第四章金屬的表面精飾§4.1金屬電沉積和電鍍?cè)怼?.2電鍍過程§4.3金屬的陽(yáng)極氧化基本概念金屬電沉積—簡(jiǎn)單金屬離子或絡(luò)離子通過電化學(xué)方法在固體（導(dǎo)體或半導(dǎo)體）表面上放電還原為金屬原子附著于電極表面，從而獲得一金屬層的過程。電鍍—是由改變固體表面特性從而改善外觀，提高耐蝕性、抗磨性，增強(qiáng)硬度，提供特殊的光、電、磁、熱等表面性質(zhì)的金屬電沉積過程。§4.1金屬電沉積和電鍍?cè)?.1.1概述2.電鍍過程的實(shí)施基本歷程：液相傳質(zhì)→前置轉(zhuǎn)化→電荷傳遞→電結(jié)晶電鍍鋅彩色鈍化電鍍銅錫合金電鍍鉻我們可以利用電沉積技術(shù)做：(1)表面處理增強(qiáng)零件的抗腐蝕性能(2)表面處理增強(qiáng)零件的裝飾功能(3)表面處理增強(qiáng)零件的特殊功能如抗高溫氧化、抗磨、減磨、微孔吸附、增強(qiáng)材料強(qiáng)度、增強(qiáng)材料導(dǎo)電性能等(4)電鑄提純金屬或濕法冶金(5)電加工某些精密的零件，機(jī)械加工困難，可采用電加工成型技術(shù)(6)表面處理制備特殊用途材料如發(fā)泡鎳、中空鎳?yán)w維等(7)高科技如電沉積法制備一維納米線(8)材料制備制備催化材料、復(fù)合材料、金屬膜材料等常規(guī)電鍍對(duì)電鍍層的基本要求：通常對(duì)電鍍層要求：

鍍層與基體結(jié)合牢固，一定的厚度及厚度均勻鍍層結(jié)構(gòu)致密、孔隙率小等。進(jìn)一步要求：鍍層內(nèi)應(yīng)力小、柔韌性好、有一定的硬度、色彩、表面光亮或均勻沙面等。對(duì)于防護(hù)性鍍層有耐腐蝕的具體要求其它獲得金屬及其合金涂層的方法：（1）熱浸鍍：

將被鍍金屬熔溶，再將工件浸入熔溶液中.如：水管件浸鍍鋅，線路板浸鍍錫等.（2）物理鍍：

采用真空鍍、離子鍍等方法：如手表、首飾、工具等真空鍍TiN。（3）化學(xué)鍍：

采用化學(xué)還原劑催化還原形成鍍層，其特點(diǎn)是鍍層均勻，致密性好，控制含磷或硼的比例可得到非晶態(tài)鍍層，如化學(xué)鍍鎳（堿性電池鐵殼內(nèi)表面）、化學(xué)鍍銅線路板孔金屬化等3.電鍍層的分類(1)按電鍍層的用途分類：防護(hù)性鍍層

防護(hù)性鍍層用途最廣，其主要目的是對(duì)基體的防護(hù)，耐磨、防腐是其主要目的。例如：罐頭合內(nèi)表面鍍錫；電器零件鍍鋅彩色鈍化；水管電鍍鋅等。防護(hù)-裝飾性鍍層

大多數(shù)情況下不僅需要對(duì)基體進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)還要求有一定的裝飾功能，這種鍍層兼有防護(hù)和裝飾雙重功能，且裝飾為主要目的，如：

自行車輪鍍銅鎳鉻；吊燈等燈具電鍍仿金鍍層或仿銀鍍層；儀器儀表盤裝飾性電鍍緞面鎳；功能性鍍層功能性鍍層是具有特定功能和特定意義的鍍層，通常是只對(duì)某一種零件和某一種特殊使用條件下所要求的特殊功能，因此功能性鍍層包括的項(xiàng)目較多，而且隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的開發(fā)，今后還會(huì)越來越多，如：耐磨鍍層：

提高零件的表面硬度，增加抗磨損性能（如直軸、曲軸、氣缸，紡織機(jī)械中的各種輥桶鍍硬鉻或噴涂陶磁微粒）；減磨鍍層：

多用于滑動(dòng)接觸面，需要電鍍韌性好的金屬，如軸瓦，軸套等鍍Sn、Pb-Sn、Pb-In等；熱處理鍍層：

防滲碳鍍銅、防滲氮鍍錫；導(dǎo)電性鍍層：

線路板、電子元件腿、插接件鍍金，

鐵絲鍍銅做電話線；磁性鍍層：

鍍鐵、鈷、鎳或合金，抗高溫氧化：通常電鍍鎳、鉻或復(fù)合電鍍Ni-ZrO2、Ni-Al2O3、

Cr-TiO2；抗強(qiáng)陽(yáng)極腐蝕：鈦基鍍鉑修復(fù)性鍍層：鉻、鐵、銅等，電鍍或電刷鍍（2）按電化學(xué)性質(zhì)分類陽(yáng)極性鍍層

當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時(shí)，鍍層因電位比基體金屬更負(fù)，首先受到腐蝕溶解，這時(shí)鍍層為陽(yáng)極性鍍層。

陽(yáng)極性鍍層不僅能對(duì)基體起到機(jī)械保護(hù)作用，還能起到電化學(xué)保護(hù)作用，如：鐵上鍍鋅：

形成腐蝕電池時(shí)，Zn為陽(yáng)極，F(xiàn)e為陰極陰極性鍍層

當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時(shí)，鍍層因電位比基體更正，基體金屬首先受到腐蝕溶解，這時(shí)鍍層為陰極性鍍層。

陰極性鍍層僅能對(duì)基體起到機(jī)械保護(hù)作用，不能起到電化學(xué)保護(hù)作用，如：鐵上鍍Sn：

形成腐蝕電池時(shí)，Sn為陰極，F(xiàn)e為陽(yáng)極必須指出的是，金屬的電位是隨著介質(zhì)而發(fā)生變化的，因此，鍍層是屬于哪一類也應(yīng)根據(jù)具體情況而定。如：Fe-Zn在70℃熱水中陰極Fe-Sn在有機(jī)酸中陽(yáng)極

鍍層是否對(duì)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，則不能對(duì)金屬起到應(yīng)有的保護(hù)作用，如Zn在海洋性氣候中，由于有大量Cl-存在而不穩(wěn)定，因此應(yīng)使用適合環(huán)境的鍍層，如鎘鍍層或代鎘鍍層等。目前國(guó)內(nèi)外主要的電鍍專業(yè)刊物：

專業(yè)刊物有：電鍍與環(huán)保；電鍍與精飾；表面處理等；近年來由于電鍍技術(shù)也廣發(fā)應(yīng)用于各種材料的修飾，復(fù)合材料的制備等，因此一些電鍍的論文也發(fā)表在和相應(yīng)材料有關(guān)的雜志上或相應(yīng)學(xué)科雜志上。如和催化有關(guān)的則在催化方面雜志上；和納米材料有關(guān)的則在納米材料相關(guān)雜志上。與電鍍相關(guān)的一些專著專著名稱說明電鍍工藝學(xué)（王鴻建）該書出版年代較早，但電鍍基本理論敘述較詳細(xì)電鍍工程（張勝濤）該書收集了大量新工藝現(xiàn)代實(shí)用電鍍技術(shù)（陳亞）該書收集了大量新工藝，并有部分新理論電鍍工藝與理論（黃子勛）該書出版年代較早，但電鍍基本理論敘述較詳細(xì)4.1.2金屬電沉積原理可能電沉積的元素ⅠAⅡAⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡBⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0LiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaSeTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMo

TcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn水溶液中可能電沉積絡(luò)合物電解液可以電沉積非金屬1、金屬離子還原的可能性1）簡(jiǎn)單鹽金屬離子的還原2）絡(luò)合物電解液中金屬離子的還原2.單金屬離子的還原1)簡(jiǎn)單金屬離子的還原

在電鍍工藝中被沉積金屬的鹽類稱為主鹽。主鹽可由簡(jiǎn)單鹽、復(fù)鹽和絡(luò)鹽擔(dān)任。當(dāng)用簡(jiǎn)單鹽或復(fù)鹽配制電解液時(shí)，能夠電離出簡(jiǎn)單金屬離子，故稱為簡(jiǎn)單鹽電解液。

可能的歷程:

電極表面層中金屬離子周圍水分子重排電子轉(zhuǎn)移失去剩余水化層進(jìn)入晶格。根據(jù)金屬離子陰極還原時(shí)極化的大小，可分成兩類:電化學(xué)極化較小的金屬體系:

當(dāng)從銅、銀、鋅、鎘、鉛、錫等金屬的簡(jiǎn)單鹽溶液中沉積這些金屬時(shí)極化都很小，即交換電流密度都很大。如：1MZnSO480mA/cm20.2MPb(NO3)242mA/cm2

特點(diǎn)：鍍層不致密，結(jié)晶粗大。

電化學(xué)極化較大的金屬體系：

當(dāng)鐵、鈷、鎳等金屬?gòu)牧蛩猁}或氯化物中電沉積時(shí)，它們的交換電流密度都很小，如

1MFeSO4

中=1×10-8A/cm2(1×10-5mA/cm2)NiSO4

中=1×10-9A/cm2(1×10-6mA/cm2)

特點(diǎn)：它們的極化原因是電化學(xué)引起的，因此是電化學(xué)極化，并可從簡(jiǎn)單鹽中沉積出致密的鍍層。2）絡(luò)離子的還原設(shè)氰化物鍍銅電解液基本組成CuCN35