電鍍與電刷度

關(guān)于電鍍與電刷度124.1.1電鍍電解：在外加直流電源的作用下，電解質(zhì)的陰陽離子兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程。（1）電解與電鍍電解CuCl2溶液示意圖陰極（還原反應(yīng)）:陽極（氧化反應(yīng)）:Cu2++2e＝Cu2Cl－－2e＝Cl2↑

電鍍反應(yīng)是一種典型的電解反應(yīng)第2頁,共28頁，2024年2月25日，星期天3電鍍：是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以被鍍金屬基體為陰極，以欲鍍金屬或其它惰性導(dǎo)體為陽極，通過電解作用，在基體表面獲得結(jié)合牢固的金屬鍍層的表面工程技術(shù)。銅的電解精煉：粗銅（含Zn、Fe）純銅硫酸銅溶液硫酸銅溶液銅鍍件目的:耐蝕、耐磨、裝飾、釬焊及導(dǎo)電、磁、光學(xué)一般為幾微米到幾十微米鍍銅第3頁,共28頁，2024年2月25日，星期天4（2）電鍍裝置及原理（以鍍銅為例）②兩電極：陰極還原反應(yīng)：Cu2++2e→Cu(形成鍍層)陽極氧化反應(yīng)：Cu－2e→Cu2+(陽極溶解)①外電路：直流電源、導(dǎo)線③電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液④電鍍的結(jié)果，硫酸銅溶液的濃度保持不變第4頁,共28頁，2024年2月25日，星期天5電鍍涉及的基本問題和理論解釋屬于電化學(xué)范疇，而沉積層物理性能方面的改變則屬于金屬學(xué)方面的范疇。

從表面現(xiàn)象來看，電鍍是在外加電流的作用下，溶液中的金屬離子在陰極表面得到電子,被還原為金屬并沉積在其表面的過程，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

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但是實(shí)際情況則很復(fù)雜金屬離子進(jìn)行陰極還原時(shí)：

沉積電位=

平衡電位+金屬離子在陰極放電的過電位理論上，只要陰極電位足夠負(fù)，任何金屬離子都可以還原沉積。但是在水溶液中進(jìn)行電沉積時(shí)，還存在H+和一些易還原的陰離子與金屬離子競(jìng)爭(zhēng)還原反應(yīng)，因此，有些還原電位很負(fù)的金屬離子在電極上不能實(shí)現(xiàn)還原沉積。第5頁,共28頁，2024年2月25日，星期天6

金屬離子在水溶液中能否還原，不僅取決于其本身的性質(zhì)，還取決于H+在電極上的還原電位。沉積電位=金屬離子的標(biāo)準(zhǔn)電位+

（RT/nF）*lna+

金屬離子的在陰極放電的過電位

由沉積電位的計(jì)算公式可以看出，過電位是影響金屬離子沉積的關(guān)鍵因素。過電位主要由電化學(xué)極化和濃差極化產(chǎn)生，其大小直接影響金屬離子的沉積。第6頁,共28頁，2024年2月25日，星期天7（3）電鍍時(shí)金屬電沉積的過程①液相傳質(zhì)：金屬的水合離子或絡(luò)離子從溶液內(nèi)部遷移到陰極表面；②電化學(xué)還原：前置轉(zhuǎn)換和電荷轉(zhuǎn)移金屬離子在進(jìn)行電化學(xué)還原前，其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電極反應(yīng)的形式，該過程為前置轉(zhuǎn)換；然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，稱電荷轉(zhuǎn)移。如硫酸銅鍍液中鍍銅時(shí)Cu2+的還原過程為：

Cu2++e=Cu+(前置轉(zhuǎn)換)Cu++e=Cu（電荷轉(zhuǎn)移）③電結(jié)晶：形核+長大第7頁,共28頁，2024年2月25日，星期天8（4）電鍍液主鹽：提供金屬離子，析出金屬易溶于水的鹽類絡(luò)合劑：鍍液的重要成分。能與主鹽的陽離子絡(luò)合而成金屬絡(luò)離子。在電鍍過程中，能有效地促進(jìn)陰極極化作用，提高電解液的均鍍能力和深鍍能力，從而使鍍層結(jié)晶細(xì)致光滑；對(duì)保證鍍層質(zhì)量和電解穩(wěn)定性起重要作用。如在氰化物電鍍液中用氰化物作絡(luò)合劑，在無氰電鍍液中用銨鹽、焦磷酸鹽、次氨（基）三乙酸等作絡(luò)合劑。目前大多是水溶液，在特殊情況下，也使用有機(jī)溶液或者熔融鹽鍍液。第8頁,共28頁，2024年2月25日，星期天9導(dǎo)電鹽：提高鍍液的導(dǎo)電能力緩沖劑：穩(wěn)定pH值陽極活化劑：促進(jìn)陽極溶解的助溶陰離子添加劑：影響金屬離子在陰極析出的成分。光亮劑、整平劑、晶粒細(xì)化劑、潤濕劑、應(yīng)力消除劑、鍍層硬化劑等第9頁,共28頁，2024年2月25日，星期天10（5）影響電鍍層質(zhì)量的基本因素①鍍層金屬的本性②鍍液各種成分及濃度③電鍍規(guī)范電流密度、波形、溫度及攪拌等④pH值及析氫（可能導(dǎo)致鍍層鼓泡或者產(chǎn)生針孔）⑤基體金屬及表面質(zhì)量（基體金屬電位負(fù)于鍍層金屬，導(dǎo)致結(jié)合力不良）⑥前處理精整和清理→潔凈、活性的晶體表面第10頁,共28頁，2024年2月25日，星期天114.1.2電刷鍍工業(yè)化生產(chǎn)中，電鍍的實(shí)施方式多種多樣，常見的電鍍實(shí)施方式有：掛鍍：主要適用于外形尺寸較大的零件滾鍍：主要適用于尺寸較小，批量較大的零件電刷鍍：一般用于局部修復(fù)和局部性能改善高速連續(xù)電鍍：用于線材、帶材、板材的大批量生產(chǎn)第11頁,共28頁，2024年2月25日，星期天12刷鍍又稱涂鍍、局部鍍、選擇性電鍍、筆鍍等。它是通過吸有電解液的包套作為陽極與作為陰極的零件表面接觸，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電解液中的離子在陰陽極之間進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，使金屬離子沉積，在零件表面形成金屬鍍層的過程第12頁,共28頁，2024年2月25日，星期天13（1）原理與特點(diǎn)原理同電鍍——電沉積過程供電鍍液+鍍筆+擦試→電鍍層第13頁,共28頁，2024年2月25日，星期天14（1）設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝靈活、操作方便，可以在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。（2）可以局部電鍍。（3）鍍層種類多，結(jié)合強(qiáng)度高。（4）沉積速度快，生產(chǎn)效率高。槽鍍的10～15倍。耗電量為槽鍍幾十分之一。（5）操作安全，對(duì)環(huán)境污染小。（6）勞動(dòng)強(qiáng)度大，消耗陽極包纏材料。特點(diǎn)：第14頁,共28頁，2024年2月25日，星期天15（2）電刷鍍?cè)O(shè)備專用直流電源、鍍筆及供液、集液裝置專用直流電源0~30V，0~150A鍍筆：由不溶性陽極、絕緣手柄及散熱裝置組成第15頁,共28頁，2024年2月25日，星期天16（3）刷鍍?nèi)芤航饘匐x子含量高、導(dǎo)電性好、性能穩(wěn)定、分散覆蓋能力好1)刷鍍?nèi)芤旱姆N類

①預(yù)處理溶液:預(yù)處理溶液可分為電凈液和活化液兩類

電凈液：用于清洗工件表面的油污。

活化液：用于去除金屬表面的氧化膜和疲勞層。

②電鍍?nèi)芤?單金屬電鍍液和合金電鍍液。

③退鍍?nèi)芤?可把舊鍍層或不合格的鍍層去掉。

④鈍化液

第16頁,共28頁，2024年2月25日，星期天172)刷鍍?nèi)芤旱奶匦寓俳饘匐x子的含量較高。②鍍液的溫度范圍比較寬。③鍍液的性質(zhì)比較穩(wěn)定。④均鍍能力和深鍍能力較好。⑤鍍液的毒性與腐蝕性較小。第17頁,共28頁，2024年2月25日，星期天18（4）刷鍍工藝鍍前預(yù)處理表面整修、清理、電凈、活化鍍件刷鍍

刷鍍打底層、工作層鍍后處理清除殘積物及防護(hù)方法第18頁,共28頁，2024年2月25日，星期天19（5）應(yīng)用刷鍍技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，鍍層結(jié)合牢固，經(jīng)濟(jì)效益顯著機(jī)械行業(yè)、電力、電子、化工、紡織等部門

機(jī)械設(shè)備的維修，改善零部件的表面理化性能沉積的厚度小于0.2mm，采用刷鍍比其它維修方法經(jīng)濟(jì)第19頁,共28頁，2024年2月25日，星期天20鍍鋅鍍銅鍍鎳鍍鉻鍍錫鍍銀鍍金常用單金屬電鍍4.1.3合金電鍍常見的單金屬電鍍有如下幾種，這些方法在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。但是單金屬電鍍的鍍層無法滿足所有場(chǎng)合的的需要，合金電鍍應(yīng)運(yùn)而生。第20頁,共28頁，2024年2月25日，星期天21電鍍合金始于1835～1845年。20世紀(jì)20年代起還很少應(yīng)用于工業(yè)。目前230多種電鍍合金體系，應(yīng)用約有30余種例：黃銅,白銅,Zn-Sn,Pb-Sn,Zn-Cd,Ni-CoNi-Sn,Cu-Sn-Zn定義：兩種或兩種以上的元素共沉積所形成的鍍層為合金電鍍。第21頁,共28頁，2024年2月25日，星期天22（1）合金共沉積的條件①兩種金屬中至少有一種金屬能從其鹽的水溶液中沉積出來。②共沉積的兩種金屬的沉積電位必須十分接近或相等。第22頁,共28頁，2024年2月25日，星期天23（2）實(shí)現(xiàn)共沉積的方法①改變鍍液中金屬離子的濃度比

增大較活潑金屬離子的濃度，使其電位正移；或降低較貴金屬離子濃度，使其電位負(fù)移，使兩者的電位接近。②采用適當(dāng)?shù)呐浜蟿┦蛊胶怆娢幌嗖畲蟮慕饘匐x子實(shí)現(xiàn)共沉積的最有效方法。③采用特定的添加劑某種添加劑可能對(duì)某些金屬沉積起作用，使之實(shí)現(xiàn)共沉積。第23頁,共28頁，2024年2月25日，星期天24（3）合金電鍍的特點(diǎn)與熱冶金合金相比，主要特點(diǎn)：①容易獲得高熔點(diǎn)與低熔點(diǎn)金屬組成的合金，如Sn-Ni。②可獲得熱熔相圖沒有的合金,δ-銅錫合金。③容易獲得組織致密、性能優(yōu)異的非晶態(tài)合金，如Ni-P。④在相同合金成分下，電鍍合金與熱熔合金比，硬度高，延展性差。第24頁,共28頁，2024年2月25日，星期天25與單金屬鍍層相比，主要特點(diǎn)：①合金鍍層結(jié)晶更細(xì)致，鍍層更平整、光亮。②可以獲得非晶結(jié)構(gòu)鍍層，如Ni-P鍍層。③合金鍍層具有單金屬所沒有的特殊物理性能。④合金鍍層可具備比組成它們的單金屬層更耐磨、耐蝕、更耐高溫，并有更高硬度和強(qiáng)度。⑤不能從水溶液中單獨(dú)電沉積的W，Mo，Ti，V等金屬可與鐵族元素（Fe，Co，Ni）共沉積形成合金。⑥通過成分設(shè)計(jì)和工藝控制，可得到不同色調(diào)的合金鍍層，具有更好的裝飾效果。第25頁,共28頁，2024年2月25日，星期天264.1.4復(fù)合鍍定義：將固體微粒子加入鍍液中與金屬或合金共沉積，形成一種金屬基的表面復(fù)合材料的過