7電鍍和化學鍍

7電鍍和化學鍍教學目的和要求

學習電鍍、化學鍍、復(fù)合鍍等的基本原理、工藝主要流程及基本要求、重要特點及主要應(yīng)用等。重點：電鍍、化學鍍、復(fù)合鍍等的基本原理、工藝主要流程及基本要求、重要特點。

前言_關(guān)于電鍍是表面工程技術(shù)中最常用的方法之一。特點：工藝設(shè)備簡單、操作方便、加工成本低、操作溫度低等。定義：

在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以被鍍基體金屬為陰極，以欲鍍金屬或其它惰性導(dǎo)體為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結(jié)合牢固的金屬膜的表面工程技術(shù)。目的：改善基體材料的外觀，賦予材料表面的各種物理化學性能。電鍍?nèi)芤海?/p>

水溶液有機溶液熔鹽鍍液：熔融鹽電鍍濕法電鍍電解法煉鎂的工藝流程圖生產(chǎn)1噸金屬鎂：耗電17500度。（日本：9500度）

熱法煉鎂的工藝流程生產(chǎn)1噸金屬鎂：白云石（Mg%≥20%）

13～14噸硅鐵1.2～1.3噸，煤15噸電800度。

鍍層分類：按鍍層的性能：

(1)防護性鍍層：在大氣或其它環(huán)境下，可延緩基體金屬發(fā)生腐蝕的鍍層。

(2)防護裝飾性鍍層：在大氣環(huán)境中，既可減緩基體金屬的腐蝕，又起到裝飾作用的鍍層。

(3)功能性鍍層：能明顯改善基體金屬的某些特性的鍍層，包括耐磨鍍層，導(dǎo)電鍍層，導(dǎo)磁鍍層，釬焊性鍍層，其它功能性鍍層(吸熱鍍層、反光鍍層、防滲鍍層、抗氧化鍍層、耐酸鍍層等)按鍍層與基體金屬的電化學活性：

(1)陽極性金屬鍍層：鍍層的標準電極電位比基體金屬低；對基體金屬除提供機械保護外，還提供電化學保護。

(2)陰極性鍍層：鍍層的標準電極電位比基體金屬高；對基體金屬僅起到機械保護的作用。鍍層具備良好性能的基本條件：1、與基體金屬結(jié)合牢固，附著力好；2、鍍層完整，結(jié)晶細致，孔隙少；3、鍍層厚度分布均勻。7.1電鍍的基本原理與工藝一、電鍍的基本原理電鍍反應(yīng)是一種典型的電解反應(yīng)。電鍍：電化學+金屬學金屬離子陰極還原時，其沉積電位等于它的平衡電位與過電位之和。在電鍍中，過電位主要由電化學極化和濃差極化產(chǎn)生的。金屬電沉積過程：

(1)液相傳質(zhì)步驟：電遷移、擴散、對流

(2)電化學還原步驟：前置轉(zhuǎn)換和電荷轉(zhuǎn)移。

(3)電結(jié)晶步驟：晶核的形成和生長。金屬的電結(jié)晶過程與鹽溶液中鹽的結(jié)晶過程相似：形核－長大基體會影響電沉積過程：在其表面扭折或臺階處形核，通過（表面）擴散長大。二、電鍍?nèi)芤旱幕窘M成鍍液由以下（部分）組分組成：主鹽(單鹽、絡(luò)合鹽等)

能與析出的金屬離子形成絡(luò)鹽的成分提高鍍液導(dǎo)電性的鹽類緩沖劑助溶陰離子添加劑電鍍的性能參數(shù)：電流效率分散能力深鍍能力(覆蓋能力)

整平能力等三、電鍍的實施方式1、掛鍍是電鍍生產(chǎn)中最常用的一種方式。特點：

(優(yōu)點)是適合于各類零件的電鍍；電鍍時單件電流密度較高且不會隨時間而變化，槽電壓低，鍍液溫升慢，帶出量小，鍍件的均勻性好；

(缺點)勞動生產(chǎn)率低，設(shè)備和輔助用具維修量大。2、滾鍍是電鍍生產(chǎn)中的另一種常用方法。特點：

(優(yōu)點)節(jié)省勞動力，提高生產(chǎn)效率，設(shè)備維修費用少且占地面積小，鍍件鍍層的均勻性好。

(缺點)鍍件不宜太大和太輕；單件電流密度小，電流效率低，槽電壓高，槽液溫升快，鍍液帶出量大。其使用范圍較小。3、刷鍍（涂鍍、局部鍍、選擇性電鍍）特點：(優(yōu)點)不需要電鍍槽，具有設(shè)備簡單、工藝靈便、沉積速度快、鍍層與基體材料的結(jié)合力好、鍍后不需要機加工、對環(huán)境污染小、節(jié)水省電等。(缺點)不適于面積大、尺寸大的零件修復(fù)，也不能用于大批量鍍件的生產(chǎn)。應(yīng)用：普遍用于填補零件表面的劃傷、凹坑、斑蝕和孔洞、修復(fù)加工超差和尺寸磨損以及局部性能的改善，尤其適合大型機械零件的不解體現(xiàn)場修理或野外搶修。納米電刷鍍的應(yīng)用

空軍某部將納米電刷鍍技術(shù)用于某型先進飛機發(fā)動機葉片的修復(fù)與再制造，并已通過空軍裝備部組織的專家組鑒定。。納米電刷鍍技術(shù)修復(fù)某型坦克零件4、連續(xù)電鍍主要用于薄板、金屬絲和帶的電鍍。在工業(yè)上有著極其重要的地位。特點：生產(chǎn)效率高、工藝要求高。四、電鍍的工藝過程鍍前處理：拋光（打磨）、脫脂、除銹、活化等電鍍鍍后處理：鈍化、浸膜五、影響鍍層質(zhì)量的因素1、鍍液：絡(luò)合鹽、導(dǎo)電鹽、添加劑、維護2、電鍍規(guī)范(電鍍工藝)鍍液溫度陰極電流密度（電流波形、攪拌）3、析氫：內(nèi)應(yīng)力、針孔4、基體金屬：電位、表面質(zhì)量7.2常用單金屬電鍍一、鍍鋅鋅鍍層應(yīng)用廣泛，占總電鍍量的60%以上。鋅鍍層為陽極性鍍層，表層形成致密氧化物薄膜。鋅蘊藏量較豐富、提煉方便。鍍鋅層的防護能力與鍍層厚度有關(guān)。

白鐵：鍍鋅鐵，可用作日常用品如箱子，水管等的材料。鋅價格：1.6萬元/t二、鍍銅銅具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性銅鍍層為陰極性鍍層。應(yīng)用：電力、電子、仿古用品、其它鍍層的底層或中間層銅價格：6萬元/t不銹鋼鍍銅門三、鍍鎳鎳鍍層為陰極性鍍層。（鎳極易鈍化）

（Fe2＋：-0.44V）鎳價格：13.5萬元/t（09年27萬元/t，10年18萬元/t)鍍鎳層一般用作底層或中間層：Cu/Ni/Cr、Ni/Cu/Ni/Cr鍍鎳鋼珠鍍鎳門吸鍍鎳生產(chǎn)線四、鍍鉻鉻鍍層為陰極性鍍層，硬度高，極易鈍化（Cr2O3）。鉻價格：約6萬元/t鍍鉻：裝飾性鍍鉻、功能性鍍鉻五、鍍錫對鐵及銅而言，鍍錫層分別為陰極性鍍層和陽極性鍍層。錫是無毒金屬，質(zhì)軟，熔點低，釬焊性好。

馬口鐵：鍍錫鐵，可用作食品罐頭的包裝材料。鉻價格：約17萬元/t六、鍍銀鍍銀層為陰極性鍍層。銀具有良好的塑性和易拋光性，極強的反光性，良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和可焊性，較高的化學穩(wěn)定性。銀鍍層有功能性和裝飾性兩方面的用途。使用最多的鍍銀溶液是氰化物體系。銀價格：6.5元/g，650萬元/t(09年2.5元/g，10年4.9元/g)七、鍍金鍍金層為陰極性鍍層。金鍍層具有極好的耐蝕性、導(dǎo)電性和抗高溫性。工業(yè)上常用的鍍金溶液為氰化物鍍液。金價格：350元/g，3.5億元/t(09年280元/g，10年290元/g）7.3合金電鍍定義：

在一種溶液中，兩種或兩種以上金屬離子在陰極上共沉積，形成均勻細致鍍層的過程。特點：合金電鍍在結(jié)晶致密性、鍍層孔隙率、外觀色澤、硬度、耐蝕性、耐磨性、導(dǎo)磁性、減磨性和抗高溫性等方面遠遠優(yōu)于單金屬電鍍。一般說來，合金鍍層最少合金組分的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)在1％以上。一、合金電鍍的基本原理實現(xiàn)合金電鍍的必要條件：1、兩種金屬中至少有一種金屬能單獨從其鹽的水溶液中沉積出來；2、兩種金屬共沉積時，它們的析出電位要十分接近或相等：

措施：

(1)選擇金屬離子合適的價態(tài)；

(2)改變金屬離子的濃度；

(3)加入適當?shù)慕j(luò)合劑

(4)加入添加劑二、合金共沉積的類型三、合金鍍層及其應(yīng)用合金鍍層種類(應(yīng)用)（表7－8）防護性合金鍍層裝飾性合金鍍層功能性合金鍍層7.4化學鍍化學鍍定義：

指在無外加電流的狀態(tài)下，借助合適的還原劑，使鍍液中的金屬離子還原成金屬，并沉積到零件表面的一種鍍覆方法。又稱為無電解鍍、無電源電鍍等。化學鍍技術(shù)具有悠久的歷史：

1844年在次磷酸鹽水溶液中還原出金屬鎳，1947年工業(yè)應(yīng)用。自上世紀70年代，化學鍍在工業(yè)上得到越來越廣泛的應(yīng)用?；瘜W鍍的發(fā)展史主要就是化學鍍鎳的發(fā)展史?；瘜W鍍鎳技術(shù)的核心是鍍液的組成及性能。一、化學鍍的原理與特點化學鍍是一個在催化條件下發(fā)生的氧化一還原反應(yīng)過程。

(有別于普通化學沉積)化學鍍?nèi)芤航M成：金屬離子、絡(luò)合劑、還原劑、穩(wěn)定劑、緩沖劑等組成。實現(xiàn)化學鍍的必要條件：金屬的沉積反應(yīng)只發(fā)生在具有催化作用的工件表面；溶液本身相對穩(wěn)定；自發(fā)發(fā)生氧化-還原反應(yīng)速度較慢?；瘜W鍍的形式：(1)置換沉積：

Cu2++Fe→Cu+Fe2+

鍍層薄且不致密、結(jié)合強度低。(2)接觸沉積(3)還原沉積：

Men++Re→Me+OX

只在具有催化作用的表面上發(fā)生。

催化劑：基體、鍍層金屬自催化化學鍍化學鍍

化學鍍的特點：

優(yōu)點：鍍層致密，孔隙少、硬度高，具有極好的化學和物理性能；可鍍制形狀復(fù)雜的工件，且鍍層厚度均勻；可鍍基材廣泛(對非金屬等材料需經(jīng)過適當?shù)念A(yù)處理)；設(shè)備簡單(不需要外加直流電源)。

缺點：

可鍍制的金屬(合金體系)有限；鍍液昂貴，穩(wěn)定性差，鍍制成本高?；瘜W鍍技術(shù)在化工、電子、石油等工業(yè)中有著極為重要的地位。還原劑是化學鍍?nèi)芤褐械闹饕煞种弧＿€原劑對鍍層的性能有著顯著的影響?；瘜W鍍?nèi)芤撼Ｓ玫倪€原劑：次磷酸鹽、甲醛、肼、硼氫化物、胺基硼烷及其衍生物等。二、化學鍍鎳化學鍍的發(fā)展史主要就是化學鍍鎳的發(fā)展史?；瘜W鍍鎳使用的還原劑：次磷酸鹽、肼、硼氫化鈉和二甲基硼烷等。(1)以次磷酸鹽作還原劑：鍍層一般含4-12wt%的磷：鎳-磷合金(Ni-P)；(2)以硼氫化物或胺基硼烷為還原劑：鍍層一般含0.2-5wt%的硼：鎳-硼合金(Ni-B)；(3)以肼為還原劑：鍍層純度高達99.5％。國內(nèi)生產(chǎn)上大多采用次磷酸鈉作還原劑。以次磷酸鹽作還原劑的化學鍍鎳溶液分為酸性和堿性兩大類。化學鍍鎳的反應(yīng)過程(采用次磷酸鈉作還原劑)：所有這些反應(yīng)均在固體催化劑表面進行。影響沉積速率的主要因素：鎳離子濃度還原劑濃度化學鍍鎳層是一種非晶態(tài)鍍層?；瘜W鍍鎳層的特點：結(jié)晶細致，孔隙率低，耐蝕性優(yōu)異；硬度高(晶化處理后)；軟磁性好。化學鍍鎳層的應(yīng)用：（P143）三、化學鍍銅化學鍍銅主要用于非導(dǎo)體材料的金屬化處理，在電子工業(yè)中有著非常重要的地位。反應(yīng)(甲醛為還原劑)：化學鍍銅溶液為堿性溶液。四、化學鍍銀化學鍍銀是工業(yè)上應(yīng)用最早的化學鍍工藝，且目前應(yīng)用較廣泛。鍍銀：Sheffieldplating，1742年五、化學鍍其它金屬1、化學鍍金2、化學鍍鈷3、化學鍍鈀7.5復(fù)合鍍技術(shù)復(fù)合(電)鍍定義：在電鍍或化學鍍?nèi)芤褐屑尤敕侨苄缘墓腆w微粒，并使其與主體金屬共沉積在基體表面，或把長纖維埋入或卷纏于基體表面后沉積金屬，形成一層金屬基的表面復(fù)合材料的過程。(彌散鍍、分散鍍)復(fù)合鍍層、彌散鍍層復(fù)合鍍起源于20世紀20年代，興起于20世紀70年代。與單純的金屬基鍍層相比，復(fù)合鍍層在耐蝕性、耐磨性、潤滑性、表面外觀及其它功能方面都有著非常顯著的提高。一、復(fù)合鍍的基本原理復(fù)合鍍種類：彌散沉積法沉積共析法埋置沉積法－纖維強化復(fù)合鍍復(fù)合鍍的過程是物理過程和化學過程的有機結(jié)合：輸送、吸附、共沉積復(fù)合鍍二、復(fù)合鍍層的種類及應(yīng)用鍍層金屬：

Ni、Co、Cr、Cu、Zn、Au、Ag、Fe等。增強顆粒：高硬度的陶瓷顆粒及金剛石顆粒自潤滑的顆粒復(fù)合鍍的主要用途：提高鍍層的耐蝕性、耐磨性、潤滑性，改進表面外觀和提高其它功能特性。(？)7.6非金屬電鍍ABS塑料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

AcrylonitrileButadieneStyrene非金屬材料制品在電鍍前必須經(jīng)過前處理，它是決定非金屬電鍍能否順利的關(guān)鍵。不同的非金屬材料在電鍍前的前處理步驟基本相同：粗化、脫脂、敏化、活化和化學鍍等。粗化方法：機械粗化：提高結(jié)合力的程度有限；化學粗化：能大幅度提高結(jié)合力。

氧化、溶脹脫脂處理：

ABS塑料用無水乙醇、丙酮等。敏化：

將已經(jīng)過粗化、脫脂等處理的非金屬制品浸入一定濃度的易被氧化的化合物溶液中，使其表面吸附一些還原劑的過程?；罨?/p>