绿色化学电镀和化学镀.ppt

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1、2023/3/7,1,电镀和化学镀,1.1、电镀的现状和发展趋势：,1、行业简介,电镀隶属于表面处理技术领域，在金属精饰中按吨位计占加工的首位。电镀的发展分三个时期：第一个时期是为了改善光泽或耐蚀性。第二个时期是因为劳力不足而迈向省力化、自动化。第三个时期为减轻公害时期，以拓展自身的生存空间,我国近代电镀行业发展较快，从业人员增多。但现有的电镀技术、设备及相关技术多是从欧洲、台湾引进；自主研发能力较弱。,总之,电镀工业在全世界已经发展了160多年，是一门既成熟又年轻的科学！,未来电镀的发展方向:合金和复合镀层等功能性电镀的研究,更加节能的电镀工艺,低污染化,以及新型电镀的研究,以适应科技和生产

2、的需要,拓展行业的生存空间,1.2、电镀分类：,挂 具,滚桶,自动挂镀线,滚 镀,连续电镀,2、电镀原理及基础2.1 电镀原理2.2 法拉第定律2.3 镀层分析2.4 电镀流程分析,2.1、电镀原理,1、电镀原理及基础,借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体的表面沉积一金属或合金层的方法，称为电镀。,阴极主要反应:Cu2+2e-Cu 阳极主要反应:Cu Cu2+2e-,阴极副反应:2H3O+2e-H2+2H2O 阳极副反应:6H2O O2+4H3O+4e-,2.2、法拉第定理,1、电镀原理及基础,法拉第定律是描述电极上通过的电量与电极反应物重量之间的关系,又称为电解定律.电解定律

3、是自然界中最严格的定律之一.它不受温度、压力、电解质溶液浓度、溶剂的性质、电解质材料和形状等因素的影响。,第一定律：,电解时,电极上析出(或溶解)物质的质量与电解液中所通过的电量成正比.,m=KIt=KQm-析出物质量(g)K-比例常数(电化当量)(g/Ah)I-电流强度(A)t-通电时间(h)Q-通过电量(Ah),第二定律：,电极上每析出(或溶解)1mol的任何物质所需的电量为n*96500C或n*26.8Ah1电量为96500C,它是一个常数，一般称为法拉第常数,镀层厚度d的计算公式(d：um)d=(KDktk100)/(60)电镀时间t计算公式（t：min）t=(60d)/(KDkk10

4、0)-电镀层金属密度(g/cm3)DK-阴极电流密度(A/dm2)k-阴极电流效率(),1、电镀原理及基础,举例：,已知镀镍液电流效率k为95%，DK为15A/d，电镀1分钟后所得镀层厚度是多少?解：查得镍的K为1.095,为8.9根据公式d=(KDktk100)/(60)=(1.0951510.95100)/(608.9)=2.922(um),常用数据：,2.3、镀层的分类：,1、电镀原理及基础,1、电镀原理及基础,对镀层的主要要求：,1、镀层与基体的结合必须牢固,附着力好2、镀层完整,结晶细致紧密,孔隙率小3、具有良好的物理、化学及机械性能4、具有符合标准规定的镀层厚度,且镀层分布要均匀,

5、影响电镀质量的因素：,上料,脱脂,酸洗活化,预镀,电镀,水洗,钝化,封孔,干燥,下料,前处理,电 镀,后处理,2.4、电镀流程分析：,1、电镀原理及基础,前处理:电镀前的所有工序统称为前处理,目的是修整工件表面,去除工件表面的油脂,锈皮,氧化膜等,为后面镀层沉积提供所需的电镀表面.前处理主要影响到外观结合力,据统计,60%的电镀不良品由于前处理不良所造成.前处理的方式有:喷砂、磨光、抛光、热浸脱脂、超音波脱脂、电脱脂、酸洗活化等。,电镀:在工件表面得到所需镀层。整个流程的核心程序。,后处理：电镀后对镀层进行各种处理以增强镀层的各种性能。如耐腐蚀性、抗变色能力、可焊性等。后处理的方式有：钝化、中

6、和、着色、防变色、封孔等,2023/3/7,11,镀层分类,镀层种类很多，按使用性能可分为防护性镀层：例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层，作为耐大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。防护-装饰性镀层：例如 Cu-Ni-Cr镀层等，既有装饰性，亦有防护性。装饰性镀层：例如Au及CuZn仿金镀层、黑铬、黑镍镀层等。耐磨和减磨镀层：例如硬铬，松孔镀，NiSiC，Ni-石墨，Ni-PTFE复合镀层等。,2023/3/7,12,电性能镀层：例如Au，Ag镀层等，既有高的导电率，又可防氧化，避免增加接触电阻。磁性能镀层：例如软磁性能镀层有Ni-Fe，Fe-Co镀层；硬磁性能有Co-P，Co-Ni，Co-Ni-P等

7、。可焊性镀层：例如Sn-Pb，Cu，Sn，Ag等镀层。可改善可焊性，在电子工业中广泛应用。耐热镀层：例如Ni-W，Ni，Cr镀层，熔点高，耐高温。修复用镀层：一些造价较高的易磨损件，或加工超差件，采用电镀修复尺寸，可节约成本，延长使用寿命。例如可电镀Ni，Cr，Fe层进行修复。,2023/3/7,13,若按镀层与基体金属之间的电化学性质可分为：阳极性镀层和阴极性镀层：凡镀层相对于基体金属的电位为负时，镀层是阳极，称阳极性镀层，如钢上的镀锌层。而镀层相对于基体金属的电位为正时，镀层呈阴极，称阴极性镀层，如钢上的镀镍层、镀锡层等。,2023/3/7,14,若按镀层的组合形式分，镀层可分为：单层镀层

8、，如Zn或Cu层；多层金属镀层，例如Cu-Sn/Cr，CuNiCr镀层等；复合镀层，如 Ni-Al2O3，Co-SiC等。若按镀层成分分类，可分为：单一金属镀层、合金镀层及复合镀层。,2023/3/7,15,如何合理选用镀层,首先要了解镀层是否具有所要求的使用性能，然后按照零件的服役条件及使用性能要求，选用适当的镀层，还要按基材的种类和性质，选用相匹配的镀层。例如阳极性或阴极性镀层，特别是当镀层与不同金属零件接触时，更要考虑镀层与接触金属的电极电位差对耐蚀性的影响。另外要依据零件加工工艺选用适当的镀层。例如铝合金镀镍层，镀后常需通过热处理提高结合力，若是时效强化铝合金，镀后热处理将会造成过时效

9、。此外，要考虑镀覆工艺的经济性。,镀锌,钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀，用量占全部电镀零件的1/3至1/2，是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。镀锌具有成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点，在轻工、机电、农机和国防等工业中得到广泛应用。,镀镉,钢铁零件上镀镉，在海洋和湿热大气环境中，其保护性能比锌好，航空、航海及电子工业中的零件大多采用镀镉。但镉盐有毒，且对环境污染严重，使镀镉的应用受到限制。,镀锡,锡的腐蚀产物对人类无害，且易于钎焊，镀锡广泛用于食品罐头包装制品、饮具、餐具及电子工业中很多需要钎焊的零件。,镀铜,镀铜常作为其他镀层的中间层，以提高表面镀层和基体金属的结合力。在电力工业中，也可

10、用铁丝镀厚铜来代替纯铜导线，以减少铜的耗用量。,镀镍,镀镍的应用面很广，可用于防护装饰性和功能性两方面。前者主要用于自行车、钟表、家用电器、五金产品、汽车、照相机等零件的防护装饰性镀层；后者主要用于易磨损产品的修复电镀。,铬在大气中能长久保持光泽，在碱液、硝酸、硫酸及许多有机酸中不发生反应，镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨性及较低的摩擦系数，故镀铬常用于防护装饰性镀层，防止 基体金属生锈和美化外观，也常用于提高制品的耐磨性或修 复磨损。,2023/3/7,22,电沉积的基本条件,金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实现电沉积。但由于

11、水溶液中有氢离子、水分子及多种其它离子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。所以金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢还原电位的相对大小。若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析氢，金属沉积极少。,2023/3/7,23,金属还原的可能性,金属离子还原析出的可能性是获得镀层的首要条件，而要获得质量优良的镀层，还要有合理的镀液组成和合理的工艺控制。,2023/3/7,24,电镀溶液,一种电镀溶液有固定的成分和含量要求，使之达到一定的化学平衡，具有所要求的电化学性能，才能获得良好的镀层。通常镀液由如下成分构成。主盐。沉

12、积金属的盐类，有单盐，如硫酸铜、硫酸镍等；有络盐，如锌酸钠、氰锌酸钠等。配合剂。配合剂与沉积金属离子形成配合物，改变镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极过程，对镀层质量有很大影响，是镀液的重要成分。常用配合剂有氰化物、氢氧化物、焦磷酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。导电盐。其作用是提高镀液的导电能力，降低槽端电压提高工艺电流密度。例如镀镍液中加入Na2SO4。导电盐不参加电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。,2023/3/7,25,缓冲剂。在弱酸或弱碱性镀液中，pH值是重要的工艺参量。加入缓冲剂，使镀液具有自行调节pH值能力，以便在施镀过程中保持pH值稳定。缓冲剂要有足够量才有较好的效果，一

13、般加入3040gL，例如氯化钾镀锌溶液中的硼酸。阳极活化剂。在电镀过程中金属离子被不断消耗，多数镀液依靠可溶性阳极来补充，使金属的阴极析出量与阳极溶解量相等，保持镀液成分平衡。加入活性剂能维持阳极活性状态，不会发生钝化，保持正常溶解反应。例如镀镍液中必须加入Cl-，以防止镍阳极钝化。,2023/3/7,26,镀液稳定剂。许多金属盐容易发生水解，而许多金属的氢氧化物是不溶性的。生成金属的氢氧化物沉淀，使溶液中的金属离子大量减少，电镀过程电流无法增大，镀层容易烧焦。特殊添加剂。为改善镀液性能和提高镀层质量，常需加入某种特殊添加剂。其加入量较少，一般只有几克每升，但效果显著。这类添加剂种类繁多，按其

14、作用可分为：,2023/3/7,27,特殊添加剂,光亮剂可提高镀层的光亮度。晶粒细化剂能改变镀层的结晶状况，细化晶粒，使镀层致密。例如锌酸盐镀锌液中，添加环氧氯丙烷与胺类的缩合物之类的添加剂，镀层就可从海绵状变为致密而光亮。整平剂可改善镀液微观分散能力，使基体显微粗糙表面变平整。润湿剂可以降低金属与溶液的界面张力，使镀层与基体更好地附着，减少针孔。应力消除剂可降低镀层应力。镀层硬化剂可提高镀层硬度。掩蔽剂可消除微量杂质的影响。,2023/3/7,28,金属的电镀过程,当直流电通过两电极及两极间含金属离子的电解液时，金属离子在阴极上还原沉积成镀层，而阳极氧化将金属转移为离子。如图所示，在硫酸铜溶

15、液中插入两个铜板，并与直流电源相接，当施加一定电压时，两极就发生电化学反应。Cu2+(溶液内部)Cu2+（阴极表面）Cu2+（阴极表面）+2e-Cu(金属),图 电镀槽中电化学反应示意图,2023/3/7,29,金属沉积过程:,1传质步骤：液相中的反应粒子（金属水化离子或配合离子）向阴极表面传递的步骤，有电迁移、扩散及对流三种不同方式。2前置化学步骤：研究表明，直接参加阴极电化学还原反应的金属离子往往不是金属离子在电解液中的主要存在形式。在还原之前，离子在阴极附近或表面发生化学转化，然后才能放电还原为金属。,2023/3/7,30,3电荷转移步骤：反应粒子在阴极表面得到电子形成吸附原子或吸附离

16、子的过程称为电荷转移步骤，又称为电化学步骤，这里主要发生电荷从阴极表面转移到反应粒子的过程，这是电沉积过程的重要步骤。4结晶步骤:吸附原子通过表面扩散到达生长点而进入晶格，或吸附原子相互碰撞形成新的晶核并长大成晶体。,2023/3/7,31,金属离子的放电位置,金属离子在阴极沉积能得到均匀的镀层，但从微观上看，离子在表面上放电的几率不相同。这是由于基体金属表面因存在大量阶梯、棱边、扭结点、空穴等缺陷。对于金属离子的放电位置，通过什么途径进入晶格，有两种理论。（1）直接转移机理（2）表面扩散机理,2023/3/7,32,金属的电结晶,过电位在电结晶中的意义电结晶是在电化学作用下金属离子从溶液中沉

17、积出来形成晶体的过程，它具有一般结晶过程的规律，也有它的特殊规律。电结晶是一个电化学过程，金属离子能否还原，决定于阴极电位。在平衡电位下，金属离子不会在阴极上沉积。若外加电场使阴极电位偏离平衡电位并向负方向移动，即产生一定的过电位，还原速度将大于氧化速度，金属离子便会在阴极上沉积。所以金属离子的电结晶需要有一定的过电位，它的作用可比拟为盐溶液结晶时的过饱和度。过电位影响电沉积层的形成和性质，对电结晶机理的研究有重要作用。,2023/3/7,33,电极反应与极化,1.单盐镀液中金属离子的还原单盐镀液中的金属离子以水化离子形式存在，在阴极上的还原可分为三个过程：（1）金属离子水化数的降低或水化层的

18、重排：（2）金属离子还原。（3）吸附原子失去剩余的水化分子进入金属晶格：,2023/3/7,34,2配盐镀液中金属离子的还原3金属阳极的溶解 电镀过程中，阳极与阴极是相辅相成的一对，阳极也起着重要作用。多数镀种都采用可溶性阳极，阳极金属发生氧化反应，产生金属离子。产生的离子数量应与阴极上析出的数量相等，才能保持镀液稳定。,2023/3/7,35,影响电镀层质量的基本因素,电镀层的质量体现于它的物理化学性能、力学性能、组织特征、表面特征、孔隙率、结合力和残余内应力等方面。这些特性除取决于镀层金属的本性外，还受到镀液、电镀规范、基体金属及前处理工艺等的影响。,2023/3/7,36,镀液的影响,镀

19、液的各种成分对镀层质量都有直接和间接的影响。配离子的作用:配离子使阴极极化作用增强，所以镀层比较致密，镀液的分散能力也较好，整平能力较高。主盐浓度的影响:主盐浓度增大，浓差极化降低，导致结晶形核速率降低，所得组织较粗大。这种作用在电化学极化不显著的单盐镀液中更为明显。附加盐的作用:除可提高镀液的电导性外，还可增强阴极极化能力，有利于获得细晶的镀层。添加剂的作用:添加剂在镀液中的作用有两种主要方式：其一，形成胶体吸附在金属离子上，阻碍金属离子放电，增大阴极极化作用；其二，吸附在阴极表面上，阻碍金属离子在阴极表面上放电，或阻碍放电离子的扩散，影响沉积结晶过程，并提高阴极极化作用。添加剂能改善镀层组

20、织，表面形态，物理、化学和力学性能。,2023/3/7,37,pH值及析氢的影响,pH值的影响：镀液的pH值影响氢的放电电位，碱性夹杂物的沉淀，沉积金属的配合物或水化物的组成，以及添加剂的吸附程度。pH值对硬度和应力的影响，可能主要是通过夹杂物的性质和分布起作用的。析氢的影响：阴极上金属沉积时，总伴随着氢气的析出。氢气析出的原因是金属离子的沉积电位较负，或者氢的析出过电位较低。氢的析出对镀层质量的影响是多方面的，其中以氢脆、针孔、起泡最为严重。,2023/3/7,38,基体金属对镀层的影响,基体金属性质的影响:镀层的结合力与基体金属的化学性质及晶体结构密切相关。如果基体金属电位负于沉积金属电位

21、，就难以获得结合良好的镀层，甚至不能沉积。若材料（如不锈钢、铝等）易于钝化，不采取特殊活化措施也难以得到高结合力镀层。基体材料与沉积金属晶体结构相匹配时，利于结晶初期的外延生长，易得到高结合力的镀层。表面加工状态的影响:镀件表面过于粗糙、多孔、有裂纹，镀层亦粗糙。在气孔、裂纹区会产生黑色斑点，或鼓泡、剥落现象。铸铁表面的石墨有降低氢过电位的作用，氢易于在石墨位置析出，阻碍金属沉积。,2023/3/7,39,前处理的影响,镀件电镀前，需对镀件表面作精整和清理，去除毛刺、夹砂、残渣。油脂、氧化皮、钝化膜，使基体金属露出洁净、活性的晶体表面。这样才能得到健全、致密、结合良好的镀层。前处理不当，将会导

22、致镀层起皮、剥落、鼓泡、毛刺、发花等缺陷。,2023/3/7,40,合金电镀,两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层为合金镀层。通常其最小组分应大于1，而某些镀层，合金含量虽少于1，但对镀层性能影响大，也可称为合金镀层。电镀合金始于18351845年，与单金属电镀几乎是同时开始。最早的合金镀层是金、银等贵金属合金及CuZn合金（黄铜）。到目前已研究过的电镀合金体系已超过230多种，在工业上获得应用的约有30余种，比单金属镀层种类多。由于合金镀层比单金属镀层具有许多独特而优异的性能，所以，长期以来，合金电镀一直是电镀技术的研究与开发的重点领域之一。,2023/3/7,41,电镀合金的特点,电沉积

23、合金与热冶金合金相比有如下主要特点：（1）容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金，如Sn-Ni合金。（2）可获得热熔相图没有的合金，如-铜锡合金。（3）容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金，如 Ni-P合金。（4）在相同合金成分下，电镀合金与热熔合金比，硬度高，延展性差，,2023/3/7,42,合金镀层有如下主要特点：,与单金属镀层相比，合金镀层有如下主要特点：（1）合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。（2）可以获得非晶结构镀层，如 Ni-P镀层。（3）合金镀层具有单金属所没有的特殊物理性能，例如导磁性、减摩性（自润滑性）、钎焊性。,2023/3/7,43,（4）合金镀层可具备比组成它们的

24、单金属层更耐磨、耐蚀、更耐高温，并有更高硬度和强度。但延展性和韧性通常有所降低。（5）不能从水溶液中单独电沉积的W，Mo，Ti，V等金属可与铁族元素（Fe，Co，Ni）共沉积形成合金。（6）通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀层，例如银合金、彩色镀镍及仿金合金等，具有更好的装饰效果。,2023/3/7,44,合金电镀原理,两种或多种金属共沉积的过程比单一金属电沉积过程复杂得多，研究其共沉积的机理就更困难，因而当前关于合金电镀的理论尚不完善，共沉积中的一些现象至今仍难以合理解释。共沉积时，两种以上金属离子在阴极上还原，会出现竞争放电现象、电子之间互相影响以及电结晶过程中合金元素对成核规

25、律的影响等问题。因此，目前还只能提供一些实验数据的综合和某些定性解释，定量的理论研究还有待今后发展。,2023/3/7,45,1合金共沉积的条件,两种金属离子共沉积除需具备单金属沉积的基本条件外，还应具备以下两个基本条件：两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。有些金属如W，Mo等不能从其盐的水溶液中沉积出来，但它可以借助诱导沉积与铁族金属共沉积。共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。如果相差太大，电位较正的金属优先沉积，甚至完全排斥电位较负的金属析出。,2023/3/7,46,2实现共沉积的方法,（1）改变镀液中金属离子的浓度比。增大较活泼金属离子的浓度，使其电位正移；或降低较

26、贵金属离子浓度，使其电位负移，使两者的电位接近。（2）采用适当的配合剂。这是使平衡电位相差大的金属离子实现共沉积的最有效方法。（3）采用特定的添加剂。某种添加剂可能对某些金属沉积起作用，使之实现共沉积。,2023/3/7,47,3.6 复合镀：是近二十多年才获得重大发展的新工艺,复合镀是将固体微粒子加入镀液中与金属或合金共沉积，形成一种金属基的表面复合材料的过程。镀层中，固体微粒均匀弥散地分布在基体中，故又称为分散镀或弥散镀。,2023/3/7,48,任何金属镀层都可以成为复合镀层的基体材料，但研究和应用得较多的有镍、铜、铁、钴、铬、锌、银、金、铅、镍-磷、镍-硼、镍-铁、铝-锡、铜-锡等。固

27、体微粒主要有金属氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等无机化合物分散剂，尼龙、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等有机分散剂，石墨以及不溶于镀液的金属粉末都可作分散剂。由于固体粒子的共沉积，赋予镀层一些特殊的功能，大大扩大了镀层的应用范围和效果。复合镀层可用电镀法和化学镀法获得，两种方法各有特点，近年都在蓬勃发展。,2023/3/7,49,复合镀层的沉积机理,固体微粒先经过消除杂质、润湿处理和表面活性剂处理后，加入镀液中，形成均匀的悬浮液。分散粒子会吸附表面活性剂和镀液中各种离子，包括将被沉积的金属离子。当微粒子表面净吸附结果是正离子占优势时，即微粒子表面带正电荷后，才有可能与金属离子共沉积形成复合镀层。,202

28、3/3/7,50,在电镀法实施的复合镀过程中，共沉积大致经历如下的步骤：在电场作用下，带正电荷的微粒子有向阴极靠近的倾向，但固体微粒的电泳速度与搅拌形成的运动相比是微弱的。在搅拌的作用下，微粒子被带到阴极表面，与阴极表面碰撞并被阴极表面俘获。,2023/3/7,51,在电场作用下，微粒吸附在阴极表面上。这是一种弱吸附。在静电场力作用下，粒子脱去水化膜。与阴极表面直接紧密接触，形成化学吸附的强吸附。未形成强吸附的粒子在液流冲击下又会脱附离开阴极。吸附与脱附处于动态平衡。微粒吸附的金属离子及未被吸附的金属离子在阴极上放电沉积进入晶格，固体微粒子被沉积金属埋没而镶嵌在镀层中，形成金属固体微粒复合镀层

29、。微粒被沉积金属掩埋固定所需时间愈短，微粒的共沉积量愈大。,2023/3/7,52,复合镀的条件,要制备复合镀层，需满足下述基本条件：粒子在镀液中是充分稳定的，既不会发生任何化学反应，也不会促使镀液分解。粒子在镀液中要完全润湿，形成分散均匀的悬浮液。为此，粒子都需经过亲水处理，特别是那些疏水粒子，更应作充分的亲水处理，并要降低镀液的表面张力，这样才能形成悬浮性好的镀液。,2023/3/7,53,镀液的性质要有利于固体粒子带正电荷，即利于粒子吸附阳离子表面活性剂及金属离子。粒子的粒度要适当。粒子过粗，易于沉淀，且不易被沉积金属包覆，镀层粗糙；粒子过细，易于结团成块，不能均匀悬浮。通常使用0.11

30、0um的粒子，但以0.53um最好。要有适当的搅拌，这既是保持微粒均匀悬浮的必要措施，也是使粒子高效率输送到阴极表面并与阴极碰撞的必要条件。,2023/3/7,54,复合镀层的性能特点及应用,复合镀层的性能由镀层金属的特性和粒子特性共同决定。这里着重讨论由于粒子性质不同，引起镀层性能最明显变化的特点及其应用。1耐磨性镀层将硬质粒子加入到Ni，Co，Cr，Co-Ni，Ni-P，Ni-B等镀层中，可大幅度地提高金属或合金镀层的耐磨性，例如 Ni-P-SiC的耐磨性随SiC含量增加而迅速升高（即磨损量减少）.,2023/3/7,55,镀层的硬度随粒子含量及粒子硬度升高而升高。所以在耐磨性复合镀层中加

31、入的粒子大多选用金刚石，WC，Al2O3，ZrO2，TiC,SiC，Cr3C2等粒子。这种高耐磨性复合镀层在中、高温条件下更显示其独特的耐磨性能。在航空、机械。汽车等工业中已被广泛应用。,2023/3/7,56,2减摩复合镀层,将剪切强度低,摩擦系数小的固体粒子加入到某些金属和合金中，可形成具有自润滑功能的减摩复合镀层。常用Ni，Cu，Pb等作基体金属，用石墨，氟化石墨，聚四氟乙烯(PTFE)，MoS2和六方氮化硼等作分散剂。例如 PTFE本身的摩擦系数仅为0.05，加入到Ni-P镀层中形成Ni-PPTFE复合镀层，与淬火钢配副对磨时，干摩擦系数为0.360.40，明显低于Ni-P镀层的摩擦系

32、数（0.600.63）；当这种复合镀层相互对磨时，干摩擦系数仅为0.2。Ni-BN在800高温下仍有很低的摩擦系数，可用于钢厂的水平连铸机上。在宇航、真空和无油润滑的条件下，轴承、导轨等摩擦副是这类减摩复合镀层充分发挥其自润滑功能的地方。,2023/3/7,57,3耐蚀复合镀层,通常，固体粒子加入镀层中形成复合镀层，镀层的孔隙率会明显增大。粒子量愈高，粒子愈粗，孔隙率愈高。这就降低阴极性镀层的防护功能，耐蚀性降低。但在有些情况下，固体粒子却可提高镀层的耐蚀性。例如在钢件上，用铝粉和锌共沉积形成Zn-AI复合镀层，Zn是阳极性镀层，Zn镀层中的AI粉表面包裹着氧化膜，在腐蚀电池中仍为阴极，导电性

33、差，故抑制了Zn的腐蚀。,2023/3/7,58,化学镀自催化镀、无电解镀,化学镀：是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属，并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。被镀件浸入镀液中，化学还原剂在溶液中提供电子使金属离子还原沉积在镀件表面。Mn+neM,2023/3/7,59,离子还原的电子来源,化学镀时，还原金属离子所需电子是通过化学反应直接在溶液中产生的。完成过程有三种方式：（1）置换沉积利用被镀金属M1（如Fe）比沉积金属M2（如Cu）的电位更负，将沉积金属离子从溶液中置换在工件表面上。工程中称它为浸镀。当金属M1完全被金属M2覆盖时，则沉积停止，所以

34、镀层很薄。铁浸镀铜，铜浸汞，铝镀锌就是这种置换沉积。浸镀不易获得实用性镀层，常作为其它镀种的辅助工艺。,2023/3/7,60,（2）接触沉积,除了被镀金属M1和沉积金属M2外，还有第三种金属M3。在含有M2离子的溶液中，将M1M3两金属连接，电子从电位高的M3流向电位低的M1，使M2还原沉积在M1上。当接触金属M1也完全被M2覆盖后，沉积停止。在没有自催化功能材料上化学镀镍时，常用接触沉积引发镍沉积起镀。,2023/3/7,61,（3）还原沉积,这是由还原剂被氧化而释放自由电子，把金属离子还原为金属原子的过程。其反应方程式为：Rn+2e-+R(n+2)+还原剂氧化M2+2e-M 金属离子还原

35、工程上所讲的化学镀也主要是指这种还原沉积化学镀。,2023/3/7,62,化学镀的条件,镀液中还原剂的还原电位要显著低于沉积金属的电位，使金属有可能在基材上被还原而沉积出来。配好的镀液不产生自发分解，当与催化表面接触时，才发生金属沉积过程。调节溶液的pH值、温度时，可以控制金属的还原速率，从而调节镀覆速率。被还原析出的金属也具有催化活性，这样氧化还原沉积过程才能持续进行，镀层连续增厚。反应生成物不妨碍镀覆过程的正常进行，即溶液有足够的使用寿命。,2023/3/7,63,化学镀的特点,与电镀相比，化学镀有如下的特点：镀覆过程不需外电源驱动；均镀能力好，形状复杂，有内孔、内腔的镀件均可获得均匀的镀

36、层；孔隙率低；镀液通过维护、调整可反复使用，但使用周期是有限的；可在金属、非金属以及有机物上沉积镀层。,2023/3/7,64,化学镀镀覆的金属和合金种类较多，诸如:Ni-P，Ni-B，Cu,Ag，Pd，Sn，In，Pt，Cr及多种Co基合金等，但应用最广的是化学镀镍和化学镀铜。,2023/3/7,65,化学镀的应用,化学镀层一般具有良好的耐蚀性、耐磨性、钎焊性及其它特殊的电学或磁学等性能。不同成分的镀层，其性能变化很大，因此在电子、石油、化工、航空航天、核能、汽车、印刷、纺织、机械等工业中获得日益广泛的应用。,ABS电镀的工艺流程及操作条件,与金属制件相比，塑料电镀制品不仅可以实现很好的金属

37、质感，而且能减轻制品重量，在有效改善塑料外观及装饰性的同时，也改善了其在电、热及耐蚀等方面的性能，提高了其表面机械强度。但电镀用塑料材料的选择却要综合考虑材料的加工性能、机械性能、材料成本、电镀成本、电镀的难易程度以及尺寸精度等因素。,目前世界上通用的电镀级塑料是ABS塑料和PP塑料。其中以ABS的用量为最大，约占塑料电镀的80%-90%。ABS是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）三种单体聚合而成的。其中（B）成分在聚合体中保持极细微的球状结构，在粗化中易于溶解而使塑料表面粗化并获得良好的结合力，因而随着（B）成分含量的不同，ABS塑料的可镀性也有所差别，无论是进口的还是国产的ABS，

38、均应选用“电镀级”的，即含B成分（丁二烯）为15%25%的ABS材料.,而ABS塑料因其结构上的优势，不仅具有优良的综合性能，易于加工成型，而且材料表面易于侵蚀而获得较高的镀层结合力，所以目前在电镀中应用极为普遍。,ABS塑料电镀工艺可以分为三大部分，这就是前处理工艺、化学镀工艺和电镀工艺。每个部分含有若干流程或工序。,（1）前处理工艺,前处理工艺包括表面整理、内应力检查、除油和粗化。,表面整理,在ABS塑料进行各项处理之前，要对其进行表面整理，这是因为在塑料注塑成型过程中会有应力残留。特别浇口和与浇口对应的部位，会有内应力产生。如果不加以消除，这些部位会在电镀中产生镀层起泡现象。在电镀过程中

39、如果发现某一件产品的同一部位容易起泡，就要检查是否是浇口或与浇口对应的部位，并进行内应力检查，但是为了防患于未然，预先进行去应力是必要的。一般性表面整理可以在20%丙酮溶液中浸510s。去应力的方法是在80恒温下用烘箱或者水浴处理至少8h。,内应力检查方法。在室温下将注塑成型的ABS塑料制品放人冰醋酸中浸23min，然后仔细地清洗表面，晾干。在40倍放大镜或立体显微镜下观察表面，如果呈白色表面且裂纹很多，说明塑料的内应力较大，不能马上电镀，要进行去应力处理。如果呈现塑料原色，则说明没有内应力或内应力很小。内应力严重时，经过上述处理，不用放大镜就能够看到塑料表面的裂纹。,除油。可以采用以下配方：

40、,常用于除油的碱性试剂有硅酸盐和磷酸盐两类。其中硅酸盐会在表面形成硅酸盐薄膜，对后续浸蚀处理有影响，所以通常使用磷酸盐除油剂。,除油之后，先在热水中清洗，然后在清水中清洗干净，再在5%的硫酸中中和后，再清洗，才进入粗化工序，这样可以保护粗化液，使之寿命得以延长。,粗化。粗化是塑料电镀过程中很重要的一环，粗化的好坏直接影响到镀层的结合力、光亮度及镀层的完整性。通过粗化，ABS塑料表面的球状橡胶被氧化溶解，镀件表面具备了亲水性，同时表面形成微孔状，以保证胶体钯的吸附和镀层的附着力。,ABS塑料的粗化方法有三类，即高硫酸型、高铬酸型和磷酸型，从环境保护的角度看，现在宜采用高硫酸型。,a高硫酸型粗化液

41、,b高铬酸型粗化液,这种粗化液通用性比较好，适合于不同牌号的ABS，对于含B成分较少的要适当延长时间或提高一点温度。,c磷酸型粗化液,所有粗化液的寿命是以所处理塑料制品的量和时间成正比的。随着粗化量的加大和时间的延长，三价铬的量会上升，粗化液的作用会下降，可以分析加以补加，但是当三价铬太多时，处理液的颜色会呈现墨绿色，要弃掉一部分旧液后再补加铬酸。粗化完毕的制件要充分清洗。由于铬酸浓度很高，首先要在回收槽中加以回收，再经过多次清洗，并浸5%的盐酸后，再经过清洗方可进入以下流程。,（2）化学镀工艺,化学镀工艺包括敏化、活化、化学镀铜或者化学镀镍。由于化学镀铜和化学镀镍要用到不同的工艺，所以将分别

42、介绍两组不同的工艺。,化学镀铜工艺a敏化,敏化的作用是使工件表面吸附一层容易氧化的物质，以便在活化处理(把催化金属还原出来)时被氧化，在表面形成活化层或催化膜，可以缩短化学镀的诱导期，并保证化学镀的顺利进行。敏化的质量对于塑料电镀的效果是关键因素。常用的敏化剂是二价锡盐和三价钛盐(如：SnCl2，SnSO4，TiCl3等)。,将塑料制件浸到上述敏化液中处理的目的，就是要在塑料表面生成一层易氧化的、微溶于水的凝胶物质Sn2(OH)3Cl，但是该物质并不是在敏化液中生成的，而是在水洗时产生的(由于水的PH值远大于敏化液，清洗时立即发生二价Sn的水解作用)。所以，从敏化液中取出塑料件应注意：既要清洗

43、干净，以免污染活化液；又不能用过大的流速和过长的时间冲洗，否则将不利于凝胶物质的形成和表面附着。,化学镀铜工艺,在敏化液中要放人纯锡块，可以抑制四价锡的产生。经敏化处理后的制件在清洗后要经过蒸馏水清才能进入活化，以防止氯离子带入而消耗银离子。,b银盐活化,将敏化处理时生成的一层物质氧化，在塑料表面产生有催化性的贵金属薄层，作为化学镀时氧化还原反应的催化剂。能起催化作用的贵金属有金、银、铂、钯等。常用的活化液有两种类型：离子型活化液：应用最多的是含Ag+和Pd2+的活化液。当经过敏化后的塑料件浸入含有银离子或钯离子的溶液中时，贵金属离子立即被二价锡还原，生成贵金属微粒粘附在塑料表面。这些沉淀就成为化学镀的催化结晶中心。AgNO3活化液稳定性不够好，使用寿命短，但比较经济，PdCl2(AuCl2)价格较贵，但稳定性好，寿命长。PdCl2最常用。,这种活化液的优点是成本较低，并且较容易根据活化表面的颜色变化来判断活化的效果。因为硝酸银还原为金属银活化层的颜色是棕色的，如果颜色很淡，活化就不够，或者延长时间，或者活化液要补料。,C钯盐活化,d化学镀铜,化学镀镍工艺a敏化,b活化,c化学镀镍,（3）电镀工艺,