第六章 电镀、化学镀及化学热处理

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1、1第六章第六章 电镀、化学镀、化学转化电镀、化学镀、化学转化膜及化学热处理膜及化学热处理2第六章（第六章（1 1） 电镀电镀31. 电镀n电镀电镀是指在含有预镀金属的盐类溶液中，是指在含有预镀金属的盐类溶液中，以被镀金属为阴极，通过电解作用，使镀以被镀金属为阴极，通过电解作用，使镀液中预镀金属的阳离子在基体金属表面沉液中预镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。积出来，形成镀层的一种表面加工方法。n镀层的功能：镀层的功能：n防护性镀层防护性镀层n装饰性镀层装饰性镀层n功能性镀层功能性镀层4一、电镀基础知识n电镀液电镀液n主盐：是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的

2、主盐：是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于盐，用于提供金属离子提供金属离子。 包括主盐、络合剂、附加盐、缓冲剂、包括主盐、络合剂、附加盐、缓冲剂、阳极活化剂、添加剂阳极活化剂、添加剂n络合剂：能络合主盐中的金属离子络合剂：能络合主盐中的金属离子形成络合物形成络合物的物质。的物质。络合物是一种由简单化合物相互作用而形成的络合物是一种由简单化合物相互作用而形成的“分子化分子化合物合物”。n附加盐：附加盐是电镀液中除主盐外的某些碱金属或碱附加盐：附加盐是电镀液中除主盐外的某些碱金属或碱土金属盐类，主要用于土金属盐类，主要用于提高电镀液的导电性提高电镀液的导电性，对主盐中，对主盐中的金属

3、离子不起络合作用。的金属离子不起络合作用。5n阳极活化剂：镀液中能阳极活化剂：镀液中能促进阳极活化促进阳极活化的物质称的物质称阳极活化剂。阳极活化剂的作用是提高阳极开阳极活化剂。阳极活化剂的作用是提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常地溶解。态而能正常地溶解。n缓冲剂：指用来缓冲剂：指用来稳定稳定溶液酸碱度的物质。溶液酸碱度的物质。 n添加剂：添加剂是指不会明显改变镀层导电性，添加剂：添加剂是指不会明显改变镀层导电性，而能而能显著改善显著改善镀层性能的物质。根据在镀液中镀层性能的物质。根据在镀液中所起的作用，添加剂可分为：光亮剂、整

4、平剂、所起的作用，添加剂可分为：光亮剂、整平剂、润湿剂和抑雾剂等。润湿剂和抑雾剂等。6n电镀反应电镀反应n电化学反应电化学反应：被镀的零件为阴极，与直流电源：被镀的零件为阴极，与直流电源的负极相连，金属阳极与直流电源的正极连接，的负极相连，金属阳极与直流电源的正极连接，阳极与阴极均浸入镀液中。阳极与阴极均浸入镀液中。 Mn+neM M-neMn+78n法拉第定律：法拉第定律： 电流通过镀液时，电解质溶液发生电解反应，电流通过镀液时，电解质溶液发生电解反应，阴极上不断有金属析出，阳极金属不断溶解。因此，阴极上不断有金属析出，阳极金属不断溶解。因此，金属的析出金属的析出( (或溶解或溶解) )量必

5、定与通过的电荷量必定与通过的电荷 量量 有关。有关。 m=kQ m=kItm-电极上所形成产物的质量；电极上所形成产物的质量； Q-电量；电量；k-单位电量时在电极上可形成产物的质量，称之为该产物的单位电量时在电极上可形成产物的质量，称之为该产物的电电化当量化当量；I-电流；电流； t-通电时间。通电时间。9 电镀时，阴极上实际析出的物质的质量并不等于电镀时，阴极上实际析出的物质的质量并不等于根据法拉第定律得到的计算结果，根据法拉第定律得到的计算结果，实际值总小于计实际值总小于计算值算值。这是由于电极上的反应不只一个，例如镀镍。这是由于电极上的反应不只一个，例如镀镍时，在阴极上除发生时，在阴极

6、上除发生 Ni2+2e=Ni 2H+2e=H2 副反应消耗了部分电荷副反应消耗了部分电荷(量量)，使电流效率降低。，使电流效率降低。电流效率电流效率就是实际析出物质的质量与理论计算析出就是实际析出物质的质量与理论计算析出物质的质量之比，即物质的质量之比，即 (m/ m)100=(m/kIt)100 n 电流效率：电流效率：10 指电镀液所具有的使金属镀层厚度均匀指电镀液所具有的使金属镀层厚度均匀分布的能力，也称分布的能力，也称均镀能力均镀能力。电镀液的分散能力。电镀液的分散能力越好，在不同阴极部位所沉积出的金属层厚度就越好，在不同阴极部位所沉积出的金属层厚度就越均匀。根据法拉第电解定律可知，阴

7、极各部分越均匀。根据法拉第电解定律可知，阴极各部分所沉积的金属量所沉积的金属量( (金属的厚度金属的厚度) )取决于通过该部位取决于通过该部位电流的大小。故镀层厚度均匀与否，实质上就是电流的大小。故镀层厚度均匀与否，实质上就是电流在阴极镀件表面上的分布是否均匀。电流在阴极镀件表面上的分布是否均匀。 n电镀液的分散能力：电镀液的分散能力：11 指电镀液所具有的使镀件的深凹处沉积指电镀液所具有的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的能力。上金属镀层的能力。n电镀液的覆盖能力：电镀液的覆盖能力： 分散能力分散能力和和覆盖能力覆盖能力不同，前者是说明不同，前者是说明金属在阴极表面分布均匀程度的问题，它的前金属

8、在阴极表面分布均匀程度的问题，它的前提是在阴极表面都有镀层；而后者是指金属在提是在阴极表面都有镀层；而后者是指金属在阴极表面的深凹处有无沉积层的问题。阴极表面的深凹处有无沉积层的问题。12n液相传质液相传质n电化学反应电化学反应n电结晶电结晶n金属的电沉积过程金属的电沉积过程 镀液中的水化金属离子或络离子从溶液内部镀液中的水化金属离子或络离子从溶液内部向阴极界面迁移，到达阴极的双电层溶液一侧；向阴极界面迁移，到达阴极的双电层溶液一侧； 水化金属离子或络离子通过双电层，并水化金属离子或络离子通过双电层，并去掉它周围的水化分子或配位体层，从阴去掉它周围的水化分子或配位体层，从阴极上得到电子生成金属

9、原子极上得到电子生成金属原子( (吸附原子吸附原子) )； 金属原子沿金属表面扩散到达结晶生长点，金属原子沿金属表面扩散到达结晶生长点，以金属原子态排列在晶格内，形成镀层。以金属原子态排列在晶格内，形成镀层。 电镀时，以上三个步骤是同时进行的，但进行的速度电镀时，以上三个步骤是同时进行的，但进行的速度不同，速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制性环节。不同，速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制性环节。不同步骤作为控制性环节，最后的电沉积结果是不一样的。不同步骤作为控制性环节，最后的电沉积结果是不一样的。13npH值的影响：值的影响：n影响电镀质量的因素影响电镀质量的因素 镀液中的镀液中的PH

10、值可以影响值可以影响氢的放电电位氢的放电电位，碱性夹碱性夹杂物的沉淀杂物的沉淀，还可以影响，还可以影响络合物或水化物的组成络合物或水化物的组成以及以及添加剂的吸附程度添加剂的吸附程度。 电镀过程中，若电镀过程中，若pH值增大，则阴极效率比阳极效值增大，则阴极效率比阳极效率高，率高，pH值减小则反之。通过加入适当的缓冲剂可以值减小则反之。通过加入适当的缓冲剂可以将将pH值稳定在一定范围。值稳定在一定范围。14n添加剂的影响：添加剂的影响： 镀液中的光亮剂、整平剂、润湿剂等添加剂能明镀液中的光亮剂、整平剂、润湿剂等添加剂能明显改善镀层组织。显改善镀层组织。 起作用的原因是由于它们在电解液中形成高分

11、散度起作用的原因是由于它们在电解液中形成高分散度的氢氧化物或硫化物胶体，吸附在阴极表面阻碍金属的氢氧化物或硫化物胶体，吸附在阴极表面阻碍金属析出，析出，提高阴极极化提高阴极极化作用。作用。无机无机添加剂添加剂有机有机添加剂添加剂 起作用的原因是这类添加剂多为表面活性物质，它们起作用的原因是这类添加剂多为表面活性物质，它们会吸附在阴极表面形成一层吸附膜，阻碍金属析出，会吸附在阴极表面形成一层吸附膜，阻碍金属析出，因而提高阴极极化作用。另外，某些有机添加剂在电因而提高阴极极化作用。另外，某些有机添加剂在电解液中形成胶体，会与金属离子络合形成胶体解液中形成胶体，会与金属离子络合形成胶体- -金属离金