金属表面精饰课件.ppt

1、第三章第三章 金属的表面精饰金属的表面精饰金属电沉积和电镀原理金属电沉积和电镀原理 金属电沉积金属电沉积(Electrodeposition)过程是指简单金属离子或络离子通过电过程是指简单金属离子或络离子通过电化学方法在固体化学方法在固体(导体或半导体导体或半导体)表面上放电还原为金属原子附着于电表面上放电还原为金属原子附着于电极表面，从面获得一金属层的过程。极表面，从面获得一金属层的过程。电镀电镀(Electroplating)是金属电沉积过程的一种，它是出改变固体表面是金属电沉积过程的一种，它是出改变固体表面特性从面改善外观，提高耐蚀性、抗磨性，增强硬度，提供特殊的光、特性从面改善外观，提

2、高耐蚀性、抗磨性，增强硬度，提供特殊的光、电、磁、热等表面性质的金属电沉积过程。电、磁、热等表面性质的金属电沉积过程。金属电沉积和电镀金属电沉积和电镀电镀是金属表面处理的重要组成部分。它是以被镀基体为阴极，通电镀是金属表面处理的重要组成部分。它是以被镀基体为阴极，通过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属或合金膜的一种表面处过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属或合金膜的一种表面处理方法。理方法。电镀具有如下的主要作用：电镀具有如下的主要作用：提高外观质量：使产品美观，并能长期保持这种美观是电镀的重要提高外观质量：使产品美观，并能长期保持这种美观是电镀的重要目的之一。为使基体表面平整光亮和提高耐

3、蚀性，常镀上铜镀层或目的之一。为使基体表面平整光亮和提高耐蚀性，常镀上铜镀层或镍镀层作底层；大多数采用镀铬或镀金、银、铑等贵金属进行最后镍镀层作底层；大多数采用镀铬或镀金、银、铑等贵金属进行最后装饰性电镀。装饰性电镀。提高耐蚀性：电镀最基本的要求是耐蚀性。在电镀件中用得最广泛提高耐蚀性：电镀最基本的要求是耐蚀性。在电镀件中用得最广泛的是钢铁，在钢铁表面镀覆其他金属，如镀锌或镀镉，保持美观并的是钢铁，在钢铁表面镀覆其他金属，如镀锌或镀镉，保持美观并延长零件的寿命，从而显著地增加了整个产品的使用期。延长零件的寿命，从而显著地增加了整个产品的使用期。金属电沉积和电镀金属电沉积和电镀目前金属离子电沉积

4、的基体已不仅是金属，而且在塑料，如目前金属离子电沉积的基体已不仅是金属，而且在塑料，如ABS、尼尼龙、聚四氯乙烯等各种塑料上进行电镀。龙、聚四氯乙烯等各种塑料上进行电镀。其过程是在塑料表面活化处理后，用化学沉积法使其表面形成很薄的其过程是在塑料表面活化处理后，用化学沉积法使其表面形成很薄的导电层，再把塑料置于电镀槽的阴极，镀上各种金属，使塑料制品能导电层，再把塑料置于电镀槽的阴极，镀上各种金属，使塑料制品能够导电、导磁，有金属光泽，同时其机械性能等也得到提高。够导电、导磁，有金属光泽，同时其机械性能等也得到提高。所有电沉积过程都需要选择适宜的电解液、添加剂等以提高效率，改所有电沉积过程都需要选

5、择适宜的电解液、添加剂等以提高效率，改善镀层质量。善镀层质量。除传统意义上的电镀之外，发展功能性新型镀层以满足新材料、新技除传统意义上的电镀之外，发展功能性新型镀层以满足新材料、新技术和人民生活需求是电沉积研究的重要课题。术和人民生活需求是电沉积研究的重要课题。可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属可电沉积的金属可电沉积的金属可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属目前工业上用的电镀液大多数是水溶液，特殊情况下也使用熔盐或有目前工业上用的电镀液大多数是水溶液，特殊情况下也使用熔盐或有机溶剂镀液。机溶剂镀液。上表中列出了可从水溶液及非水溶

6、液中电沉积的金属种类，可见，在上表中列出了可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属种类，可见，在约约70 种元素中，种元素中，约约30种能从水溶液中电沉积。种能从水溶液中电沉积。原则几乎所有金属都能从熔盐中电沉积，但往往外观不好，结合力也原则几乎所有金属都能从熔盐中电沉积，但往往外观不好，结合力也差，能沉积出平滑镀层的金属是不多的。差，能沉积出平滑镀层的金属是不多的。电解时电极上的反应电解时电极上的反应 阴极上的反应阴极上的反应 电解时阴极上发生还原反应。电解时阴极上发生还原反应。发生还原的物质通常有发生还原的物质通常有(1)金属离子，金属离子，(2)氢离子（中性水溶液中氢离子（中性水溶液中H2O）

7、。）。判断在阴极上首先析出何种物质，应把可能发生还原物质的电极电势判断在阴极上首先析出何种物质，应把可能发生还原物质的电极电势计算出来，同时考虑它的超电势。电极电势计算出来，同时考虑它的超电势。电极电势最大的首先在阴极析出最大的首先在阴极析出。阳极上的反应阳极上的反应 电解时阳极上发生氧化反应。电解时阳极上发生氧化反应。发生氧化的物质通常有：（发生氧化的物质通常有：（1）阴离子，如）阴离子，如OH-等，（等，（2）阳极本身发）阳极本身发生氧化。生氧化。判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势计算出来，同时要考虑它的

8、超电势。电极电势计算出来，同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化最小的首先在阳极氧化。2z+Hz+z+M+H1(M|M)(M,M)ln1(H|H)lnRTEEzFaRTEFa$电解时电极上的反应电解时电极上的反应 分解电压分解电压 确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出电势相减，确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出电势相减，就得到了实际分解电压。就得到了实际分解电压。因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所以用阳极析出电势减去所以用阳极析出电势减去阴极析出电势。阴极析出电势。zzzA(A|A)(A|A)ln()RTEEazF阳$(,)

9、(,)EE分解电压阳极 析出阴极 析出电解水溶液时，由于电解水溶液时，由于H2或或O2的析出，会改变的析出，会改变H+或或OH-的浓度，计算电的浓度，计算电极电势时应把这个因素考虑进去。极电势时应把这个因素考虑进去。金属离子的分离金属离子的分离 如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子，可以如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子，可以控制外加电压控制外加电压的大小的大小，使金属离子分步析出而达到分离的目的。，使金属离子分步析出而达到分离的目的。在阴极上，析出电势越大越先还原；在阳极上，析出电势越小越先在阴极上，析出电势越大越先还原；在阳极上，析出电势越小越先氧化。氧化。当离子的浓度已降低到原

10、来的当离子的浓度已降低到原来的1/104，可以认为离子基本分离干净，可以认为离子基本分离干净对于一价金属离子，析出电势相差约对于一价金属离子，析出电势相差约0.4V左右；对于二价金属离子，左右；对于二价金属离子，析出电势相差约析出电势相差约0.2V左右。左右。简单金属离子的还原简单金属离子的还原 溶液中的任何金属离子，只要电极电势足够负，原则上都可能在溶液中的任何金属离子，只要电极电势足够负，原则上都可能在电极上得到还原。电极上得到还原。但是，若溶液中某一组分的还原电势较金属离子的还原电势更正但是，若溶液中某一组分的还原电势较金属离子的还原电势更正时，则就不可能实现金属离子的还原。时，则就不可

11、能实现金属离子的还原。如果阴极还原过程的产物是合金，由于还原产物中金属的活度一如果阴极还原过程的产物是合金，由于还原产物中金属的活度一般要较纯金属的小，此时仍有可能实现金属的电沉积。般要较纯金属的小，此时仍有可能实现金属的电沉积。最典型的例子莫过于活泼金属离子最典型的例子莫过于活泼金属离子(如如Na)在汞阴极上的还原而形在汞阴极上的还原而形成相应的汞齐。成相应的汞齐。简单金属离子的还原简单金属离子的还原 对于元素周期表中的金属，若金属元素在周期表中的位置越靠右对于元素周期表中的金属，若金属元素在周期表中的位置越靠右边，则这些金属离子在电极上还原的可能性就越大。边，则这些金属离子在电极上还原的可

12、能性就越大。水溶液中金属的电沉积一般以水溶液中金属的电沉积一般以Cr、Mo、W分族为分界线，即位于分族为分界线，即位于Cr、Mo、W分族左边的金属在水溶液体系中不能实现电沉积，而分族左边的金属在水溶液体系中不能实现电沉积，而位于位于Cr、Mo、W分族右边的金属元素的简单离子都较容易从水溶分族右边的金属元素的简单离子都较容易从水溶液体系中电沉积出来。液体系中电沉积出来。工业上采用的大多数电解液是电解质水溶液为镀液，也有用有机工业上采用的大多数电解液是电解质水溶液为镀液，也有用有机溶剂或熔盐为电解质进行电镀。周期表中大约有溶剂或熔盐为电解质进行电镀。周期表中大约有30多种金属可从多种金属可从水溶液

13、中电沉积，而水溶液中电沉积，而Li,Na,K,Be,Mg,Ca则不能从水溶液中电沉则不能从水溶液中电沉积，而必须采用非水溶液或熔盐。积，而必须采用非水溶液或熔盐。简单金属离子的还原简单金属离子的还原 注意：注意：1若阴极还原产物不是纯金属而是合金，则由于反应物中金属若阴极还原产物不是纯金属而是合金，则由于反应物中金属的活度比纯金属时来得小，因而有利于还原反应的实现。例如的活度比纯金属时来得小，因而有利于还原反应的实现。例如Cd-Ti，W-Fe，W-Ni等。再如碱金属，碱土或希土金属能在汞电极上还原成等。再如碱金属，碱土或希土金属能在汞电极上还原成相应的汞齐就是明显的例证。相应的汞齐就是明显的例

14、证。2若溶液中存在络合剂，且金属离子能与络合剂作用而形成稳定的若溶液中存在络合剂，且金属离子能与络合剂作用而形成稳定的络离子，则金属电极的平衡电位变得更负，这显然不利于还原过程。络离子，则金属电极的平衡电位变得更负，这显然不利于还原过程。例如氰化物溶液中，只有例如氰化物溶液中，只有Cu分族及其右方金属才能实现电沉积，也分族及其右方金属才能实现电沉积，也即分界线向右移了。含有其它络合剂时，也可观察到类似的现象。即分界线向右移了。含有其它络合剂时，也可观察到类似的现象。简单金属离子的还原过程简单金属离子的还原过程（1）水化金属离子由本体溶液向电极表面的液相传质；）水化金属离子由本体溶液向电极表面的

15、液相传质；（2）电极表面溶液层中金属离子水化数降低、水化层发生重排，使）电极表面溶液层中金属离子水化数降低、水化层发生重排，使离子进一步接近电极表面。过程表达式为：离子进一步接近电极表面。过程表达式为：M2+mH2O-nH2O M2+(m-n)H2O简单金属离子的还原过程简单金属离子的还原过程（3）部分失水的离子直接吸附于电极表面的活化部位，并借助于电）部分失水的离子直接吸附于电极表面的活化部位，并借助于电极实现电荷转移，形成吸附于电极表面的水化原子。过程表达式为：极实现电荷转移，形成吸附于电极表面的水化原子。过程表达式为：M2+(m-n)H2O+e M+(m-n)H2O(吸附离子吸附离子)M

16、+(m-n)H2O+e M(m-n)H2O(吸附原子吸附原子)同时，由于吸附于电极表面的金属原子的形成，电极表面水化离子同时，由于吸附于电极表面的金属原子的形成，电极表面水化离子浓度降低，导致了水化离子由本体溶液向电极表面传递的液相传质浓度降低，导致了水化离子由本体溶液向电极表面传递的液相传质过程。过程。（4）吸附于电极表面的水化原子失去水化层，成为金属原子进入晶）吸附于电极表面的水化原子失去水化层，成为金属原子进入晶格。过程表达式为：格。过程表达式为：M(m-n)H2O(ad)-(m-n)H2O M(晶格晶格)简单金属离子的还原过程简单金属离子的还原过程 对于简单金属离子的阴极还原的动力学表

17、达比较复杂。实验表明，对于简单金属离子的阴极还原的动力学表达比较复杂。实验表明，一些一价金属离子的电沉积过程的速度控制步骤是电子转移步骤，一些一价金属离子的电沉积过程的速度控制步骤是电子转移步骤，阴极还原电流阴极还原电流ic，超电势超电势 cjcjeq遵循下列关系：遵循下列关系：lnic-c是直线关系。是直线关系。0cclnlniRTFi 简单金属离子的还原过程简单金属离子的还原过程 例题：以例题：以Pt为电极，电解含有为电极，电解含有Ag+(0.01moldm-3)和和Cu2+(1mol dm-3)的硫的硫酸盐。假定酸盐。假定H+=1mol dm-3，已知氢在铂电极上的超电势为已知氢在铂电极

18、上的超电势为-0.4V，氧氧在铂电极上的超电势为在铂电极上的超电势为0.5V，求在阴极析出物质的先后顺序及开始析求在阴极析出物质的先后顺序及开始析出物质时对应的槽压。出物质时对应的槽压。Ag+e-Ag：E(Ag+e-Ag)E+0.0592 lg cAg+/c 0.681 V Cu2+2e-Cu：E(Cu2+2e-Cu)E+0.0296 lg cCu2+/c0.337 V2H+2e-H2：E(2H+2e-H2)E+0.0592 lg cH+/c-0.4-0.4 V比较得比较得 E(Ag+e-Ag)E(Cu2+2e-Cu)E(2H+2e-H2)，故在阴极上析出的先后顺序为故在阴极上析出的先后顺序为

19、Ag,Cu,H2。简单金属离子的还原过程简单金属离子的还原过程 阳极可能析出的物质为阳极可能析出的物质为OH-,SO42-。因因SO42-的析出电势很高，在的析出电势很高，在水溶液中不可能放电，所以只可能是水溶液中不可能放电，所以只可能是OH-在阳极反应析出在阳极反应析出O2，即即 O2+2H+2e-H2O E(O2+2H+2e-H2O)=Eeq+=1.299+0.5=1.729 V 故故Ag 析出时槽压为析出时槽压为 E+-E-=1.729-0.681=1.048 V 金属络离子的还原金属络离子的还原 在金属电沉积过程中，为获得均匀、致密的镀层，常要求电沉积过程在金属电沉积过程中，为获得均匀

20、、致密的镀层，常要求电沉积过程在较大的电化学极化条件下进行，而当向简单金属离子的溶液中加入在较大的电化学极化条件下进行，而当向简单金属离子的溶液中加入络离子时可使平衡申极电势变负，即可满足金属电沉积在较大的超电络离子时可使平衡申极电势变负，即可满足金属电沉积在较大的超电势下进行。势下进行。对于金属络离子的阴极还原过程，过去认为是络离子总先解离成简单对于金属络离子的阴极还原过程，过去认为是络离子总先解离成简单离子，然后简单离子再在阴极上还原。但是，简单计算表明，在络合离子，然后简单离子再在阴极上还原。但是，简单计算表明，在络合体系中络离子的不稳定常数体系中络离子的不稳定常数pK不稳不稳很小，存在

21、的简单金属离子的浓度很小，存在的简单金属离子的浓度极低，在此情况下使简单金属离子在阴极上放电所需施加的电势要很极低，在此情况下使简单金属离子在阴极上放电所需施加的电势要很负，使得这种还原几乎是不可能的。负，使得这种还原几乎是不可能的。金属络离子的还原金属络离子的还原 依据络合物的知识和一些实验的结果，对于络离子的阴极还原，一般依据络合物的知识和一些实验的结果，对于络离子的阴极还原，一般认为有以下几种观点：认为有以下几种观点：(1)络离子可以在电极上直接放电，且在多数情况下放电的络离子的配络离子可以在电极上直接放电，且在多数情况下放电的络离子的配位数都比溶液中的主要存在形式要低。其原因可能是：具

22、有较高配位位数都比溶液中的主要存在形式要低。其原因可能是：具有较高配位数的络离子比较稳定，放电时需要较高活化能，而且它常带较多负电数的络离子比较稳定，放电时需要较高活化能，而且它常带较多负电荷，受到阴极电场的排斥力较大，不利于直接放电。同时，在同一络荷，受到阴极电场的排斥力较大，不利于直接放电。同时，在同一络合体系小，放电的络离子可能随配体浓度的变化而改变。合体系小，放电的络离子可能随配体浓度的变化而改变。(2)有的络合体系，其放电物种的配体与主要络合配体不同。有的络合体系，其放电物种的配体与主要络合配体不同。(3)pK不稳不稳的数值与超电势无直接联系，的数值与超电势无直接联系，般般pK不稳不

23、稳较小的络离子还原较小的络离子还原时，呈现较大的阴极极化。时，呈现较大的阴极极化。金属共沉积原理金属共沉积原理 研究两种或两种以上金属同时发生阴极还原共沉积形成合金镀层已有研究两种或两种以上金属同时发生阴极还原共沉积形成合金镀层已有一百多年的历史。只是由于合金电镀的影响因素较多，为了获得具有一百多年的历史。只是由于合金电镀的影响因素较多，为了获得具有特殊性能的合金镀层要严格控制电镀条件，因此，在相当长的时间内，特殊性能的合金镀层要严格控制电镀条件，因此，在相当长的时间内，合金镀层未能在工业中推广应用。合金镀层未能在工业中推广应用。生产上为了获得具有特殊性能的镀层，常采用合金电镀的方法。合金生产

24、上为了获得具有特殊性能的镀层，常采用合金电镀的方法。合金镀层是指含有两种或两种以上金属的镀层。镀层是指含有两种或两种以上金属的镀层。两种金属离子共沉积除电沉积单金属的一些基本条件外，还应具备以两种金属离子共沉积除电沉积单金属的一些基本条件外，还应具备以下两个基本条件：下两个基本条件：合金中两种金属至少有一种金属能单独从水溶液中沉积出来。有些合金中两种金属至少有一种金属能单独从水溶液中沉积出来。有些金属如钨、钼等虽然不能单独从水溶液中沉积出来，但可与另一种金金属如钨、钼等虽然不能单独从水溶液中沉积出来，但可与另一种金属如铁、钴、镍等同时从水溶液中实现共沉积。这是金属共沉积的必属如铁、钴、镍等同时

25、从水溶液中实现共沉积。这是金属共沉积的必要条件。要条件。金属共沉积原理金属共沉积原理 金属共沉积的基本条件是两种金属的析出电位要十分接近或相等。金属共沉积的基本条件是两种金属的析出电位要十分接近或相等。即即 1,析析 2,析析，或或 1,eq 1,c 2,eq 2,c，或或 c2,22eq2,c1,11eq1,lnln cFzRTcFzRT由上式可知，依据金属共沉积的基本条件，只要选择适当的金属离由上式可知，依据金属共沉积的基本条件，只要选择适当的金属离子浓度、电极材料（决定着超电势的大小）和标准电极电势就可以子浓度、电极材料（决定着超电势的大小）和标准电极电势就可以使两种离子同时析出。使两种

26、离子同时析出。（1）当两种离子的）当两种离子的 i相差较小时，可采用调节离子浓度的方法实现相差较小时，可采用调节离子浓度的方法实现共沉积。如共沉积。如(Sn2+/Sn)-0.136V，(Pb2+/Pb)-0.126V，两者相差两者相差10mV，且且 i都不大，故可用该法实现都不大，故可用该法实现Sn和和Pb的共沉积。的共沉积。金属共沉积原理金属共沉积原理（2）当两种离子的）当两种离子的 i相差不大（相差不大（2，固体粒子下沉，固体粒子下沉，可用强搅拌使之均匀在悬浮。在复合电镀中，一般要求粒度小于可用强搅拌使之均匀在悬浮。在复合电镀中，一般要求粒度小于40 m，通常采用，通常采用1-5 m。复合

27、电镀的原理及影响因素复合电镀的原理及影响因素由于固体粒子不带电，不参加电极反应，故粒子的沉积属于物理过程。由于固体粒子不带电，不参加电极反应，故粒子的沉积属于物理过程。共沉积过程可分为三个阶段：共沉积过程可分为三个阶段：粒子走向阴极表面。粒子走向阴极表面。粒子在阴极表面吸附，这是物理吸附，容易脱落。吸附时间越长越粒子在阴极表面吸附，这是物理吸附，容易脱落。吸附时间越长越有利于与金属共沉积。粒子表面吸附正电荷有利于它们在阴极上的吸有利于与金属共沉积。粒子表面吸附正电荷有利于它们在阴极上的吸附，其电荷量直接影响共沉积量。因此，常加入一些阳离子表面活性附，其电荷量直接影响共沉积量。因此，常加入一些阳

28、离子表面活性剂或半径较大的金属离子，促进粒子共沉积。剂或半径较大的金属离子，促进粒子共沉积。粒子被周围电化学还原的金属包埋，形成共沉积复合镀层。这一步粒子被周围电化学还原的金属包埋，形成共沉积复合镀层。这一步取决于电流密度、搅拌速度、粒度、粒子形状及界面张力等因素。取决于电流密度、搅拌速度、粒度、粒子形状及界面张力等因素。复合电镀的原理及影响因素复合电镀的原理及影响因素微粒在镀液中的分散浓度对其共沉积有较大的影响。微粒在镀液中的分散浓度对其共沉积有较大的影响。分散浓度越大，底层中粒子含量越高。分散浓度越大，底层中粒子含量越高。选择适当的分散浓度，可得到满足要求的复合镀层。选择适当的分散浓度，可

29、得到满足要求的复合镀层。适当的搅拌方式和搅拌强度是很重要的，搅拌强度以能维持粒子在镀适当的搅拌方式和搅拌强度是很重要的，搅拌强度以能维持粒子在镀液中均匀悬浮为度。对于一般粒子，用压缩空气更方便。液中均匀悬浮为度。对于一般粒子，用压缩空气更方便。一般认为一般认为pH值低有利于粒子共沉积，值低有利于粒子共沉积，pH值长期过高容易使粒子吸附值长期过高容易使粒子吸附而失效。而失效。电流密度也是影响共沉积的重要因素，对于电中性或吸附微量电荷的电流密度也是影响共沉积的重要因素，对于电中性或吸附微量电荷的粒子，用小电流密度沉积得到的复合镀层，其中分散粒子的百分含量粒子，用小电流密度沉积得到的复合镀层，其中分

30、散粒子的百分含量比大电流密度沉积的要高。比大电流密度沉积的要高。化学镀化学镀 化学镀也称无电解镀，又称自催化镀。是采用金属盐和还原剂在同化学镀也称无电解镀，又称自催化镀。是采用金属盐和还原剂在同一种溶液中进行自催化的氧化还原反应而在固体表面沉积金属层的一种溶液中进行自催化的氧化还原反应而在固体表面沉积金属层的新成膜技术。新成膜技术。化学镀是利用还原剂，使溶液中的金属离子在基体表面上自动还原化学镀是利用还原剂，使溶液中的金属离子在基体表面上自动还原析出金属的过程。开始时溶液中的金属离子在活化表面上被催化还析出金属的过程。开始时溶液中的金属离子在活化表面上被催化还原，原，产生的第一批金属沉积物成为

31、进一步还原金属离子的核和催化剂，产生的第一批金属沉积物成为进一步还原金属离子的核和催化剂，于是反应便持续进行下去。于是反应便持续进行下去。化学镀 化学镀与电镀相比具有如下优点：化学镀与电镀相比具有如下优点：可以在各种基体材料上获得金属镀层，包括半导体及非导体，如可以在各种基体材料上获得金属镀层，包括半导体及非导体，如塑料、玻璃、陶瓷等。塑料、玻璃、陶瓷等。能获得厚度均匀的镀层，特别适合于形状复杂的制件，如腔体件、能获得厚度均匀的镀层，特别适合于形状复杂的制件，如腔体件、深孔件、盲孔件、管件内壁等表面施镀。深孔件、盲孔件、管件内壁等表面施镀。化学镀不需要外加电源，因而节省了电源设备的投资。化学镀

32、技化学镀不需要外加电源，因而节省了电源设备的投资。化学镀技术由于其工艺本身的特色和它得到的镀层表现出优异的性能，具有术由于其工艺本身的特色和它得到的镀层表现出优异的性能，具有极其广泛的应用。极其广泛的应用。目前在工业上应用最广的是化学镀镍，以次亚磷酸盐为还原剂的化目前在工业上应用最广的是化学镀镍，以次亚磷酸盐为还原剂的化学镀镍技术基本上涉及到工业各个领域。学镀镍技术基本上涉及到工业各个领域。化学镀原理 以次亚磷酸盐为还原剂化学镀镍的反应历程以次亚磷酸盐为还原剂化学镀镍的反应历程与此同时，与此同时，H+与与H-作用析出氢，降低了作用析出氢，降低了H2PO2-的利用率。上述反应的利用率。上述反应沉

33、积出来的镀层并非纯镍，它含有大约沉积出来的镀层并非纯镍，它含有大约3-15%的磷。的磷。用硼化物（硼氢化钠、胺基硼烷）作为还原剂也可进行化学镀镍，用硼化物（硼氢化钠、胺基硼烷）作为还原剂也可进行化学镀镍，其反应为其反应为镀层中含有硼化物。镀层中含有硼化物。化学镀原理 对于化学镀铜，常采用另一类还原剂，如甲醛，其反应为对于化学镀铜，常采用另一类还原剂，如甲醛，其反应为由于甲醛与由于甲醛与OH-的歧化反应，生成甲醇和甲酸，使还原剂消耗比理的歧化反应，生成甲醇和甲酸，使还原剂消耗比理论的多。铜的沉积也认为是论的多。铜的沉积也认为是H+与与Cu2+作用的结果。作用的结果。化学镀的反应必须在具有催化性能

34、的表面上进行，因此，原则上具化学镀的反应必须在具有催化性能的表面上进行，因此，原则上具有催化作用的金属才能进行化学镀。有催化作用的金属才能进行化学镀。化学镀原理通常次外层的通常次外层的d轨道上容易得到电子的金属能从其他物质上夺取电子，轨道上容易得到电子的金属能从其他物质上夺取电子，故容易化学吸附，有催化作用。故容易化学吸附，有催化作用。因此在周期表中，符合此条件的是具有催化作用的第因此在周期表中，符合此条件的是具有催化作用的第V族到第族到第VIII族族的过渡金属。的过渡金属。另外，另外，IIB族的铜、银、金虽与此条件不合，但是这些金属次外族的铜、银、金虽与此条件不合，但是这些金属次外d电子电子

35、跃迁到外层轨道所需的能量不大，故在跃迁到外层轨道所需的能量不大，故在d轨道上有可能造成电子空穴，轨道上有可能造成电子空穴，因而也有催化作用。因而也有催化作用。据此，可能进行化学镀的金属有据此，可能进行化学镀的金属有Fe、Co、Ni、Pd、Ir、Pt、Cu、Ag、Au、Cr等，它们的合金也可进行化学镀。甚至一些本来不能直接依等，它们的合金也可进行化学镀。甚至一些本来不能直接依靠自身催化而沉积出来的金属和非金属亦可夹在上述金属中，化学沉靠自身催化而沉积出来的金属和非金属亦可夹在上述金属中，化学沉积出合金层或复合镀层。积出合金层或复合镀层。化学镀优缺点化学镀具有许多优点：化学镀具有许多优点：无论零件

36、几何形状如何，均可得到均匀镀层；无论零件几何形状如何，均可得到均匀镀层；设备简单，操作方便，而且能镀特殊性能的膜；设备简单，操作方便，而且能镀特殊性能的膜；可在塑料、陶瓷、玻璃等非金属和半导体基体上进行。可在塑料、陶瓷、玻璃等非金属和半导体基体上进行。化学镀镍已应用于机械工业、汽车工业、电子工业，应用前景宽广。化学镀镍已应用于机械工业、汽车工业、电子工业，应用前景宽广。但是化学镀也有不少缺点：但是化学镀也有不少缺点：随着化学镀反应的进行，反应物浓度不断下降，反应速度随之下随着化学镀反应的进行，反应物浓度不断下降，反应速度随之下降，以致反应停止，金属离子未能充分利用；降，以致反应停止，金属离子未

37、能充分利用；镀液的稳定性、化学镀的速度与镀层密切相关，镀层质量不容易镀液的稳定性、化学镀的速度与镀层密切相关，镀层质量不容易控制；控制；对于非金属材料上的化学镀，还存在镀件表面预处理问题。对于非金属材料上的化学镀，还存在镀件表面预处理问题。对非金属电镀对非金属电镀随着近代科学技术和工业生产的不断发展，各种工程塑料、陶瓷、随着近代科学技术和工业生产的不断发展，各种工程塑料、陶瓷、玻璃、石英、玻璃钢等非金属材料，在越来越多的领域里得到广泛玻璃、石英、玻璃钢等非金属材料，在越来越多的领域里得到广泛地应用，但是，非金属材料存在不导电、不导热、不易焊接和易变地应用，但是，非金属材料存在不导电、不导热、不

38、易焊接和易变形等缺陷，不能满足某些产品的特殊要求。因此，往往对其进行某形等缺陷，不能满足某些产品的特殊要求。因此，往往对其进行某种表面加工处理，来赋予非金属制品的某种特殊理化性能，这就要种表面加工处理，来赋予非金属制品的某种特殊理化性能，这就要对非金属电镀，而其前处理的关键是制件表面导电膜的制备和金属对非金属电镀，而其前处理的关键是制件表面导电膜的制备和金属镀层与基体的结合力。镀层与基体的结合力。化学镀在其中占据重要的工艺程序。非金属材料制品在进行电镀以化学镀在其中占据重要的工艺程序。非金属材料制品在进行电镀以前，要经过多道工序处理，其中主要的工序是：机械处理前，要经过多道工序处理，其中主要的

39、工序是：机械处理 化学除化学除油油 化学粗化化学粗化 敏化敏化 活化活化 还原还原 化学镀。化学镀。塑料的金属化涂装塑料的金属化涂装要在塑料表面实现金属化涂装必须具备两个条件，要在塑料表面实现金属化涂装必须具备两个条件，(1)镀层与基底之镀层与基底之间不是简单的结合，而必须牢固、坚实，经久耐用；间不是简单的结合，而必须牢固、坚实，经久耐用；(2)外观及成本外观及成本必须符合使用要求。必须符合使用要求。塑料的金属化涂装一般以塑料的金属化涂装一般以ABS及其混合材料为基材，及其混合材料为基材，ABS是丙烯腈是丙烯腈单体单体(A)、丁二烯单体丁二烯单体(B)和苯乙烯单体和苯乙烯单体(S)共聚而得到，

40、共聚而得到，ABS实施全实施全属化涂装前先经过化学浸蚀，此时属化涂装前先经过化学浸蚀，此时B首先溶解，形成许多凹坑，而首先溶解，形成许多凹坑，而其他基料不具备这种特件，故其他基料不具备这种特件，故ABS塑料的金属化涂装仍占塑料的金属化涂装仍占95以上。以上。聚丙烯塑料要实现金属化涂装，必须采用以下方法：在聚丙烯中混聚丙烯塑料要实现金属化涂装，必须采用以下方法：在聚丙烯中混入丁二烯单体，然后经过化学浸蚀，这种球状微粒溶解而形成凹坑入丁二烯单体，然后经过化学浸蚀，这种球状微粒溶解而形成凹坑状微观粗糙面，使基底表面积大大增加，从而可实现金属化涂装。状微观粗糙面，使基底表面积大大增加，从而可实现金属化

41、涂装。塑料的金属化涂装塑料的金属化涂装ABS塑料金属化涂装的塑料金属化涂装的Futuron工艺：工艺：Futurcon 工艺：工艺：ABS成型品成型品检验检验(无变形、缺陷和气泡无变形、缺陷和气泡)除油除油赋予亲水性（加入少量表向活性剂）赋予亲水性（加入少量表向活性剂）粗化粗化六价铬还原六价铬还原预浸预浸Futuron活化活化Culink铜置换锡铜置换锡电镀。电镀。Futuron活化原理：活化原理：Futuron活化液中含有被氯化亚锡覆盖的钯锡胶活化液中含有被氯化亚锡覆盖的钯锡胶体复合物、这种胶体粒子带负电性，当活化时，即吸附于经粗化处体复合物、这种胶体粒子带负电性，当活化时，即吸附于经粗化处

42、理、具有极性基团的塑料表面上。胶体中的理、具有极性基团的塑料表面上。胶体中的Sn2+反应，锡被氧化为反应，锡被氧化为Sn4+，而铜被还原为而铜被还原为Cu+或金属铜，因而形成铜与钯胶体的连接。钯或金属铜，因而形成铜与钯胶体的连接。钯核上铜的积累使表面获得一个良好的导电层。导电层形成之后即可核上铜的积累使表面获得一个良好的导电层。导电层形成之后即可直接电镀酸性光亮铜。直接电镀酸性光亮铜。般般35min铜层即可完全覆盖，接着就可以铜层即可完全覆盖，接着就可以和一般金属和一般金属样进行电镀。样进行电镀。ABS塑料金属化涂装的新发展塑料金属化涂装的新发展 塑料电镀以塑料电镀以ABS塑料为主。自塑料为主

43、。自20世纪世纪60年代人们成功实现年代人们成功实现ABS塑料电塑料电镀以来塑料电镀基本上采用的工艺方法为：除油一粗化一六价铬还镀以来塑料电镀基本上采用的工艺方法为：除油一粗化一六价铬还原一预浸一钯锡活化一除去氢氧化锡一化学沉镍原一预浸一钯锡活化一除去氢氧化锡一化学沉镍(或铜或铜)一预镀一电镀。一预镀一电镀。该工艺存在该工艺存在 下问题：下问题：(1)采用了采用了PdSn贵金属；贵金属；(2)采用了采用了HCHO为还为还原剂，操作环境差，危害健康；原剂，操作环境差，危害健康；(3)采用了与铜相关的配体，废水处理采用了与铜相关的配体，废水处理困难。困难。鉴于化学镀铜的工艺控制和环境保护问题，人们

44、从鉴于化学镀铜的工艺控制和环境保护问题，人们从20世纪世纪80年代开始年代开始就进行取代化学镀铜的直接电镀工艺方法研究：美国、日本、德国等就进行取代化学镀铜的直接电镀工艺方法研究：美国、日本、德国等国家的研究部门均推出了自己的研究成果，主要以专利报道为主。特国家的研究部门均推出了自己的研究成果，主要以专利报道为主。特别是美国，提出了许多省略活化和化学镀的金属化工艺。该类工艺无别是美国，提出了许多省略活化和化学镀的金属化工艺。该类工艺无须化学镀而直接电镀。直接电镀工艺方法根据采用的导电性物质不同，须化学镀而直接电镀。直接电镀工艺方法根据采用的导电性物质不同，大致可分为三种：大致可分为三种：(1)

45、采用导电性高分子聚合物体系；采用导电性高分子聚合物体系；(2)采用采用PdSn体系；体系；(3)采用碳黑悬浮液体系。采用碳黑悬浮液体系。金属的阳极氧化金属的阳极氧化 处于一定介质条件下的金属，由于热力学上的不稳定性，总会自发处于一定介质条件下的金属，由于热力学上的不稳定性，总会自发地发生溶解或变为相应的钝化物，而为了防止金属腐蚀的发生，人地发生溶解或变为相应的钝化物，而为了防止金属腐蚀的发生，人们总是希望在金属表面生成钝化物。金属表面上钝化物的形成通常们总是希望在金属表面生成钝化物。金属表面上钝化物的形成通常可通过化学方法或电化学方法氧化得到，亦可通过铬酸盐处理、磷可通过化学方法或电化学方法氧

46、化得到，亦可通过铬酸盐处理、磷酸盐处理和草酸盐处理得到。酸盐处理和草酸盐处理得到。金属的阳极氧化是指通过电化学氧化使金属表面生成一层氧化物膜金属的阳极氧化是指通过电化学氧化使金属表面生成一层氧化物膜的过程。这种生成的氧化物膜依靠降低金属本身的化学活泼性来提的过程。这种生成的氧化物膜依靠降低金属本身的化学活泼性来提高它在环境介质中的热力学稳定性，从而达到作为金属制品防护层高它在环境介质中的热力学稳定性，从而达到作为金属制品防护层的目的。此外，阳极氧化得到的氧化物膜也可用于增加金属制品的的目的。此外，阳极氧化得到的氧化物膜也可用于增加金属制品的耐磨性和提高金属制品的绝缘性等。耐磨性和提高金属制品的

47、绝缘性等。金属阳极氧化原理金属阳极氧化原理 金属的阳极氧化是以金属作为阳极，根据电解条件的不同，可能经金属的阳极氧化是以金属作为阳极，根据电解条件的不同，可能经历下列几个不同的过程：历下列几个不同的过程：（1）金属的阳极溶解，如）金属的阳极溶解，如 Fe Fe2+2e（2）阳极表面形成极薄的阳极表面形成极薄的钝化膜。钝化膜。（3）阳极表面形成钝化膜的同时，伴随着膜的溶解，金属以高价离）阳极表面形成钝化膜的同时，伴随着膜的溶解，金属以高价离子的形式转入溶液中；同时，如果达到了氧的析出电势，则阳极还子的形式转入溶液中；同时，如果达到了氧的析出电势，则阳极还要析出氧气。要析出氧气。铝的阳极氧化铝的阳

48、极氧化 通过阳极氧化方法在铝及其合金表面形成的氧化物膜，不但具有良通过阳极氧化方法在铝及其合金表面形成的氧化物膜，不但具有良好的机械性能，而且耐蚀性和吸附涂料与颜料的能力都十分优异，好的机械性能，而且耐蚀性和吸附涂料与颜料的能力都十分优异，已在许多领域得到了应用。已在许多领域得到了应用。与金属表面氧化物膜的形成一样，氧化铝膜的形成不仅与电势有关，与金属表面氧化物膜的形成一样，氧化铝膜的形成不仅与电势有关，还与溶液的还与溶液的pH值有关，其有效的值有关，其有效的pH范田为范田为4.458.58之间。之间。铝及其合金的阳极氧化视生成的氧化膜用途的不同，铝及其合金的阳极氧化视生成的氧化膜用途的不同，

49、般可分为防般可分为防护装饰阳极化、电绝缘性阳极化、抗磨阳极化和氧化着色等。对于护装饰阳极化、电绝缘性阳极化、抗磨阳极化和氧化着色等。对于防护装饰型铝及其合金的阳极化，要求产生的氧化物膜达到防护装饰型铝及其合金的阳极化，要求产生的氧化物膜达到定厚定厚度以上才能具有一定的防护性能。度以上才能具有一定的防护性能。这类具有防护性能的厚的氧化物膜的形成，一般是在溶解能力高的这类具有防护性能的厚的氧化物膜的形成，一般是在溶解能力高的硫酸、铬酸、草酸或磷酸等电解液中实现的，在这些电解液中铝及硫酸、铬酸、草酸或磷酸等电解液中实现的，在这些电解液中铝及其合金的阳极氧化厚度有时可达到其合金的阳极氧化厚度有时可达到

50、500m。铝的阳极氧化铝的阳极氧化对于电绝缘型铝及其合金的阳极化，要求产生的氧化物膜薄且致密，对于电绝缘型铝及其合金的阳极化，要求产生的氧化物膜薄且致密，具有高的绝缘性，一般用作电解电容器的介电材料。这类氧化物膜具有高的绝缘性，一般用作电解电容器的介电材料。这类氧化物膜的形成一般是在溶解能力十分低的电解液，如硼酸、酒石酸、柠檬的形成一般是在溶解能力十分低的电解液，如硼酸、酒石酸、柠檬酸和其他弱酸或它们的盐溶液中实现的。酸和其他弱酸或它们的盐溶液中实现的。对于抗磨型铝及其合金的阳极化，要求产生的氧化物膜硬度高，耐对于抗磨型铝及其合金的阳极化，要求产生的氧化物膜硬度高，耐磨性好。这类氧化物膜一般可