材料改性技術(shù) 第4章

1、第第 4 章章 電鍍與化學(xué)鍍電鍍與化學(xué)鍍金屬電沉積的步驟。金屬電沉積的步驟。電流效率的涵義及求法。電流效率的涵義及求法。影響電流與金屬在陰極分布情況的主要因素。影響電流與金屬在陰極分布情況的主要因素?；瘜W(xué)鍍的原理、特點及應(yīng)用?；瘜W(xué)鍍的原理、特點及應(yīng)用。本章重點本章重點電鍍裝置電鍍裝置陽極：陽極：欲鍍金屬材料欲鍍金屬材料陰極：陰極：被鍍物被鍍物電鍍液：電鍍液：含欲鍍金屬離子的溶液含欲鍍金屬離子的溶液4.1 電鍍技術(shù)簡介電鍍技術(shù)簡介 定義：定義：通過電化學(xué)方法通過電化學(xué)方法在固體表面沉積平滑致在固體表面沉積平滑致密的金屬或合金覆蓋層密的金屬或合金覆蓋層的過程。的過程。電鍍技術(shù)的用途電鍍技術(shù)的用途

2、增強(qiáng)耐蝕、耐磨性增強(qiáng)耐蝕、耐磨性鍍鋅鋼板鍍鋅鋼板鍍鎳軸承鍍鎳軸承 改善外觀質(zhì)量改善外觀質(zhì)量裝飾性鍍層裝飾性鍍層 賦予功能特性賦予功能特性印刷電路板鍍銅印刷電路板鍍銅/鍍金鍍金磁盤鍍鐵鎳合金磁盤鍍鐵鎳合金 材料的可控制備材料的可控制備天津大學(xué)姚素薇教授課題組研制的納米金屬多層膜天津大學(xué)姚素薇教授課題組研制的納米金屬多層膜鍍層的分類鍍層的分類 按用途按用途耐磨與減摩鍍層耐磨與減摩鍍層熱加工用鍍層熱加工用鍍層導(dǎo)電性鍍層導(dǎo)電性鍍層磁性鍍層磁性鍍層抗高溫氧化鍍層抗高溫氧化鍍層修復(fù)性鍍層修復(fù)性鍍層 按涂層按涂層/基體電化學(xué)關(guān)系基體電化學(xué)關(guān)系陽極鍍層陽極鍍層陰極鍍層陰極鍍層陽極鍍層陽極鍍層 特征：特征：當(dāng)鍍

3、層與基體金屬形成腐蝕電池時，鍍層因電位當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時，鍍層因電位比基體金屬更負(fù)，首先受到腐蝕溶解。比基體金屬更負(fù)，首先受到腐蝕溶解。 作用：作用：對基體機(jī)械保護(hù)和電化學(xué)保護(hù)。對基體機(jī)械保護(hù)和電化學(xué)保護(hù)。例如，鐵上鍍鋅：例如，鐵上鍍鋅：(Zn2+ / Zn)=-0.76 V (Fe2+ / Fe)=-0.44 V 形成腐蝕電池，形成腐蝕電池，Zn為陽極，為陽極，F(xiàn)e為陰極。為陰極。陰極鍍層陰極鍍層 特點：特點：當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時，鍍層因電位當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時，鍍層因電位比基體更正，基體金屬首先受到腐蝕溶解。比基體更正，基體金屬首先受到腐蝕溶解。 作用：作用

4、：對基體機(jī)械保護(hù)，無電化學(xué)保護(hù)。對基體機(jī)械保護(hù)，無電化學(xué)保護(hù)。例如，鐵上鍍錫：例如，鐵上鍍錫：(Sn2+ / Sn)=-0.14 V (Fe2+ / Fe)=-0.44 V 形成腐蝕電池，形成腐蝕電池，Sn為陰極，為陰極，F(xiàn)e為陽極。為陽極。必須指出，必須指出，金屬離子的還原電位是隨著介質(zhì)而發(fā)生變化的。金屬離子的還原電位是隨著介質(zhì)而發(fā)生變化的。例如：例如：在在70熱水中熱水中 ，Zn-Fe，陰極陰極鍍層。鍍層。在有機(jī)酸中，在有機(jī)酸中， Sn-Fe，陽極陽極鍍層。鍍層。鍍層是否對基體具有保護(hù)作用，受使用環(huán)境的影響較大，如鍍層是否對基體具有保護(hù)作用，受使用環(huán)境的影響較大，如果鍍層在環(huán)境介質(zhì)中不穩(wěn)定

5、，則不能對金屬起到應(yīng)有的保護(hù)果鍍層在環(huán)境介質(zhì)中不穩(wěn)定，則不能對金屬起到應(yīng)有的保護(hù)作用。作用。電鍍液分類電鍍液分類電鍍液的組成電鍍液的組成 主鹽：主鹽：提供鍍層金屬離子。提供鍍層金屬離子。 絡(luò)合劑：絡(luò)合劑：有利于鍍層結(jié)晶細(xì)化。有利于鍍層結(jié)晶細(xì)化。 附加鹽：附加鹽：提高電鍍液導(dǎo)電性。提高電鍍液導(dǎo)電性。 緩沖劑：緩沖劑：穩(wěn)定溶液酸堿度。穩(wěn)定溶液酸堿度。 陽極活化劑：陽極活化劑：提高陽極開始鈍化的電流密度。提高陽極開始鈍化的電流密度。 添加劑：添加劑：能顯著改善鍍層性能。能顯著改善鍍層性能。4.2 電化學(xué)基礎(chǔ)知識電化學(xué)基礎(chǔ)知識 電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)陰極：陰極：Mz+ + ze M陽極：陽極：M ze

6、Mz+ 法拉第定律法拉第定律第一定律：第一定律：m=kIt 定性定性第二定律：第二定律： 1 F = 96500 Cmol-1 nM=Q/(zF) 定量定量電流效率電流效率 電鍍時，陰極上實際析出的物質(zhì)質(zhì)量總小于根據(jù)法拉第電鍍時，陰極上實際析出的物質(zhì)質(zhì)量總小于根據(jù)法拉第定律得到的計算結(jié)果。定律得到的計算結(jié)果。 原因：原因：極化、其它電極反應(yīng)。極化、其它電極反應(yīng)。 例如鍍鎳，主反應(yīng)：例如鍍鎳，主反應(yīng)：Ni2+ + 2e Ni 副反應(yīng)：副反應(yīng)：2H+ + 2e H2 電流效率：電流效率：=(m / m ) 100 %電極電極/溶液界面溶液界面 電極過程電極過程 陽極過程、陰極過程、電解質(zhì)相中的傳質(zhì)

7、過程陽極過程、陰極過程、電解質(zhì)相中的傳質(zhì)過程串聯(lián)進(jìn)行，轉(zhuǎn)移相同的電量串聯(lián)進(jìn)行，轉(zhuǎn)移相同的電量電極過程的電極過程的研究重點研究重點是電極表面進(jìn)行的是電極表面進(jìn)行的電化學(xué)過程電化學(xué)過程，和，和電極表面附近薄層電解質(zhì)中的電極表面附近薄層電解質(zhì)中的傳質(zhì)過程及化學(xué)過程傳質(zhì)過程及化學(xué)過程。電極電極電子導(dǎo)體電子導(dǎo)體電解液電解液離子導(dǎo)體離子導(dǎo)體電極反應(yīng)的特殊性電極反應(yīng)的特殊性 氧化還原反應(yīng)分區(qū)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)分區(qū)進(jìn)行 氧化、還原反應(yīng)分別在陽極和陰極進(jìn)行，反應(yīng)涉及的電子氧化、還原反應(yīng)分別在陽極和陰極進(jìn)行，反應(yīng)涉及的電子通過電極和外電路傳遞。通過電極和外電路傳遞。 界面電場對電極反應(yīng)的活化作用界面電場對電極反應(yīng)的

8、活化作用 在一定范圍內(nèi)通過改變電極電勢，可以隨意改變電極反應(yīng)在一定范圍內(nèi)通過改變電極電勢，可以隨意改變電極反應(yīng)活化能和反應(yīng)速率?；罨芎头磻?yīng)速率。極化極化 分類分類電化學(xué)極化：電化學(xué)步驟受動力學(xué)阻礙引起的極化。電化學(xué)極化：電化學(xué)步驟受動力學(xué)阻礙引起的極化。歐姆極化：由于電阻升高造成的極化。歐姆極化：由于電阻升高造成的極化。濃度（差）極化：濃度（差）極化：電極表面附近溶液濃度與主體溶液濃度電極表面附近溶液濃度與主體溶液濃度不同所產(chǎn)生的極化。不同所產(chǎn)生的極化。定義：定義：一定電流下，電極電勢偏離平衡電極電勢的現(xiàn)象。一定電流下，電極電勢偏離平衡電極電勢的現(xiàn)象。雙電層雙電層GC雙電層模型雙電層模型液相

9、傳質(zhì)液相傳質(zhì)：鍍液中的水化金屬離子或配位離子從溶液鍍液中的水化金屬離子或配位離子從溶液內(nèi)部傳輸?shù)疥帢O表面區(qū)。內(nèi)部傳輸?shù)疥帢O表面區(qū)。4.3 金屬電沉積金屬電沉積步驟步驟主要方式：擴(kuò)散主要方式：擴(kuò)散驅(qū)動力：濃度梯度驅(qū)動力：濃度梯度電流密度過大時發(fā)生濃度極化電流密度過大時發(fā)生濃度極化表面轉(zhuǎn)化與電化學(xué)反應(yīng)表面轉(zhuǎn)化與電化學(xué)反應(yīng) 簡單金屬離子還原簡單金屬離子還原 水化程度較小的簡單離子水化程度較小的簡單離子 絡(luò)離子絡(luò)離子還原還原 在進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移步驟前，絡(luò)離子首先要轉(zhuǎn)化為能在電極在進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移步驟前，絡(luò)離子首先要轉(zhuǎn)化為能在電極上放電的活化絡(luò)合物。上放電的活化絡(luò)合物。電極表面層金屬離子周圍水分子重排電極表面層

10、金屬離子周圍水分子重排電結(jié)晶電結(jié)晶固體表面的不均勻性決定金屬原子在表面各點的穩(wěn)定性不同。固體表面的不均勻性決定金屬原子在表面各點的穩(wěn)定性不同。金屬離子在陰極還原的可能性金屬離子在陰極還原的可能性 原則上，原則上，只要電勢足夠負(fù)，任何金屬離子都能在陰極還原只要電勢足夠負(fù)，任何金屬離子都能在陰極還原或電沉積。或電沉積。 實際上，實際上，如果金屬離子的還原電勢比溶劑還低，金屬還原如果金屬離子的還原電勢比溶劑還低，金屬還原前溶劑就會分解。前溶劑就會分解。AABBBBBBBAAAAA0LiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaSeTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrR

11、bSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLa系系HfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn水溶液中可能電沉積水溶液中可能電沉積氰化物電解液可以電沉積氰化物電解液可以電沉積非金屬非金屬析出電位析出電位 析出電位析出電位：金屬和其它物質(zhì)（如氫氣）在陰極上開始析出金屬和其它物質(zhì)（如氫氣）在陰極上開始析出的電位。的電位。 正常情況下，正常情況下，析出電位較析出電位較正正的金屬的金屬優(yōu)先優(yōu)先在陰極上被析出。在陰極上被析出。 絡(luò)合劑可以改變金屬離子的析出電位。絡(luò)合劑可以改變金屬離子的析出電位。Metal/V（SO42-） /V（CN-）Cu0.34-1.0

12、Cd-0.40-0.9Zn-0.76-1.2析氫反應(yīng)析氫反應(yīng) 氫過電位：氫過電位：在指定的電極表面上形成氫氣所要求的超出在指定的電極表面上形成氫氣所要求的超出平衡電位后的電位。平衡電位后的電位。 H越高，析氫越困難。越高，析氫越困難。Zn0.80Sn0.80Cu0.60Ni0.40Ag0.30Au0.15C0.11Pt0.00電極材料的氫過電位電極材料的氫過電位(i=1 mAcm-2)析氫的危害析氫的危害氫氣粘附或滲入鍍層與基體，產(chǎn)生氣孔、空洞、氫氣粘附或滲入鍍層與基體，產(chǎn)生氣孔、空洞、裂紋等，增加工件脆性。裂紋等，增加工件脆性。（氫脆）（氫脆）陰極表陰極表面面pH值增大，產(chǎn)生金屬氫氧化物或堿

13、式值增大，產(chǎn)生金屬氫氧化物或堿式鹽，使鍍層發(fā)黑。鹽，使鍍層發(fā)黑。電鍍層內(nèi)應(yīng)力電鍍層內(nèi)應(yīng)力基底基底基底基底鍍層鍍層鍍層鍍層鍍層為拉應(yīng)力鍍層為拉應(yīng)力 鍍層為壓應(yīng)力鍍層為壓應(yīng)力 軟金屬內(nèi)應(yīng)力較低軟金屬內(nèi)應(yīng)力較低金、銀、鋅金、銀、鋅 硬金屬內(nèi)應(yīng)力較高硬金屬內(nèi)應(yīng)力較高鐵、鈷、鎳鐵、鈷、鎳4.4 電流與金屬在陰極上的分布電流與金屬在陰極上的分布 分散能力：分散能力：電鍍液使零件表面鍍層均勻分布的能力（又稱電鍍液使零件表面鍍層均勻分布的能力（又稱均鍍能力）。均鍍能力）。電流電流法拉第定律法拉第定律沉積金屬量沉積金屬量電流在陰極上的分布電流在陰極上的分布鍍層分布鍍層分布4.4.1 電流在陰極上的分布電流在陰極

14、上的分布 當(dāng)直流電通過電解槽時，可能會遇到三部分的阻力：當(dāng)直流電通過電解槽時，可能會遇到三部分的阻力：電極的歐姆電阻電極的歐姆電阻電解液的歐姆電阻電解液的歐姆電阻電極電極/ /電解液界面阻抗電解液界面阻抗第三類阻抗與界面差異、電化學(xué)極化與濃差極化有關(guān)。第三類阻抗與界面差異、電化學(xué)極化與濃差極化有關(guān)。遠(yuǎn)近陰極模型遠(yuǎn)近陰極模型初次電流分布初次電流分布 定義：定義：假設(shè)陰極極化不存在時的電流分布假設(shè)陰極極化不存在時的電流分布近陰極和遠(yuǎn)陰極上的電流密度與陰極和陽極的距離成反比。近陰極和遠(yuǎn)陰極上的電流密度與陰極和陽極的距離成反比。 初次分布：初次分布：1221電液電液RRII 兩陰極面積相同：兩陰極面積

15、相同：1221ILIL二次電流分布二次電流分布 定義：定義：陰極極化存在時的電流分布陰極極化存在時的電流分布112221極化電液極化電液RRRRII 電流分布表達(dá)式電流分布表達(dá)式近陰極電流密度大近陰極電流密度大近陰極的極化大近陰極的極化大（Tafel公式）公式）二次電流分布等效電路二次電流分布等效電路R電液1R電液2R極化1R極化2近近遠(yuǎn)遠(yuǎn)相比于初次電流分布，二次電流分布相比于初次電流分布，二次電流分布I1/I2 更接近更接近1，即有陰極即有陰極極化時電流分布更均勻。極化時電流分布更均勻。電流密度范圍電流密度范圍 任何鍍液都有一個獲得良好鍍層的電流密度范圍任何鍍液都有一個獲得良好鍍層的電流密度

16、范圍 i 過低，陰極極化小，結(jié)晶晶粒粗大。過低，陰極極化小，結(jié)晶晶粒粗大。 i 增大，增大，電化學(xué)極化作用有助于改善鍍層質(zhì)量。電化學(xué)極化作用有助于改善鍍層質(zhì)量。 i 過高，濃度極化嚴(yán)重，陰極鍍層出現(xiàn)枝晶，或電極表面出現(xiàn)過高，濃度極化嚴(yán)重，陰極鍍層出現(xiàn)枝晶，或電極表面出現(xiàn)海綿狀疏松鍍層。海綿狀疏松鍍層。 提高陰極極化的方法提高陰極極化的方法 提高陰極電流密度：提高陰極電流密度：增大電化學(xué)極化。增大電化學(xué)極化。 加入絡(luò)合劑：加入絡(luò)合劑：絡(luò)離子較簡單金屬離子難還原。絡(luò)離子較簡單金屬離子難還原。 調(diào)節(jié)電解液溫度：調(diào)節(jié)電解液溫度：影響絡(luò)合劑的絡(luò)合能力與離子擴(kuò)散速度。影響絡(luò)合劑的絡(luò)合能力與離子擴(kuò)散速度。

17、加入添加劑：加入添加劑：吸附在陰極表面，降低反應(yīng)速度。吸附在陰極表面，降低反應(yīng)速度。 加入導(dǎo)電鹽：加入導(dǎo)電鹽：導(dǎo)電性的提高促進(jìn)電流在陰極表面更均勻地導(dǎo)電性的提高促進(jìn)電流在陰極表面更均勻地分布。分布。4.4.2 金屬在陰極上的分布金屬在陰極上的分布 電力線分布電力線分布 遠(yuǎn)近陰極與陽極的距離差遠(yuǎn)近陰極與陽極的距離差 邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng) 電解槽形狀、尺寸電解槽形狀、尺寸影響因素影響因素電力線分布電力線分布解決遠(yuǎn)近陰極影響的方法解決遠(yuǎn)近陰極影響的方法象形陽極象形陽極采用輔助陰極后的電力線分布采用輔助陰極后的電力線分布金屬在陰極上分布與電解槽尺寸的關(guān)系金屬在陰極上分布與電解槽尺寸的關(guān)系分散能力測定分散能

18、力測定 霍爾槽（霍爾槽（Hull Cell） 特點：一次試驗便能研特點：一次試驗便能研究較寬電流密度范圍內(nèi)究較寬電流密度范圍內(nèi)的鍍層。的鍍層。電鍍液其它技術(shù)要求電鍍液其它技術(shù)要求 覆蓋能力：覆蓋能力：電鍍液使零件深凹處沉積金屬鍍層的能力電鍍液使零件深凹處沉積金屬鍍層的能力（又稱深鍍能力）。（又稱深鍍能力）。 整平能力：整平能力：電鍍液改變微觀輪廓的電流分布使金屬填平電鍍液改變微觀輪廓的電流分布使金屬填平微觀溝槽的能力。微觀溝槽的能力。鍍前預(yù)處理與鍍后處理鍍前預(yù)處理與鍍后處理 預(yù)處理步驟預(yù)處理步驟調(diào)節(jié)表面粗糙度：磨光、拋光調(diào)節(jié)表面粗糙度：磨光、拋光去油脫脂：溶劑溶解、化學(xué)法去油脫脂：溶劑溶解、化

19、學(xué)法除銹：機(jī)械、酸洗除銹：機(jī)械、酸洗活化處理：弱酸侵蝕或電化學(xué)活化活化處理：弱酸侵蝕或電化學(xué)活化 鍍后處理鍍后處理除氫：熱處理（控制溫度和時間）除氫：熱處理（控制溫度和時間）出光：強(qiáng)酸中短時間浸泡出光：強(qiáng)酸中短時間浸泡鈍化：鉻酸鹽處理鈍化：鉻酸鹽處理（第（第6章）章） 鍍層檢驗鍍層檢驗 檢查除氫紀(jì)錄、外觀、結(jié)合強(qiáng)度、厚度、耐蝕性。檢查除氫紀(jì)錄、外觀、結(jié)合強(qiáng)度、厚度、耐蝕性。實例：電鍍鋅實例：電鍍鋅 電化學(xué)性質(zhì)：電化學(xué)性質(zhì)：灰白色金屬，塑性好（灰白色金屬，塑性好（100150 ），），d=7.14 gcm-3，Tm=419 。 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)： 典型的兩性金屬，在酸、堿中均可溶解典型的兩性金

20、屬，在酸、堿中均可溶解 Zn 2HCl ZnCl2 H2 Zn 2NaOH Na2ZnO2 H2 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：=-0.76 V，電化當(dāng)量為，電化當(dāng)量為1.22 g(Ah)-1，鋅電極的析氫，鋅電極的析氫過電位：過電位：0.8 V 。鋅陽極鍍層的性質(zhì)鋅陽極鍍層的性質(zhì)常作為犧牲陽極型的防護(hù)性鍍層。常作為犧牲陽極型的防護(hù)性鍍層。溶解溶解氧化氧化純鋅的析氫過電位純鋅的析氫過電位較高，通常不易溶較高，通常不易溶解。若含有電位較解。若含有電位較正的金屬雜質(zhì)可促正的金屬雜質(zhì)可促進(jìn)鋅溶解。進(jìn)鋅溶解。干燥環(huán)境：穩(wěn)定。干燥環(huán)境：穩(wěn)定。潮濕環(huán)境：潮濕環(huán)境：生 成 白 色 氧 化 膜生 成 白 色 氧 化 膜

21、3Zn(OH) 2 ZnCO3鋅鍍層的應(yīng)用鋅鍍層的應(yīng)用 用途：用途：黑色金屬防腐，不適于易磨損零件，廣泛應(yīng)用于黑色金屬防腐，不適于易磨損零件，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、輕工、儀表等領(lǐng)域機(jī)械、電子、輕工、儀表等領(lǐng)域 。 鍍層厚度對防護(hù)能力的影響鍍層厚度對防護(hù)能力的影響 良好環(huán)境：良好環(huán)境： 710 m 中等環(huán)境：中等環(huán)境：1525 m 惡劣環(huán)境：惡劣環(huán)境： 25 m氯氯化鉀型弱酸性鍍鋅化鉀型弱酸性鍍鋅 氯化鉀型弱酸性鍍鋅電解液是近年來發(fā)展較快的一種氯化鉀型弱酸性鍍鋅電解液是近年來發(fā)展較快的一種無氰鍍鋅無氰鍍鋅工藝，簡稱工藝，簡稱鉀鹽鍍鋅鉀鹽鍍鋅。 優(yōu)點：優(yōu)點：電解液成分簡單、性質(zhì)穩(wěn)定、鍍層細(xì)致、光亮

22、，電解液成分簡單、性質(zhì)穩(wěn)定、鍍層細(xì)致、光亮，電流效率高，操作溫度范圍寬、廢水處理簡單。電流效率高，操作溫度范圍寬、廢水處理簡單。電極反應(yīng)電極反應(yīng) 陰極陰極主反應(yīng)：主反應(yīng)：Zn2+ + 2e Zn副反應(yīng)：副反應(yīng)：2H+ 2e H2 陽極陽極主反應(yīng)：主反應(yīng)：Zn 2e Zn2+鈍化狀態(tài)：鈍化狀態(tài)： 2H2O 4e O2+4H+化學(xué)溶解：化學(xué)溶解：Zn 2H Zn2 H2鉀鹽鍍鋅工藝鉀鹽鍍鋅工藝 鉀鹽鍍鋅工藝條件及電解液組成鉀鹽鍍鋅工藝條件及電解液組成氯化鋅氯化鋅氯化鉀氯化鉀硼酸硼酸光亮劑光亮劑6080 g/L180240 g/L2030 g/L1520 mLpH陰極電流密度陰極電流密度溫度溫度陽陽

23、/陰極面積比陰極面積比5.05.60.55 A/dm2560 1.524.5 電鍍合金電鍍合金 定義定義：利用電化學(xué)方法使兩種或兩種以上金屬：利用電化學(xué)方法使兩種或兩種以上金屬（包括非（包括非金屬）金屬）共沉積的形成晶態(tài)或共沉積的形成晶態(tài)或非晶態(tài)非晶態(tài)鍍層的過程。鍍層的過程。鋁合金鋁合金銅鋅合金銅鋅合金銅錫合金銅錫合金電鍍合金分類電鍍合金分類 按特性與應(yīng)用按特性與應(yīng)用防護(hù)性防護(hù)性 Zn-Ni、Zn-Co、Cd-Ti汽車、船舶、航空航天汽車、船舶、航空航天裝飾性裝飾性 Sn-Co、Sn-Ni、Cu-Zn替代裝飾鉻、仿金替代裝飾鉻、仿金耐磨性耐磨性 Cr-Ni、Cr-Mo、Ni-P提高硬度提高硬度

24、減摩性減摩性 Pb-Sn、Pb-Ag軸承減摩潤滑軸承減摩潤滑磁磁 性性 Co-Ni、Ni-Fe磁盤等記憶元件磁盤等記憶元件貴金屬性貴金屬性 Au-Co、Pd-Ni電子元件電子元件可焊性可焊性 Pb-Sn（含（含60 wt. %Sn）印刷電路板印刷電路板鍍液類型鍍液類型 簡單鹽鍍液：簡單鹽鍍液：鍍液僅由簡單鹽組成。鍍液僅由簡單鹽組成。 如：氟硼酸鹽電鍍鉛錫合金如：氟硼酸鹽電鍍鉛錫合金 絡(luò)合物鍍液：絡(luò)合物鍍液：至少含一種絡(luò)合劑。至少含一種絡(luò)合劑。 如：氰化物電鍍銅鋅合金如：氰化物電鍍銅鋅合金 有機(jī)溶劑鍍液：有機(jī)溶劑鍍液：兩種金屬在有機(jī)溶劑里的沉積電位比水兩種金屬在有機(jī)溶劑里的沉積電位比水溶液更接近

25、。溶液更接近。 如：從烷基苯中沉積鋁合金如：從烷基苯中沉積鋁合金電鍍合金基本原理電鍍合金基本原理 金屬共沉積條件金屬共沉積條件至少有一種金屬能從其鹽溶液中沉積。至少有一種金屬能從其鹽溶液中沉積。有些金屬（如有些金屬（如W、Mo等）不能從其鹽溶液中沉積出來，可借助誘導(dǎo)等）不能從其鹽溶液中沉積出來，可借助誘導(dǎo)作用與鐵族金屬共沉積（如作用與鐵族金屬共沉積（如Ni-W、Co-W、Ni-Mo）。）。兩種金屬的析出電位十分接近。兩種金屬的析出電位十分接近。如果相差太大，則電位較正的金屬優(yōu)先析出，進(jìn)而排斥電位較負(fù)的如果相差太大，則電位較正的金屬優(yōu)先析出，進(jìn)而排斥電位較負(fù)的金屬析出。金屬析出。11122212

26、lnlnFFRTRTaann 共沉積表達(dá)式共沉積表達(dá)式Nerst Eq.oeRlnFaRTnae陰極析出電位陰極析出電位兩金屬析出電位接近兩金屬析出電位接近實現(xiàn)共沉積的方法實現(xiàn)共沉積的方法 改變鍍液中金屬離子的濃度改變鍍液中金屬離子的濃度 對于還原電位相差很大的金屬離子難易實現(xiàn)。對于還原電位相差很大的金屬離子難易實現(xiàn)。如，如，(Cu2+/Cu)=0.337V，(Zn2+/Zn)=-0.76 V，使銅鋅共沉積，需滿足使銅鋅共沉積，需滿足Zn2+ / Cu2+ =1038。增大較活潑金屬濃度使其電位正移增大較活潑金屬濃度使其電位正移降低不活潑金屬濃度使其電位負(fù)移降低不活潑金屬濃度使其電位負(fù)移 采用

27、絡(luò)合劑采用絡(luò)合劑e正e負(fù) 采用適當(dāng)添加劑采用適當(dāng)添加劑最終目的：使兩種金屬析出電位接近。最終目的：使兩種金屬析出電位接近。由絡(luò)合物的由絡(luò)合物的K不穩(wěn)不穩(wěn)調(diào)節(jié)電位負(fù)移程度。調(diào)節(jié)電位負(fù)移程度。 降低離子有效濃度，使析出電位負(fù)移，降低離子有效濃度，使析出電位負(fù)移，顯著增大或降低陰極極化，改變金屬的析出電位。顯著增大或降低陰極極化，改變金屬的析出電位。合金共沉積的類型合金共沉積的類型 正則共沉積正則共沉積 非正則共沉積非正則共沉積 平衡共沉積平衡共沉積 異常共沉積異常共沉積 誘導(dǎo)共沉積誘導(dǎo)共沉積正常共沉積正常共沉積電位較正的金屬優(yōu)先沉積電位較正的金屬優(yōu)先沉積非正常共沉積非正常共沉積電位較負(fù)的金屬優(yōu)先沉

28、積電位較負(fù)的金屬優(yōu)先沉積正則共沉積正則共沉積 特征：特征：受擴(kuò)散控制，擴(kuò)散層中金屬離子總含量受擴(kuò)散控制，擴(kuò)散層中金屬離子總含量，電勢電勢較正金屬含量較正金屬含量。 如：如：Ni-Co、Pb-Sn、Cu-Bi簡單鹽鍍液簡單鹽鍍液 根據(jù)陰極界面區(qū)金屬離子濃度，推算合金沉積層組成。根據(jù)陰極界面區(qū)金屬離子濃度，推算合金沉積層組成。非正則共沉積非正則共沉積 特征：特征：陰極電位決定合金組成。陰極電位決定合金組成。 如：氰化物電鍍?nèi)纾呵杌镫婂僀u-Zn合金，合金，絡(luò)合物濃度顯著影響絡(luò)合物濃度顯著影響Cu的析出的析出電位。電位。 電鍍工藝對合金組成影響較小電鍍工藝對合金組成影響較小平衡共沉積平衡共沉積 特

29、征：特征：低電流密度下，合金中金屬含量比等于鍍液中金屬低電流密度下，合金中金屬含量比等于鍍液中金屬離子濃度比。離子濃度比。 如：酸性電解液中電鍍?nèi)纾核嵝噪娊庖褐须婂僀u-Bi、Pb-Sn 正常共沉積：正常共沉積：0AA0BBxcxcA、B分別為電位較正和電位較負(fù)的金屬分別為電位較正和電位較負(fù)的金屬異常共沉積異常共沉積 特征：特征：電位較負(fù)的金屬優(yōu)先沉積，其在合金中的含量比電位電位較負(fù)的金屬優(yōu)先沉積，其在合金中的含量比電位較正金屬高。較正金屬高。 對特定電解液，只有在某一濃度，一定工藝條件下發(fā)生異常對特定電解液，只有在某一濃度，一定工藝條件下發(fā)生異常共沉積。共沉積。 如如 Fe-Co、Fe-Ni

30、、Ni-Sn誘導(dǎo)共沉積誘導(dǎo)共沉積 特征：特征：某些金屬能促進(jìn)難沉積金屬共沉積。某些金屬能促進(jìn)難沉積金屬共沉積。 鐵族金屬經(jīng)常作為誘導(dǎo)金屬鐵族金屬經(jīng)常作為誘導(dǎo)金屬 如如 Ni-W、Co-W、Ni-Mo實際金屬共沉積實際金屬共沉積 電極材料性能的影響電極材料性能的影響形成合金的極化作用形成合金的極化作用特點：基體金屬阻化電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。特點：基體金屬阻化電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。原因：電化學(xué)極化或鈍化。原因：電化學(xué)極化或鈍化。形成合金的去極化作用形成合金的去極化作用（誘導(dǎo)共沉積）（誘導(dǎo)共沉積）特點：組分平衡電勢正移，不能單獨沉積的金屬特點：組分平衡電勢正移，不能單獨沉積的金屬可與其它金屬共沉積?？膳c其它金屬

31、共沉積。 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) 雙電層中反應(yīng)物離子濃度的減小引起離子還原速度變化。雙電層中反應(yīng)物離子濃度的減小引起離子還原速度變化。由于其它離子存在，使某種離子存在狀態(tài)發(fā)生變化，由于其它離子存在，使某種離子存在狀態(tài)發(fā)生變化，影響還原速度。影響還原速度。 金屬離子在溶液中的狀態(tài)金屬離子在溶液中的狀態(tài) 金屬共沉積過程的特性金屬共沉積過程的特性 簡單鹽電鍍的過電位簡單鹽電鍍的過電位 Hg、Ag、Cd、Sn等等，結(jié)晶化步驟緩慢，結(jié)晶化步驟緩慢， Fe、Co、Ni等，電化學(xué)步驟緩慢，等，電化學(xué)步驟緩慢， Cu、Zn等，介于兩者之間。等，介于兩者之間。 陰極表面狀態(tài)陰極表面狀態(tài) Fe、Co、Ni電沉積易析

32、氫，形成表面膜或金屬氫化物，電沉積易析氫，形成表面膜或金屬氫化物，抑制金屬放電。抑制金屬放電。電鍍合金的陽極電鍍合金的陽極4.6 化學(xué)鍍化學(xué)鍍 定義：定義：依賴鍍液中的依賴鍍液中的還原劑還原劑將被鍍金屬離子在將被鍍金屬離子在催化表面催化表面還原還原為金屬原子并形成鍍層的過程。為金屬原子并形成鍍層的過程。 主要應(yīng)用：主要應(yīng)用：非金屬材料表面獲得金屬鍍層。非金屬材料表面獲得金屬鍍層。提供金屬提供金屬離子還原離子還原所需電子。所需電子。保證氧化保證氧化還原反應(yīng)還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。持續(xù)進(jìn)行?；瘜W(xué)鍍的優(yōu)點化學(xué)鍍的優(yōu)點 無需電解設(shè)備及附件。無需電解設(shè)備及附件。 不存在分散能力、邊緣效應(yīng)等問題。不存在分散能力、邊緣效應(yīng)等問題。 能在非金屬及半導(dǎo)體上沉積。能在非金屬及半導(dǎo)體上沉積。化學(xué)鍍的缺點化學(xué)鍍的缺點 溶液穩(wěn)定性差。溶液穩(wěn)定性差。 操作溫度高。操作溫度高。 鍍液中的還原劑與被鍍金屬離子需不