表面工程(修訂稿2015-40)

1、表表 面面 工工 程程1講講 稿稿 第五章第五章 電鍍和化學(xué)鍍電鍍和化學(xué)鍍v5.0電鍍概述電鍍概述v5.1電鍍的基本原理和工藝電鍍的基本原理和工藝v5.2單金屬電鍍單金屬電鍍v5.3合金電鍍合金電鍍v5.4化學(xué)鍍化學(xué)鍍v5.5復(fù)合鍍技術(shù)復(fù)合鍍技術(shù)v5.6非金屬電鍍非金屬電鍍v5.7電鑄成型技術(shù)電鑄成型技術(shù)v5.8電鍍層質(zhì)量評(píng)價(jià)電鍍層質(zhì)量評(píng)價(jià)v5.9電鍍的發(fā)展趨勢(shì)電鍍的發(fā)展趨勢(shì)5.1電鍍的基本原理和工藝電鍍的基本原理和工藝v5.1.1電鍍的基本原理電鍍的基本原理v5.1.2電鍍液電鍍液v5.1.3電鍍工藝電鍍工藝v5.1.4電鍍的工藝過(guò)程電鍍的工藝過(guò)程v5.1.5影響鍍層質(zhì)量的因素影響鍍層質(zhì)量的

2、因素v電鍍是將直流電通入一定的電解質(zhì)溶液（鍍液）電鍍是將直流電通入一定的電解質(zhì)溶液（鍍液）中，使金屬或合金沉積到陰極（鍍件）表面上中，使金屬或合金沉積到陰極（鍍件）表面上的過(guò)程。在不改變零件主體性能的情況下，在的過(guò)程。在不改變零件主體性能的情況下，在鍍件表面獲得一層薄鍍層來(lái)達(dá)到提高零件耐腐鍍件表面獲得一層薄鍍層來(lái)達(dá)到提高零件耐腐蝕、裝飾、耐磨等目的。蝕、裝飾、耐磨等目的。v電鍍的種類很多，分類方法也不同，有單金屬電鍍的種類很多，分類方法也不同，有單金屬電鍍（普通電鍍、貴金屬電鍍）和合金電鍍電鍍（普通電鍍、貴金屬電鍍）和合金電鍍（二元合金、三元合金、四元合金電鍍等）以（二元合金、三元合金、四元合

3、金電鍍等）以及功能性電鍍（賦予鍍層某些特殊的性能的電及功能性電鍍（賦予鍍層某些特殊的性能的電鍍）等，還有一些特殊的電鍍工藝如非晶態(tài)電鍍）等，還有一些特殊的電鍍工藝如非晶態(tài)電鍍、復(fù)合電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍等。鍍、復(fù)合電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍等。陽(yáng)極陽(yáng)極 ：鍍層金屬。：鍍層金屬。陰極陰極 ：待鍍的金屬制品。：待鍍的金屬制品。電鍍液電鍍液 ：含有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)電的鹽類、緩：含有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)電的鹽類、緩沖劑、沖劑、pH調(diào)節(jié)劑和添加劑等的水溶液。調(diào)節(jié)劑和添加劑等的水溶液。目的：改變基材表面性質(zhì)或尺寸，防止腐目的：改變基材表面性質(zhì)或尺寸，防止腐 蝕，提高蝕，提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進(jìn)美觀等作

4、用。耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進(jìn)美觀等作用。 鍍層的功能鍍層的功能 ：防護(hù)性鍍層，裝飾性鍍層及其它功能：防護(hù)性鍍層，裝飾性鍍層及其它功能性鍍層。性鍍層。電鍍過(guò)程示意圖 電鍍技術(shù)是一種用電化學(xué)方法在基體（金屬或非金屬）表面沉積金屬涂層的技術(shù)。它能使鍍液中的金屬離子，有序地在溶液和基體接觸表面獲得電子，還原成金屬原子并沉積在基體表面，形成宏觀金屬層鍍層。v電鍍的基本原理如前圖示。在分別接入直流電源電鍍的基本原理如前圖示。在分別接入直流電源正負(fù)極的兩潔凈銅片間，以硫酸銅溶液作為介質(zhì)，正負(fù)極的兩潔凈銅片間，以硫酸銅溶液作為介質(zhì)，就構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的電鍍銅裝置。就構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的電鍍銅裝置。v 電鍍時(shí)，在

5、外電場(chǎng)作用下，陽(yáng)極表面金屬離子失電鍍時(shí)，在外電場(chǎng)作用下，陽(yáng)極表面金屬離子失去電子，氧化成離子進(jìn)入溶液；去電子，氧化成離子進(jìn)入溶液；v電鍍液中的金屬離子，在電位差的作用下移動(dòng)到電鍍液中的金屬離子，在電位差的作用下移動(dòng)到陰極上表面；陰極上表面；v而運(yùn)動(dòng)到陰極表面的離子則獲得電子，還原成原而運(yùn)動(dòng)到陰極表面的離子則獲得電子，還原成原子，沉積在陰極表面形成鍍層。子，沉積在陰極表面形成鍍層。v可見(jiàn)，陰極過(guò)程對(duì)電鍍層的質(zhì)量起決定性作用?？梢?jiàn)，陰極過(guò)程對(duì)電鍍層的質(zhì)量起決定性作用。按使用性能，電鍍層可以分為三類：按使用性能，電鍍層可以分為三類：v防護(hù)性鍍層：如鋼鐵上的鋅鍍層；防護(hù)性鍍層：如鋼鐵上的鋅鍍層；v防護(hù)

6、裝飾性鍍層：防護(hù)裝飾性鍍層：Cu+Ni+Cr， Ni+Crv功能性鍍層：硬鉻層，導(dǎo)電層，激光鍍，等。功能性鍍層：硬鉻層，導(dǎo)電層，激光鍍，等。電鍍的目的：改善基體材料的外觀，賦予材料表面各電鍍的目的：改善基體材料的外觀，賦予材料表面各種物理化學(xué)性能。種物理化學(xué)性能。電鍍的特點(diǎn)：工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，加工成本低，操作溫度低，污染大。可電鍍的金屬：幾乎一半的金屬可以直接從水溶液中電鍍，幾乎所有的金屬都可以通過(guò)熔鹽電鍍?？呻姵练e的金屬種類及方式可電沉積的金屬種類及方式沉積類別元素水溶液中可直接沉積的金屬Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ca、Te、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、S

7、b、Re、Os、Ir、Au、Hg、Ti、Pb、Bi、Po、Al水溶液中難以沉積或不能獲得純態(tài)鍍層Mg、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Mg自水溶液獲得汞齊沉積Na、K、Ca、Se、Rb、Sr、Y、Cs、Ba、La電鍍工藝過(guò)程電鍍工藝過(guò)程電鍍前預(yù)處理、電鍍、鍍后處理三個(gè)階段。電鍍前預(yù)處理、電鍍、鍍后處理三個(gè)階段。電鍍工藝電鍍工藝v電鍍工藝過(guò)程一般包括鍍前預(yù)處理，電鍍及鍍后處理電鍍工藝過(guò)程一般包括鍍前預(yù)處理，電鍍及鍍后處理三個(gè)主要階段。三個(gè)主要階段。1 1）鍍前預(yù)處理）鍍前預(yù)處理 目的是為了得到干凈新鮮的金屬表面，為最后獲得高目的是為了得到干凈新鮮的金屬表面，為最后獲得高質(zhì)量鍍層作準(zhǔn)備

8、。主要進(jìn)行脫脂，去銹蝕，去灰塵等質(zhì)量鍍層作準(zhǔn)備。主要進(jìn)行脫脂，去銹蝕，去灰塵等工作。步驟如下工作。步驟如下第一步：使表面粗糙度達(dá)到一定要求，可通過(guò)表面磨光，第一步：使表面粗糙度達(dá)到一定要求，可通過(guò)表面磨光，拋光等工藝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。拋光等工藝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二步：去油脂第二步：去油脂可采用溶劑溶解以及化學(xué)可采用溶劑溶解以及化學(xué)電化學(xué)等電化學(xué)等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。第三步：除銹，可用機(jī)械，酸洗以及電化學(xué)方法除銹。第三步：除銹，可用機(jī)械，酸洗以及電化學(xué)方法除銹。第四步：活化處理，一般在弱酸中侵蝕一定時(shí)間進(jìn)行鍍第四步：活化處理，一般在弱酸中侵蝕一定時(shí)間進(jìn)行鍍前活化處理。前活化處理。2 2）電鍍層形成）電

9、鍍層形成v把鍍層金屬接在陽(yáng)極。把鍍層金屬接在陽(yáng)極。v把鍍件接在陰極。把鍍件接在陰極。v陰陽(yáng)極與金屬正離子組成的電解質(zhì)溶液相連。陰陽(yáng)極與金屬正離子組成的電解質(zhì)溶液相連。 v通電后，陽(yáng)極的金屬會(huì)進(jìn)行氧化反應(yīng)通電后，陽(yáng)極的金屬會(huì)進(jìn)行氧化反應(yīng)( (失去電子失去電子) )，溶液中的正離子則在陰極被還原溶液中的正離子則在陰極被還原( (得到電子得到電子) )成原成原子并積聚在陰極表層。子并積聚在陰極表層。 3）鍍后處理(1)鈍化處理。 所謂鈍化處理是指在一定的溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，在鍍層上形成一層堅(jiān)實(shí)致密的，穩(wěn)定性高的薄膜的表面處理方法。鈍化使鍍層耐蝕性大大提高并能增加表面光澤和抗污染能力。這種方法用途很廣

10、，鍍Zn、Cu等后，都可進(jìn)行鈍化處理。(2)除氫處理。 有些金屬如鋅，在電沉積過(guò)程中，除自身沉積出來(lái)外，還會(huì)析出一部分氫，這部分氫滲入鍍層中，使鍍件產(chǎn)生脆性，甚至斷裂，稱為氫脆。為了消除氫脆，往往在電鍍后，使鍍件在一定的溫度下熱處理數(shù)小時(shí)，稱為除氫處理。電鍍的基本工藝及流程電鍍的基本工藝及流程v電鍍工藝是指工件的電鍍施工過(guò)程：電鍍工藝是指工件的電鍍施工過(guò)程：工件機(jī)械處理電化學(xué)精處理（電解除油）化學(xué)處理（除油）預(yù)鍍電鍍鍍后處理/烘干產(chǎn)品清洗清洗清洗酸浸清洗清洗電鍍液電鍍液v電鍍?nèi)芤旱慕M成對(duì)電鍍層的結(jié)構(gòu)有著很重要的影電鍍?nèi)芤旱慕M成對(duì)電鍍層的結(jié)構(gòu)有著很重要的影響。不同的鍍層金屬所使用的電鍍?nèi)芤旱慕M成

11、可響。不同的鍍層金屬所使用的電鍍?nèi)芤旱慕M成可以是各種各樣的但是都必須含有主鹽。以是各種各樣的但是都必須含有主鹽。v根據(jù)主鹽性質(zhì)的不同，可將電鍍?nèi)芤悍譃楹?jiǎn)單鹽根據(jù)主鹽性質(zhì)的不同，可將電鍍?nèi)芤悍譃楹?jiǎn)單鹽電鍍?nèi)芤汉徒j(luò)合物電鍍?nèi)芤簝纱箢?。電鍍?nèi)芤汉徒j(luò)合物電鍍?nèi)芤簝纱箢悺簡(jiǎn)單鹽電鍍?nèi)芤褐兄饕饘匐x子以簡(jiǎn)單離子形式簡(jiǎn)單鹽電鍍?nèi)芤褐兄饕饘匐x子以簡(jiǎn)單離子形式存在存在(如如Cu2+、Ni2+、Zn2+等等)，其溶液都是酸，其溶液都是酸性的。性的。v在絡(luò)合物電鍍?nèi)芤褐?，因含有絡(luò)合劑，主要金屬在絡(luò)合物電鍍?nèi)芤褐?，因含有絡(luò)合劑，主要金屬離子以絡(luò)離子形式存在離子以絡(luò)離子形式存在(如如Cu(CN)32-、Zn(CN)

12、42-、Ag(CN)2-等等)，其溶液多數(shù)，其溶液多數(shù)是堿性的，也有酸性的。是堿性的，也有酸性的。v除主鹽和絡(luò)合劑外，電鍍?nèi)芤褐薪?jīng)常還加有導(dǎo)電除主鹽和絡(luò)合劑外，電鍍?nèi)芤褐薪?jīng)常還加有導(dǎo)電鹽、緩沖劑、陽(yáng)極去極化劑以及添加劑等，它們鹽、緩沖劑、陽(yáng)極去極化劑以及添加劑等，它們各有不同的作用。各有不同的作用。主鹽電鍍液主鹽導(dǎo)電鹽絡(luò)合物緩沖劑穩(wěn)定劑陽(yáng)極活化劑添加劑鍍液組成鍍液組成v 主鹽：主鹽：能在陰極上沉積所要求的鍍層金屬的鹽。v 導(dǎo)電鹽：導(dǎo)電鹽：能提高溶液電導(dǎo)率，對(duì)導(dǎo)電金屬離子不起絡(luò)合作用的堿金屬或者堿土金屬的鹽類（包括銨鹽）。v 絡(luò)合劑：絡(luò)合劑：能絡(luò)合主鹽中金屬離子的物質(zhì)。v 緩沖劑：緩沖劑：一般是

13、弱酸和弱酸的酸式鹽，用于使溶液的PH值變化范圍變小。v 添加劑：添加劑：為了改善鍍液性能和鍍層質(zhì)量，加入電鍍液中的某些有機(jī)物。一般有以下幾類： 光亮劑：使鍍層光亮。 整平劑：使鍍件微觀波谷處的鍍層更厚。 潤(rùn)濕劑：降低電極與溶液間的表面張力，使溶液易于在電極表面鋪展。 應(yīng)力消減劑：降低鍍層內(nèi)應(yīng)力，提高鍍層韌性。 鍍層細(xì)化劑：使鍍層結(jié)晶細(xì)致。電鍍液主要成分及作用電鍍液主要成分及作用(1)(1)主鹽主鹽主鹽是指鍍液中能在陰極上沉積出所要求鍍層金主鹽是指鍍液中能在陰極上沉積出所要求鍍層金屬的鹽，用于提供金屬離子。屬的鹽，用于提供金屬離子。主鹽可以是欲鍍金屬的鹽，也可為氧化物。主鹽可以是欲鍍金屬的鹽，也

14、可為氧化物。主鹽濃度要有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?，并與溶液中其他主鹽濃度要有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶⑴c溶液中其他成分的濃度維持一個(gè)適當(dāng)?shù)谋戎怠３煞值臐舛染S持一個(gè)適當(dāng)?shù)谋戎怠Ｖ鼷}濃度的影響主鹽濃度的影響v主鹽濃度高，溶液的導(dǎo)電性和電流效率一般都高，主鹽濃度高，溶液的導(dǎo)電性和電流效率一般都高，可使用較大的電流密度，加快了沉積速度。但是，可使用較大的電流密度，加快了沉積速度。但是，主鹽濃度升高會(huì)使陰極極化下降，出現(xiàn)鍍層結(jié)晶主鹽濃度升高會(huì)使陰極極化下降，出現(xiàn)鍍層結(jié)晶較粗，鍍液的分散能力下降，而且鍍液的帶出損較粗，鍍液的分散能力下降，而且鍍液的帶出損失較大，成本較高，同時(shí)還增加了廢水處理的負(fù)失較大，成本較高，同時(shí)還增加

15、了廢水處理的負(fù)擔(dān)。擔(dān)。v主鹽濃度低，則采用的陰極電流密度較低沉積主鹽濃度低，則采用的陰極電流密度較低沉積速度較慢，效率低，但其分散能力和覆蓋能力均速度較慢，效率低，但其分散能力和覆蓋能力均較濃溶液好。較濃溶液好。 (2)導(dǎo)電鹽（附加鹽）導(dǎo)電鹽（附加鹽）導(dǎo)電鹽是電鍍中除主要鹽外的某些堿金屬或堿土金屬導(dǎo)電鹽是電鍍中除主要鹽外的某些堿金屬或堿土金屬鹽類，主要用于提高電鍍液的導(dǎo)電性，對(duì)主鹽中的金鹽類，主要用于提高電鍍液的導(dǎo)電性，對(duì)主鹽中的金屬離子不起絡(luò)合作用。屬離子不起絡(luò)合作用。有些附加鹽還能改善鍍液的深鍍能力，分散能力，產(chǎn)有些附加鹽還能改善鍍液的深鍍能力，分散能力，產(chǎn)生細(xì)致的鍍層。生細(xì)致的鍍層。常見(jiàn)

16、的導(dǎo)電鹽：常見(jiàn)的導(dǎo)電鹽：這類物質(zhì)包括酸、堿和鹽，如酸性鍍銅溶液中的H2SO4，氯化物鍍鋅溶液中的KCl、NaCl及氰化物鍍銅溶液中的NaOH和Na2CO3等。含量要求：含量要求： 導(dǎo)電鹽的含量受到溶解度的限制。而且大量導(dǎo)電鹽的存在還會(huì)降低其他鹽類的溶解度。對(duì)于含有較多表面活性劑的溶液，過(guò)多的導(dǎo)電鹽會(huì)降低它們的溶解度，使溶液在較低的溫度下發(fā)生乳濁現(xiàn)象嚴(yán)重的會(huì)影響鍍液的性能。所以導(dǎo)電鹽的含量也應(yīng)適當(dāng)。(3)絡(luò)合劑絡(luò)合劑若鍍液中主鹽的金屬離子為簡(jiǎn)單離子時(shí)，則鍍層晶若鍍液中主鹽的金屬離子為簡(jiǎn)單離子時(shí)，則鍍層晶粒粗大。粒粗大。若主要金屬離子為絡(luò)合離子時(shí)，鍍層比較若主要金屬離子為絡(luò)合離子時(shí)，鍍層比較細(xì)致，

17、鍍液的分散能力也較好。細(xì)致，鍍液的分散能力也較好。獲得絡(luò)合離子的方法是加入絡(luò)合劑，即能絡(luò)合獲得絡(luò)合離子的方法是加入絡(luò)合劑，即能絡(luò)合 主鹽主鹽的金屬離子形成絡(luò)合物的物質(zhì)。的金屬離子形成絡(luò)合物的物質(zhì)。在含絡(luò)合物的鍍液中，影響電鍍效果的主要是主鹽在含絡(luò)合物的鍍液中，影響電鍍效果的主要是主鹽與絡(luò)合劑的相對(duì)含量，即絡(luò)合劑的游離量（與絡(luò)合劑的相對(duì)含量，即絡(luò)合劑的游離量（即除絡(luò)即除絡(luò)合金屬離子以外多余的絡(luò)合劑合金屬離子以外多余的絡(luò)合劑），而不是絕對(duì)含量。），而不是絕對(duì)含量。電鍍中常用的絡(luò)合劑除了氰化物（電鍍中常用的絡(luò)合劑除了氰化物（NaCN或或KCN）外，還有焦磷酸鹽（外，還有焦磷酸鹽（K4P2O7或或Na

18、4P2O7）、銨鹽、）、銨鹽、乙二胺等。其作用是穩(wěn)定鍍液、促進(jìn)陽(yáng)極正常溶解乙二胺等。其作用是穩(wěn)定鍍液、促進(jìn)陽(yáng)極正常溶解和增加陰極極化等作用。和增加陰極極化等作用。(4)緩沖劑緩沖劑緩沖劑是指用來(lái)穩(wěn)定溶液酸堿度的物質(zhì)。緩沖劑是指用來(lái)穩(wěn)定溶液酸堿度的物質(zhì)。特別是陰極特別是陰極表面附近的表面附近的PH值。值。這類物質(zhì)一般是由弱酸和弱酸鹽或弱堿和弱堿鹽組成這類物質(zhì)一般是由弱酸和弱酸鹽或弱堿和弱堿鹽組成的，的，如鍍鎳溶液中的如鍍鎳溶液中的H3BO3、焦磷酸鹽鍍液中的焦磷酸鹽鍍液中的Na2HPO4等。等。緩沖劑能使溶液遇到堿或酸時(shí)，溶液的緩沖劑能使溶液遇到堿或酸時(shí)，溶液的pH值變化幅度值變化幅度縮少，縮少

19、，并對(duì)提高陰極極化有一定作用，也有利于提高并對(duì)提高陰極極化有一定作用，也有利于提高鍍液的分散能力和鍍層質(zhì)量。鍍液的分散能力和鍍層質(zhì)量。含量要求：任何一種緩沖劑都只能在一定的范圍內(nèi)具含量要求：任何一種緩沖劑都只能在一定的范圍內(nèi)具有較好的緩沖作用，而且還必須要有足夠的量有較好的緩沖作用，而且還必須要有足夠的量,起到穩(wěn)起到穩(wěn)定溶液定溶液PH值的作用。值的作用。（5）穩(wěn)定劑）穩(wěn)定劑v用來(lái)防止鍍液中主鹽水解或金屬離子的氧化，保用來(lái)防止鍍液中主鹽水解或金屬離子的氧化，保持溶液的清澈穩(wěn)定。持溶液的清澈穩(wěn)定。v例如：酸性鍍錫和鍍銅溶液中的硫酸，酸性鍍錫例如：酸性鍍錫和鍍銅溶液中的硫酸，酸性鍍錫溶液中的抗氧化劑

20、等。溶液中的抗氧化劑等。(6)陽(yáng)極活化劑陽(yáng)極活化劑在電鍍過(guò)程中能夠消除或降低陽(yáng)極極化，在電鍍過(guò)程中能夠消除或降低陽(yáng)極極化，促進(jìn)陽(yáng)極促進(jìn)陽(yáng)極活化的物質(zhì)稱陽(yáng)極活化劑?；罨奈镔|(zhì)稱陽(yáng)極活化劑。陽(yáng)極活化劑的作用是提高陽(yáng)極開(kāi)始鈍化的電流密度，陽(yáng)極活化劑的作用是提高陽(yáng)極開(kāi)始鈍化的電流密度，促進(jìn)陽(yáng)極的正常溶解，防止陽(yáng)極鈍化，促進(jìn)陽(yáng)極的正常溶解，防止陽(yáng)極鈍化，從而保證陽(yáng)從而保證陽(yáng)極處于活化狀態(tài)而能正常地溶解。極處于活化狀態(tài)而能正常地溶解。陽(yáng)極活化劑含量不足時(shí)陽(yáng)極溶解不正常，主鹽的含陽(yáng)極活化劑含量不足時(shí)陽(yáng)極溶解不正常，主鹽的含量下降較快，影響鍍液的穩(wěn)定。嚴(yán)重時(shí)，電鍍不能量下降較快，影響鍍液的穩(wěn)定。嚴(yán)重時(shí)，電鍍不

21、能正常進(jìn)行。正常進(jìn)行。例如鍍銀溶液中的氯化物，氰化鍍銅溶液中的酒石例如鍍銀溶液中的氯化物，氰化鍍銅溶液中的酒石酸鹽等。酸鹽等。(7)添加劑添加劑添加劑是指添加劑是指在鍍液中含量很低，在鍍液中含量很低，不會(huì)明顯改變鍍液性不會(huì)明顯改變鍍液性質(zhì)，而能顯著改善鍍層性能的物質(zhì)。質(zhì)，而能顯著改善鍍層性能的物質(zhì)。根據(jù)在鍍液中所起的作用，添加劑可分為：根據(jù)在鍍液中所起的作用，添加劑可分為：光亮劑光亮劑（光亮劑或增光劑：使鍍層產(chǎn)生光澤）（光亮劑或增光劑：使鍍層產(chǎn)生光澤）整平劑整平劑（使鍍層表面平整的添加劑）（使鍍層表面平整的添加劑）抑霧劑抑霧劑（能降低電極與溶液界面張力的添加劑）（能降低電極與溶液界面張力的添加

22、劑）應(yīng)力消除劑應(yīng)力消除劑鍍層細(xì)化劑鍍層細(xì)化劑潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕劑無(wú)機(jī)添加劑等無(wú)機(jī)添加劑等電鍍液的分類電鍍液的分類根據(jù)鍍層金屬的成份不同，可以把常用電鍍液分根據(jù)鍍層金屬的成份不同，可以把常用電鍍液分為以下幾類：為以下幾類：?jiǎn)谓饘馘円海簡(jiǎn)谓饘馘円海簐鍍鉻液鍍鉻液v鍍鎳液鍍鎳液v鍍銅液鍍銅液v鍍鋅液鍍鋅液v鍍錫液鍍錫液v鍍銀液鍍銀液v鍍金液鍍金液合金鍍液合金鍍液電鍍液的選擇電鍍液的選擇v常用電鍍?nèi)芤旱呐浞酱篌w上可以分為兩類：常用電鍍?nèi)芤旱呐浞酱篌w上可以分為兩類： 按照電極上離子交換時(shí)具備的形態(tài)，簡(jiǎn)單的水按照電極上離子交換時(shí)具備的形態(tài)，簡(jiǎn)單的水合離子和加入絡(luò)合劑或鰲合劑后生成的較復(fù)雜離合離子和加入絡(luò)合劑或鰲合

23、劑后生成的較復(fù)雜離子。子。v在分散能力、電鍍速度、鍍層結(jié)晶結(jié)構(gòu)和特性等在分散能力、電鍍速度、鍍層結(jié)晶結(jié)構(gòu)和特性等方面都有明顯差別。方面都有明顯差別。v如果零件形狀并不特別復(fù)雜，鍍層也能滿足要求如果零件形狀并不特別復(fù)雜，鍍層也能滿足要求時(shí)，宜盡量選用較簡(jiǎn)單的鍍液配方。這樣不僅成時(shí)，宜盡量選用較簡(jiǎn)單的鍍液配方。這樣不僅成本低，易于控制和管理，而且更重要的是污水也本低，易于控制和管理，而且更重要的是污水也較易治理。較易治理。電鍍液的選擇電鍍液的選擇v鍍液與所用的工藝條件，須由產(chǎn)品的要求來(lái)定。目鍍液與所用的工藝條件，須由產(chǎn)品的要求來(lái)定。目前能采用的工藝已經(jīng)很多，不同的配方和工藝條件前能采用的工藝已經(jīng)很

24、多，不同的配方和工藝條件可以很容易地查到?？梢院苋菀椎夭榈健選擇鍍液的配方和配套的工藝，首要的是能針對(duì)性選擇鍍液的配方和配套的工藝，首要的是能針對(duì)性地滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，其次便是考慮可能得以實(shí)地滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，其次便是考慮可能得以實(shí)施的環(huán)境和條件。施的環(huán)境和條件。對(duì)于一種實(shí)用的電鍍液，須從以下幾個(gè)方面考慮：對(duì)于一種實(shí)用的電鍍液，須從以下幾個(gè)方面考慮：v溶液的總體濃度溶液的總體濃度v添加的組分添加的組分v溶液的溶液的PHPH值值v溶液的工作溫度溶液的工作溫度溶液的總體濃度溶液的總體濃度v離子濃度高可以提高容許的極限電流密度。離子濃度高可以提高容許的極限電流密度。v材料的成本也上升。材料的成

25、本也上升。v鍍液從槽內(nèi)帶出的損耗和引起的污水處理成本也鍍液從槽內(nèi)帶出的損耗和引起的污水處理成本也增加。增加。添加的組分添加的組分v鍍液中添加的組分不宜太多，否則難于控制和調(diào)鍍液中添加的組分不宜太多，否則難于控制和調(diào)整，實(shí)際上無(wú)法保持工藝的穩(wěn)定。整，實(shí)際上無(wú)法保持工藝的穩(wěn)定。v即便是非分解性的組分，也會(huì)帶來(lái)分析和調(diào)整的即便是非分解性的組分，也會(huì)帶來(lái)分析和調(diào)整的困難。組分的壽命也要考慮，會(huì)自行分解或在電困難。組分的壽命也要考慮，會(huì)自行分解或在電解過(guò)程中發(fā)生變化、半衰期短的盡量不用。解過(guò)程中發(fā)生變化、半衰期短的盡量不用。v有些化合物加入后十分有效，但污水難于處理的有些化合物加入后十分有效，但污水難于

26、處理的也不宜加入，否則會(huì)遇到環(huán)境污染的限制。有毒也不宜加入，否則會(huì)遇到環(huán)境污染的限制。有毒物質(zhì)更要慎加。物質(zhì)更要慎加。溶液的溶液的PH值值v鍍液中的鍍液中的pH值可以影響氫的放電電位、堿性?shī)A雜值可以影響氫的放電電位、堿性?shī)A雜物的沉淀，還可以影響絡(luò)合物或水化物的組成以物的沉淀，還可以影響絡(luò)合物或水化物的組成以及添加劑的吸附程度。但對(duì)各種因素的影響程度及添加劑的吸附程度。但對(duì)各種因素的影響程度一般不可預(yù)見(jiàn)。一般不可預(yù)見(jiàn)。v最佳的最佳的PH值往往要通過(guò)試驗(yàn)決定。在含有絡(luò)合值往往要通過(guò)試驗(yàn)決定。在含有絡(luò)合劑離子的鍍液中，劑離子的鍍液中，PH值可能影響存在的各種絡(luò)值可能影響存在的各種絡(luò)合物的平衡，因而必

27、須根據(jù)濃度來(lái)考慮。合物的平衡，因而必須根據(jù)濃度來(lái)考慮。v電鍍過(guò)程中，若電鍍過(guò)程中，若PH值增大，則陰極效率比陽(yáng)極值增大，則陰極效率比陽(yáng)極效率高，效率高，PH值減少則反之。通過(guò)加入緩沖劑可值減少則反之。通過(guò)加入緩沖劑可以將以將PH值穩(wěn)定在一定范圍。值穩(wěn)定在一定范圍。溶液的工作溫度溶液的工作溫度v常溫工作的電鍍?nèi)芤寒?dāng)然比較理想，可以節(jié)省設(shè)常溫工作的電鍍?nèi)芤寒?dāng)然比較理想，可以節(jié)省設(shè)備投資和能源消耗。備投資和能源消耗。v但工作溫度區(qū)間不宜太窄，否則仍避免不了要配但工作溫度區(qū)間不宜太窄，否則仍避免不了要配備加溫設(shè)施，甚至配備冷卻設(shè)備。備加溫設(shè)施，甚至配備冷卻設(shè)備。v總體來(lái)講，鍍液要求加溫并不一定都會(huì)提高

28、成本，總體來(lái)講，鍍液要求加溫并不一定都會(huì)提高成本，這要看實(shí)際要保持的溫度和相應(yīng)獲得的好處。綜這要看實(shí)際要保持的溫度和相應(yīng)獲得的好處。綜合的效益取決于選擇協(xié)調(diào)的工藝。合的效益取決于選擇協(xié)調(diào)的工藝。電鍍反應(yīng)及機(jī)理電鍍反應(yīng)及機(jī)理v電鍍反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是一種電化學(xué)反應(yīng)。電鍍反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是一種電化學(xué)反應(yīng)。v被鍍的零件為陰極被鍍的零件為陰極與直流電源的負(fù)極相連，金屬與直流電源的負(fù)極相連，金屬陽(yáng)極與直流電源的正極聯(lián)結(jié)，陽(yáng)極與陰極均浸入鍍陽(yáng)極與直流電源的正極聯(lián)結(jié)，陽(yáng)極與陰極均浸入鍍液中。液中。v當(dāng)在陰陽(yáng)兩極間施加一定電位時(shí)當(dāng)在陰陽(yáng)兩極間施加一定電位時(shí)則在陰極發(fā)生如則在陰極發(fā)生如下反應(yīng)下反應(yīng)從鍍液內(nèi)部擴(kuò)散到電極和鍍液界

29、面的金屬?gòu)腻円簝?nèi)部擴(kuò)散到電極和鍍液界面的金屬離子離子Mn+從陰極上獲得從陰極上獲得n個(gè)電子個(gè)電子還原成金屬還原成金屬M(fèi)；另一方面另一方面在陽(yáng)極則發(fā)生與陰極完全相反的反應(yīng)在陽(yáng)極則發(fā)生與陰極完全相反的反應(yīng)即陽(yáng)極界面上發(fā)生金屬即陽(yáng)極界面上發(fā)生金屬M(fèi)的溶解的溶解釋放釋放n個(gè)電子生個(gè)電子生成金屬離子成金屬離子Mn+。1 1）電極電位）電極電位 當(dāng)金屬電極浸入含有該金屬離子的溶液中時(shí)當(dāng)金屬電極浸入含有該金屬離子的溶液中時(shí), ,存在存在如下的平衡如下的平衡, ,即金屬失電子而溶解于溶液的反應(yīng)和金屬離即金屬失電子而溶解于溶液的反應(yīng)和金屬離子得電子而析出金屬的逆反應(yīng)應(yīng)同時(shí)存在子得電子而析出金屬的逆反應(yīng)應(yīng)同時(shí)存在

30、: : M Mn+n+ne M+ne M 平衡電位與金屬的本性和溶液的溫度、濃度有關(guān)。平衡電位與金屬的本性和溶液的溫度、濃度有關(guān)。為了精確比較物質(zhì)本性對(duì)平衡電位的影響為了精確比較物質(zhì)本性對(duì)平衡電位的影響, ,人們規(guī)定當(dāng)溶人們規(guī)定當(dāng)溶液溫度為液溫度為25,25,金屬離子的濃度為金屬離子的濃度為1mol/L1mol/L時(shí)時(shí), ,測(cè)得的電位叫測(cè)得的電位叫標(biāo)準(zhǔn)電極電位。標(biāo)準(zhǔn)電極電位負(fù)值較大的金屬都易失掉電標(biāo)準(zhǔn)電極電位。標(biāo)準(zhǔn)電極電位負(fù)值較大的金屬都易失掉電子被氧化子被氧化, ,而標(biāo)準(zhǔn)電極電位正值較大的金屬都易得到電子而標(biāo)準(zhǔn)電極電位正值較大的金屬都易得到電子被還原。被還原。標(biāo)準(zhǔn)電極電位標(biāo)準(zhǔn)電極電位電極/V

31、電極/VLi/Li K/KBa2+/Ba Ca2+/Ca Na+/Na Mg2+/Mg Ti2+/TiAl3+/AlMn2+/MnZn2+/ZnCr3+/CrFe2+/FeCd2+/CdIn3+/InCo2+/Co3.0452.9252.902.872.712.371.631.661.180.7630.740.440.4030.340.277In/InNi2+/NiSn2+/Sn Pb2+/Pb Fe3+/Fe2H+/H2 Sn4+/Sn Cu2+/CuCu+/CuAg+/AgPb4+/PbPt2+/Pt2H+/O2Au3+/AuAu+/Au0.250.250.1360.1260.0360.0

32、00.0050.3370.520.7990.801.21.231.501.72 2）極化）極化 在原電池在原電池( (或腐蝕電池或腐蝕電池) )的工作過(guò)程中，陰極電的工作過(guò)程中，陰極電位變低位變低( (稱為陰極極化稱為陰極極化) )，陽(yáng)極電位變高，陽(yáng)極電位變高( (稱為陽(yáng)極稱為陽(yáng)極極化極化) )，陰極和陽(yáng)極電位差變小的現(xiàn)象稱為極化。，陰極和陽(yáng)極電位差變小的現(xiàn)象稱為極化。產(chǎn)生極化作用的原因主要是電化學(xué)極化和濃差極產(chǎn)生極化作用的原因主要是電化學(xué)極化和濃差極化?；?。（1 1）電化學(xué)極化）電化學(xué)極化 由于陰極上電化學(xué)反應(yīng)速度小于外電源供給由于陰極上電化學(xué)反應(yīng)速度小于外電源供給電子的速度電子的速度, ,

33、從而使電極電位向負(fù)的方向移動(dòng)而引從而使電極電位向負(fù)的方向移動(dòng)而引起的極化作用。起的極化作用。（2 2）濃差極化）濃差極化 由于鄰近電極表液層的濃度與溶液主體的濃由于鄰近電極表液層的濃度與溶液主體的濃度發(fā)生差異而產(chǎn)生的極化稱濃差極化度發(fā)生差異而產(chǎn)生的極化稱濃差極化, ,這是由于溶這是由于溶液中離子擴(kuò)散速度小于電子運(yùn)動(dòng)造成的。液中離子擴(kuò)散速度小于電子運(yùn)動(dòng)造成的。 陰極極化對(duì)于改善鍍層質(zhì)量起著很重要的作陰極極化對(duì)于改善鍍層質(zhì)量起著很重要的作用。用。鍍層的形成與結(jié)合鍍層的形成與結(jié)合v金屬電沉積的反應(yīng)步驟金屬電沉積的反應(yīng)步驟 1)傳質(zhì)過(guò)程傳質(zhì)過(guò)程 ：液相傳質(zhì)。包括：電遷移，對(duì)流，：液相傳質(zhì)。包括：電遷移

34、，對(duì)流，擴(kuò)散。擴(kuò)散。 2)表面轉(zhuǎn)化：金屬離子在電極與界面處還原。轉(zhuǎn)表面轉(zhuǎn)化：金屬離子在電極與界面處還原。轉(zhuǎn)化形式包括：脫去水化、配位數(shù)降低、配位形式化形式包括：脫去水化、配位數(shù)降低、配位形式改變。改變。 3)電化學(xué)步驟。電化學(xué)步驟。 4)相生成。相生成。電鍍層的形成過(guò)程電鍍層的形成過(guò)程單擊添加單擊添加液相傳質(zhì)液相傳質(zhì)前置轉(zhuǎn)化前置轉(zhuǎn)化電荷傳遞電荷傳遞表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散形成結(jié)晶形成結(jié)晶電結(jié)晶過(guò)程電結(jié)晶過(guò)程單擊添單擊添加nMNnMn2+nNn2+nMn2+nMn2+nMn2+電沉積過(guò)程示意圖電沉積過(guò)程示意圖通常，金屬電沉積過(guò)程包括以下幾個(gè)基本步驟：通常，金屬電沉積過(guò)程包括以下幾個(gè)基本步驟： (1)(1

35、)液相傳質(zhì)步驟液相傳質(zhì)步驟 (2)(2)電化學(xué)還原步驟電化學(xué)還原步驟 (3) (3)電結(jié)晶步驟電結(jié)晶步驟 (1)(1)液相傳質(zhì)步驟液相傳質(zhì)步驟 陰極表面附近的金屬離子參與陰極表面附近的金屬離子參與陰極反應(yīng)并迅速消耗，形成從陰極到陽(yáng)極金屬離陰極反應(yīng)并迅速消耗，形成從陰極到陽(yáng)極金屬離子濃度逐漸增大的濃度梯度，金屬水合離子或絡(luò)子濃度逐漸增大的濃度梯度，金屬水合離子或絡(luò)合離子在溶液內(nèi)部以電遷移、擴(kuò)散和對(duì)流的方式合離子在溶液內(nèi)部以電遷移、擴(kuò)散和對(duì)流的方式向陰極表面轉(zhuǎn)移。向陰極表面轉(zhuǎn)移。 (2)(2)電化學(xué)還原步驟電化學(xué)還原步驟 包括前置轉(zhuǎn)換和電荷轉(zhuǎn)移；包括前置轉(zhuǎn)換和電荷轉(zhuǎn)移；在進(jìn)行電化學(xué)還原前，金屬離子

36、的主要存在形式在進(jìn)行電化學(xué)還原前，金屬離子的主要存在形式在陰極附近或表面發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c電在陰極附近或表面發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c電極反應(yīng)的形式，這一過(guò)程稱為前置轉(zhuǎn)換步驟。然極反應(yīng)的形式，這一過(guò)程稱為前置轉(zhuǎn)換步驟。然后，金屬離子再以此形式在陰極表面得到電子，后，金屬離子再以此形式在陰極表面得到電子，還原為金屬原子這一過(guò)程稱為電荷轉(zhuǎn)移步驟。還原為金屬原子這一過(guò)程稱為電荷轉(zhuǎn)移步驟。電鍍層的形成過(guò)程之液相傳質(zhì)電鍍層的形成過(guò)程之液相傳質(zhì)液相傳質(zhì)液相傳質(zhì)步驟是整個(gè)電極過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因?yàn)橐合嗖襟E是整個(gè)電極過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因?yàn)橐合嘀械姆磻?yīng)粒子需要通過(guò)液相傳質(zhì)向電極表面不斷地輸送，而電中

37、的反應(yīng)粒子需要通過(guò)液相傳質(zhì)向電極表面不斷地輸送，而電極反應(yīng)產(chǎn)物又需通過(guò)液相傳質(zhì)過(guò)程離開(kāi)電極表面，只有這樣，極反應(yīng)產(chǎn)物又需通過(guò)液相傳質(zhì)過(guò)程離開(kāi)電極表面，只有這樣，才能保證電極過(guò)程連續(xù)地進(jìn)行下去。才能保證電極過(guò)程連續(xù)地進(jìn)行下去。液相傳質(zhì)液相傳質(zhì)步驟沉積金屬離子自溶液本體運(yùn)動(dòng)到步驟沉積金屬離子自溶液本體運(yùn)動(dòng)到電極表面附近。電極表面附近。液相傳質(zhì)的三種方式液相傳質(zhì)的三種方式v電遷移：電極上有電流通過(guò)時(shí)，溶液中各種離子在電遷移：電極上有電流通過(guò)時(shí)，溶液中各種離子在電場(chǎng)作用下，均將沿著一定方向移動(dòng)。電場(chǎng)作用下，均將沿著一定方向移動(dòng)。v對(duì)流：由于電極反應(yīng)的進(jìn)行，引起了溶液中局部濃對(duì)流：由于電極反應(yīng)的進(jìn)行，引

38、起了溶液中局部濃度和溫度的變化，因而溶液中出現(xiàn)了密度上的差別。度和溫度的變化，因而溶液中出現(xiàn)了密度上的差別。以及由于電極上氣體產(chǎn)物對(duì)溶液的攪拌作用，將使以及由于電極上氣體產(chǎn)物對(duì)溶液的攪拌作用，將使整個(gè)溶液流動(dòng)起來(lái)，形成自然對(duì)流。如果采用機(jī)械整個(gè)溶液流動(dòng)起來(lái)，形成自然對(duì)流。如果采用機(jī)械攪拌溶液的措施，則可造成強(qiáng)制對(duì)流攪拌溶液的措施，則可造成強(qiáng)制對(duì)流v擴(kuò)散：電極上有電流通過(guò)時(shí)，由于電極反應(yīng)消耗反擴(kuò)散：電極上有電流通過(guò)時(shí)，由于電極反應(yīng)消耗反應(yīng)物和形成產(chǎn)物，會(huì)使溶液中某一組分在緊靠電極應(yīng)物和形成產(chǎn)物，會(huì)使溶液中某一組分在緊靠電極表面液層中的濃度與溶液內(nèi)部濃度出現(xiàn)了差別，于表面液層中的濃度與溶液內(nèi)部濃度

39、出現(xiàn)了差別，于是發(fā)生某組分的擴(kuò)散。是發(fā)生某組分的擴(kuò)散。v電流通過(guò)電極時(shí)，三種傳質(zhì)過(guò)程往往同時(shí)存在。電流通過(guò)電極時(shí)，三種傳質(zhì)過(guò)程往往同時(shí)存在。v但在離開(kāi)電極表面較遠(yuǎn)的溶液中，液流速度比離但在離開(kāi)電極表面較遠(yuǎn)的溶液中，液流速度比離子在電場(chǎng)作用下和溶液濃度梯度作用下的運(yùn)動(dòng)速子在電場(chǎng)作用下和溶液濃度梯度作用下的運(yùn)動(dòng)速度大得多，可將該處的擴(kuò)散傳質(zhì)和電遷傳質(zhì)忽略度大得多，可將該處的擴(kuò)散傳質(zhì)和電遷傳質(zhì)忽略掉。掉。v在緊靠電極表面的液層中，液流速度很小，應(yīng)當(dāng)在緊靠電極表面的液層中，液流速度很小，應(yīng)當(dāng)是擴(kuò)散和電遷移在傳質(zhì)中起主要作用。是擴(kuò)散和電遷移在傳質(zhì)中起主要作用。前置轉(zhuǎn)化：前置轉(zhuǎn)化：還原反應(yīng)前還原反應(yīng)前,

40、沉積金屬離子在陰極表面沉積金屬離子在陰極表面附近或表面上發(fā)生轉(zhuǎn)化附近或表面上發(fā)生轉(zhuǎn)化;電鍍層的形成過(guò)程之前置轉(zhuǎn)化電鍍層的形成過(guò)程之前置轉(zhuǎn)化電荷傳遞電荷傳遞: 在電極和離子之間進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移在電極和離子之間進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移;電鍍層的形成過(guò)程之前電荷傳遞電鍍層的形成過(guò)程之前電荷傳遞電鍍層的形成過(guò)程之表面擴(kuò)散或形核電鍍層的形成過(guò)程之表面擴(kuò)散或形核單擊添單擊添單擊添加單擊添加表面擴(kuò)散或形核表面擴(kuò)散或形核: 到達(dá)電極表面的粒子沿表面橫向移到達(dá)電極表面的粒子沿表面橫向移動(dòng)到金屬點(diǎn)陣的適當(dāng)位置動(dòng)到金屬點(diǎn)陣的適當(dāng)位置,或與其它粒子相遇形成晶核或與其它粒子相遇形成晶核;形成結(jié)晶形成結(jié)晶: 金屬原子最后到達(dá)點(diǎn)陣中的固定

41、位置金屬原子最后到達(dá)點(diǎn)陣中的固定位置,晶體晶體逐漸長(zhǎng)大。逐漸長(zhǎng)大。電鍍層的形成過(guò)程之形成結(jié)晶電鍍層的形成過(guò)程之形成結(jié)晶 (3)電結(jié)晶步驟電結(jié)晶步驟 v金屬原子在陰極表面形成新相，包括晶核的形成和金屬原子在陰極表面形成新相，包括晶核的形成和生長(zhǎng)。生長(zhǎng)。v金屬的電結(jié)晶過(guò)程與鹽溶液中鹽的結(jié)晶過(guò)程相似，金屬的電結(jié)晶過(guò)程與鹽溶液中鹽的結(jié)晶過(guò)程相似，平衡電位狀態(tài)相當(dāng)于溶液的飽和狀態(tài)，而陰極的過(guò)平衡電位狀態(tài)相當(dāng)于溶液的飽和狀態(tài)，而陰極的過(guò)電位則相當(dāng)于溶液的過(guò)飽和度。電位則相當(dāng)于溶液的過(guò)飽和度。v溶液在析出金屬時(shí)的陰極極化作用越大，過(guò)電位就溶液在析出金屬時(shí)的陰極極化作用越大，過(guò)電位就越高，生成晶核的速度就越快

42、，鍍層的晶粒就越細(xì)；越高，生成晶核的速度就越快，鍍層的晶粒就越細(xì)；反之，晶核的形成速度低于生長(zhǎng)速度，鍍層的晶粒反之，晶核的形成速度低于生長(zhǎng)速度，鍍層的晶粒就越粗。就越粗。v鍍層晶粒的粗細(xì)可通過(guò)調(diào)整溶液的組成與配比、在鍍層晶粒的粗細(xì)可通過(guò)調(diào)整溶液的組成與配比、在溶液中加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┖涂刂齐婂儠r(shí)的工藝參數(shù)溶液中加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┖涂刂齐婂儠r(shí)的工藝參數(shù)等來(lái)改變。等來(lái)改變。單擊添單擊添加金屬電結(jié)晶過(guò)程金屬電結(jié)晶過(guò)程 金屬電結(jié)晶的形式：金屬電結(jié)晶的形式：l 陰極還原的新生態(tài)吸附原子聚集形成晶核，晶核陰極還原的新生態(tài)吸附原子聚集形成晶核，晶核長(zhǎng)大成晶體；長(zhǎng)大成晶體；l 新生態(tài)吸附原子在電極表面擴(kuò)散，達(dá)到某

43、一位置新生態(tài)吸附原子在電極表面擴(kuò)散，達(dá)到某一位置并進(jìn)入晶核，在原有金屬的晶格上延續(xù)生長(zhǎng)。并進(jìn)入晶核，在原有金屬的晶格上延續(xù)生長(zhǎng)。電沉積過(guò)程：電沉積過(guò)程：l 形成二維晶核形成二維晶核l 生長(zhǎng)為單原子薄層生長(zhǎng)為單原子薄層l 在新的晶面上再次形核、長(zhǎng)大在新的晶面上再次形核、長(zhǎng)大l 一層層生長(zhǎng)，直至成為宏觀晶體沉積層一層層生長(zhǎng)，直至成為宏觀晶體沉積層單擊添單擊添加金屬電結(jié)晶形核過(guò)程規(guī)律金屬電結(jié)晶形核過(guò)程規(guī)律l 電結(jié)晶時(shí)形成晶核要消耗電能，所以平衡電位下電結(jié)晶時(shí)形成晶核要消耗電能，所以平衡電位下不能形成晶核，只有達(dá)到一定的陰極極化值時(shí)不能形成晶核，只有達(dá)到一定的陰極極化值時(shí)（析出電位）才能形核。（析出電

44、位）才能形核。 l 過(guò)電位的大小決定電結(jié)晶層的粗細(xì)程度：過(guò)電位的大小決定電結(jié)晶層的粗細(xì)程度： 過(guò)電位過(guò)電位高高晶核易形成，數(shù)量多晶核易形成，數(shù)量多結(jié)晶細(xì)致；結(jié)晶細(xì)致； 過(guò)電位過(guò)電位低低晶核難形成，數(shù)量少晶核難形成，數(shù)量少結(jié)晶粗大結(jié)晶粗大。單擊添單擊添加電鍍層在已有晶面上的延續(xù)生長(zhǎng)電鍍層在已有晶面上的延續(xù)生長(zhǎng) 吸附原子借助金屬表面存在的大量空穴、位錯(cuò)和晶吸附原子借助金屬表面存在的大量空穴、位錯(cuò)和晶體臺(tái)階等缺陷，在已有晶體表面上延續(xù)生長(zhǎng)而無(wú)體臺(tái)階等缺陷，在已有晶體表面上延續(xù)生長(zhǎng)而無(wú)須形成新的晶核。須形成新的晶核。l 表面擴(kuò)散與并入晶格表面擴(kuò)散與并入晶格 兩種方式：放電粒子直接在生長(zhǎng)點(diǎn)放電而就地并兩

45、種方式：放電粒子直接在生長(zhǎng)點(diǎn)放電而就地并入晶格；放電粒子在電極表面任一位置放電，形入晶格；放電粒子在電極表面任一位置放電，形成吸附原子，然后擴(kuò)散到生長(zhǎng)點(diǎn)并入晶格。成吸附原子，然后擴(kuò)散到生長(zhǎng)點(diǎn)并入晶格。l 晶體的螺旋位錯(cuò)生長(zhǎng)晶體的螺旋位錯(cuò)生長(zhǎng) 晶面上的吸附原子擴(kuò)散到位錯(cuò)的臺(tái)階邊緣時(shí)，可晶面上的吸附原子擴(kuò)散到位錯(cuò)的臺(tái)階邊緣時(shí)，可沿位錯(cuò)線生長(zhǎng)。沿位錯(cuò)線生長(zhǎng)。電鍍層在已有晶面上的延續(xù)生長(zhǎng)電鍍層在已有晶面上的延續(xù)生長(zhǎng)單擊添單擊添加通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入生長(zhǎng)點(diǎn)直接在生長(zhǎng)點(diǎn)放電金屬的電結(jié)晶動(dòng)力學(xué)金屬的電結(jié)晶動(dòng)力學(xué)電結(jié)晶過(guò)程的動(dòng)力學(xué)電結(jié)晶過(guò)程的動(dòng)力學(xué)v放電過(guò)程在生長(zhǎng)點(diǎn)上發(fā)生，放電步驟與結(jié)晶步驟放電過(guò)程在生長(zhǎng)點(diǎn)上發(fā)生，放

46、電步驟與結(jié)晶步驟合二為一；合二為一；v放電過(guò)程在晶面上任何位置發(fā)生，放電后的粒子放電過(guò)程在晶面上任何位置發(fā)生，放電后的粒子先在電極表面吸附，成為吸附原子，通過(guò)表面擴(kuò)先在電極表面吸附，成為吸附原子，通過(guò)表面擴(kuò)散轉(zhuǎn)移到生長(zhǎng)線或生長(zhǎng)點(diǎn)；散轉(zhuǎn)移到生長(zhǎng)線或生長(zhǎng)點(diǎn)；v吸附原子在晶面上擴(kuò)散的過(guò)程中，熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致彼吸附原子在晶面上擴(kuò)散的過(guò)程中，熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致彼此偶然靠近而形成新的生長(zhǎng)點(diǎn)或生長(zhǎng)線。此偶然靠近而形成新的生長(zhǎng)點(diǎn)或生長(zhǎng)線。沉積物形態(tài)沉積物形態(tài)v層狀層狀 金字塔狀金字塔狀 塊狀塊狀 屋脊?fàn)钗菁範(fàn)?立方層狀立方層狀v螺旋螺旋 枝晶枝晶 晶須晶須 粉狀粉狀單擊添單擊添加金屬電沉積過(guò)程的特點(diǎn)金屬電沉積過(guò)程的特點(diǎn)l

47、陰極過(guò)電位是電沉積過(guò)程進(jìn)行的動(dòng)力。陰極過(guò)電位是電沉積過(guò)程進(jìn)行的動(dòng)力。l 金屬析出：電位達(dá)到金屬析出電位時(shí)，才能還原金屬析出：電位達(dá)到金屬析出電位時(shí)，才能還原。l 電結(jié)晶：只有達(dá)到一定的臨界尺寸的晶核才能穩(wěn)電結(jié)晶：只有達(dá)到一定的臨界尺寸的晶核才能穩(wěn)定存在。凡是達(dá)不到臨界尺寸的晶核就會(huì)重新溶定存在。凡是達(dá)不到臨界尺寸的晶核就會(huì)重新溶解。陰極過(guò)電位越大，晶核生成功越小，形成晶解。陰極過(guò)電位越大，晶核生成功越小，形成晶核的臨界尺寸才能減小，結(jié)晶才細(xì)致。核的臨界尺寸才能減小，結(jié)晶才細(xì)致。單擊添單擊添加v雙電層的結(jié)構(gòu)，特別是粒子在緊密層中的吸附對(duì)雙電層的結(jié)構(gòu)，特別是粒子在緊密層中的吸附對(duì)電沉積過(guò)程有明顯影

48、響；電沉積過(guò)程有明顯影響； 粒子的吸附粒子的吸附 金屬的陰極析出速度和金屬的陰極析出速度和位置位置 隨后的金屬結(jié)晶方式和致密性隨后的金屬結(jié)晶方式和致密性 金屬層結(jié)金屬層結(jié)構(gòu)和性能。構(gòu)和性能。v沉積層的結(jié)構(gòu)、性能與電結(jié)晶過(guò)程中新晶粒的生沉積層的結(jié)構(gòu)、性能與電結(jié)晶過(guò)程中新晶粒的生長(zhǎng)方式和過(guò)程密切相關(guān)，同時(shí)與電極表面（基體長(zhǎng)方式和過(guò)程密切相關(guān)，同時(shí)與電極表面（基體金屬表面）的結(jié)晶狀態(tài)密切相關(guān)。金屬表面）的結(jié)晶狀態(tài)密切相關(guān)。v不同的金屬晶面上，電沉積的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)不同的金屬晶面上，電沉積的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)可能不同。可能不同。影響影響影響單擊添單擊添加金屬的陰極還原過(guò)程金屬的陰極還原過(guò)程v若電解液中

49、是金屬絡(luò)離子，則金屬電極的平衡電若電解液中是金屬絡(luò)離子，則金屬電極的平衡電位會(huì)明顯負(fù)移，使金屬離子的還原更加困難位會(huì)明顯負(fù)移，使金屬離子的還原更加困難。v若陰極還原產(chǎn)物不是純金屬而是合金，則由于反若陰極還原產(chǎn)物不是純金屬而是合金，則由于反應(yīng)產(chǎn)物中金屬的活度比單金屬小，因而有利于還應(yīng)產(chǎn)物中金屬的活度比單金屬小，因而有利于還原反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。原反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。v水溶液中不能在陰極還原的某些金屬元素，可以水溶液中不能在陰極還原的某些金屬元素，可以在適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑（要有足夠高的電導(dǎo)率）中電在適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑（要有足夠高的電導(dǎo)率）中電沉積出來(lái)。沉積出來(lái)。單擊添單擊添加OmHMnemHMn220 步驟：步驟：l水分

50、子的重排和水化程度的降低水分子的重排和水化程度的降低 l水化離子轉(zhuǎn)變?yōu)槲皆樱x子）水化離子轉(zhuǎn)變?yōu)槲皆樱x子）l吸附原子（離子）轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘僭游皆樱x子）轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘僭雍?jiǎn)單金屬離子的陰極還原簡(jiǎn)單金屬離子的陰極還原 單擊添單擊添加金屬絡(luò)離子的陰極還原金屬絡(luò)離子的陰極還原 v絡(luò)合劑加入后，與金屬絡(luò)合會(huì)使其在溶液中存在絡(luò)合劑加入后，與金屬絡(luò)合會(huì)使其在溶液中存在形式和電極上放電的粒子發(fā)生改變形式和電極上放電的粒子發(fā)生改變，使金屬電極使金屬電極的平衡電位向負(fù)移動(dòng)。的平衡電位向負(fù)移動(dòng)。 如如 Ag在在1mol/L的的AgNO3中：中： 加入加入1mol/L的的KCN后，由于存在以下反應(yīng)：后，由于

51、存在以下反應(yīng)：Ve765. 0AgeFRTln022CNAgCNAg222106 . 12CNAgCNAgK不單擊添加 設(shè)游離設(shè)游離Ag活度為活度為 ，則：，則： （CN近似為近似為1） 移動(dòng)了移動(dòng)了-1.289V! 越小，越小， 負(fù)移越多。負(fù)移越多。 越負(fù)，金屬陰極還原越負(fù)，金屬陰極還原的的初始析出電位也越負(fù)，即從熱力學(xué)角度還原反應(yīng)初始析出電位也越負(fù)，即從熱力學(xué)角度還原反應(yīng)越難進(jìn)行。越難進(jìn)行。xCNAg4 .02Lmolx/104.623Vxne533.0lg0591.00平不穩(wěn)K平平金屬的電結(jié)晶的影響因素金屬的電結(jié)晶的影響因素v電結(jié)晶是在電化學(xué)作用下金屬離子從溶液中沉積電結(jié)晶是在電化學(xué)作用

52、下金屬離子從溶液中沉積出來(lái)形成晶體的過(guò)程。出來(lái)形成晶體的過(guò)程。v影響電鍍層質(zhì)量的基本因素：影響電鍍層質(zhì)量的基本因素： 鍍液；鍍液； 電鍍規(guī)范；電鍍規(guī)范； PH值及析氫；值及析氫； 基體金屬；基體金屬； 預(yù)處理。預(yù)處理。 影響電鍍質(zhì)量的因素影響電鍍質(zhì)量的因素 1 1）pHpH值的影響值的影響 鍍液中的鍍液中的pHpH值可以影響氫的放電電位、堿性?shī)A雜值可以影響氫的放電電位、堿性?shī)A雜物的沉淀，還可以影響絡(luò)合物或水化物的組成以及物的沉淀，還可以影響絡(luò)合物或水化物的組成以及添加劑的吸附程度。但對(duì)各種因素的影響程度一般添加劑的吸附程度。但對(duì)各種因素的影響程度一般不可預(yù)見(jiàn)。不可預(yù)見(jiàn)。 最佳的最佳的pHpH值

53、往往要通過(guò)試驗(yàn)決定。在含有絡(luò)合劑值往往要通過(guò)試驗(yàn)決定。在含有絡(luò)合劑離子的鍍液中，離子的鍍液中，pHpH值可能影響存在的各種絡(luò)合物的值可能影響存在的各種絡(luò)合物的平衡，因而必須根據(jù)濃度來(lái)考慮。平衡，因而必須根據(jù)濃度來(lái)考慮。 電鍍過(guò)程中，若電鍍過(guò)程中，若pHpH值增大，則陰極效率比陽(yáng)極效值增大，則陰極效率比陽(yáng)極效率高，率高，pHpH值減少則反之。通過(guò)加入緩沖劑可以將值減少則反之。通過(guò)加入緩沖劑可以將pHpH值穩(wěn)定在一定范圍。值穩(wěn)定在一定范圍。2 2）添加劑的影響）添加劑的影響 鍍液中的光亮劑、整平劑、潤(rùn)濕劑等添加劑能明顯鍍液中的光亮劑、整平劑、潤(rùn)濕劑等添加劑能明顯改善鍍層組織。改善鍍層組織。 添加劑

54、有無(wú)機(jī)和有機(jī)之分。添加劑有無(wú)機(jī)和有機(jī)之分。 無(wú)機(jī)添加劑起作用的原因是由于它們?cè)陔娊庖褐行螣o(wú)機(jī)添加劑起作用的原因是由于它們?cè)陔娊庖褐行纬筛叻稚⒍鹊臍溲趸锘蛄蚧锬z體，吸附在陰極表成高分散度的氫氧化物或硫化物膠體，吸附在陰極表面阻礙金屬析出，提高陰極極化作用。面阻礙金屬析出，提高陰極極化作用。 有機(jī)添加劑起作用的原因是這類添加劑多為表面活有機(jī)添加劑起作用的原因是這類添加劑多為表面活性物質(zhì)，它們會(huì)吸附在陰極表面形成一層附膜，阻礙性物質(zhì)，它們會(huì)吸附在陰極表面形成一層附膜，阻礙金屬析出，因而提高陰極極化作用。金屬析出，因而提高陰極極化作用。 另外，某些有機(jī)添加劑在電解液中形成膠體，會(huì)與另外，某些有機(jī)添

55、加劑在電解液中形成膠體，會(huì)與金屬離子絡(luò)合形成膠體金屬離子絡(luò)合形成膠體- -金屬離子型絡(luò)合物，阻礙金屬金屬離子型絡(luò)合物，阻礙金屬離子放電而提高陰極極化作用。離子放電而提高陰極極化作用。3）電流密度的影響）電流密度的影響 任何電鍍都必須有一個(gè)能產(chǎn)生正常鍍層的電流密度范任何電鍍都必須有一個(gè)能產(chǎn)生正常鍍層的電流密度范圍。圍。 當(dāng)電流密度過(guò)低時(shí)，陰極極化作用較小，鍍層結(jié)晶粗當(dāng)電流密度過(guò)低時(shí)，陰極極化作用較小，鍍層結(jié)晶粗大，甚至沒(méi)有鍍層。隨著電流密度的增加，陰極極化作大，甚至沒(méi)有鍍層。隨著電流密度的增加，陰極極化作用隨著增加，鍍層晶粒越來(lái)越細(xì)。用隨著增加，鍍層晶粒越來(lái)越細(xì)。 當(dāng)電流密度過(guò)高，超過(guò)極限電流密

56、度時(shí)，鍍層質(zhì)量開(kāi)當(dāng)電流密度過(guò)高，超過(guò)極限電流密度時(shí)，鍍層質(zhì)量開(kāi)始惡化，甚至出現(xiàn)海綿體，枝晶狀，燒焦及發(fā)黑等。電始惡化，甚至出現(xiàn)海綿體，枝晶狀，燒焦及發(fā)黑等。電流密度的變化的上限和下限是由電鍍液的本性，濃度，流密度的變化的上限和下限是由電鍍液的本性，濃度，溫度和攪拌等因素決定的。溫度和攪拌等因素決定的。 一般情況下，主鹽濃度增大，鍍層溫度升高，以及有一般情況下，主鹽濃度增大，鍍層溫度升高，以及有攪拌的條件下，可以允許采用較大的電流密度。攪拌的條件下，可以允許采用較大的電流密度。4 4）電流波形的影響）電流波形的影響 電流波形的影響是通過(guò)陰極電位和電流密度的電流波形的影響是通過(guò)陰極電位和電流密度的

57、變化來(lái)影響陰極沉積過(guò)程的，它進(jìn)而影響鍍層的變化來(lái)影響陰極沉積過(guò)程的，它進(jìn)而影響鍍層的組織結(jié)構(gòu)，甚至成分，使鍍層性能和外觀發(fā)生變組織結(jié)構(gòu)，甚至成分，使鍍層性能和外觀發(fā)生變化?；?實(shí)踐證明，三相全波整流和穩(wěn)壓直流相當(dāng)，對(duì)實(shí)踐證明，三相全波整流和穩(wěn)壓直流相當(dāng)，對(duì)鍍層組織幾乎沒(méi)有什幺影響，而其它波形則影響鍍層組織幾乎沒(méi)有什幺影響，而其它波形則影響較大。較大。5 5）溫度的影響）溫度的影響 鍍液溫度的升高能擴(kuò)散加快，降低濃差極化，鍍液溫度的升高能擴(kuò)散加快，降低濃差極化，使離子和陰極表面活性增強(qiáng)，也降低了電化學(xué)極使離子和陰極表面活性增強(qiáng)，也降低了電化學(xué)極化，導(dǎo)致結(jié)晶變粗?；瑢?dǎo)致結(jié)晶變粗。 另一方面，溫

58、度升高能增加鹽類的溶解度，從而另一方面，溫度升高能增加鹽類的溶解度，從而增加導(dǎo)電和分散能力；還可以提高電流密度上限，增加導(dǎo)電和分散能力；還可以提高電流密度上限，從而提高生產(chǎn)效率。從而提高生產(chǎn)效率。6 6）攪拌的影響）攪拌的影響 攪拌可降低陰極極化，使晶粒變粗，但可提高攪拌可降低陰極極化，使晶粒變粗，但可提高電流密度，從而提高生產(chǎn)率。電流密度，從而提高生產(chǎn)率。（6 6）電鍍過(guò)程析氫：當(dāng)金屬在陰極析出時(shí)，往往伴）電鍍過(guò)程析氫：當(dāng)金屬在陰極析出時(shí)，往往伴隨著氫氣的析出。隨著氫氣的析出。 析氫的危害：析氫的危害： 氫脆；鼓泡；空洞和麻點(diǎn)。氫脆；鼓泡；空洞和麻點(diǎn)。電鍍廢液的處理電鍍廢液的處理v電鍍廢水中

59、含有鉻鋅、銅、鎘、鉛、鎳等重金屬電鍍廢水中含有鉻鋅、銅、鎘、鉛、鎳等重金屬子以及酸堿、氰化物等具有很大毒性的雜物。子以及酸堿、氰化物等具有很大毒性的雜物。v有的還屬于致癌和致畸變的劇毒物質(zhì)。有的還屬于致癌和致畸變的劇毒物質(zhì)。v因此必須認(rèn)真地加以處理，以免對(duì)人們?cè)斐晌：?。因此必須認(rèn)真地加以處理，以免對(duì)人們?cè)斐晌：Α目前主要的電鍍液污水處理方法：化學(xué)沉淀法、離目前主要的電鍍液污水處理方法：化學(xué)沉淀法、離子子 交換法、交換法、RO膜處理法、電解法、生物法、紫外線處膜處理法、電解法、生物法、紫外線處理、理、 蒸發(fā)法等，蒸發(fā)法等，一般電鍍廠的常規(guī)處理工藝如下：一般電鍍廠的常規(guī)處理工藝如下：.含氰廢水含

60、氰廢水格柵格柵調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池廢水泵廢水泵電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)二級(jí)氧化反應(yīng)池二級(jí)氧化反應(yīng)池混合廢水池?；旌蠌U水池。.含鉻廢水含鉻廢水格柵格柵調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池水泵水泵電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)還還原反應(yīng)池原反應(yīng)池混合廢水池?；旌蠌U水池。.混合廢水混合廢水格柵格柵混合廢水池混合廢水池水泵水泵電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)中和反應(yīng)池中和反應(yīng)池壓濾泵壓濾泵壓濾機(jī)壓濾機(jī)砂濾池砂濾池PH調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)池池標(biāo)準(zhǔn)化排放口。標(biāo)準(zhǔn)化排放口。含鉻廢水處理含鉻廢水處理v由于還原反應(yīng)時(shí)，廢水須調(diào)由于還原反應(yīng)時(shí)，廢水須調(diào)PHPH值至值至2 23 3之間，因之間，因此將酸洗廢水引進(jìn)與含鉻廢水混合，可減少酸的此將酸洗廢水引進(jìn)與含鉻廢水混合，可減少酸的用量