1、中国石油大学（华东）,第四章 电镀、化学镀新技术,材料物理系 二零壹零年九月,表面工程技术与缓蚀剂,上两次课重点内容,表面工程的概念：非常重要表面工程学科体系：二级包括五部分表面工程技术两种分类方式：四种和五种表面工程技术的应用：五大方面（P5）固体表面构成示意图：（P15）固体表面的分类：三种吸附的概念：（P24）物理吸附和化学吸附的区别联系：五区别三联系表面前处理技术内容：四部分表面整平的手段：七种磷化的概念：（P58） 钝化理论：（P62）,电镀饰物和设备,镀金,电镀纽扣,镀银,手机外壳电镀生产线,八工位电镀槽,电镀用钛阳极,什么是电镀？电镀液成分？电沉积过程如何？影响镀层质量的因素有哪
2、些？对五花八门的电镀工艺了解多少？,电刷镀和化学镀,对电刷镀了解多少知识？电刷镀的是如何工作的？电刷镀有什么特点？电刷镀应用价值大不大？,化学镀是如何实现的？化学镀都应用在哪里？,表面着色如何实现呢？,第一节 电镀基本知识,电镀概念（教材P69） 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，发生氧化还原反应并沉积形成镀层的一种表面工程技术。理解电镀要把握这么几点：电镀是金属电沉积形成涂层的技术之一；要有外加电流，从而能够发生氧化还原反应，这是必要条件之一；在电解质溶液中进行，这也是进行电镀的必要条件之一；目的是在工间表面获得一层薄镀层来改变材料表面的特性，
3、提高耐蚀性、耐磨性、装饰性等功能。,电镀基本知识,第一节 电镀基本知识,电镀液的组成和作用 电镀液一般由主盐、附加盐、缓冲剂、阳极活化剂和添加剂组成。 电镀液大多是水溶液，特殊情况下使用有机溶液或熔盐镀液。 主盐：指能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐类 有单盐（镀层粗燥）和络盐（结晶细致镀层）附加盐：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 主要作用是提高电镀液的导电性，有的还略微提高阴极极化，改善镀层质量,第一节 电镀基本知识,缓冲剂：一般由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成的用来稳定溶液酸碱度的物质，能使溶液在遇到酸或碱时，溶液的PH值变化幅度缩小。 阳极活化剂：是镀液中能
4、促进阳极活化的物质，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地溶解。 添加剂：是为了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。 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。,第一节 电镀基本知识,电镀反应（学过？） 电镀反应包括两部分电化学反应：阴极和阳极电极电位和极化（学过？）平衡电极电位（双电层结构图）通电后 电极极化电化学极化、浓差极化过电位和溶液的欧姆电压降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 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完成这
5、个电沉积过程须经过下面三个步骤来进行：,电沉积过程,速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制环节每个过程对电镀的影响是不同的,阴极金属离子被消耗,溶液中离子阴极转移,离子在电极表面转化,离子放电生成金属原子,金属原子扩散到结晶点,排列成晶格形成镀层,第一节 电镀基本知识,影响镀层质量的因素,浓度提高，晶核形成速度降低 ，形成粗大结晶镀层,杂质的来源比较复杂影响也比较复杂,显著改善镀层的某些性能选择性加入影响镀层质量,浓度改善镀液的导电性有利于形成细晶镀层,第一节 电镀基本知识,最佳的pH值往往要通过试验决定,大小要合适,通过阴极电位和电流密度的变化来影响阴极沉积过程,合理提高镀液温度利于提高质量
6、,提高镀层质量,材料本身结合、镀前加工状况,其他机械的、电学的、几何因素,第一节 电镀基本知识,电镀的分类,金属电沉积方式,电镀,其他特殊电镀,电镀装置,镀层功能,单金属电镀,合金电镀,复合电镀,槽 镀,滚 镀,刷 镀,防护性电镀,耐磨性电镀,装饰性电镀,切削性电镀,功能性电镀,非晶态电镀,脉冲电镀,非金属电镀,一、合金电镀：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 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一是两种金属中至少有一种金属能单独从其盐
7、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 实现金属共沉积的措施： 选择金属离子合适的价态；改变镀液中金属离子的浓度；采用络合剂；采用添加剂,第二节 合金电镀、复合电镀及其他特殊电镀技术,第二节 合金电镀、复合电镀及其他特殊电镀技术,二、复合电镀：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质金属上弥散分布微粒结构的复合镀层 特点：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，且工件不易变形；可沿用原来的电镀装置，方便
8、又经济，可降低基体材料成本，节省大量贵金属；缺点是镀层厚度不够均匀，工艺实施存在一些困难。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 合金电镀、复合电镀及其他特殊电镀技术,三、其他特殊电镀技术非晶态电镀 脉冲电镀激光电镀 闪镀 机械电镀 多层电镀 非金属电镀,第三节 点石成金的电刷镀,电刷镀基本原理将处理好的工件与专用的直流电源的负极连接作为阴极，镀笔与电源的正极连接作为阳极，电刷镀时，使棉花包套中浸满电镀液的镀笔以一定的相对运动速度及适当的压力在被镀工件表面上移动，在镀笔与被镀工件接触的部分，镀液中的金属离子在电场
9、力的作用下扩散到工件表面，在表面获得电子被还原成金属原子而沉积在工件表面形成镀层。,电刷镀设备直流电源、镀笔及其辅助装置,第三节 点石成金的电刷镀,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 特点之一“刷”：这个“刷”指的是镀层是靠镀笔蘸上溶液“刷”上去的，零件表面哪里需要镀层，就在哪里刷。 特点之二“刷”：这个“刷”指的是刷的动作，镀笔在刷的过程中，必须与零件（被刷表面）保持一定的相对运动速度和一定压力。特点之三（大家猜猜看是什么？）还是“刷”。这个“刷”指的是“刷子”即镀笔。刷子有大有小，形状各异，适应不同零件的表面。,第三节 点石成金的电刷镀,电刷镀技术的应用范围：恢复磨
10、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，曾经由比利时进口过一台二手高速轧压机。该机变速箱中的16根齿轮轴有8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3万美元。有关专家不仅用刷镀技术恢复了轴径的尺寸精度，而且为了延长这些齿轮轴的寿命，还把16根轴全部进行了刷镀铟处理，可有效地减小轴径的磨损。,第三节 点石成金的电刷镀,填补零件表面的划伤沟槽、压坑 唐山水泥机械厂1960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1吨黄金，号称华北第一大机床。经过20多年的使用和唐山大地震的摧残，到1984年几近报废，38个表面都有不同程度的划伤和磨损，施工人员用电刷
11、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，使这台机床起死回生。刷镀的全部费用仅5万元。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“应用电刷镀技术修复大型设备现场会”，意在把电刷镀技术的应用推向全国。,第三节 点石成金的电刷镀,补救加工超差产品 山西电力修造厂有一根重600kg的吸风机主轴，长4.5m，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0.25mm，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。我们应用刷镀技术，2人用了4个工作日就修复好了。不仅保证了修理质量和技术要求，而且节约了修理费用。,第三节 点石
12、成金的电刷镀,强化零件表面 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，可延长寿命20%100%。,第三节 点石成金的电刷镀,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，既能保证接点处有很小的接触电阻，又能防止接点处金属氧化造成短路。 提高零件的耐高温性能 改善零件表面的钎焊性 减小零件表面的摩擦因数 提高零件的防腐性
13、精饰零件表面,第四节 化学镀、化学转化镀及表面着色新技术,一、化学镀概念：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沉积在镀件表面形成镀层的一种化学处理方法。 原理：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 Mn+ + ne-M。 化学镀的特点 ：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；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
14、覆成本高。,第四节 化学镀、化学转化镀及表面着色新技术,二、化学转化镀概念：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。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；按膜的主要组成物类型：氧化膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜处理技术：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过程。,第四节 化学镀、化学转化镀及表面着色新技术,第四节 化学镀、化学转化镀及表面着色新技术
15、,三、表面着色技术概念：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。 金属着色的方法： 化学法；电解法；热处理法；置换法；染色法；气相沉积法；非金属着色的方法：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，非金属着色的方法都适合于金属着色。主要包括：化学镀、气相沉积、涂装等方法。,本章重点内容,电镀和化学镀的概念化学镀与电镀相比的优缺点电镀液的组成与作用：5种电沉积的三个步骤电镀按电沉积方式分类：3种实现金属共沉积的两个基本条件电刷镀的基本原理（示意图P85）电刷镀的工艺特点：三个“刷”复合电镀、化学转化镀和表面着色技术的概念111,
