金属表面改性技术基础知识.docx

金属表面改性技术01 电镀 1 电镀的定义及原理电镀是一种利用电化学性质，在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层的表面处理工艺。电镀原理：在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积，形成镀层。如图所示。电镀原理图电镀原理图电镀的目的：获得不同于基体材料，且具有特殊性能的表面层，提高表面的耐腐蚀性及耐磨性。镀层厚度一般为几微米到几十微米。电镀的特点：电镀工艺设备较简单，操作条件易于控制，镀层材料广泛，成本较低，因而在工业中广泛应用，是材料表面处理的重要方法。2 镀层的分类镀层种类很多，按使用性能分类如下：(1)防护性镀层防护性镀层：例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层，作为耐大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。(2)防护防护-装饰性镀层：装饰性镀层：例如 Cu-Ni-Cr 镀层等，既有装饰性，亦有防护性。(3)装饰性镀层：装饰性镀层：例如 Au 及 Cu-Zn 仿金镀层、黑铬、黑镍镀层等。(4)耐磨和减磨镀层：耐磨和减磨镀层：例如硬铬镀层、松孔镀层、Ni-Sic 镀层，Ni-石墨镀层、Ni-PTFE 复合镀层等。(5)电性能镀层电性能镀层：例如 Au 镀层、Ag 镀层等，既有高的导电率，又可防氧化，可避免增加接触电阻。(6)磁性能镀层：磁性能镀层：例如软磁性能镀层有 Ni-Fe 镀层、Fe-Co 镀层；硬磁性能有 Co-P 镀层、Co-Ni 镀层、Co-Ni-P 镀层等。(7)可焊性镀层可焊性镀层：例如 Sn-Pb 镀层、Cu 镀层、Sn 镀层、Ag 镀层等。可改善可焊性，在电子工业中应用广泛。(8)耐热镀层：耐热镀层：例如 Ni-W 镀层、Ni 镀层、Cr 镀层等，熔点高，耐高温。(9)修复用镀层：修复用镀层：一些造价较高的易磨损件，或加工超差件，采用电镀修复尺寸，可节约成本，延长使用寿命。例如可电镀 Ni、Cr、Fe 层进行修复。若按镀层与基体金属之间的电化学性质可将其分为：阳极性镀层和阴极性镀层。当镀层相对于基体金属的电位为负时，镀层是阳极，称为阳极性镀层，如钢上的镀锌层；当镀层相对于基体金属的电位为正时，镀层呈阴极，称为阴极性镀层，如钢上的镀镍层、镀锡层等。若按镀层的组合形式分，镀层可分为：单层镀层，如 Zn 或 Cu 层；多层金属镀层，例如 Cu-Sn/Cr 镀层、Cu/Ni/Cr 镀层等；复合镀层，如 Ni-AlO镀层、Co-SiC 镀层等。若按镀层成分分类，可分为单一金属镀层、合金镀层及复合镀层。3 电镀溶液的基本组成主盐沉积金属的盐类主要有：单盐，如硫酸铜、硫酸镍等；络盐，如锌酸钠、氰锌酸钠等。配合剂与沉积金属离子形成配合物，其主要作用是改变镀液的电化学性质和控制金属离子沉积的电极过程，配合剂是镀液的重要成分，对镀层质量有很大影响。常用配合剂有氰化物、氢氧化物、焦磷酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。导电盐其作用是提高镀液的导电能力，降低槽端电压提高工艺电流密度。例如镀镍液中加入 NaSO。导电盐不参加电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。缓冲剂在弱酸或弱碱性镀液中，pH 值是重要的工艺参量。加入缓冲剂，使镀液具有自行调节 pH 值能力，以便在施镀过程中保持 pH 值稳定。缓冲剂要有足够量才能有效控制酸碱平衡，一般加入 3040g/L，例如氯化钾镀锌溶液中的硼酸。阳极活化剂在电镀过程中金属离子被不断消耗，多数镀液依靠可溶性阳极来补充，从而使金属的阴极析出量与阳极溶解量相等，保持镀液成分平衡。加入活性剂能维持阳极活性状态，不会发生钝化，保持正常溶解反应。例如镀镍液中必须加入 Cl-，以防止镍阳极钝化。特殊添加剂为改善镀液性能和提高镀层质量，常需加入某种特殊添加剂。其加入量较少，一般只有几克每升，但效果显著。这类添加剂种类繁多，按其作用可分为：(1)光亮剂光亮剂可提高镀层的光亮度。(2)晶粒细化剂晶粒细化剂能改变镀层的结晶状况，细化晶粒，使镀层致密。例如锌酸盐镀锌液中，添加环氧氯丙烷与胺类的缩合物之类的添加剂，镀层就可从海绵状变为致密而光亮。(3)整平剂整平剂可改善镀液微观分散能力，使基体显微粗糙表面变平整。(4)润湿剂润湿剂可以降低金属与溶液的界面张力，使镀层与基体更好地附着，减少针孔。(5)应力消除剂应力消除剂可降低镀层应力。(6)镀层硬化剂镀层硬化剂可提高镀层硬度。(7)掩蔽剂掩蔽剂可消除微量杂质的影响。4 电镀过程的基本步骤电镀过程的基本步骤包括：液相传质、电化学还原、电结晶液相传质、电化学还原、电结晶。5 影响电镀质量的因素(1)镀液镀液：主盐溶度、配离子、附加盐；pH 值；析氢；电流参数：电流密度、电流波形；添加剂；温度；搅拌；基体金属：性质、表面加工状态；前处理。(2)电镀方式电镀方式：挂镀。不能从水溶液中单独电镀的 W、Mo、Ti、V 等金属可与铁族元