层。阳极性镀层不仅可以起机械保护作用，在镀层缺陷和破损处还能起阴极保护作用。阴极性镀层CrFe电解液镀层金属的电位比基体金属的电位正，镀层金属与基体金属组成电偶对时镀层金属为阴极，基体金属为阳极，如钢铁制品表面镀铬---典型阴极性镀层，这是因为铬很容易钝化。阴极性镀层只有机械保护作用。第一章绪论3.镀层的选择（自学）3.1镀层质量的要求（掌握）3.2镀层金属和镀层厚度的选择（了解）3.1镀层质量的要求（掌握）镀层光亮度，硬度，耐蚀性等指标符合规定。前三项是各种镀层都需要达到的基本质量要求否则，镀层不可能实现其防护作用或其它功能，极易发生破坏。镀层结构细致紧密，连续，（孔隙尽量少。不允许有斑点）镀层有一定厚度且厚度均匀一致镀层与基体以及各镀层之间结合牢固各种镀层的三大基本要求特殊要求：首先，要考虑镀层使用目的（即用途）防护镀层，镀层金属必须在预定使用环境中有良好的耐蚀性能防护—装饰镀层，面层金属应具有美观的外表和经久的光泽功能镀层，镀层金属应当具有需要的功能其次，要考虑镀层金属与基底金属，几种镀层金属之间的相容性，使相互接触的零部件表面镀层之间电位尽量接近，以免造成大的电偶腐蚀问题。3.2镀层金属的选择（了解）镀层的用途基体金属镀层金属防护镀层(大气腐蚀)钢锌铝及铝合金阳极氧化镁及镁合金化学氧化铜及铜合金锡，镍防护镀层(海水腐蚀)钢镉，镉钛合金防护镀层(有机酸腐蚀，如罐头盒)钢锡防护镀层(硫酸)钢铅防护装饰镀层钢铜-镍-铬，镍铁-铬，铜-镍-仿金，铜锡-铬铜及铜合金镍-铬铝及铝合金阳极氧化着色锌及锌合金铜-镍-铬耐磨镀层钢，生铁铬，铁或复合镀层减摩镀层钢铅，铅锡，镍-二硫化钼修复镀层钢，生铁铬，铁铜及铜合金铜防止局部渗碳钢铜防止局部渗氮钢锡改善钎焊性钢，黄铜铜，锡，铅锡改善导电性铜及铜合金银磁性镀层镍钴，镍钴磷，镍铁防止重要仪器零件锈蚀黄铜金，铂，铑抗高温氧化镀层合金钢铬，铬合金提高表面反光性能钢铜-镍-铬增强钢丝与橡胶结合力钢黄铜镀层选择的实例3.2镀层厚度的选择（了解）使用环境防护性镀层的厚度取决于工件将使用的环境和要求的使用寿命。同一种镀层应用于不同的工作环境，环境腐蚀性愈强，镀层厚度应当愈大。同一种环境中，当要求增长使用寿命时，镀层厚度应增加。GB9799—88“钢铁上的锌电镀层”将锌电镀层分为5，8，12，25m四个等级。5m厚度仅用于干燥的室内环境。对某些特殊用途厚度可以达到40m。工件结构和尺寸公差考虑零部件主要表面(易受腐蚀，摩擦表面，工作表面)，镀层厚度应达到国家标准规定。不易沉积的孔内部，深凹处，可允许低于国家标准。带螺纹(外螺纹)的组合结构件，选择厚度时应考虑公差配合。一般可将大气腐蚀性分为三类：腐蚀性严重(工业区，沿海湿热地)，腐蚀性中等(内陆城市，一般室内)，腐蚀性轻微(干热带地区，密封良好的设备内部)。第一章绪论4.电镀的优点和发展概况（了解）4.1电镀的优点4.2电镀的发展4.1电镀de优点电镀已发展成为制备表面材料的有效方法。在普通材料表面上电镀具有要求性能的镀层，在某些环境中可以代替昂贵的整体材料。电镀工艺设备简单，操作容易控制。电镀技术适用范围宽。电镀适于大批量生产，易于机械自动化。4.2电镀de发展由解决防护和装饰要求，逐步向制备表层金属材料以节约昂贵金属方面转移提高镀层质量减少环境污染如：发展非氰电镀工艺，发展低铬钝化工艺功能性镀层的发展作业1电镀定义2电镀常见工艺参数有哪些？3举例说明镀层按电化学关系进行分类4镀层的质量要求?5电镀常见方式:6电镀的基本过程和设备有哪些？以及各自的作用？7计算下列电镀中获得1m镀层所消耗的电量(单位：Ahr/m2)(1)氰化物镀铜(一价铜离子的还原，阴极电流效率c=70%)(2)铬酐溶液镀铬(六价铬离子的还原，c=12%)(3)镀暗镍(二价镍离子的还原，c=95%)注：铜、铬、镍的密度分别为8.9、6.92、8.8g/cm3