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LOGO第四章第四章第四章第四章 电镀、化学镀新技术电镀、化学镀新技术电镀、化学镀新技术电镀、化学镀新技术材料物理系材料物理系 二零壹零年九月二零壹零年九月表面工程技术与缓蚀剂表面工程技术与缓蚀剂上两次课重点内容上两次课重点内容v表面工程的概念：表面工程的概念：非常重要非常重要v表面工程学科体系：表面工程学科体系：二级包括五部分二级包括五部分v表面工程技术两种分类方式：表面工程技术两种分类方式：四种和五种四种和五种v表面工程技术的应用：表面工程技术的应用：五大方面五大方面（P5）v固体表面构成示意图：（固体表面构成示意图：（P15）v固体表面的分类：固体表面的分类：三种三种v吸附的概念：（吸附的概念：（P24）v物理吸附和化学吸附的区别联系：物理吸附和化学吸附的区别联系：五区别三联系五区别三联系v表面前处理技术内容：表面前处理技术内容：四部分四部分v表面整平的手段：表面整平的手段：七种七种v磷化的概念：（磷化的概念：（P58）v钝化理论：（钝化理论：（P62）电镀饰物和设备电镀饰物和设备镀金镀金电镀纽扣电镀纽扣镀银镀银手机外壳电镀手机外壳电镀生产线生产线八工位电镀槽八工位电镀槽电镀用钛阳极电镀用钛阳极什么是电镀？电镀液成分？电沉积过程如何？影响镀层质什么是电镀？电镀液成分？电沉积过程如何？影响镀层质量的因素有哪些？对五花八门的电镀工艺了解多少？量的因素有哪些？对五花八门的电镀工艺了解多少？电刷镀和化学镀电刷镀和化学镀对电刷镀了解多少知识？对电刷镀了解多少知识？电刷镀的是如何工作的？电刷镀的是如何工作的？电刷镀有什么特点？电刷镀有什么特点？电刷镀应用价值大不大？电刷镀应用价值大不大？化学镀是如何实现的？化学镀是如何实现的？化学镀都应用在哪里？化学镀都应用在哪里？表面着色如何实现呢？表面着色如何实现呢？第一节第一节 电镀基本知识电镀基本知识v电镀概念电镀概念（教材（教材P69P69）电镀是指在外电流作用下，电解质水溶液中的电镀是指在外电流作用下，电解质水溶液中的金属离子迁移到作为阴极的被镀基体金属表面，发金属离子迁移到作为阴极的被镀基体金属表面，发生氧化还原反应并沉积形成镀层的一种表面工程技生氧化还原反应并沉积形成镀层的一种表面工程技术。术。v理解电镀要把握这么几点：理解电镀要把握这么几点：电镀是电镀是金属电沉积形成涂层金属电沉积形成涂层的技术之一；的技术之一；要有要有外加电流外加电流，从而能够发生氧化还原反应，这是，从而能够发生氧化还原反应，这是必要条件之一；必要条件之一；在在电解质溶液中电解质溶液中进行，这也是进行电镀的必要条件进行，这也是进行电镀的必要条件之一；之一；目的是在工间表面目的是在工间表面获得一层薄镀层获得一层薄镀层来改变材料表面来改变材料表面的特性，提高耐蚀性、耐磨性、装饰性等功能。的特性，提高耐蚀性、耐磨性、装饰性等功能。电镀基本知识电镀基本知识第一节第一节 电镀基本知识电镀基本知识v电镀液的组成和作用电镀液的组成和作用 电镀液一般由电镀液一般由主盐主盐、附加盐附加盐、缓冲剂缓冲剂、阳极活阳极活化剂化剂和和添加剂添加剂组成。组成。电镀液大多是电镀液大多是水溶液水溶液，特殊情况下使用，特殊情况下使用有机溶有机溶液液或或熔盐镀液熔盐镀液。主盐主盐：指能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐类：指能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐类 有单盐（有单盐（镀层粗燥镀层粗燥）和络盐（）和络盐（结晶细致镀层结晶细致镀层）附加盐附加盐：也称为导电盐，是电镀液中除主盐以外的：也称为导电盐，是电镀液中除主盐以外的某些碱金属或碱土金属盐类某些碱金属或碱土金属盐类 主要作用是提高电镀液的主要作用是提高电镀液的导电性导电性，有的还略微，有的还略微提提高阴极极化高阴极极化，改善镀层质量，改善镀层质量 第一节第一节 电镀基本知识电镀基本知识缓冲剂缓冲剂：一般由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐一般由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成的用来组成的用来稳定溶液酸碱度稳定溶液酸碱度的物质，能使溶液在的物质，能使溶液在遇到酸或碱时，溶液的遇到酸或碱时，溶液的PH值变化幅度缩小。值变化幅度缩小。阳极活化剂阳极活化剂：是镀液中能是镀液中能促进阳极活化促进阳极活化的物质，的物质，它能提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳它能提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极不容易被钝化，使阳极处于活化状态而能正常极不容易被钝化，使阳极处于活化状态而能正常地溶解。地溶解。添加剂添加剂：是为了是为了改善电镀溶液性能和镀层质量改善电镀溶液性能和镀层质量，在电镀液中加入的少量有机物。在电镀液中加入的少量有机物。各种电镀液对添加剂的使用是有选择性的，往各种电镀液对添加剂的使用是有选择性的，往往通过实验来确定。往通过实验来确定。第一节第一节 电镀基本知识电镀基本知识v电镀反应电镀反应（学过？）（学过？）电镀反应包括两部分电化学反应：电镀反应包括两部分电化学反应：阴极阴极和和阳极阳极v电极电位和极化电极电位和极化（学过？）（学过？）平衡电极电位（平衡电极电位（双电层结构图）双电层结构图）通电后通电后 电极极化电极极化电化学极化电化学极化、浓差极化过电位浓差极化过电位和和溶液的欧姆电压降溶液的欧姆电压降v金属的电沉积过程和共沉积金属的电沉积过程和共沉积 电镀包含的主要过程就是金属的电沉积过程电镀包含的主要过程就是金属的电沉积过程 指镀液中的金属离子在外电场的作用下，经电极反指镀液中的金属离子在外电场的作用下，经电极反应还原成金属原子并在阴极上进行金属沉积的过程应还原成金属原子并在阴极上进行金属沉积的过程完成这个电沉积过程须经过下面三个步骤来进行：完成这个电沉积过程须经过下面三个步骤来进行：电沉积过程电沉积过程v速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制环节速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制环节v每个过程对电镀的影响是不同的每个过程对电镀的影响是不同的v液相液相传质传质v电化学反电化学反应应v电结晶电结晶阴极金属阴极金属离子被消耗离子被消耗溶液中离子溶液中离子阴极转移阴极转移离子在电极离子在电极表面转化表面转化离子放电生离子放电生成金属原子成金属原子金属原子扩金属原子扩散到结晶点散到结晶点排列成晶格排列成晶格形成镀层形成镀层第一节第一节 电镀基本知识电镀基本知识影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素v镀液镀液组成组成的的v影响影响v主主盐浓度度v附加附加盐v添加添加剂v杂 质浓度提高，晶核形成速度浓度提高，晶核形成速度降低降低，形成粗大结晶镀层，形成粗大结晶镀层杂质的来源比较复杂杂质的来源比较复杂影响也比较复杂影响也比较复杂显著改善镀层的某些性能显著改善镀层的某些性能选择性加入影响镀层质量选择性加入影响镀层质量浓度改善镀液的导电性浓度改善镀液的导电性有利于形成细晶镀层有利于形成细晶镀层第一节第一节 电镀基本知识电镀基本知识v电镀工工艺规范范对镀层质量量的影响的影响vPH值v电流密度流密度v电流波形流波形v温温 度度v搅 拌拌v基体金属基体金属v其它因素其它因素最佳的最佳的pH值往往要通过试验决定值往往要通过试验决定 大小要合适大小要合适通过阴极电位和电流密度的变化通过阴极电位和电流密度的变化来影响阴极沉积过程来影响阴极沉积过程 合理提高镀液温度利于提高质量合理提高镀液温度利于提高质量提高镀层质量提高镀层质量材料本身结合、镀前加工状况材料本身结合、镀前加工状况其他机械的、电学的、几何因素其他机械的、电学的、几何因素 第一节第一节 电镀基本知识电镀基本知识电镀的分类电镀的分类金属金属电沉积方式电沉积方式电镀电镀其他其他特殊电镀特殊电镀电镀电镀装置装置镀层镀层功能功能单单金金属属电电镀镀合合金金电电镀镀复复合合电电镀镀槽槽 镀镀滚滚 镀镀刷刷 镀镀防防护护性性电电镀镀耐耐磨磨性性电电镀镀装装饰饰性性电电镀镀切切削削性性电电镀镀功功能能性性电电镀镀非非晶晶态态电电镀镀脉脉冲冲电电镀镀非非金金属属电电镀镀一、合金电镀：一、合金电镀：v合金电镀的特点合金电镀的特点：合金共沉积的过程比单金属电镀复杂合金共沉积的过程比单金属电镀复杂 合金镀层具有许多单金属镀层所不具备的特殊性能合金镀层具有许多单金属镀层所不具备的特殊性能具有与热熔法制备的合金所不具备的特点具有与热熔法制备的合金所不具备的特点 v合金电镀（即金属共沉积）的基本条件：合金电镀（即金属共沉积）的基本条件：对单金属来说，金属离子在溶液中达到沉积电位就可以在阴极还原析出对单金属来说，金属离子在溶液中达到沉积电位就可以在阴极还原析出一是两种金属中至少有一种金属能单独从其盐类的水溶液中沉积出来一是两种金属中至少有一种金属能单独从其盐类的水溶液中沉积出来 二是两种金属的析出电位应充分接近或相等二是两种金属的析出电位应充分接近或相等 v实现金属共沉积的措施实现金属共沉积的措施：选择金属离子合适的价态；选择金属离子合适的价态；改变镀液中金属离子的浓度；改变镀液中金属离子的浓度；采用络合剂；采用络合剂；采用添加剂采用添加剂 第二节第二节 合金电镀、复合电镀合金电镀、复合电镀及其他特殊电镀技术及其他特殊电镀技术 第二节第二节 合金电镀、复合电镀合金电镀、复合电镀及其他特殊电镀技术及其他特殊电镀技术二、复合电镀二、复合电镀：v定义定义：用电镀方法使固体微粒与金属共沉积，从而在基体上获得基用电镀方法使固体微粒与金属共沉积，从而在基体上获得基质金属上弥散分布微粒结构的复合镀层质金属上弥散分布微粒结构的复合镀层 v特点特点：复合镀层综合了其组成相的优点；复合镀层综合了其组成相的优点；镀覆材料广泛，同一种基质金属可沉积一种或数种性质各异的固体微镀覆材料广泛，同一种基质金属可沉积一种或数种性质各异的固体微粒，同一种固体微粒也可沉积在不同的基质金属中；粒，同一种固体微粒也可沉积在不同的基质金属中；加工过程不需要高温，可制取有机材料和金属组成的复合镀层，且工加工过程不需要高温，可制取有机材料和金属组成的复合镀层，且工件不易变形；件不易变形；可沿用原来的电镀装置，方便又经济，可降低基体材料成本，节省大可沿用原来的电镀装置，方便又经济，可降低基体材料成本，节省大量贵金属；量贵金属；缺点是镀层厚度不够均匀，工艺实施存在一些困难。缺点是镀层厚度不够均匀，工艺实施存在一些困难。v机理：机理：复合电沉积是一个复杂的过程，在这过程中，金属离子的析出、镀复合电沉积是一个复杂的过程，在这过程中，金属离子的析出、镀层的成长和分散粒子向阴极表面的吸附是同时进行的。层的成长和分散粒子向阴极表面的吸附是同时进行的。第二节第二节 合金电镀、复合电镀合金电镀、复合电镀及其他特殊电镀技术及其他特殊电镀技术三、其他特殊电镀技术三、其他特殊电镀技术v非晶态电镀非晶态电镀 v脉冲电镀脉冲电镀v激光电镀激光电镀 v闪镀闪镀 v机械电镀机械电镀 v多层电镀多层电镀 v非金属电镀非金属电镀 第三节第三节 点石成金的电刷镀点石成金的电刷镀u电刷镀基本原理电刷镀基本原理v将处理好的工件与专用的直将处理好的工件与专用的直流电源的负极连接作为阴极，流电源的负极连接作为阴极，镀笔与电源的正极连接作为镀笔与电源的正极连接作为阳极，电刷镀时，使棉花包阳极，电刷镀时，使棉花包套中浸满电镀液的镀笔以一套中浸满电镀液的镀笔以一定的相对运动速度及适当的定的相对运动速度及适当的压力在被镀工件表面上移动，压力在被镀工件表面上移动，在镀笔与被镀工件接触的部在镀笔与被镀工件接触的部分，镀液中的金属离子在电分，镀液中的金属离子在电场力的作用下扩散到工件表场力的作用下扩散到工件表面，在表面获得电子被还原面，在表面获得电子被还原成金属原子而沉积在工件表成金属原子而沉积在工件表面形成镀层。面形成镀层。v电刷镀设备电刷镀设备直流电源、镀笔及其辅助装置直流电源、镀笔及其辅助装置第三节第三节 点石成金的电刷镀点石成金的电刷镀u电刷镀工艺特点电刷镀工艺特点电刷镀有其独特的工艺特点，可以用三个字来概括电刷镀有其独特的工艺特点，可以用三个字来概括 v特点之一特点之一“刷刷”：这个：这个“刷刷”指的是镀层是靠镀指的是镀层是靠镀笔蘸上溶液笔蘸上溶液“刷刷”上去的，零件表面哪里需要镀上去的，零件表面哪里需要镀层，就在哪里刷。层，就在哪里刷。v特点之二特点之二“刷刷”：这个：这个“刷刷”指的是刷的动作，指的是刷的动作，镀笔在刷的过程中，必须与零件（被刷表面）保镀笔在刷的过程中，必须与零件（被刷表面）保持一定的相对运动速度和一定压力。持一定的相对运动速度和一定压力。v特点之三（大家猜猜看是什么？）还是特点之三（大家猜猜看是什么？）还是“刷刷”。这个这个“刷刷”指的是指的是“刷子刷子”即镀笔。刷子有大有即镀笔。刷子有大有小，形状各异，适应不同零件的表面。小，形状各异，适应不同零件的表面。第三节第三节 点石成金的电刷镀点石成金的电刷镀u电刷镀技术的应用范围电刷镀技术的应用范围：v恢复磨损零件的尺寸精度和几何形状精度恢复磨损零件的尺寸精度和几何形状精度北京首钢总公司第二线材厂，曾经由比利时进北京首钢总公司第二线材厂，曾经由比利时进口过一台二手高速轧压机。该机变速箱中的口过一台二手高速轧压机。该机变速箱中的16根根齿轮轴有齿轮轴有8根轴径磨损。据了解，在当时，如果根轴径磨损。据了解，在当时，如果齿轮轴由国外进口，每根单价齿轮轴由国外进口，每根单价3万美元。有关专万美元。有关专家不仅用刷镀技术恢复了轴径的尺寸精度，而且家不仅用刷镀技术恢复了轴径的尺寸精度，而且为了延长这些齿轮轴的寿命，还把为了延长这些齿轮轴的寿命，还把16根轴全部进根轴全部进行了刷镀铟处理，可有效地减小轴径的磨损。行了刷镀铟处理，可有效地减小轴径的磨损。第三节第三节 点石成金的电刷镀点石成金的电刷镀v填补零件表面的划伤沟槽、压坑填补零件表面的划伤沟槽、压坑 唐山水泥机械厂唐山水泥机械厂1960年由德国进口的大型龙年由德国进口的大型龙门双柱立式车床，进口价格在当时相对于门双柱立式车床，进口价格在当时相对于1吨黄吨黄金，号称华北第一大机床。经过金，号称华北第一大机床。经过20多年的使用和多年的使用和唐山大地震的摧残，到唐山大地震的摧残，到1984年几近报废，年几近报废，38个个表面都有不同程度的划伤和磨损，施工人员用电表面都有不同程度的划伤和磨损，施工人员用电刷镀技术，修好了机床的全部划伤和磨损。再加刷镀技术，修好了机床的全部划伤和磨损。再加上工厂对机床控制电路的改造，使这台机床起死上工厂对机床控制电路的改造，使这台机床起死回生。刷镀的全部费用仅回生。刷镀的全部费用仅5万元。为此，当时的万元。为此，当时的国家经济委员会专门发了文件并在唐山召开了国家经济委员会专门发了文件并在唐山召开了“应用电刷镀技术修复大型设备现场会应用电刷镀技术修复大型设备现场会”，意在把，意在把电刷镀技术的应用推向全国。电刷镀技术的应用推向全国。第三节第三节 点石成金的电刷镀点石成金的电刷镀v补救加工超差产品补救加工超差产品 山西电力修造厂有一根重山西电力修造厂有一根重600kg的吸风机主轴，的吸风机主轴，长长4.5m，由于加工超差，急需补救。由于轴太，由于加工超差，急需补救。由于轴太长。无法电镀，又由于径向跳动不能大于长。无法电镀，又由于径向跳动不能大于0.25mm，采用焊接和热喷涂，不仅费工费时、，采用焊接和热喷涂，不仅费工费时、修复费用高，而且难以保证其技术要求。我们应修复费用高，而且难以保证其技术要求。我们应用刷镀技术，用刷镀技术，2人用了人用了4个工作日就修复好了。不个工作日就修复好了。不仅保证了修理质量和技术要求，而且节约了修理仅保证了修理质量和技术要求，而且节约了修理费用。费用。第三节第三节 点石成金的电刷镀点石成金的电刷镀v强化零件表面强化零件表面 在制造业，热锻模具、冷压模具、注塑模具的在制造业，热锻模具、冷压模具、注塑模具的用量大，制造周期长，成本高。因此，模具的修用量大，制造周期长，成本高。因此，模具的修复和延寿有重要意义。技术人员利用刷镀能强化复和延寿有重要意义。技术人员利用刷镀能强化零件表面的优点，修复大量的模具型腔。有些模零件表面的优点，修复大量的模具型腔。有些模具为了延寿，可在模具型腔表面刷镀具为了延寿，可在模具型腔表面刷镀0.01mm0.02mm的非晶态镀层，可延长寿的非晶态镀层，可延长寿命命20%100%。第三节第三节 点石成金的电刷镀点石成金的电刷镀v提高零件表面的导电性提高零件表面的导电性 中国科学院计算所为了提高大型计算机的工作中国科学院计算所为了提高大型计算机的工作可靠性，把刷镀技术应用于计算机工程中，他们可靠性，把刷镀技术应用于计算机工程中，他们在电路接点处进行刷镀金处理，既能保证接点处在电路接点处进行刷镀金处理，既能保证接点处有很小的接触电阻，又能防止接点处金属氧化造有很小的接触电阻，又能防止接点处金属氧化造成短路。成短路。v提高零件的耐高温性能提高零件的耐高温性能 v改善零件表面的钎焊性改善零件表面的钎焊性 v减小零件表面的摩擦因数减小零件表面的摩擦因数 v提高零件的防腐性提高零件的防腐性v精饰零件表面精饰零件表面 第四节第四节 化学镀、化学转化镀及化学镀、化学转化镀及表面着色新技术表面着色新技术一、化学镀一、化学镀v概念概念：又称无电镀，这区别于电镀，它是在无外加电流又称无电镀，这区别于电镀，它是在无外加电流通过的情况下，将镀件浸入镀液中，利用化学方法使金属通过的情况下，将镀件浸入镀液中，利用化学方法使金属沉积在镀件表面形成镀层的一种化学处理方法。沉积在镀件表面形成镀层的一种化学处理方法。v原理原理：镀件浸入镀液中，化学还原剂在溶液中提供电子镀件浸入镀液中，化学还原剂在溶液中提供电子使金属离子还原沉积在镀件表面，反应式为使金属离子还原沉积在镀件表面，反应式为 Mn+ne-MMn+ne-M。v化学镀的特点化学镀的特点 ：v优点：镀层厚度均匀；镀层致密、孔隙小、外观良好；优点：镀层厚度均匀；镀层致密、孔隙小、外观良好；无需电解设备及附件；可在金属、非金属及半导体材料上无需电解设备及附件；可在金属、非金属及半导体材料上进行化学镀；不受电力线分布不均匀的影响，而且在几何进行化学镀；不受电力线分布不均匀的影响，而且在几何形状复杂的镀件上也可得到厚度均匀的镀层；形状复杂的镀件上也可得到厚度均匀的镀层；v缺点：溶液稳定性差，使用温度高，寿命短，溶液的维缺点：溶液稳定性差，使用温度高，寿命短，溶液的维护、调整和再生都较复杂，镀覆成本高。护、调整和再生都较复杂，镀覆成本高。第四节第四节 化学镀、化学转化镀及化学镀、化学转化镀及表面着色新技术表面着色新技术二、化学转化镀二、化学转化镀v概念：概念：化学转化镀又称金属的表面转化、金属的化学处化学转化镀又称金属的表面转化、金属的化学处理、转化膜技术等，是采用化学处理液使金属表面与溶液理、转化膜技术等，是采用化学处理液使金属表面与溶液界面上产生化学或电化学反应，在金属表面形成稳定的化界面上产生化学或电化学反应，在金属表面形成稳定的化合物膜层的方法。合物膜层的方法。v表面转化膜的分类：表面转化膜的分类：按是否存在外加电流：化学转化膜和电化学转化膜；按是否存在外加电流：化学转化膜和电化学转化膜；按膜的主要组成物类型：氧化膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜按膜的主要组成物类型：氧化膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜v处理技术：处理技术：氧化处理：指金属在含有氧化剂的溶液中被氧化而成膜的氧化处理：指金属在含有氧化剂的溶液中被氧化而成膜的过程；过程；磷化处理：指金属在磷酸盐溶液中形成膜的过程；磷化处理：指金属在磷酸盐溶液中形成膜的过程；钝化处理：指金属在含有铬酸或铬酸盐的溶液中形成膜的钝化处理：指金属在含有铬酸或铬酸盐的溶液中形成膜的过程。过程。第四节第四节 化学镀、化学转化镀及化学镀、化学转化镀及表面着色新技术表面着色新技术第四节第四节 化学镀、化学转化镀及化学镀、化学转化镀及表面着色新技术表面着色新技术三、表面着色技术三、表面着色技术v概念：概念：表面着色是用一定的方法，使金属或非金属表面着色是用一定的方法，使金属或非金属表面产生与其本色不同的色彩的表面处理过程。表面产生与其本色不同的色彩的表面处理过程。v金属着色的方法金属着色的方法：v化学法；化学法；电解法；电解法；热处理法；热处理法；置换法；置换法；v染色法；染色法；气相沉积法；气相沉积法；v非金属着色的方法非金属着色的方法：v非金属着色方法跟金属的着色方法相类似，只是由非金属着色方法跟金属的着色方法相类似，只是由于不能导电，方法少于金属着色，非金属着色的方于不能导电，方法少于金属着色，非金属着色的方法都适合于金属着色。法都适合于金属着色。v主要包括：主要包括：化学镀化学镀、气相沉积气相沉积、涂装涂装等方法。等方法。本章重点内容本章重点内容v电镀和化学镀的概念电镀和化学镀的概念v化学镀与电镀相比的优缺点化学镀与电镀相比的优缺点v电镀液的组成与作用：电镀液的组成与作用：5种种v电沉积的三个步骤电沉积的三个步骤v电镀按电沉积方式分类：电镀按电沉积方式分类：3种种v实现金属共沉积的两个基本条件实现金属共沉积的两个基本条件v电刷镀的基本原理（示意图电刷镀的基本原理（示意图P85）v电刷镀的工艺特点：三个电刷镀的工艺特点：三个“刷刷”v复合电镀、化学转化镀和表面着色技术的概念复合电镀、化学转化镀和表面着色技术的概念111