電鍍和化學鍍

第三章電鍍和化學鍍什么是電鍍？電鍍是指借助外界直流電的作用，利用電解原理，使導(dǎo)電體(例如金屬)的外表沉積一層金屬或合金層。鍍層性能不同于基體金屬﹐具有新的特征。根據(jù)鍍層的功能分為防護性鍍層﹐裝飾性鍍層及其他功能性鍍層。一、有槽電鍍二、無槽電鍍——電刷鍍§3.1電鍍有槽電鍍即：將零件作為陰極放在含有欲鍍金屬的鹽類電解質(zhì)溶液中，并使陽極的形狀符合零件待鍍外表的形狀，通過電解作用而在陰極上〔即零件〕發(fā)生電沉積現(xiàn)象形成電鍍層。一、有槽電鍍有槽電鍍示意圖電鍍槽一般采用不溶金屬或非金屬，如鉛、鉛銻合金、塑料等。電解液是所鍍金屬離子的鹽溶液。電鍍使用直流電源。電鍍時:陽極金屬失去電子變?yōu)殡x子溶于電解液中，即發(fā)生氧化反響；陰極附近的離子獲得電子而沉積于零件外表，即發(fā)生復(fù)原反響。根據(jù)電鍍質(zhì)量、鍍層厚度等的不同，電鍍時所選用的電流密度、電解液的溫度、電鍍時間等工藝參數(shù)不同。當在陰陽兩極間施加一定電位時，那么在陰極發(fā)生如下反響：從鍍液內(nèi)部擴散到電極和鍍液界面的金屬離子Mn+從陰極上獲得n個電子，被復(fù)原成金屬M，即Mn++ne→M另一方面，在陽極那么發(fā)生與陰極完全相反的反響，即陽極界面上發(fā)生金屬M的溶解，釋放n個電子生成金屬離子Mn+，即M-ne→Mn+上述電極反響是電鍍反響中最根本的反響。1.電鍍反響產(chǎn)品：工件除油酸浸清洗清洗電解除油清洗電鍍

清洗處理/烘干2.電鍍工藝流程

電鍍工藝過程一般包括電鍍前預(yù)處理﹐電鍍及鍍后處理三個階段。清洗是在電鍍生產(chǎn)線上用水量最大的程序。每個鍍槽后通常有一組水洗程序用來防止鍍件將殘液帶入其它程序而造成污染。目的是為了得到干凈新鮮的金屬外表﹐為最后獲得高質(zhì)量鍍層作準備。主要進行脫脂、去銹蝕、去灰塵等工作。步驟如下﹕使外表粗糙度到達一定要求，可通過外表磨光、拋光等工藝方法來實現(xiàn)。去油脂﹐可采用溶劑溶解以及化學、電化學等方法來實現(xiàn)。除銹﹐可用機械、酸洗以及電化學方法除銹?；罨幚愆o一般在弱酸中侵蝕一定時間進行鍍前活化處理鍍前預(yù)處理熱浸除油利用堿劑和皂化油脂的皂化作用去除金屬外表的污垢和氧化物，其必需具備濕潤、滲透、分散及乳化效果。電解除油利用電解原理，陰極產(chǎn)生氫氣將金屬復(fù)原〔不銹鋼板〕，陽極產(chǎn)生氧氣并將污垢氧化〔零件〕；氣體帶動攪拌作用而將污垢脫離。目前，脫脂都是將熱浸脫脂和電解脫脂搭配使用。一般底材活化也稱酸洗、酸中和或蝕刻，視處理產(chǎn)品和其材質(zhì)而定。活化可將金屬外表的氧化物、鹽加以去除，使金屬外表容易與后續(xù)電鍍金屬緊密結(jié)合。需要慎重選擇適宜的酸液及緩蝕劑，防止過度浸蝕底材。鈍化處理是指在一定的溶液中進行化學處理﹐在鍍層上形成一層堅實致密的﹐穩(wěn)定性高的薄膜的外表處理方法。鈍化使鍍層耐蝕性大大提高并能增加外表光澤和抗污染能力。這種方法用途很廣﹐鍍Zn,Cu等后﹐都可進行鈍化處理。除氫處理有些金屬(如Zn〕在電沉積過程中﹐除自身沉積出來外﹐還會析出一局部氫﹐這局部氫滲入鍍層中﹐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﹐稱為除氫處理。鍍后處理3.電鍍產(chǎn)品綜合產(chǎn)品

非金屬電鍍

電鑄銅產(chǎn)品電鍍銅管樂器電鍍仿金系列鍍銅系列鍍鉻系列電鍍黑鎳系列

電鍍鋅系列

仿古銅系列

單金屬電鍍

合金電鍍

復(fù)合電鍍

非金屬材料的電鍍4.電鍍分類鍍鋅鍍鋅鋼板材料具有較好的抗腐蝕性，廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。

鋅具有青白色金屬光澤，在空氣中較穩(wěn)定，能形成致密的氧化膜，所以常將鋅用于電鍍。鍍鋅薄鋼板簡稱鍍鋅板，俗稱白鐵皮，它是在低碳薄鋼板上鍍一層厚0.02mm以上的鋅作為防護層，鋼板的防腐蝕能力因而大大提高，可用作包裝材料。白車身結(jié)構(gòu)車身覆蓋件陰極：接鍍件陽極：接電鍍金屬〔鋅〕電鍍鋅裝置陽極發(fā)生金屬的溶解反應(yīng)：Zn=Zn2++2e陰極發(fā)生金屬的沉積反應(yīng)：Zn2++2e=Zn電鍍反響〔電解池反響〕：Zn〔電極〕=Zn〔鍍層〕電鍍鋅原理電鍍鋅反響：Zn2＋＋2e──→Zn(主反響)H＋＋e──→H2(副反響)造成析氫的吸附，形成內(nèi)應(yīng)力，引起氫脆，所以鍍鋅后要進行加熱處理，通常在200℃加熱2小時，來消除氫脆和內(nèi)應(yīng)力。電鍍鋅零件鍍鐵鍍銅鍍鎳鍍錫鍍鉻鍍金

在陰極上同時沉積出兩種或兩種以上金屬，形成結(jié)構(gòu)和性能符合要求的鍍層的工藝過程，稱為合金電鍍。合金電鍍組成合金鍍層的金屬中，至少有一種金屬能單獨從其鹽的水溶液中沉積出來。兩種金屬的析出電位要十分接近。改變鍍液中金屬離子的濃度采用絡(luò)合劑采用適當?shù)奶砑觿?/p>

金屬共沉積條件正那么共沉積非正那么共沉積平衡共沉積異常共沉積誘導(dǎo)共沉積金屬共沉積類型鍍液組分鍍液中金屬濃度比鍍液中金屬總濃度絡(luò)合劑濃度pH值工藝參數(shù)電流密度溫度攪拌電鍍合金的影響因素電鍍銅錫合金〔青銅〕電鍍銅鋅合金〔黃銅〕電鍍鉛錫合金電鍍鎳鋅合金電鍍合金舉例電鍍鎳鋅合金零件

在鍍覆溶液中參加非水溶性的固體微粒，使其與主體金屬共同沉積形成鍍層的電鍍工藝稱之為復(fù)合電鍍，所得鍍層稱為復(fù)合鍍層。

原那么上，凡可鍍覆的金屬均可作為主體金屬，但研究和應(yīng)用較多的是鎳、鉻、鈷、金、銀、銅等幾種金屬。所使用的固體微粒主要有兩類：提高鍍層耐磨性的高硬度、高熔點的微粒；提高鍍層自潤滑特性的固體潤滑劑微粒。復(fù)合電鍍④非金屬電鍍制品主要用于汽車、飛機某些裝飾性零部件以及印刷線路板、電子儀器屏蔽和碳纖維等。①非金屬電鍍是指對塑料、玻璃、陶瓷、纖維等非金屬制品

電鍍。②非金屬電鍍的關(guān)鍵工藝是外表金屬化，使非金屬基體上生成導(dǎo)電層以便進行導(dǎo)電。外表金屬化的方法有化學鍍法、噴涂法、燒滲銀法和涂刷法等。③塑料電鍍是非金屬電鍍中應(yīng)用最廣泛的一種。通過電鍍可提高塑料制品的強度，防止老化，使其具有導(dǎo)電性、電磁性、焊接性和裝飾性的外觀。非金屬電鍍電刷鍍又稱涂鍍、刷鍍，是從有槽電鍍技術(shù)上開展起來的一種新的電鍍方法。它也是利用電化學原理，在金屬工件外表局部有選擇地快速沉積金屬鍍層，到達恢復(fù)零件尺寸和改變零件外表性能的目的。二、無槽電鍍—電刷鍍電刷鍍的工作原理鍍液中的金屬離子在電場力的作用下沉積在工件外表形成金屬鍍層。如把極性反接，工件成為陽極，鍍筆所到之處，工件外表的金屬發(fā)生溶解?！踩ッ?、蝕刻和電拋光原理〕電刷鍍的工藝流程產(chǎn)品一般預(yù)處理電凈鍍過渡層水沖水沖活化水沖鍍工作層清洗處理/烘干設(shè)備簡單，攜帶方便，不需鍍槽工藝簡單，操作方便鍍層與基體材料的結(jié)合力強，力學性能好鍍層厚度可以精確控制沉積速度快電鍍液溫度低，對零件無影響污染小，適用材料廣泛電刷鍍的優(yōu)點§3.2化學鍍一、什么是化學鍍？化學鍍是指在沒有外電流通過的情況下，利用化學方法使溶液中的金屬離子復(fù)原為金屬并沉積在基體外表，形成鍍層的一種外表加工方法?；瘜W鍍不需要外電源，設(shè)備簡單、操作容易，可用于各種基體，如：金屬〔鋼、鋁、鎂等〕、非金屬〔陶瓷、塑料、木材等〕及半導(dǎo)體等。均鍍能力和深鍍能力好，無論工件如何復(fù)雜〔深孔、凹槽、盲孔等〕，只要采取適當?shù)募夹g(shù)措施，均可得到均一的鍍層。鍍層晶粒細、空隙小，力學性能、物理性能和化學性能優(yōu)良。如具有很好的耐腐蝕性〔某些性能優(yōu)于不銹鋼〕、耐磨性和硬度，低磷鍍層有很好的電磁性，而高磷鍍層有很好的非磁性。化學鍍與電鍍相比的優(yōu)點二、化學鍍的開展化學鍍鎳實例被鍍件浸入鍍液中，化學復(fù)原劑在溶液中提供電子使金屬離子復(fù)原沉積在鍍件外表：Mn++ne→M其實質(zhì)是化學氧化復(fù)原反響，有電子轉(zhuǎn)移、無外電源的化學沉積過程?；瘜W鍍所需的電子是通過化學反響直接在溶液中產(chǎn)生的，而電鍍所需的電子是通過外加電源獲得的。三、化學鍍原理置換鍍化學復(fù)原鍍化學鍍可分為置換鍍和化學復(fù)原鍍以電位較負的金屬工件浸在電位較正的金屬的鹽溶液中，使電位較正的金屬被復(fù)原而沉積在工件外表。如金屬鋅上化學鍍銅:Zn2+/Zn標準電極電位為-0.763V，Cu2＋/Cu標準電極電位為0.337V：Zn+Cu2+→Zn2++Cu銅將會在鋅的外表形成鍍層。當鋅的外表完全被銅層覆蓋，就再無電子產(chǎn)生，銅的沉積也就停止。所以，置換鍍只能獲得較薄的鍍層。置換鍍復(fù)原鍍是在金屬的催化作用下，通過可控制的氧化復(fù)原反響而產(chǎn)生金屬沉積的過程。這種方法不是通過金屬的溶解，而是依靠復(fù)原劑的化學反響：Rn++MZ+→R(n+z)＋+M在這里復(fù)原劑Rn+被氧化成R(n+z)＋，而自由電子使MZ+復(fù)原，復(fù)原劑的電位應(yīng)該顯著低于沉積金屬的電位?；瘜W復(fù)原鍍濃度較低的金屬鹽復(fù)原劑：提供電子絡(luò)合劑：控制沉積速度、抑制沉淀緩沖劑：使鍍液的pH值保持不變穩(wěn)定劑：提高溶液的穩(wěn)定性，并抑制自發(fā)的分解反響鍍液的主要組成化學鍍鎳化學鍍銅化學鍍錫化學鍍鈷化學鍍金、銀、鉑復(fù)合化學鍍〔Ni-P/Al2O3、Ni-P/SiC等〕多元化學鍍〔Ni-Cu-P、Ni-Cr-P、Ni-Fe-P等〕四、化學鍍舉例用復(fù)原劑將鍍液中的鎳離子復(fù)原為金屬鎳并沉積到基體金屬外表上去的方法稱為化學鍍鎳?；瘜W鍍鎳

原子氫態(tài)理論氫化物理論

電化學理論1.化學鍍鎳機理H2PO2-+H2O→HPO3-+2H+H+

Ni2++2H→Ni+2H+H2PO2-+H→H2O+OH-+P3P+Ni→NiP32H→H2↑原子氫態(tài)理論陽極反響：H2PO2-+H2O→H2PO3-+2H++2e陰極反響：Ni2++2e→NiH2PO2-+e→2OH-+P2H++2e→H2↑金屬化反響：3P+Ni→NiP3電化學理論按pH值分類酸性鍍液〔pH=4-6〕堿性鍍液〔pH>8〕按溫度分類高溫鍍液〔85-92℃〕中溫鍍液〔70-85℃〕低溫鍍液〔60-70℃〕室溫鍍液按鍍層磷含量分類低磷鍍液〔P(wt%)=0.5%-5%)中磷鍍液〔P(wt%)=6%-9%)高磷鍍液〔P(wt%)=9%-12%)2.化學鍍鎳工藝鍍液分類主鹽，如NiSO4、NiCl2復(fù)原劑，如NaH2PO2絡(luò)合劑，有機酸及其鹽類〔如乳酸〕緩沖劑，如丁二酸穩(wěn)定劑，如碘酸鉀加速劑，如天冬氨酸潤濕劑光亮劑鍍液組成鎳鹽〔鍍液主鹽〕復(fù)原劑絡(luò)合劑穩(wěn)定劑光亮劑pH值溫度影響鍍層質(zhì)量的因素一般物理性能力學性能化學性能化學鍍鎳層的性能化學鍍銅的主要目的是在非導(dǎo)體材料外表形成導(dǎo)電層?；瘜W鍍銅層的物理化學性質(zhì)與電鍍法所得銅層根本相似。目前，在印刷電路板孔金屬化和塑料電鍍前的化學鍍銅已廣泛應(yīng)用。化學鍍銅1.化學鍍銅機理

原子氫態(tài)理論

電化學理論HCHO+OH-→HCOO-+2HHCHO+OH-→HCOO-+H2Cu2++2H+2OH-→Cu+2