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材料工艺学第十章2第十章电镀工艺第十章电镀工艺•10－1电镀概述•10－2金属表面电镀•10－3塑料电镀3第十章电镀工艺•10—1电镀概述•电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺，而电镀效果是使用时间较长，工艺也较为成熟的一种效果，可以得到一些金属色泽的效果，如高光，亚光等，搭配不同的效果构成产品的效果的差异性，通过这样的处理为产品的设计增加一个亮点。•电镀的定义：•电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程，就叫电镀。简单的理解，是物理和化学的变化或结合。4第十章电镀工艺•10．1．1电镀的作用•电镀是重要的面饰方法之一，在产品设计中电镀的主要作用表现在以下几方面：•（1）改善金属表面的抗腐蚀性能•（2）对产品表面的装饰性•（3）能提高表面硬度和耐磨性能•（4）提高工件的导电性能•（5）提高导磁性能•（6）提高光的反射性能•（7）修复工件尺寸•（8）其他作用5第十章电镀工艺•10．1．2金属镀层的分类•按镀层的应用来分为：•（1）防护性镀层该镀层主要用于防止金属制品或组合件的腐蚀。•（2）装饰防护性镀层它要求镀层不但能防止制品腐蚀，而且应能赋予制品某种经久不变的金属光泽外观。这种类型的镀层在产品造型设计中的应用是最广的。这种镀覆，即首先在基体上镀上“底”层，而后再镀“表”层，有时甚至还有‘中间层”。•在电镀工艺中常采用铜锡合金做底层，它的防腐能力较强，但易氧化变色，然后在其上再镀上一层光亮铬，它具有经久不变的银蓝光泽，且耐磨。6第十章电镀工艺•（3）特殊性能镀层在这一类中腐蚀防护相对并不重要，但镀层本身的特殊性能却很重要。其镀层主要有以下几种：•①耐磨和减磨镀层，耐磨镀层是借提高制品表面硬度以增加它的抗磨损能力，工业上常采用镀硬铬，减磨镀层多用于滑动接触面，在这些接触面上能起固体润滑剂作用的韧性金属（减磨合金）就可以减少滑动磨擦。这种镀层多用在轴瓦或轴套上，现有锡、铅锡合金、银铅合金、铜铝合金以及铅锡三元合金等。②导电性镀层，在无线电及通讯技术中大量使用提高表面导电性能的镀层。用于一般情况的有镀铜、镀银。•③磁性镀层，是用于提高有些金属工件的磁性要求的镀层，在录音机及电子计算机等设备中的录音带、磁环线、磁鼓（记忆鼓）等贮存系统，一般镀以镍铁、镍钴、镍钴磷等合金镀层。7第十章电镀工艺•④热加工用镀层，用于作为钢件局部不能进行热处理（如防渗碳和防渗氮）的屏蔽。如防渗碳镀铜、防渗氮镀锡等。另外还用于使金属工件易钎焊的镀锡、铜、银、铅铝合金等。•⑤高温抗菌素氧化镀层，用于保护金属工件在高温下的腐蚀。比如转子发动机内腔就需要用镀铬来防护。喷气发动机转子叶片也采用铬合金镀层。在更特殊场合下，甚至采用铂铑合金镀层做高温抗氧化层。•⑥修复性镀层，用于重要的机械零件的修复。如汽车、拖拉机的曲轴、齿轮和花键、纺机的压辊、深井泵轴等都可进行电镀修复。用于修复性的镀层有铜、铁、硬铬等。•⑦其他镀层，为了增加钢丝和橡胶加热时的粘合性，可给钢丝镀以黄铜，利用黄铜镀层的化学特性而不是物理特性，来改善橡胶与金属之间的结合力。为了抵抗硫酸的腐蚀而镀以铅。为了增加反光能力而镀以铬、银、高锡青铜等。8第十章电镀工艺•10.1.3对镀层的要求•不同金属的镀层有不同的特性，同一种镀层因应用场合差异则要求也不同。作为金属镀层，无论其品种和性质如何，应有的共同要求是：•镀层结构细致紧密，镀层厚度均匀一致，镀层与基体材料的结合牢固等。9第十章电镀工艺•10－2常用金属表面电镀•10.2.1镀铬•镀铬是目前应用最广泛的镀层品种。铬是微带蓝色的银白色金属。不能用做防护性镀层，一般常用铜—锡合金、铜或镍层做底层、以防止基体金属遭受腐蚀。镀铬层主要有五种类型。•1．防护——装饰镀铬•在铜、镍或合金镀层表面上镀一层铬，可获得结晶细密、美观光亮、有像镜面一样的银蓝色光泽（有的称为军蓝），如汽车、机床以及日常用具外部零件的装饰。•2．镀黑铬•主要用于航空、仪表、相机等光学系统中，以及其他产品上用于装饰、作标志等场合。10第十章电镀工艺•3．乳白铬•乳白铬的特点是无光泽、硬度低、无裂纹网、随镀层厚度的增加，气孔减少、抗蚀性好，在乳白铬镀层作刻度容易，且使用者不感到眼睛疲劳。乳白铬广泛用于工量具、机械设备中的分度盘、刻度盘、医疗器械等。•4．镀硬铬•这种镀层的特点是通过厚的镀层来突出铬层本身的特殊性能。包括耐热、耐磨损、耐腐蚀，以及低的摩擦系数等。硬铬一般是直接镀在钢铁件表面，它的用途比较广泛。如机床主轴、曲轴轴颈等，经过镀硬铬修复后可大大延长使用期限。•5．多孔性镀铬•多孔性镀铬是耐磨镀铬的一种特殊形式，所不同的是镀层表面具有网状沟纹或点状孔隙，便于贮存润滑油，从而减小镀铬工件与其滑动配合工件间的摩擦，提高工件的耐磨性。•主要用于内燃机的汽缸内腔、活塞环、滑动轴承等。11第十章电镀工艺•10.2.2镀镍•镍镀层的性质：外观略带米黄色的银白色金属光泽，有很高的化学稳定性，能够保持其光泽外表。它在工业产品面饰中是目前世界各国应用最广泛、最重要的镀层之一。•镍镀层主要用作防护——装饰性镀层。常采用双层电镀法，如：铜一镍、镍一铜一镍一铬、铜一镍一铬、铜锡合金一镍一铬等，还可以采用双层镍、三层镍等工艺，以减少镍层孔隙，提高镍层的抗蚀性能。•用于装饰性表面处理还有镀黑镍。镀黑镍是利用电解液中含有锌时，会使镍发黑的特性，在电解液中添加一定数量的锌盐和含硫物质而获得。镀黑镍多用于光学仪器、仪器仪表工业等精密机械装置上的某些特殊零件的装饰且满足物理特性。镀黑镍色质柔和、不反光、又有金属的质感，比用涂料获得的黑色效果好。12第十章电镀工艺•10.2.3镀银•银是一种白色光亮、可锻、可塑及具有极强反光能力的贵金属。其硬度比铜稍低，比金高。另外银有优良的电性能，在所有金属中，银是导电性能最好的金属。由于银的导电性能好，因此它的接触电阻小，可以提高产品的电性能。•银有美丽的银白色光泽，常用于装饰的目的。银镀层主要用于仪器仪表工业、轻工产品、灯具、反光镜、探照灯等需要防护装饰性的电镀层和反光面镀层的物品表面。镀银的物件一般多是铜或铜合金件。钢铁金属构件镀银，必须先镀上一层能防止金属受腐蚀的其他金属或合金层（如铜、黄铜、青铜等），经常与硬橡胶（含有硫）接触的零件不宜镀银。如果需要高度的光泽，则在镀前和镀后必须对零件进行精细的抛光处理。•镀银的方法主要有两大类，即氰化镀银和无氰镀银。13第十章电镀工艺•10.2.4镀金•金是一种黄色，可锻及塑性极好的金属。它质软，易于抛光。镀金一般在铜或银镀层上进行。为克服金镀层具有质软和不耐磨的弱点，若在氰化镀金电解液中加入银、镍、钴等金属离子或采用酸性光亮镀金溶液，能提高金镀层的硬度和光洁度，减少金的消耗。•另外，镀铬、镀镍、镀银、镀金常作为防护装饰电镀层，镀锌和镀铜等常作为装饰电镀的底层和中间层。14第十章电镀工艺•10.2.5镀合金•随着工业生产和科学技术的发展，人们对金属的表面性能、外观提出了种种新的要求，因而开发了电镀合金。•1．电镀锡—钴合金•电镀锡—钴合金与电镀钴的色调比较接近，但较为柔和，目前国外大都用来代替铬。电镀锡—钴合金具有优良均镀能力和滚镀能力，因而可适用于复杂形状的工件。如在底层上电镀双层镍，则其耐腐蚀性并不亚于电镀铬。为防止表面变色，应用浸渍铬酸盐的方法进行处理，这样还可提高它的耐腐蚀性。15第十章电镀工艺•2．电镀锡——镍合金•它的外观呈淡玫瑰的色调，使人感到十分舒适，并具有优良的耐腐蚀性。如对有光泽的基材或在光亮镍的电镀层上，再施以锡—镍合金电镀，则可得到良好的光泽表面。如对无光泽的表面（梨纹）上进行电镀，则能重现该面的原有情况。电镀层的均镀能力非常优异，几乎完全没有整平作用，因而适用于要求极细线条及旋转加工制品的电镀。•3．电镀铜——锡合金•低锡青铜镀层的色泽呈粉红色或金黄色，结晶细，它有较高的防蚀能力和良好的抛光性能，常作为防护——装饰性的镍底层•中锡青铜镀层的色泽呈金黄色，防蚀能力较好。主要用做装饰性镀铬的底层。它的硬度和在空气中的稳定性比低锡青铜镀层高。•高锡青铜镀层具有美丽的银白色光泽和良好的抛光性能，有较高的硬度和耐磨性，用来代替银或铬作为反光器械、仪器仪表、日用商品等防护——装饰性表面镀层。16第十章电镀工艺•4．电镀黄铜•黄铜镀层可得到玫瑰金色，柠檬金色等各种基调的金色，一般仿金镀层用黄铜。但黄铜镀层自身的抗蚀及抗变色能力都很差，在空气中放置一段时间就会被氧化发黑。因此，一般在仿金电镀上要涂覆一层保护性涂料来提高抗蚀及抗变色能力。电镀黄铜被广泛运用于在首饰、钟表、镜框、灯具、等方面。•5．电镀镍—铁合金•电镀镍—铁合金是为了取代电镀光亮镍而开发的课题。电镀镍—铁合金与电镀光亮镍相比，具有柔软性好、成本更低的特点，但耐腐蚀性较差。17第十章电镀工艺•6．电镀锡镍铜合金•稍带黑色金属光泽，常应用于旋扭、眼镜框架、雨伞等产品上。该合金镀层应力大，不能镀厚，但其耐腐蚀性非常优异，如能解决镀厚问题，则应用会更加广泛。•7．电镀锡—锌合金•耐蚀性高，且有着良好的装饰性能，适用于作为热带气候条件下的防护装饰镀层。18第十章电镀工艺•10－3塑料电镀•10．3．1非金属电镀的基本特点•在非金属材料表面电镀前需先用化学镀覆法镀上一层导电层，这是非金属材料电镀的基本特点。其中主要的工序有机械粗化、化学除油、化学粗化、敏化处理、活化处理、还原处理、化学镀覆。19第十章电镀工艺•1．化学除油除去工件表面的油污，促使粗化均匀，从而提高镀层的结合力，延长粗化液的使用寿命。•2．粗化使非金属表面微观粗糙，增加镀层和基体间的接触面积，借助于机械结合力来提高结合强度；使非金属从憎水体变为亲水体，从而达到提高基体与电镀层结合力的目的•3．敏化所谓敏化就是使非金属表面吸附一些容易氧化的物质，而后在活化处理时敏化剂被氧化，制品表面就形成了活化层，也叫催化膜或结晶核心。这就给化学镀覆金属层打下了基础。•4．活化非金属制品经过敏化处理后，紧接着需要进行活化处理。活化的目的是使工件表面形成一层贵金属膜，以此作为化学沉积时氧化还原反应的催化剂，使化学镀覆的反应加速。•5．化学镀化学镀的目的是为了在需要镀覆的零件表面形成一层导电的金属层，为非金属制品电镀创造条件，所以化学膜是非金属材料电镀的关键。20第十章电镀工艺•10．3．2塑料电镀的特点•塑料电镀制品具有塑料和金属两者的特性。具有金属光泽和质感，还有导电、导磁和焊接等特性。由于金属镀层对光、大气等外界因素具有较高的稳定性，因而塑料电镀金属后，可防止塑料老化，延长塑料件的使用寿命。•随着工业的迅速发展、塑料电镀的应用日益广泛，成为塑料产品中表面装饰的重要手段之一。目前国内外已广泛在ABS、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龙、酚醛玻璃纤维增强塑料、聚苯乙烯等塑料表面上进行电镀，其中尤以ABS塑料电镀应用最广，电镀效果最好。21第十章电镀工艺•10．3．3塑料电镀的工艺过程•塑料制件电镀的主要工艺流程•1．化学除油•防止塑料变形、溶解，应考虑除油液对塑料的适应性。当用碱性除油液时，应注意使用温度，以防变形；用有机溶剂除油时，应注意其是否有溶解塑料的现象。•2．粗化•粗化的方法有机械粗化法和化学粗化方法两种。机械粗化如喷砂、滚磨、用砂纸打磨等。化学粗化可以迅速地使工件表面微观粗糙，粗化层均匀、细致、不影响工件的外观。22第十章电镀工艺•3．敏化处理•工业上常用的敏化剂为氯化亚锡或三氯化钛的水溶液。•4．活化处理所谓活化处理，就是将吸附有还原剂的制件浸入含有氧化剂的溶剂中。一般是浸入贵金属盐类水溶液，于是贵金属离子就被还原剂还原为贵金属，从而在制件表面上形成贵金属膜。这层贵金属可以起到活性催化的作用，故也称催化膜，它可以加速化学镀的还原反应。实践证明，银、钯等贵金属都具有这种催化能力。•5．还原反应经过活化处理的塑料制件，用水清洗后，就可以进行化学镀。塑料制件进行化学镀以前，先在一定浓度的化学镀所用的还原剂溶液中浸一下，把未被水洗掉的活化剂还原，这就是还原处理。化学镀铜时，可先