鍍層的性能及電鍍工藝第1頁/共54頁1）電鍍氣泡別名：起泡電鍍工藝中產(chǎn)生的氣泡。

它們往往是由表面缺陷或鍍層下的氣體膨脹,造成的表面破裂和缺陷。同時氣泡也可能由電鍍的附著力不足造成，注意氣泡和素材硬包的區(qū)別。

常見電鍍不良的表現(xiàn)及圖片第2頁/共54頁2）鍍層燒焦鍍層粗糙，無光澤的現(xiàn)象，嚴(yán)重的刮手套，經(jīng)常由于局部電流過大所造成。燒焦第3頁/共54頁3）無光澤（整體異色）整體或者局部光澤度偏低，表現(xiàn)為光澤暗淡，發(fā)霧或者發(fā)白。無光澤第4頁/共54頁4）露底上一鍍層或者基材可見，通常表現(xiàn)為露銅或者露基材。露底第5頁/共54頁5）鍍層起皮鍍層與表面金屬的附著力不足,表現(xiàn)為鍍層剝落.電鍍質(zhì)量差的明顯特征.鍍層起皮第6頁/共54頁6）異色局部鍍層顏色與產(chǎn)品正常整體外觀顏色不一致，表現(xiàn)為發(fā)黃，發(fā)黑，色斑等。異色第7頁/共54頁7）氧化由于產(chǎn)品長時間放置，或者鍍層防氧化能力太差，導(dǎo)致產(chǎn)品與空氣中的成分發(fā)生反應(yīng)，造成產(chǎn)品表面銹蝕，發(fā)黑，嚴(yán)重的整體出現(xiàn)斑點(diǎn)等不良。氧化第8頁/共54頁氧化氧化第9頁/共54頁8）電鍍毛刺鍍層表面出現(xiàn)密集的顆粒狀或刺狀不良，用手套觸摸有刮手套的感覺。毛刺第10頁/共54頁4.1.5金屬電沉積過程中表面活性物質(zhì)的作用

金屬電沉積過程，如果溶液中含有少量的添加劑，就可影響沉積過程的速度以及沉積層的結(jié)構(gòu)。吸附的表面活性物質(zhì)對雙電層的影響主要體現(xiàn)在：表面活性離子的吸附改變了界面的電勢分布，導(dǎo)致雙電層中放電物種——簡單金屬離子的濃度降低，而且阻化了該種離子陰極還原反應(yīng)的速率,但卻能加速絡(luò)合陰離子的還原反應(yīng)速率,因?yàn)樘砑觿┖徒j(luò)合劑一起能形成多元絡(luò)合物(如離子締合物等)第11頁/共54頁如：四烷基銨陽離子對許多金屬離子的陰極還原反應(yīng)起強(qiáng)烈的阻化作用，但卻能加速S2O8-、Fe(CN)63-和PtCl42-等絡(luò)陰離子的陰極還原反應(yīng)原因：1.由于吸附改變了界面的電勢分布，影響了反應(yīng)速率；2.活性物質(zhì)在電極表面的吸附引起了表面沉積反應(yīng)活化能的變化，甚至對能改變金屬電沉積反應(yīng)的機(jī)理；第12頁/共54頁

電鍍層的平整程度和光潔度是評價鍍層質(zhì)量的重要指標(biāo)。由于鍍件不是理想平滑的，表面總存在或多或少的突起（微峰）和凹陷部分（微谷），需要在電鍍過程中加入一些能夠在微觀不平整的鍍件表面獲得平整表面的添加劑，這種添加劑被稱為整平劑。

表面活性物質(zhì)對電沉積過程的影響除上述作用外，還能對鍍層起整平作用和光亮作用。第13頁/共54頁整平劑作用機(jī)理可表述：(1)在整個基底表面上金屬電沉積過程是受電化學(xué)活化控制(即電子傳遞步驟是速度控制步驟)的;(2)整平劑能在基底電極表面發(fā)生吸附，并對電沉積過程起阻化作用;(3)在整平過程中，吸附在表面上的整平劑分子是不斷消耗的，整平劑在基體表面的覆蓋度不是出于平衡狀態(tài)，其在基底上的吸附過程受自身從本體供應(yīng)溶液向電極表面擴(kuò)散步驟控制。

整平作用可以借助于微觀表面上整平劑的局部差異來說明。第14頁/共54頁

由于微觀表面上微峰和微谷的存在，整平劑在電沉積過程中向“微峰”擴(kuò)散的流量要大于向“微谷”擴(kuò)散的流量，所以“微峰”處獲得的整平劑的量要較“微谷”處的多，同時由于還原反應(yīng)不能發(fā)生在整平劑分子所覆蓋的位置上，于是，“微峰”處受到的阻化作用要較“微谷”處的大，使得金屬在電極表面“微峰”處電沉積的速度要小于“微谷”處的速度，最終導(dǎo)致表面的“微峰”和“微谷”達(dá)到平整。整平劑通常是下列物質(zhì)：硫脲、香豆素、糖精等。第15頁/共54頁

整平劑能夠改善鍍件表面的不平整度，但不一定能使表面達(dá)到足夠的光亮。與電鍍層平整程度一樣，鍍層的光潔度同樣與鍍件表面的凹凸程度有關(guān)。對于光亮劑對鍍層起光亮作用的機(jī)理：看法一：擴(kuò)散控制阻化機(jī)理。假設(shè)光亮劑在鍍件表面形成幾乎完整的吸附單層，吸附層上存在連續(xù)形成與消失的微孔，金屬只在微孔中進(jìn)行沉積，微孔無序分布、故金屬沉積完全均勻，最終得到光亮的鍍層。第16頁/共54頁看法二：認(rèn)為是光亮劑具有使不同晶面的生長速度趨于一致的能力。假設(shè)光亮劑分子能優(yōu)先吸附在金屬電結(jié)晶生長較快的晶面上，且能對電沉積起阻化作用，導(dǎo)致鍍件表面不同位置的生長速度趨于一致，加上幾何平整作用，得到光亮的鍍層。需要指出：這兩種增光機(jī)理都只能部分地解釋實(shí)驗(yàn)的事實(shí)，要成功地解釋增光作用，需對光亮劑在鍍件表面的吸附過程動力學(xué)以及添加劑對金屬電沉積過程的影響進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。第17頁/共54頁經(jīng)驗(yàn)表明，光亮劑通常是含有下列一些基團(tuán)的物質(zhì)：

添加劑不是加得越多光亮效果越好，如果添加劑加得太多，則添加劑的吸附過程已經(jīng)不是由擴(kuò)散步驟控制，不能實(shí)現(xiàn)整平和光亮作用，光亮效果反而變差.第18頁/共54頁(1)在金屬電沉積的電勢范圍內(nèi)，添加劑能夠在鍍件表面上發(fā)生吸附;(2)添加劑在鍍件表面的吸附對金屬電沉積過程有適當(dāng)?shù)淖杌饔?(3)毒性小，不易揮發(fā)，在鍍液中不發(fā)生化學(xué)變化。其可能的分解產(chǎn)物對金屬沉積過程不產(chǎn)生有害的影響(4)不過分降低氫在陰極析出的超電勢；(5)為了盡可能避免埋入鍍層，其在鍍件表面的脫附速度應(yīng)比新晶核生長速度要快；(6)添加劑的加入還不能對陽極過程造成不利的影響等添加劑選擇原則:第19頁/共54頁4.2電鍍

電鍍是以被鍍工件作為陰極浸入欲鍍金屬鹽溶液中，致使被鍍金屬離子在陰極表面上還原，從而獲得牢固結(jié)合的金屬膜的一種表面加工方法。可能的陽極反應(yīng)是被鍍金屬的陽極溶解或氧氣的析出.

電鍍時電解條件的控制：

使被鍍金屬的還原和陽極溶解具有相同的電流效率,以保證鍍液中被鍍金屬離子的濃度保持恒定。第20頁/共54頁基本歷程：液相傳質(zhì)→前置轉(zhuǎn)化→電荷傳遞→電結(jié)晶第21頁/共54頁4.2.1鍍層應(yīng)具有的主要性能

鍍層應(yīng)具有的性能除化學(xué)穩(wěn)定性和平整程度與光潔度外，還包括鍍層的機(jī)械性能，機(jī)械性能包括：鍍層與基底金屬的結(jié)合強(qiáng)度（力）、鍍層的硬度、內(nèi)應(yīng)力、耐磨性以及脆性等。

第22頁/共54頁鍍層與基底金屬的結(jié)合強(qiáng)度：金屬鍍層從單位表面積基底金屬(或中間鍍層)上剝離所需要的力，反映鍍層的牢固程度。具有較強(qiáng)的結(jié)合力是金屬鍍層的基本條件。影響結(jié)合力的大小的因素：沉積金屬原子和基底金屬的本質(zhì)，如果沉積層的生長是基底結(jié)構(gòu)的延續(xù)，或沉積金屬進(jìn)入基底金屬的晶格并形成合金，則結(jié)合力較大。鍍件表面狀態(tài)。若鍍件基底表面存在氧化物或鈍化膜，或鍍液中的雜質(zhì)在基底表面上發(fā)生吸附都會削弱鍍層與基底金屬的結(jié)合強(qiáng)度。第23頁/共54頁硬度鍍層對外力所引起的局部表面形變的抵抗程度硬度的大小與鍍層的物質(zhì)的種類、電鍍過程中鍍層的致密性以及鍍層的厚度等有關(guān)。鍍層的硬度與抗磨性、抗強(qiáng)度、柔韌性等均有一定的聯(lián)系。通常硬度大則抗磨損能力較強(qiáng)，但柔韌性較差第24頁/共54頁脆性

鍍層受到壓力至發(fā)生破裂之前的塑性變形的量度如果鍍層經(jīng)受拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等形變而不容易破裂，則這種鍍層被稱為柔韌的或不脆的；反之，如果鍍層受這些形變時容易破裂，則被稱為是易脆的。第25頁/共54頁內(nèi)應(yīng)力指鍍層（沉積層）內(nèi)部的應(yīng)變力。內(nèi)應(yīng)力分為張應(yīng)力和壓應(yīng)力，前者通常用正值表示，后者常用負(fù)值表示。張應(yīng)力是指基底反抗鍍層收縮的拉伸力，壓應(yīng)力是基底反抗鍍層拉伸的收縮力。

第26頁/共54頁

鎳、鉻和鐵等沉積層張應(yīng)力占優(yōu)勢；鋅、鉛和鎘等沉積層壓應(yīng)力占優(yōu)勢，但受沉積條件影響。內(nèi)應(yīng)力對鍍層的機(jī)械性能影響較大。例如：當(dāng)鍍層的壓應(yīng)力大于鍍層與基底之間的結(jié)合力時，鍍層將起泡或脫皮；當(dāng)鍍層的張應(yīng)力大于鍍層的抗拉強(qiáng)度時，鍍層將產(chǎn)生裂紋從而降低其抗腐蝕性。

第27頁/共54頁4.2.2影響鍍層質(zhì)量的因素

影響鍍層的質(zhì)量因素主要有鍍液的組成及性能、電鍍工藝、陽極等因素的影響,其中電鍍工藝中又包括如電流密度、溫度、PH值、溶液的攪拌等。第28頁/共54頁前處理后處理空氣人為操作不當(dāng)主鹽添加劑附加鹽雜質(zhì)含量陽極材料治具攪拌系統(tǒng)電控系統(tǒng)電流密度電鍍時間酸堿度(PH)鍍液溫度其他電鍍液工藝條件設(shè)備.影響鍍層特性的因素第29頁/共54頁

主鹽是指進(jìn)行沉積的金屬離子鹽，主鹽對鍍層的影響體現(xiàn)在：主鹽濃度高,鍍層較粗糙,但允許的電流密度大；主鹽濃度低,允許通過的電流密度小,影響沉積速度。常用的主鹽是硫酸鹽和氯化物。1.鍍液的組成及性能的影響鍍液配方一般由主鹽、導(dǎo)電鹽(又稱為支持電解質(zhì))、絡(luò)合劑和一些添加劑等織成。第30頁/共54頁導(dǎo)電鹽(支持電解質(zhì))：作用是增加電鍍液的導(dǎo)電能力，調(diào)節(jié)溶液的PH值，可降低槽壓、提高鍍液的分散能力，某些導(dǎo)電鹽的添加有助于改善鍍液的物理化學(xué)性能和陽極性能。絡(luò)合劑：作用是使金屬離子的陰極還原極化得到了提高,有利于得到細(xì)致、緊密、質(zhì)量好的鍍層，但成本較高。第31頁/共54頁

對于Zn，Cu，Cd，Ag，Au等的電鍍，常見的絡(luò)合劑是氰化物；但對于Ni，Co，F(xiàn)e等金屬的電鍍因這些元素的水合離子電沉積時極化較大,因而可不必添加絡(luò)合劑。在復(fù)鹽電解液的電鍍過程中。因氰化物的毒性，無氰電鍍已成為發(fā)展的方向。

第32頁/共54頁

添加劑:在鍍液中不能改變?nèi)芤盒再|(zhì)，但能顯著地改善鍍層的性能，通常使鍍層的硬度增加，而內(nèi)應(yīng)力和脆性則可能是提高，也可能是降低。

添加劑對鍍層的影響:添加劑能吸附于電極表面，提高陰極還原過程超電勢、改變Tafel曲線斜率等。

通常指的添加劑有光亮劑、整平劑、潤濕劑和活化劑等。對于Zn，Ni和Cu等的電鍍，最有效的光亮劑是含硫化合物，如萘二磺酸、糖精、明膠、1,4-丁炔二醇等.第33頁/共54頁溶劑具有的性能：（水、有機(jī)溶劑、熔融鹽體系）電解質(zhì)在其中可溶；具有較高介電常數(shù)，使溶解的電解質(zhì)完全或大部分電離成離子理想鍍液具有的性能：

1.沉積金屬離子陰極還原極化較大，獲得晶粒度小、致密，有良好附著力的鍍層；

2.穩(wěn)定且導(dǎo)電性好；

3.金屬電沉積的速度較大，裝載容量較大；

4.成本低，毒性小第34頁/共54頁2.電鍍生產(chǎn)工藝因素的影響

電鍍工藝因素包括電流密度、溫度、PH值、溶液的攪拌等。電流密度影響:

電流密度大,鍍同樣厚度的鍍層所需時間短,可提高生產(chǎn)效率,同時,電流密度大,形成的晶核數(shù)增加，鍍層結(jié)晶細(xì)而緊密，從而增加鍍層的硬度、內(nèi)應(yīng)力和脆性，但電流密度太大會出現(xiàn)枝狀晶體和針孔等。對于電鍍過程，電流密度存在一個最適宜范圍。第35頁/共54頁電解液溫度:

提高鍍液溫度利于生成較大的晶粒，鍍層的硬度、內(nèi)應(yīng)力和脆性以及抗拉強(qiáng)度降低；同時能提高陰極和陽極電流效率，消除陽極鈍化，增加鹽的溶解度和溶液導(dǎo)電能力，降低濃差極化和電化學(xué)極化。但溫度太高，會導(dǎo)致形成粗晶和孔隙較多的鍍層。電解液的攪拌:有利于減少濃差極化，利于得到致密的鍍層，減少氫脆。氫脆：由于浸蝕，除油和電鍍過程中金屬或合金吸收氫原子引起的脆性第36頁/共54頁溶液中氫離子濃度（pＨ值）的影響：在其他條件相同的情況下，溶液中的氫離子濃度越高，金屬的電流效率越低。在陰極，析出的氫氣滲入鍍層能增加鍍層的內(nèi)應(yīng)力，引起氫脆，裂痕和形成氣泡。在電鍍中為了維持鍍液的pＨ值穩(wěn)定，常加入緩沖劑、無機(jī)和有機(jī)酸（如硼酸、氨基酸）等物質(zhì)。

第37頁/共54頁３．陽極的影響陽極氧化一般經(jīng)歷活化區(qū)(即金屬溶解區(qū))、鈍化區(qū)(表面生成純化膜)和過鈍化區(qū)(表面產(chǎn)生高價金屬離子或析出氧氣)三個步驟，電鍍中陽極的選擇應(yīng)是與陰極沉積物種相同，鍍液中的電解質(zhì)應(yīng)選擇不使陽極發(fā)生鈍化的物質(zhì)，電鍍過程中可調(diào)節(jié)電流密度保持陽極在活化區(qū)域。第38頁/共54頁第39頁/共54頁因素電源基件溶液電流密度添加劑、導(dǎo)電鹽、金屬離子濃度等直接影響鍍層的好壞電流密度影響鍍層的結(jié)晶效果電流波形電極電流波形對鍍層的結(jié)晶組織、光亮、鍍液的分散能力和覆蓋能力等都有影響.現(xiàn)在多使用脈沖電流電極的形狀、尺寸、位置影響鍍層的分布效果成分溫度攪拌適當(dāng)?shù)臏囟瓤梢蕴岣呷芤旱膶?dǎo)電性，促進(jìn)陽極溶解，提高陰極電流效率，減少針孔，降低鍍層內(nèi)應(yīng)力等加速溶液對流，降低陰極的濃差極化作用表面狀態(tài)形狀清潔、平整的基件表面鍍層效果越好影響電流分布，位置定位等第40頁/共54頁4.2.3電鍍生產(chǎn)工藝

電鍍生產(chǎn)工藝流程一般包括鍍前處理、電鍍和鍍后處理三大步。

鍍前處理:是獲得良好鍍層的前提。鍍前處理一般包括機(jī)械加工、酸洗、除油等步驟。第41頁/共54頁

機(jī)械加工:指用機(jī)械的方法，除去鍍件表面的毛刺氧化物層和其他機(jī)械雜質(zhì)，使鍍件表面光潔平整,使鍍層與整體結(jié)合良好，防止毛刺的發(fā)生。對于復(fù)合鍍層，每鍍一種金屬均須先進(jìn)行該處理。

電解拋光:將金屬鍍件放入腐蝕強(qiáng)度中等、濃度較高的電解液中在較高溫度下以較大的電流密度使金屬在陽極溶解，這樣可除去鍍件缺陷，得到一個潔凈平整的表面,且鍍層與基體有較好的結(jié)合力，減少麻坑和空隙，使鍍層耐蝕性提高，但電解拋光不能代替機(jī)械拋光。第42頁/共54頁酸洗:目的是除去鍍件表面氧化層或其他腐蝕物常用的酸為鹽酸，用鹽酸清洗鍍件表面，除銹能力強(qiáng)且快，但缺點(diǎn)是易產(chǎn)生酸霧(HCl氣體)，對Al，Ni，F(xiàn)e合金易發(fā)生局部腐蝕，不適用。改進(jìn)的措施是使用加入表面活性劑的低溫鹽酸。除鋼鐵外的金屬或合金可考慮用硫酸、乙酸及其混合酸來機(jī)械酸洗。對于氰化電鍍，為防止酸帶入鍍液中，酸洗后還需進(jìn)行中和處理，以避免氰化物的酸解。第43頁/共54頁除油:目的是消除基體表面上的油脂。常用的除油方法有堿性除油和電解除油,此外還有溶劑(有機(jī)溶劑)除油和超聲波除油等。堿性除油:基于皂化（油脂在堿性條件下水解）原理，除油效果好，尤其適用于除重油，但要求在較高溫度下進(jìn)行，能耗大。電解除油:利用陰極析出的氫氣和陽極析出的氧氣的沖擊、攪拌以及電解質(zhì)的作用來進(jìn)行。說明：在鍍前處理的各步驟中,由一道工序轉(zhuǎn)入另一道工序均需經(jīng)過水洗步驟。第44頁/共54頁

電鍍：鍍件經(jīng)鍍前處理，即可進(jìn)入電鍍工序。在進(jìn)行電鍍時還必須注意電鍍液的配方,電流密度的選擇以及溫度、PH值等的調(diào)節(jié)。

鍍后處理：鍍件經(jīng)電鍍后表面常吸附著鍍液，若不經(jīng)處理可能腐蝕鍍層。水洗和烘干是最簡單的鍍后處理。視鍍層使用的目的，鍍層可能還需要進(jìn)行一些特殊的鍍后處理，如鍍Zn，Cd后的鈍化處理和鍍Ag后的防變色處理等。第45頁/共54頁4.2.4幾種典型的電鍍工藝

單金屬電鍍合金電鍍復(fù)合電鍍?nèi)埯}電鍍根據(jù)鍍層應(yīng)具有的性能不同,可選擇不同類型的電鍍方式。第46頁/共54頁1.單金屬電鍍應(yīng)用：表4.2（P138）

單金屬電鍍受電鍍液組成、電流密度、溫度、pH等的影響。大多數(shù)單金屬電鍍過程的電流密度在10-70mA.cm-2之間。單金屬電鍍的鍍層厚度一般在0.01-100m之間，電鍍持續(xù)時間從幾秒到30min不等。第47頁/共54頁2.合金電鍍

合金電鍍能夠賦予鍍層一些特殊的機(jī)械性能和物理化學(xué)性能，但比通常的單金屬電鍍要復(fù)雜而困難,存在較大局限性，條件的控制更為苛刻。合金鍍層與其組合金屬鍍層比較，常常具有較高的硬度，更強(qiáng)的耐蝕能力，較低的孔隙和較好的外觀等特點(diǎn)。

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合金電鍍須通過調(diào)節(jié)電鍍液組成、電鍍條件等使不同金屬在電極上具有相近的析出電勢。合金電鍍的