1、11、电镀2、电刷镀电镀技术23第一部分 电镀技术w1、电镀的基本概念w2、电镀的基本原理与工艺w3、常用单金属电镀w4、合金电镀41、电镀的基本概念w 电镀：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。w 电镀具有工艺设备简单、操作方便、加工成本低、操作温度低等特点，是表面工程技术中最常用的方法之一。5不同溶液和工艺参数下得到的镀层，性能和用途也不同。按镀层的性能可将其分为三类：w 1、防护性镀层 在大气或其它环境下，可延缓基体金属发生腐蚀的镀层。如：钢铁基体上的锌和锌合
2、金镀层、镉镀层等。w 2、防护装饰性镀层 在大气环境中，既可减缓基体金属的腐蚀，又起到装饰作用的镀层，如：多层镍+铬，铜+镍+铬，铜+锡+铬，镍+钢+镍+铬等。63、功能性镀层w 能明显改善基体金属的某些特性的镀层：包括耐磨镀层，如镀硬铬；减摩镀层，如铅锡合金、锡、钴锡合金、银锡合金等；导电镀层，如银、金、金钴合金等；导磁镀层，如镍铁合金、镍钻合金、镍磷合金、镍一钴磷合金等；钎焊性镀层，如锡，铅合金、锡铈合金等；w 其它功能性镀层还有吸热镀层、反光镀层、防渗镀层、抗氧化镀层、耐酸镀层等。72 2、电镀的基本原理与工艺、电镀的基本原理与工艺8一、电镀溶液的基本组成w1主盐w2络合剂w3附加盐w4
3、缓冲剂w5阳极活化剂w6添加剂91主盐：w 是指镀液中能在阴极上沉积出来所要求镀层金属的盐；用于提供金属离子。w 镀液中主盐浓度必须在一个合适的范围。如主盐浓度升高，电流效率提高，金属沉积速度加快，镀层晶粒较粗，溶液分散能力下降。102络合剂：w 有些情况下，若镀液中主盐的金属离子为简单离子时，则镀层晶粒粗大；w 因此，要采用络合离子的镀液。络合离子能络合主盐中的金属离子形成络合物。络合物是由简单化合物相互作用而形成的“分子化合物”。w 络合离子中，中心离子占据中心位置，配位体配位于中心离子的周围。由于中心离子与配位体结合牢固，络合离子在溶液中离解程度不大，仅部分离解，它比简单离子稳定，在电解
4、液中有较大的阴极极化作用。113附加盐：w 指电镀液中除主盐外的某些碱金属或碱土金属盐类；w 主要用于提高电镀液的导电性，对主盐中的金属离子不起络合作用。w 有些附加盐还能改善镀液的深镀能力、分散能力，产生细致的镀层。124缓冲剂w 缓冲剂是指用来稳定溶液酸碱度的物质。这类物质一般是由弱酸、弱酸盐或弱碱、弱碱盐组成的，能使溶液在遇到碱或酸时，溶液的pH值变化幅度缩小。w 任何缓冲剂都只在一定的pH值范围内才有较好的缓冲作用，超过了pH值范围，它的缓冲作用较差或没有缓冲作用。135阳极活化剂：w 镀液中能促进阳极活化的物质称为阳极活化剂。w 阳极活化剂的作用能提高阳极开始钝化时的电流密度，从而保
5、证阳极处于活化状态而能正常溶解。146添加剂：w 是指不会明显改变镀层导电性，而能显著改善镀层性能的物质。w 根据在镀剂中所取的作用，添加剂可分为：光亮剂、整平剂、润湿剂和抑雾剂等。15二、电镀反应w 图6-1是电镀过程原理图，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联接。阳极与阴极均浸入镀液中。w 当在阴阳两极间施加一定电压时，则在阴极发生还原反应：即从镀液内部扩散到电极和镀液界面上的金属离子Mn+从阴极上获得n个电子，被还原成金属M。161、阴极反应与阳极反应w 即阴极反应为：w 另一方面，在阳极则发生与阴极完全相反的反应，即阳极界面上发生金属离子的溶解，释放n个电
6、子而生成金属离子Mn+。w 因此、阳极反应为：w 上述电极反应是电镀反应中最基本的反应。这类由电子直接参加的化学反应，称为电化学反应。MneMnnMneM17四、影响镀层质量的因素1镀液的影响2电镀规范的影响3析氢的影响4基体金属的影响181镀液的影响w 依据金属离子的存在形式可把电镀溶液分为简单盐镀液和络合物镀液。w 简单盐镀液 一般来说，主要金属离子为简单离子的镀液，其阴极极化作用不大，镀层的结晶较粗，镀液的分散能力较差；w 络合物镀液 阴极极化作用较大，所得镀层结晶细致紧密，镀液的分散能力也较好。19主盐浓度的影响w 镀液中的主盐浓度高时，电沉积过程中的浓差极化小，晶核形成速度降低，长大
7、速度快；所得镀层晶粒较粗。这种影响在简单盐镀液中尤为明显。w 主盐浓度过低时，尽管对提高镀液的分散能力有利，但镀液允许的电流密度小。此时、镀液中的导电盐可提高其导电性，增加阴极极化，对获得结晶细致的镀层有利。20镀液中杂质离子的影响w 在生产过程中，由于零件的进出而带入水、带出溶液、阴极和阳极上的化学反应导致溶液中各主要成分间的比例、镀液的pH值、添加剂的含量等在不断变化，w 阳极和阴极非导电区的溶解造成镀液中杂质离子的不断积累，这些因素都会对镀层的性能产生不利影响，w 因而对电镀溶液要加强维护与管理。特别是要定期分析和调整各组分的含量，对溶液采取连续过滤、定期分析和除杂处理。212电镀规范的
8、影响w 任何一种电镀溶液，对其操作温度和允许使用的阴极电流密度都有一定的限制。w 而温度和电流密度间又存在相互影响。升高镀液温度有利于提高离子的扩散速度，加快向放电形式的转化，因而将使镀层晶粒变粗。w 提高电流密度，必然增大阴极极化作用，使镀层致密，沉积速度加快，但过高的浓差极化会导致边角部位镀层变粗乃致烧焦。22w 对某些镀液，使用的电流波形对镀层的质量有显著的影响。w 而周期性地改变直流电流的方向，可去除镀层上的毛刺等，使镀层均匀、平整、光亮，但它仅使用于对杂质不太敏感的镀液。w 搅拌可使电解液产生流动，有利于提高阴极的允许电流密度，提高生产效率，但将使镀层结晶变粗。233析氢的影响w 在
9、任何一种电解液中，在金属电沉积的同时都存在有氢离子的放电并析出氢气，w 析出的氢有时会进入镀层或基体金属体内，使金属的晶格歪扭，内应力增大，从而导致镀层脱落或使镀件脆裂。w 吸附在基体金属内的氢，在镀件的存放或使用过程中，由于环境温度的升高，会慢慢从基体中释放出来而导致镀层鼓泡。w 而氢气在阴极上析出时，经常呈气泡状粘附在阴极的表面，从而阻止金属在这些地方的沉积，产生针孔。244基体金属的影响w 基体金属的化学性质与其和镀层之间结合力密切相关。在某些电解液中，如果基体金属的电位负于镀层金属，若不用其它镀层过渡，就不容易获得结合力良好的镀层。w 铸造件和粉末冶金件的表面往往是凹凸不平且多孔的，零
10、件内孔易积留预处理的溶液，镀件表面经过一段时间会出现黑色的斑点。w 此外，零件在电镀前的脱脂、除锈是否彻底，也将严重影响镀层的性能。25三、电镀的工艺过程w 通常，电镀的工艺过程包括：1.镀前处理、2.电镀、3.镀后处理三大步。262728镀前处理w镀前处理包括抛光或打磨、脱脂、除锈、活化等多道工序。w镀前处理质量直接影响到镀层与基体间的结合力和镀层的完整性。29镀后处理w 镀后处理则关系到镀层的防护性和装饰性效果。镀后处理包括钝化和浸膜。w 钝化是在新镀出的镀层表面人为地形成一层致密的氧化物膜，使镀层金属与空气隔绝，以提高镀层的防护性和装饰性。w 浸膜是在镀后的零件表面浸涂一层有机或无机高分
11、子膜，以提高镀层的防护性和装饰性。303、常用单金属电镀w一、镀锌w 锌是一种银白色的两性金属，相对原子质量是65.38，密度为7.17g/cm3，熔点420。锌的标准电极电位为-0.76V。w 在大气环境中，纯锌表面易形成一层致密的氧化物薄膜，该膜阻止了内层锌的进一步氧化，使它在空气中的稳定性大大提高。31镀锌层的特点w 锌镀层纯度很高，属阳极性镀层。锌层对钢铁基体在起到机械保护作用的同时，还可以起到电化学保护作用。w 此外，锌在地球上的蕴藏量较丰富，而且提炼方便。w 因此，锌镀层被广泛用于机械、五金、电子、仪器仪表、轻工等方面，是应用最为广泛的镀种之一，约占总电镀量的的60%。32镀锌层的
12、防护能力与镀层厚度有关w 镀层越厚。防护性越强。通常镀锌层分为三级，w 一级镀锌层的厚度在25um以上，主要用于军工行业；w 二级镀锌层的厚度为1520um，主要用于机械、轻工等产品；w 三级镀锌层的厚度为8-10um，在五金、电子、仪器仪表等行业应用最为普遍。33镀锌溶液分为碱性镀液、中性或弱酸性镀液和酸性镀液三类。w 碱性镀液有氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、焦磷酸盐镀锌等。w 中性或弱酸性镀液有氯化物镀锌、硫酸盐镀锌等；w 酸性镀锌有硫酸盐镀锌、氯化物镀锌等。其中以氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌最为常用。34镀锌层的钝化处理w 为了进一步提高镀锌层的防护能力，同时使其外观更具装饰
13、性，通常要在其表面人为地形成一层致密的氧化膜，这一过程即称之为钝化处理(或称铬酸盐处理)。w 钝化处理的溶液以六价铬为主要成分，辅之以其它的无机酸或其盐。改变钝化溶液的辅助成分及其浓度，可以得到白色或蓝白色、彩色、黑色、绿色等色调的钝化膜。35w 这种钝化膜有六价铬、三价铬、锌离子等成分组成，具有一定的憎水性。w 钝化膜中的六价铬在膜层受损时可对受损部位进行再钝化，使钝化膜恢复完整。w 因此，经过钝化后的镀锌层的防护性较裸锌层有很大提高，因钝化膜的厚度不同，其提高的程度也不相同，一般为38倍。36二、镀铬w 铬是稍带蓝色的银白色金属。铬的原子量为52，电解镀的密度为6.97.l(g/cm3)，
14、熔点1890，硬度7501050HV。铬未钝化时的标准电极电位为0.74V，比铁负。w 但铬在空气中表面极易钝化，钝化后的电位为+1.36V。w 因此，对钢铁基体而言，铬镀层属阴极性镀层，仅能起到机械保护作用。37按照镀铬层的用途可将镀铬分为装饰性镀铬和功能性镀铬两种w 装饰性镀铬是在光亮的底层上镀上0.252um的铬层。以提高零件的装饰性，底层一般是经抛光或电沉积的光亮镀层如铜一锡合金、光亮镍层等。w 该镀铬层广泛应用于仪器、仪表、日用五金、家用电器、飞机、汽车、摩托车、自行车等的外露部件上。38功能性镀铬w 功能性镀铬则包括镀硬格、松孔铬（多孔铬）、黑铬、乳白铬等。w 硬铬层主要用于各种测
15、量卡、量规、切削工具和各种类型的轴上，利用硬铬层的表面硬度来提高其使用寿命。w 松孔铬主要用于内燃机气缸内腔、活塞环等上，利用其微孔中夹入的润滑油来提高零件的耐磨性。w 黑铬则用于需要消光而又耐磨的零件上，如航空仪表、光学仪器、照相器材等；w 乳白格主要用于各种量具上。39三、镀金w 金是一种黄色金属，具有极高的化学稳定性。w 金原子有一价和三价两种价态，一价金的标准电位为+1.68V，三价金的标准电位为+1.50V，w 对钢、铜、银及其合金而言，金镀层为阴极性保护镀层。4041w 金镀层具有极好的耐蚀性、导电性和抗高温性，它广泛应用于精密仪器仪表、印制线路板、集成电器、电子管壳、电接点等，要
16、求电参数性能长期稳定的零件上。w 此外，首饰、钟表零件、艺术品等的镀层，也占有相当的比例。42w 工业上常用的镀金溶液有碱性氰化物镀液、酸性、中性镀液等。比较而言，使用最普遍的还是氰化物镀液。w 在工业化生产中，为了降低零件的造价，节约生产成本，提高金镀层的装饰性效果如光亮度、整平性等，一般在镀金前需镀上一层或多层底层。作为镀金层的底层，使用最多的是光亮镍层。43三、合金镀层及其应用w 迄今为止，国内外已研究的电镀合金已超过240种，但在生产上实际应用的还不到40种。w 根据合金镀层的特性及其应用范围，合金镀层一般被分为防护性合金镀层、装饰性合金镀层和功能性合金镀层三大类。44第二部分、电刷镀
17、技术45电刷镀的基本概念w 电刷镀是在被镀零件表面局部快速电沉 积金属镀层的技术，w 其本质上是依靠一个与阳极接触的垫或刷提供电镀需要的电解液的一种电镀形式。w 电刷镀也称选择电镀、笔镀、涂镀、擦镀、无槽镀等。46与槽镀（即常规电镀）相比，电刷镀具有以下优点：w 设备简单，携带方便。不须要大的镀槽设备。w 工艺简单，操作方便，凡镀笔能触及到的地方均可电镀，特别适用于不解体机件的现场维修和野外抢修。w 镀层种类多，与基体材料的结合力强，力学性能好，能保证满足各种维修性能的要求。w 沉积速度快，但须采用高电流密度进行操作。w 电刷镀的缺点是劳动强度大，消耗镀液较多，消耗阳极包缠材料。47w 修复因
18、机械磨损、腐蚀、加工等原因造成的零件表面缺陷（凹坑、蚀斑、孔洞和划伤等）、零件表面尺寸和零件形状与位置精度的超差。w 对零件材料表面进行强化处理，用以提高零件表面的硬度、耐磨性、减摩性、抗氧化能力等。w 对零件材料表面进行改性处理，改性内容包括导电性能、导磁性能、热性能、光性能、防护性能、耐蚀性能、钎焊性能等。w 与其他表面技术复合对零件材料表面进行处理。这些年来，电刷镀技术在许多工业部门已得到较为广泛的应用，取得了很大的经济效益。4849一、基本原理w 电刷镀是从槽镀技术上发展起来的一种新的电镀方法，w 其原理和电镀原理基本相同，也是一种电化学沉积过程，50刷镀的工作原理w 刷镀时工件与专用
19、直流电源的负极相连，镀笔上的阳极与正极相连，阳极上的包套蘸上专用电解液，工件与镀笔作相对运动，电解液中的金属离子在工件（阴极）表面得到电子后沉积，形成刷镀层。5152w 随着刷镀时间的延长，镀层逐渐增厚，直至达到需要的厚度。w 由于刷镀时镀笔与工件作相对运动，专用电解液中金属离子浓度较高，可使用较大电流密度，因此镀层的沉积速度较快。53二、电刷镀设备w电刷镀设备由1.专用直流电源、2.镀笔3.供液、集液装置组成。541专用直流电源 电刷镀专用直流电源不同于其他种类电镀使用的电源，由整流电路、正负极性转换装置、过载保护电路及安培计（或镀层厚度计）等几部分组成。（1）整流电路。用于提供平稳直流输出
20、，输出电压可无级调节，一般范围为030V，输出电流为0150A。（2）正负极性转换装置。用于满足电刷镀过程中各工序的需要，可任意选择阳板或阴极的电解操作。55w（3）过载保护电路。用在刷镀过程中，当电流超过额定值后，快速切断主电源，以保证电源和零件不会因短路而烧坏。w（4）安培计。用于在动态下计量电刷镀消耗的电量，从而能精确地控制镀层厚度。562镀笔w 镀笔是电刷镀的重要工具，主要由阳极、绝缘手柄和散热装置组成，图3-7是其结构图。w 根据需要电刷镀的零件大小与尺度的不同，可以选用不同类型的镀笔。w图3-7 镀笔结构图w1-阳极 2-“O”型密封圈 w3-锁紧螺帽 4-散热器体 w5-绝缘手柄
21、 6-导电杆 w 7-电缆线插座 57（1）阳极材料w 刷镀阳板材料要求具有良好的导电性，能持续通过高的电流密度，不污染镀液，易于加工等。w 通常使用高纯石墨、铂铱合金及不锈钢等不溶性阳极。58（2）阳极形状。w 根据被镀零件的表面形状，阳极可以加工成不同形状，如圆柱、圆棒。月牙、长方、半圆、细棒和扁条等（见图 38），其表面积通常为被镀面的三分之一。59（3）阳极的包裹。w 阳极需用棉花和针织套进行包裹，以贮存刷镀用的溶液（包括电镀液。酸洗液及脱脂液），防止阳极与被镀件直接接触，过滤阳极表面所溶下的石墨粒子。w 棉花最好选用纤维长、层次整齐的脱脂棉。套管材料要求有良好的耐磨性、吸水性，不会污
22、染镀液，可选用涤纶或人造毛材料。w 包裹时厚度要适当，过厚或太薄都不好，过厚将会使电阻增大，刷镀效率降低；太薄则镀液贮存量太少，不利于热的扩散，造成过热，影响镀层质量。最佳包裹厚度要根据不同阳极而定。（4）绝缘手柄。绝缘手柄套在用紫铜作的导电杆外面，常用塑料或胶木制作。导电杆一头连接散热片，另一头与电源电缆接头连接。（5）散热片。由于刷镀过程中产生大量热量，故镀笔上需要安装散热片。通常散热片选用不锈钢制作，尺寸较大的镀笔亦可选用铝合金制作。61（6）镀笔的使用和保养w 电刷镀过程中应专笔专用，且不可混用。w 镀笔和阳极在使用过程中切勿被油脂等污染。w 阳极包套一旦发现磨穿，应及时更换，以免阴阳
23、两极直接接触发生短路。w 用毕镀笔，应及时拆下阳极，用水冲洗干净，并按镀种分别存放保管，不能混淆。623供液、集液装置w 刷镀时，根据被镀零件的大小，可以采用不同的方式给镀笔供液，如蘸取式、浇淋式和泵液式，关键是要连续供液，以保证金属离子的电沉积能正常进行。w 流淌下来的溶液一般采用塑料桶、塑料盘等容器收集，以供循环使用。63三、电刷镀溶液w电刷镀所用的溶液品种很多，根据其作用可分为四大类：1.预处理溶液2.电镀溶液3.钝化液4.退镀液64（1）预处理溶液w 预处理溶液包括电净液和活化液。w 电净液的作用是用电化学方法去除被镀零件表面的油污。电净液以磷酸三钠为主体，另加氢氧化钠、碳酸钠等。溶液
24、呈碱性，对任何金属材料表面都有脱脂净化作用 w 活化液的作用是用化学腐蚀和电解腐蚀的方法，去除被镀零件表面的氧化膜和锈斑，使其露出金属本身组织。一般活化液都是酸性水溶液，具有较强的去除金属氧化物的能力。65（二）电刷镀溶液w电刷镀使用的金属镀液很多，有上百种，根据获得镀层的化学成分可分为三类：1.单金属镀液、2.合金镀液、3.复合金属镀液。66电刷镀镀液具有如下特点：w 金属离子含量高、导电性好；w 大多数镀液是金属络合物水溶液；w 镀液在工作过程中性能稳定，金属离子浓度和溶液的pH值变化不大；镀液的分散能力和覆盖能力较好；镀液无毒、不燃、无爆、腐蚀性小；添加剂种类少、用量少；镀液由专业厂生产
25、、可长期存放。673钝化液w 用于在铝、锌、镉等金属表面生成能提高表面耐蚀性的钝态氧化膜的溶液。w 常用的有铬酸盐、硫酸盐及磷酸盐等的溶液。684退镀液w 用于退除镀件表面不合格镀层、多余镀层的溶液。退镀一般是采用电化学方法进行，在反向电流（镀件接正极）下操作。退镀液的品种较多，成分较为复杂，主要由不同的酸类、碱类、盐类、金属缓蚀剂、缓冲剂和氧化剂等组成。使用时应注意防止退镀液对基体的过腐蚀。69四、电刷镀工艺w 电刷镀一般工艺过程主要包括镀前预处理、镀件刷镀和镀后处理三大部分，每个部分又包含几道工序。操作过程中，每道工序完毕后需立即将镀件冲洗干净。70（一）镀前预处理w l表面整修w 待镀件
26、的表面必须平滑，故镀件表面存在的毛刺、锥度、不圆度和疲劳层，都要用切削机床精工修理，或用砂布、金相砂纸打磨，以获得正确的几何形状和暴露出基体金属的正常组织，一般在修整后的镀件表面粗糙度度Ra应在5um以下。对于镀件表面的腐蚀凹坑和划伤部位，可用油石、细挫、风动指状或片段状砂轮进行开槽修形，使腐蚀坑和划痕与基体表面呈圆滑过渡。通常修形后的宽度为原腐蚀凹坑宽度的两倍以上。对于狭而深的划伤部位应适当加宽，使镀笔可以接触沟槽、凹坑底部。712表面清理w 表面清理指采用化学及机械的方法对镀件表面的油污、锈斑等进行清理。w 当镀件表面有大量油污时，先用汽油、煤油、丙酮或乙醇等有机溶剂去除绝大部分油污，然后
27、再用化学脱脂溶液除去残留油污，并用清水洗净。w 若表面有较厚的锈蚀物，可用砂布打磨、钢丝刷刷除或喷砂处理，以除去锈蚀物。w 对于表面所沾油污和锈斑很少的镀件，不必采用上述处理方法而直接用电净法和活化法来清除油污和锈斑。723电净处理w 电净处理就是电解脱脂。w 刷镀中对任何基体金属都用同一种脱脂溶液，只是不同的基体金属所要求的电压和脱脂时间不一样。w 电净时一般采用正向电流（镀件接负极），对有色金属和对氢脆特别敏感的超高强度钢，采用反向电流（镀件接正极）。w 电净后的表面应无油迹，对水润湿良好，不挂水珠。734活化处理w 活化处理用以去除镀件在脱脂后可能形成的氧化膜并使镀件表面受到轻微刻蚀而呈
28、现出金属的结晶组织，确保金属离子能在新鲜的基体表面上还原并与基体牢固结合，形成结合强度良好的镀层。w 活化时，一般采用阳极活化（镀笔接负极）。74（二）镀件刷镀w 1刷镀打底层w 由于刷镀层在不同金属上结合强度不同，有些刷镀层不能直接沉积在钢铁上，故针对一些特殊镀种要先刷镀一层打底层作为过渡，厚度一般为0.001mm0.01mm。常用的打底层镀液有以下几种：w （1）特殊镍或钴镀液。用于一般金属、特别是不锈钢、铬、镍等材料和高熔点金属作为打底层，以使基体金属与镀层有良好的结合力。酸性活化后可不经水清洗，在不通电条件下用特殊镀镍液擦试待镀表面，然后立即刷镀特殊镍。w（2）碱铜镀液。碱铜的结合比特
29、殊镍差，但镀液对疏松的材料（如铸钢、铸铁）和软金属（如锡、铝等）的腐蚀性比特殊镍小，所以常作为铸钢、铸铁、锡、铝的打底层。w（3）低氢脆镉镀液。对氢特别敏感的超高强度钢，经阳极电净、阴极活化后，用低氢脆镉作打底层，可以提高镀层与基体的结合强度并避免渗氢的危险。762刷镀工作镀层w 工作镀层是一种表面最终刷镀层，其作用是满足表面的力学性能、物理性能、化学性能等特殊要求。w 根据镀层性能的需要来选择合适的刷镀溶液。例如用于耐磨的表面，工作镀层可以选用镍、镍-钨和钴-钨合金等。对于装饰表面，工作镀层可选用金、银、铬、半光亮镍等。对于要求耐腐蚀的表面，工作镀层可选用镍、锌、铜等。77（三）镀后处理w
30、刷镀完毕要立即进行镀后处理，w 清除镀件表面的残积物、如水迹、残液痕迹等，w 采取必要的保护方法，如烘干、打磨、抛光、涂油等，以保证刷镀零件完好如初。78第三部分、化学镀技术79化学镀的基本概念w 化学镀：又称为无电解镀，指在无外加电流的状态下、借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。80w 化学镀技术具有悠久的历史，但以往由于镀层的性能和电镀溶液较昂贵等方面的原因。工业化应用受到较大限制。w 自70年代以来，化学被在镀层结合力、直接镀取光亮镀层和镀液的使用寿命等方面取得了突破性进展，使用成本大幅度降低，w 因此在工业上得到越来越广泛的应用。81一、化学
31、镀的原理与特点w 化学镀是一个在催化条件下发生的氧化一还原反应过程。w 化学镀溶液由金属离子、络合剂、还原剂、稳定剂、缓冲剂等组成。w 化学镀能够顺利实施的必要条件是金属的沉积反应只发生在具有催化作用的工件表面，溶液本身相对稳定，自发发生氧化一还原反应速度极慢，以保证溶液在较长的时间内不会因自然分解而失效。82与电镀不同的是，在化学镀中，溶液内的金属离子是依靠得到由还原剂提供的电子而还原成相应的金属的。w 完成化学镀的过程有三种方式：w（1）置换沉积 利用被镀金属的(沉积)电位比沉积金属负，将沉积金属离子从溶液中置换在工件表面上。其化学反应可表述为：w Me1Me2n+Me2Me1m+w 溶液
32、中金属离子被还原沉积的同时，伴随着基体金属的溶解，当基体金属表面被沉积金属完全覆盖时，反应即自动停止厂所以，采用这种方法得到的镀层非常薄。83（2）接触沉积w 利用电位比被镀金属高的第三金属与被镀金属接触让被镀金属表面富积电子，从而将沉积金属还原在被镀金属表面。w 其化学反应实际上与置换沉积相同，只是Me1不是基体金属，而是第三金属。其缺点是第三金属离子会在溶液中积累。84（3）还原沉积w 利用还原剂被氧化时释放出的自由电子，把沉积金属还原在镀件表面；其反应过程可表述为：w Men+Re Me+OX w 式中，Me为沉积金属，Re表示还原剂，OX表示氧化剂。85w 一般意义上的化学镀主要是指这
33、种还原沉积化学镀。它只在具有催化作用的表面上发生。w 如果沉积金属（如镍。铜等）本身就是反应的催化剂，该化学镀过程就称为自催化化学镀，它可以得到所需的镀层厚度。w 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，一旦催化表面被沉积金属覆盖，沉积反应就会自动终止，所以只能获得有限厚度的镀层。86化学镀的优点w 与电镀相比，化学镀的优点是不需要外加直流电源、不存在电力线分布不均匀的影响，因而无论工件的几何形状多复杂，各部位镀层的厚度都是均匀的；w 只要经过适当的预处理，它可以在金属、非金属、半导体材料上直接镀覆；得到的镀层致密，孔隙少、硬度高，因而具有极好的化学和物理性能。8788w 由于在化
34、学镀过程中，还原剂参与了整个化学沉积过程，并有少量沉积于镀层中，因而对镀层的性能有着显著的影响。w 还原剂是化学镀溶液中的主要成分之一，除应具有较强的还原作用外，还应不使催化剂中毒。化学镀溶液常用的还原剂有次磷酸盐、甲醛、硼氢化物、胺基硼烷及其衍生物等。89w 化学镀技术在化工、电子、石油等工业中有着极为重要的地位，但因溶液的稳定性较差，溶液的维护、调整和再生都比较麻烦，生产成本较高等因素而限制了它在其它工业中的应用。w 目前，用化学镀的方法能获得镍、铜、银、金、钴、锡、钯、铂等单金属镀层和合金镀层，并已在工业生产中应用。其中，以化学镀镍、化学镀铜应用最为普遍。90二、化学镀镍w 化学镀镍层结
35、晶细致、孔隙率低。硬度高，磁性好，目前已广泛用于电子、航空、航天、化工、精密仪器等工业中。w 如用非金属材料制成的零件经化学镀镍后电镀一层装饰层，已在汽车、家电、日用工业品中大规模应用；91w 化学镀镍层的高防腐性和硬度及其对化工材料的稳定性使其在化工用泵、压缩机、阀等产品部件上的地位越来越高；w 在核工业航空航天工业中的应用也越来越广；w 化学镀镍层优异的磁性能使其在计算机光盘生产中也得到大规模应用。92化学镀镍使用的还原剂有次磷酸盐、肼、硼氢化钠和二甲基硼烷等。w 采用次磷酸盐作还原剂的化学镀镍层一般含有质量分数为412的磷，人们习惯称之为化学镀镍磷合金镀层；w 以硼氢化物或胺基硼烷为还原
36、剂得到的镀层含质量分数为025的硼，一般称之为化学镀镍硼合金；w 而以肼为还原剂的镀层纯度高达99.5。w 由于硼氢化钠和二甲基胺基硼烷价格较贵，因而使用较少，国内生产上大多采用次磷酸钠作还原剂。93镍的沉积过程w 以次磷酸盐作还原剂的化学镀镍溶液分为酸性和碱性两大类。w 在化学镀镍的过程中，镍的沉积过程为w 232222322223222HHNiPNiPPOHOHHPOHHNiHNiHHHPOOHPOH94w 由溶液中沉积出来的化学镀镍层是一种非晶态镀层，呈层叠的薄片状，如图77所示。此时镀层的硬度、矫顽磁力较低。电阻率较高。95w 经过一定温度下热处理后，镀层转变为晶型组织，镀层的硬度和矫
37、顽磁力均会呈现大幅度提高；而电阻率则明显下降。w 化学镀镍磷合金镀层的物理化学性能除与镀层中的含镍量有关外，还受到工艺条件等多方面因素的影响。96第四部分 复合镀技术97复合镀基本概念w 在电镀或化学镀溶液中加入非溶性的固体微粒，并使其与主体金属共沉积在基体表面；w 或把长纤维埋入或卷缠于基体表面后沉积金属，形成一层金属基的表面复合材料的过程称为复合电镀，也叫弥散镀或分散镀。w 所得镀层称为复合镀层或弥散镀层。98w 复合镀起源于20世纪20年代，但受到人们的重视并获得迅猛发展则是从70年代开始的。w 复合镀层由基质金属与分散微粒或埋置纤维两相组成，两相之间存在明显的界限。w 与单纯的金属基镀
38、层相比，复合镀层在耐蚀性、耐磨性、润滑性、表面外观及其它功能方面都有着非常显著的提高。w 因此，人们可根据不同的用途来选择基质金属和分散微粒或埋置纤维。99一、复合镀的基本原理w 复合镀按沉积方法的不同可分为三种，即：w 1）以微粒子为弥散相。使之悬浮于镀液中进行电沉积或化学沉积。这种方法称为弥散沉积法。w 2）粒子大或重时，让粒子先沉积于基体表面，再用析出金属填补粒子间隙，这种方法称为沉积共析法。w 3）把长纤维埋入或卷缠于基体表面后进行沉积，这种方法称为埋置沉积法。w 习惯上把前两种方法称为复合镀，而把后一种方法称为纤维强化复合镀。100复合镀的过程是物理过程和化学过程的有机结合。w 一般
39、认为，弥散复合电镀时，微粒与金属共沉积过程分为：w 1、镀液中的微粒向阴极表面附近输送、w 2、微粒吸附于被镀金属表面，w 3、金属离子在阴极表面放电沉积形成晶格并将固体微粒埋入金属层中几个步骤。w 共析出的粒子在沉积的金属中形成不规则分布的弥散相。在纤维强化复合镀中，卷缠的长纤维呈现有规则的排列。化学镀同样可以制备高质量的复合镀层。w 微粒向阴极表面附近的输送主要取决于镀液的搅拌方式和强度，以及阴极的形状和排布状况。w 微粒在阴极表面的吸附受到微粒与电极间作用力等各种因素的影响，如微粒和电极的特性、镀液的成分和性能以及电镀的操作条件等；w 一般来说，只有在微粒周围的金属层厚度大于微粒粒径的一
40、半时，才认为微粒已被金属嵌入。w 因此，微粒在阴极表面的吸附程度、流动的溶液对阴极上微粒的冲击作用、金属电沉积的速度等都会对微粒在基质金属中的嵌入产生影响 102w 要制备理想的复合镀层。微粒和纤维不仅要求自身稳定，而且还应不促使镀液分解。w 微粒的粒径或纤维的直径要适当，常为0.1-10um，但以0.53um最好。w 此外，适当的搅拌也必不可少。103二、复合镀层的种类及应用w 原则上，凡可镀覆的金属均可作为主体金属来制备复合镀层，但研究和应用较多的只有镍、钴、铬、铜、锌、金、银等，w 而作为固体微粒主要有两类，一类是提高镀层耐磨性的高硬度、高熔点微粒如氧化铝、氧化锆；碳化硅、碳化钨、金刚石
41、等；w 另一类是提供自润滑特性的固体润滑剂微粒，如石墨、二硫化钼。聚四氟乙烯、氟化石墨等。104复合镀的主要用途w 复合镀的主要用途在于提高镀层的耐蚀性、耐磨性、润滑性、改进表面外观和提高其它功能特性。w 过去，装饰性镀层都是镜面光亮的，在光照下特别耀眼，已越来越不受欢迎。采用复合镀技术可较好地解决这一问题。w 方法之一是：在光亮镀镍溶液中加入粒径15um的硫酸钡，二氧化硅之类的粒子形成亚光镍镀层；w 方法之二是：或在镀液中添加温度升高后可分解形成乳状液的表面活性剂以形成无光镀层。后者得到的镀层均匀微细，显示出绒状外观。这种镀层在音频零件、汽车内装零件、视频零件上应用普遍。106w 耐磨性复合
42、镀层大多用镍镀层作基体。此外，还有铜、铁。铬、钴和镍一磷合金等，w 弥散粒子般是硬度较高的材料如SiC、BN、氧化铝、金刚石等。这种复合镀层在发动机气缸。砂轮、研磨机。牙科用磨削针等上应用普遍。107金刚石复合复合镀镀滚轮 108化学镀NiPSiC复合涂层w 图78给出了化学镀NiPSiC复合涂层的表面形貌。由该图可见，获得的镀层组织均匀致密，特别是其中的SiC颗粒（图中微细的黑色颗粒）分布均匀。可见。化学镀也可以获得非常均匀的复合镀层。109w 润滑性也是复合镀层的一大特性。w 以镍或铜为基质金属，二硫化钼、石墨、氟化石墨、聚四氯乙烯（PTFE）等为弥散粒子的复合镀层，摩擦系数很低；在轴承、轴、气缸、齿轮等上应用最多，特别适用于容易发生热胶着的金属之间的组合。110各种复合镀层w 镍一PTFE复合镀层对塑料、橡胶的成型用金属模的脱模性良好；w 锌二氧化硅复合镀层可改善涂膜的附着性能；w 镍一磷一碳化硅复合镀层在高温时能改善耐磨性，用于连续铸造用的模型；w 镍一铝复合镀层可改善耐热性；w 镍-荧光染料复合镀层可提高装饰性。w 此外，用复合镀还可获得导电性、防止反射性、触化活性、多孔性等功能。
