金屬鍍層的沉積原理課件

1、第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝1 1 電鍍技術(shù)電鍍技術(shù) 2 2 化學(xué)鍍化學(xué)鍍 3 3 刷鍍技術(shù)刷鍍技術(shù) 第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 1.電鍍技術(shù) 1.1 1.1 電鍍的定義電鍍的定義 在含有鍍層金屬離子的鹽溶液中，以被鍍金屬為陰極，通過電解作用，使鍍液中欲鍍金屬的陽離子在陰極金屬表面沉積出來，形成鍍層的一種表面加工方法。 1.2 電鍍基本知識 1.2.1 1.2.1 電鍍液電鍍液第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝按電鍍液類型分按電鍍液類型分單鹽電解液單鹽電解液絡(luò)合物電

2、解液絡(luò)合物電解液如果主鹽在水溶液中能夠在如果主鹽在水溶液中能夠在一級電離中電離出一級電離中電離出鍍層金屬鍍層金屬的簡單離子。的簡單離子。NiCl2、CuSO4；如果一級電離只能電離出復(fù)如果一級電離只能電離出復(fù)雜的絡(luò)離子，需要多級電離雜的絡(luò)離子，需要多級電離才能電離出鍍層金屬的簡單才能電離出鍍層金屬的簡單離子。氰化鍍離子。氰化鍍Zn。主鹽、絡(luò)合劑、導(dǎo)電主鹽、絡(luò)合劑、導(dǎo)電鹽、緩沖劑、鹽、緩沖劑、陽極活化劑及添加劑。陽極活化劑及添加劑。 組成組成 主鹽 鍍液中能在陰極上沉積所要求鍍層金屬的鹽，用于提供鍍層金屬離子。主鹽濃度必須保持一定范圍，主鹽濃度的變化會對電沉積過程及最后的鍍層組織有影響。 絡(luò)合劑

3、 若鍍液中主鹽的金屬離子為簡單離子時，則鍍層晶粒粗大，加入絡(luò)合劑可將鍍層金屬離子絡(luò)合成絡(luò)離子，使其放電困難，提高陰極極化程度，有利于鍍層結(jié)晶細(xì)化，改善鍍液的分散能力和覆蓋能力。 導(dǎo)電鹽 對于電阻較大的鍍液，可加入導(dǎo)電能力高的強(qiáng)電解質(zhì)，如某些堿金屬或堿土金屬來提高鍍液導(dǎo)電能力。這類鹽不參與電極反應(yīng)，對主鹽離子不起絡(luò)合作用。 1.2 1.2 電鍍基本知識電鍍基本知識 1.2.1 1.2.1 電鍍液電鍍液第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 緩沖劑緩沖劑：用來穩(wěn)定溶液酸堿度的物質(zhì)。同時具有提高陰：用來穩(wěn)定溶液酸堿度的物質(zhì)。同時具有提高陰極電流密度和陰極極化，改善鍍層組織的作

4、用。極電流密度和陰極極化，改善鍍層組織的作用。 陽極活化劑陽極活化劑：鍍液中能促進(jìn)陽極活化的物質(zhì)稱為陽極活：鍍液中能促進(jìn)陽極活化的物質(zhì)稱為陽極活化劑。其作用在于提高陽極開始鈍化的電流密度，從而?；瘎Ｆ渥饔迷谟谔岣哧枠O開始鈍化的電流密度，從而保證陽極處于活化狀態(tài)而能正常溶解。證陽極處于活化狀態(tài)而能正常溶解。 添加劑添加劑：不改變鍍液性能的微量物質(zhì)，卻能顯著改善鍍：不改變鍍液性能的微量物質(zhì)，卻能顯著改善鍍層性能的物質(zhì)，按所起作用可分為光亮劑、整平劑、潤濕層性能的物質(zhì)，按所起作用可分為光亮劑、整平劑、潤濕劑和抑霧劑等。劑和抑霧劑等。 1.2 1.2 電鍍基本知識電鍍基本知識 1.2.1 1.2.1

5、 電鍍液電鍍液第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 1.2 1.2 電鍍基本知識電鍍基本知識 1.2.2 1.2.2 金屬的電沉積過程金屬的電沉積過程 1 1、電極反應(yīng)機(jī)理、電極反應(yīng)機(jī)理 (1)(1)電極電位電極電位 M Mn+ne 由于形成雙電層就產(chǎn)生了電位差，由于形成雙電層就產(chǎn)生了電位差，這種由金屬與該金屬鹽溶液之間產(chǎn)生的這種由金屬與該金屬鹽溶液之間產(chǎn)生的電位差叫該金屬的電極電位。電位差叫該金屬的電極電位。 溶液溫度為溶液溫度為2525、金屬離子的濃度、金屬離子的濃度為為1 1mol/Lmol/L時，測得的電位叫標(biāo)準(zhǔn)電極電時，測得的電位叫標(biāo)準(zhǔn)電極電位。位。第二章第

6、二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 極化極化：當(dāng)電流通過電極時，電極電位偏離平衡電極電：當(dāng)電流通過電極時，電極電位偏離平衡電極電 位的現(xiàn)象。位的現(xiàn)象。 過電位過電位 ：通常把某一電流密度下金屬平衡電位與電通常把某一電流密度下金屬平衡電位與電 極電位的差值極電位的差值。 平平 是金屬離子在陰極表面還原沉積的必要條件是金屬離子在陰極表面還原沉積的必要條件。 1.2.2 1.2.2 金屬的電沉積過程金屬的電沉積過程 1 1、電極反應(yīng)機(jī)理、電極反應(yīng)機(jī)理 （2 2）極）極 化化 是不是所有金屬是不是所有金屬離子離子都可以進(jìn)行電沉積都可以進(jìn)行電沉積? ? 第二章第二章 金屬鍍層的沉積原

7、理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝實現(xiàn)金屬的電沉積，必須依靠外部電源來給體系提供能量: 1 1、E外外（外加電壓）（外加電壓）0時時， 陰陰 平平， Mn+ne M 正向，反向反應(yīng)速度相等，沒有金屬沉積出來正向，反向反應(yīng)速度相等，沒有金屬沉積出來 2 2、 陰陰 平平，正向反應(yīng)速度大于逆向反應(yīng)速度，金屬有可正向反應(yīng)速度大于逆向反應(yīng)速度，金屬有可能沉積出來；真正開始沉積金屬的電位稱為析出電位，能沉積出來；真正開始沉積金屬的電位稱為析出電位，不同金屬鍍液有不同析出電位。不同金屬鍍液有不同析出電位。 3 3、 陰陰 析，析，金屬開始在陰極上沉積，極化越大，沉積速度金屬開始在陰極上沉積，極化越大，沉積速

8、度越大。越大。 4 4、 陰陰 析氫析氫時，陰極將有時，陰極將有H H2 2析出，析出，2H+2eH2 陰極極化越大，氫氣析出速度越快。陰極極化越大，氫氣析出速度越快。 1、電極反應(yīng)機(jī)理 （2 2）極）極 化化第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 臨界晶核半徑r、形核功Ek和生核率W與 存在如下關(guān)系： rA/ /nF Ek=h2 A/ /nF W=Kexp-h2 NA/ /nFRT 1 1、電極反應(yīng)機(jī)理、電極反應(yīng)機(jī)理 （2 2）極）極 化化第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝-電極金屬與溶液的界面張力-晶核密度A-沉積金屬的相對原子質(zhì)量n-沉

9、積金屬離子的化合價F-法拉第常數(shù) -陰極過電位h-一個沉積原子的高度N-阿佛加德羅常數(shù)R-氣體常數(shù) 過電位由電化學(xué)極化過電位、濃差極化過電位和溶液的歐姆電壓降構(gòu)成，用來定量地描述電極極化的狀況。產(chǎn)生極化作用的原因主要是電化學(xué)極化和濃差極化。 電化學(xué)極化電化學(xué)極化 由于陰極上電化學(xué)反應(yīng)速度小于外電源供給電極電子的速度，從而使電極電位向負(fù)的方向移動而引起的極化作用，稱為電化學(xué)電化學(xué)極化極化。 特征特征：在相當(dāng)?shù)偷年帢O電流密度下，陰極電位就出現(xiàn)急劇變負(fù)的偏移，即出現(xiàn)較大的極化值， 較大。 1 1、電極反應(yīng)機(jī)理、電極反應(yīng)機(jī)理 （2 2）極）極 化化第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原

10、理與工藝特征：特征：當(dāng)當(dāng)iil( (極限電流密度極限電流密度) )時，在陰極電位遠(yuǎn)小于極限電流密度時，隨電時，在陰極電位遠(yuǎn)小于極限電流密度時，隨電流密度提高，陰極電位流密度提高，陰極電位 與平衡電位與平衡電位 平平相差不大，即濃差過電位的值不大。相差不大，即濃差過電位的值不大。 濃差極化濃差極化 由于溶液中離子擴(kuò)散速度由于溶液中離子擴(kuò)散速度小于電子運動速度，使陰極附小于電子運動速度，使陰極附近溶液中的金屬離子還原沉積近溶液中的金屬離子還原沉積后，補充不后，補充不及時，及時，造成鄰近電造成鄰近電極表面液層離子的濃度與溶液極表面液層離子的濃度與溶液主體濃度發(fā)生差異而產(chǎn)生的極主體濃度發(fā)生差異而產(chǎn)生的

11、極化稱為濃差極化?；Q為濃差極化。1 1、電極反應(yīng)機(jī)理、電極反應(yīng)機(jī)理 （2 2）極）極 化化第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 r rA A/ /nFnF E Ek k=h=h2 2 A A/ /nFnF W=K W=Kexpexp- -hh2 2NANA/ /nFRTnFRT 2 2、電鍍過程的步驟與穩(wěn)態(tài)過程、電鍍過程的步驟與穩(wěn)態(tài)過程 液相傳質(zhì)步驟液相傳質(zhì)步驟第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 表面轉(zhuǎn)化步驟表面轉(zhuǎn)化步驟 電化學(xué)步驟電化學(xué)步驟 新相生成步驟新相生成步驟 2 2、電鍍過程的步驟與穩(wěn)態(tài)過程、電鍍過程的步驟與穩(wěn)態(tài)過程第二章第二章

12、 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 液相傳質(zhì)步驟液相傳質(zhì)步驟 溶液中的水化金屬離子或絡(luò)離子從溶液 內(nèi)部向陰極界面遷移，達(dá)到陰極的雙電層溶液一側(cè)。 表面轉(zhuǎn)化步驟表面轉(zhuǎn)化步驟 水化金屬離子或絡(luò)離子通過雙電層到達(dá) 陰極表面后，不能直接放電生成金屬原子，而必須經(jīng)過在 電極表面的轉(zhuǎn)化過程，才能進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。 電化學(xué)步驟電化學(xué)步驟 金屬離子在電極上通過與電子的電化學(xué)反 應(yīng)生成吸附原子。 新相生成步驟新相生成步驟 即金屬原子到達(dá)金屬表面之后，按 一定規(guī)律排列形成新晶體的過程。 液相中的傳質(zhì)步驟液相中的傳質(zhì)步驟 電解池中把反應(yīng)粒子傳送到電極的傳質(zhì)過程，可以電解池中把反應(yīng)粒子傳送到電極的傳質(zhì)過

13、程，可以由由電遷移電遷移、對流對流、擴(kuò)散擴(kuò)散三種方式進(jìn)行。三種方式進(jìn)行。n電遷移電遷移 液相中的荷電離子在電場作用下向電極遷移的液相中的荷電離子在電場作用下向電極遷移的一種傳質(zhì)過程。一種傳質(zhì)過程。n對流對流 液體各部分之間由于濃度差或密度差等原因而引液體各部分之間由于濃度差或密度差等原因而引起的流動，或因攪拌作用引起的流動，稱為對流。物質(zhì)起的流動，或因攪拌作用引起的流動，稱為對流。物質(zhì)粒子隨著液體流動而傳送就是對流傳質(zhì)粒子隨著液體流動而傳送就是對流傳質(zhì)。 2 2、電鍍過程的步驟與穩(wěn)態(tài)過程、電鍍過程的步驟與穩(wěn)態(tài)過程第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 液相中的傳質(zhì)步驟液

14、相中的傳質(zhì)步驟n 擴(kuò)散擴(kuò)散 如果鍍液中對某一組如果鍍液中對某一組分而言存在著濃度梯度，那么，分而言存在著濃度梯度，那么，即使在靜止的液體中也會發(fā)生即使在靜止的液體中也會發(fā)生該組分的高濃度部位向低濃度該組分的高濃度部位向低濃度部位傳送，稱為擴(kuò)散。部位傳送，稱為擴(kuò)散。 2 2、電鍍過程的步驟與穩(wěn)態(tài)過程、電鍍過程的步驟與穩(wěn)態(tài)過程第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝特點：特點：不需要以液體 流動為條件 外電路，直流電源，外電路，直流電源， 測試儀表；測試儀表； 鍍液；鍍液； 與鍍液接觸的電極。與鍍液接觸的電極。電鍍池形成條件：電鍍池形成條件： 鍍件作陰極鍍件作陰極 鍍層金屬作

15、陽極鍍層金屬作陽極 含鍍層金屬陽離子的鹽溶液作電解液含鍍層金屬陽離子的鹽溶液作電解液 1.2.3 1.2.3 電鍍原理電鍍原理 1 1、電鍍裝置、電鍍裝置第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝2 2、電鍍反應(yīng)、電鍍反應(yīng)（1）電化學(xué)基礎(chǔ)）電化學(xué)基礎(chǔ)導(dǎo)體導(dǎo)體 通電時，在兩電極中及電極與直流電源相連接的導(dǎo)通電時，在兩電極中及電極與直流電源相連接的導(dǎo) 線中，移動的導(dǎo)電粒子是金屬導(dǎo)體中的自由電子。線中，移動的導(dǎo)電粒子是金屬導(dǎo)體中的自由電子。溶液溶液 電鍍是通過電解質(zhì)溶液中的離子分別在陰極和陽極電鍍是通過電解質(zhì)溶液中的離子分別在陰極和陽極 表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)而進(jìn)行的過程。所以電鍍

16、溶表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)而進(jìn)行的過程。所以電鍍?nèi)?液是進(jìn)行電鍍的必要條件。液是進(jìn)行電鍍的必要條件。 第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 陰極反應(yīng)陰極反應(yīng) : : Mn+ + ne- M 陽極反應(yīng)陽極反應(yīng) : : M Mn+ + ne- 法拉第第一定律： 電極上析出（或溶解）物質(zhì)的重量與進(jìn)行電解反應(yīng)時所通過的電荷（量）成正比。 即即 m=kQ m為電極上析出（或溶解）物質(zhì)的質(zhì)量； k為比例常數(shù)；Q為通過的電荷（量）， QIt 所以，所以， m=kIt 2 2、電鍍反應(yīng)、電鍍反應(yīng)第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 （2）法拉第定律）法拉第定律

17、描述電極上通過的電量與電極反應(yīng)物重量之間的關(guān)系描述電極上通過的電量與電極反應(yīng)物重量之間的關(guān)系, ,又又稱為電解定律稱為電解定律. . 法拉第第二定律法拉第第二定律 在不同電解液中，通過相同的電荷（量）時，在電極上析出（或溶解）物質(zhì)的量相等，并且析出（或溶解）1mol的任何物質(zhì)所需的電荷（量）都是9.65104C。這一常數(shù)（即9.65104C /mol）稱為法拉第常數(shù)，用F表示。 假定某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，陰極上通過1C電荷（量）所能析出物質(zhì)的量為 k=M/F k - 物質(zhì)的電化當(dāng)量。 2 2、電鍍反應(yīng)、電鍍反應(yīng)第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 （3 3）陰極、陽極

18、反應(yīng)）陰極、陽極反應(yīng) 陰極反應(yīng)陰極反應(yīng) 例如鍍鎳：例如鍍鎳： 主反應(yīng)：主反應(yīng)：Ni2+2e=Ni 副反應(yīng)：副反應(yīng)：2H+2e=H2 電流效率電流效率：實際析出物質(zhì)的質(zhì)量與理論計算析出物質(zhì)的：實際析出物質(zhì)的質(zhì)量與理論計算析出物質(zhì)的質(zhì)量之比，質(zhì)量之比， 即：即：（ m/ m ）100（ m/ kIt ） 100 m實際析出物質(zhì)的質(zhì)量，實際析出物質(zhì)的質(zhì)量， m 理論上應(yīng)析出物質(zhì)的質(zhì)量。理論上應(yīng)析出物質(zhì)的質(zhì)量。 2 2、電鍍反應(yīng)、電鍍反應(yīng)第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 （3 3）陰極、陽極反應(yīng)）陰極、陽極反應(yīng) 電流效率電流效率 析氫的后果： 電能消耗； 鍍層出現(xiàn)麻點、針

19、孔、氫脆、鼓泡，為避免氫脆，要 增加一道退火工藝； 氫的析出，使陰極附近溶液中pH升高，產(chǎn)生氫氧化物 沉積，夾雜在鍍層中影響鍍層質(zhì)量。100%總電流 用于沉積金屬的電流 2 2、電鍍反應(yīng)、電鍍反應(yīng)第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝（3 3）陰極、陽極反應(yīng)）陰極、陽極反應(yīng). . 陽極反應(yīng)陽極反應(yīng) 主反應(yīng)：主反應(yīng)： M ne Mn+ 副反應(yīng)： 4OH- 4e O2+2H2O 為防止陽極金屬鈍化，常在鍍液中加入一些陽極去鈍劑，使其由鈍態(tài)轉(zhuǎn)化為活化態(tài)。 2 2、電鍍反應(yīng)、電鍍反應(yīng)第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與

20、工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝1.2.4 1.2.4 電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì)分散能力分散能力（宏觀表面）（宏觀表面）整平能力整平能力（微觀表面）（微觀表面）覆蓋能力覆蓋能力（深鍍能力）（深鍍能力） 定義：分散能力是指電鍍液在一定的電解條件下，金屬 在陰極上均勻分布的程度。 兩個含義： 它是電鍍液在一定電解條件下的一個特征值； 表明了電鍍液能夠在多大程度上取得厚度分布均 勻的鍍層的性質(zhì)。 實質(zhì)：電流在陰極鍍件表面上的分布是否均勻。1.2.4 1.2.4 電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì) 1.1.電鍍液的分散能力（均鍍能力）電鍍液的分散能力（均鍍能力）第二章第二章 金屬鍍層的沉積原

21、理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝* 量化量化 根據(jù)法拉第電解定律，可得出鍍層厚度的計算公式根據(jù)法拉第電解定律，可得出鍍層厚度的計算公式 T=Dk t C/ 式中：式中： Dk 陰極電流密度陰極電流密度，A/dm2 C 電化學(xué)當(dāng)量，電化學(xué)當(dāng)量，g/Ah t 電鍍時間，電鍍時間，h 金屬沉積的電流效率金屬沉積的電流效率， 沉積金屬的比重，沉積金屬的比重，g/cm31.2.4 1.2.4 電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì) 1. 1.電鍍液的分散能力（均鍍能力）電鍍液的分散能力（均鍍能力）第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝1.2.4 1.2.4 電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì) 1. 1.

22、電鍍液的分散能力（均鍍能力）電鍍液的分散能力（均鍍能力）第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 各種電解液中析出金屬各種電解液中析出金屬的電流效率與電流密度之間的電流效率與電流密度之間的關(guān)系如圖所示。的關(guān)系如圖所示。1.2.4 1.2.4 電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì) 1.1.電鍍液的分散能力（均鍍能力）電鍍液的分散能力（均鍍能力）TDTD近近近遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 曲線曲線I：表示在任何電流密度下，金屬的電流效率均表示在任何電流密度下，金屬的電流效率均相等，在這種情況下，相等，在這種情況下，近近 /遠(yuǎn)遠(yuǎn)1，T近近/T遠(yuǎn)遠(yuǎn)=

23、Dk近近 /Dk遠(yuǎn)。遠(yuǎn)。則金屬在陰極上分布程度較為均勻，如酸性鍍則金屬在陰極上分布程度較為均勻，如酸性鍍Cu鍍液；鍍液； 曲線曲線II：表示電流效率隨電流密度的提高而下降，一表示電流效率隨電流密度的提高而下降，一切氰化物或絡(luò)合物電鍍液都具有這樣的特征。切氰化物或絡(luò)合物電鍍液都具有這樣的特征。 曲線曲線III：表示電流效率隨電流密度增大而增大，電表示電流效率隨電流密度增大而增大，電鍍鍍Cr就是一典型例子，對于這種電鍍液，根據(jù)公式可就是一典型例子，對于這種電鍍液，根據(jù)公式可知，鍍層分布很不均勻。知，鍍層分布很不均勻。 1.2.4 1.2.4 電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì) 1.1.電鍍液的分散能力（均鍍

24、能力）電鍍液的分散能力（均鍍能力）第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 1.2.4 1.2.4 電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì) 2.2.整平能力整平能力 定義：鍍液對微觀粗糙電極表面的平整作用，稱該鍍液為整平能力，也可稱為微觀分散能力 整平能力與分散能力的區(qū)別： 分散能力越好，只是凸起部位與凹下部位的沉積速度相同,二者的高度差不會減小; 整平能力越好，凸起部位的沉積速度小于凹下部位的沉積速度，兩者高度差會減小，從而起到整平作用。 第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 由于金屬沉積過程受電化學(xué)步驟控制，所以金屬離子在凸起部位和凹下部位還原速度相等，即

25、兩個部位的鍍層厚度相等；可認(rèn)為h谷谷/h峰峰=1，但實際上，微孔的深度d2已經(jīng)減?。ㄅcd1相比），根據(jù)數(shù)學(xué)計算可以知深度差： d1-d2=h3-h1 = h1 0 11sin2（）幾何整平（無整平劑）幾何整平（無整平劑）第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝無整平劑時，由于受液相擴(kuò)無整平劑時，由于受液相擴(kuò)散控制，產(chǎn)生濃度梯度造成凸散控制，產(chǎn)生濃度梯度造成凸起部位與凹下部位離子濃度不起部位與凹下部位離子濃度不同，使凹下的深度增加。同，使凹下的深度增加。有整平劑時，金屬離子受擴(kuò)有整平劑時，金屬離子受擴(kuò)散控制，凸起部位離子濃度高散控制，凸起部位離子濃度高于凹下部位，而整平劑受

26、表面于凹下部位，而整平劑受表面反應(yīng)控制，致使兩者之間的厚反應(yīng)控制，致使兩者之間的厚度差別愈來愈大。度差別愈來愈大。不良整平不良整平第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 金屬沉積過程受電化學(xué)步驟控制，離子濃度在凸、凹處相等。整平劑受擴(kuò)散控制，在凸起部位大于凹下部位，同時整平劑本身起抑制金屬沉積的作用。凸處金屬沉積速度小于凹處，最終使鍍層厚度趨于相等。真 整 平第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 類類 型型 特征特征 產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因幾何幾何整平整平h谷谷/h峰峰=1 無整平劑，電無整平劑，電流密度低于某值流密度低于某值 金屬

27、沉積過程中電化金屬沉積過程中電化學(xué)步驟控制學(xué)步驟控制 不良不良整平整平h谷谷/h峰峰1 有整平劑有整平劑 金屬沉積過程中電化金屬沉積過程中電化學(xué)步驟控制，整平劑學(xué)步驟控制，整平劑受擴(kuò)散控制受擴(kuò)散控制 第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝n鍍液能使陰極深凹表面鍍上金屬的能力，又稱深鍍能力。 采用有內(nèi)孔的圓管做鍍件，進(jìn)行電鍍，鍍完后觀察采用有內(nèi)孔的圓管做鍍件，進(jìn)行電鍍，鍍完后觀察圓管內(nèi)壁鍍層的長度來評定渡液的覆蓋能力的優(yōu)劣。圓管內(nèi)壁鍍層的長度來評定渡液的覆蓋能力的優(yōu)劣。 n影響因素： 沉積金屬的析出電位； 陰極材料； 陰極表面狀態(tài)； 陰極表面預(yù)處理質(zhì)量；1.2.4 1.2

28、.4 電鍍液的性質(zhì)電鍍液的性質(zhì) 3.3.覆蓋能力覆蓋能力第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝1.3 1.3 電鍍層質(zhì)量的控制電鍍層質(zhì)量的控制 對鍍層的要求對鍍層的要求1 1、鍍層與基體的結(jié)合必須牢固、鍍層與基體的結(jié)合必須牢固, ,附著力好附著力好2 2、鍍層完整、鍍層完整, ,結(jié)晶細(xì)致緊密結(jié)晶細(xì)致緊密, ,孔隙率小孔隙率小3 3、具有良好的物理、化學(xué)及機(jī)械性能、具有良好的物理、化學(xué)及機(jī)械性能4 4、具有符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鍍層厚度、具有符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鍍層厚度, ,且鍍層分布要均勻且鍍層分布要均勻 影響電鍍質(zhì)量的因

29、素影響電鍍質(zhì)量的因素 1 1、鍍前預(yù)處理、鍍前預(yù)處理（1）使表面粗糙度達(dá)到一定要求，可通過表面磨光、 拋光等工藝方法來實現(xiàn)；（2）去油脫脂，可采用溶劑溶解以及化學(xué)、電化學(xué)等 方法來實現(xiàn)；（3）除銹，可用機(jī)械、酸洗以及電化學(xué)方法除銹；（4）活化處理，一般在弱酸中浸蝕一定時間進(jìn)行鍍前 活化處理。 1.3 1.3 電鍍質(zhì)量的控制電鍍質(zhì)量的控制第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝（1）鈍化處理 在一定的溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，在鍍膜上形成一層堅實致密的、穩(wěn)定性高的薄膜的表面處理方法。鈍化使鍍層耐蝕性大大提高并能增加表面光澤和抗污染能力。（2）除氫處理 在電沉積過程中，除金屬沉積出

30、來外，還會析出一部分氫，這部分氫原子滲入鍍層中，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，使鍍件在一定溫度下熱處理數(shù)小時，稱為除氫處理。 1.3 1.3 電鍍質(zhì)量的控制電鍍質(zhì)量的控制 2 2、鍍后處理、鍍后處理第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝舉例舉例 鍍鍍ZnZn 鍍Zn工藝較多，配方種類也很多，主要為氰化物鍍Zn，堿性鋅酸鹽鍍鋅和氯化物鍍液等等。工藝和配方可查閱國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)n氧化鋅ZnO 3045g/L 主 鹽n氰化鈉NaCN 80120 g/L 絡(luò)合劑n氫氧化鈉NaOH 70100g/L 導(dǎo)電鹽n硫化鈉NaS 0.55.0g/L 光

31、亮劑n甘油C3H8O3 35g/L 極化劑 n溫度 1540n陰極電流密度 13A/dm2工藝流程：n 除油水洗浸蝕水洗出光水洗鍍鋅水洗 鈍化處理水洗干燥送檢入庫。第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝* 鍍鋅層的后處理 目的：進(jìn)一步提高耐蝕性，進(jìn)一步提高裝飾性，防止氫脆 1、除氫 H原子在電沉積過程中滲入基體或鍍層中，引起氫脆，氫鼓泡等 2002h退火可除之 2、鈍化 將零件鍍Zn后在一定組成的溶液中處理，使其表面形成一層致密、穩(wěn)定的膜層，這種方法叫鈍化。 鈍化可以使耐蝕性提高57倍，色彩有彩虹、草綠、白色、黑色等。第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積

32、原理與工藝第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝常見電鍍設(shè)備常見電鍍設(shè)備滾桶滾桶掛掛 具具自動掛鍍線自動掛鍍線滾滾 鍍鍍連續(xù)電鍍連續(xù)電鍍2.2.化學(xué)鍍化學(xué)鍍1 1、化學(xué)鍍是在無電流通過（無外界動力）時借助、化學(xué)鍍是在無電流通過（無外界動力）時借助還原劑還原劑在在溶液中發(fā)生氧化還原作用，從而使金屬離子有選擇的還原沉溶液中發(fā)生氧化還原作用，從而使金屬離子有選擇的還原沉積在零件表面上的一種方法。因此也稱為不通電鍍。積在零件表面上的一種方法。因此也稱為不通電鍍。2 2、美國材料試驗協(xié)會（、美國材料試驗協(xié)會（ASTMB

33、ASTMB）則推薦使用）則推薦使用自催化鍍自催化鍍這個名這個名稱，即在金屬或者合金的催化作用下，用控制的化學(xué)還原反稱，即在金屬或者合金的催化作用下，用控制的化學(xué)還原反應(yīng)所進(jìn)行的金屬的沉積。應(yīng)所進(jìn)行的金屬的沉積。從本質(zhì)上講，化學(xué)鍍是一個從本質(zhì)上講，化學(xué)鍍是一個無外加電場的電化學(xué)過程無外加電場的電化學(xué)過程第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝2.1 2.1 定定 義義還原劑：還原劑： 1、次磷酸鈉（NaH2PO2）Ni-P非晶鍍層 2 、硼氫化鈉或胺氫硼烷Ni-B非晶鍍層 3 、甲醛化學(xué)鍍銅 第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 （1 1） 鍍液中

34、還原劑的還原電位要顯著低于沉積金屬的電鍍液中還原劑的還原電位要顯著低于沉積金屬的電位，使金屬有可能在基材上被還原而沉積出來。位，使金屬有可能在基材上被還原而沉積出來。 （2 2） 配好的鍍液不產(chǎn)生自發(fā)分解，當(dāng)與催化表面接觸配好的鍍液不產(chǎn)生自發(fā)分解，當(dāng)與催化表面接觸時，才發(fā)生金屬沉積過程。時，才發(fā)生金屬沉積過程。 （3 3） 調(diào)整溶液的調(diào)整溶液的pHpH值、溫度時，可以控制金屬的還原值、溫度時，可以控制金屬的還原速率，從而調(diào)整鍍覆速率。速率，從而調(diào)整鍍覆速率。 （4 4） 被還原析出的金屬也具有催化活性，這樣氧化還被還原析出的金屬也具有催化活性，這樣氧化還原沉積過程才能持續(xù)進(jìn)行，鍍層連續(xù)增厚。原

35、沉積過程才能持續(xù)進(jìn)行，鍍層連續(xù)增厚。 （5 5） 反應(yīng)生成物不妨礙鍍覆過程的正常進(jìn)行。反應(yīng)生成物不妨礙鍍覆過程的正常進(jìn)行。 化學(xué)鍍條件化學(xué)鍍條件第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝2.2.化學(xué)鍍化學(xué)鍍 2.2 2.2 化學(xué)鍍裝置與鍍液化學(xué)鍍裝置與鍍液1、裝置：不需外加電源，不需輔助陽極, 只需鍍棒、鍍液與掛具；均鍍能力好；孔隙率低；鍍液通過維護(hù)、調(diào)整可反復(fù)使用，但使用周期有限；可在金屬、非金屬以及有機(jī)物上沉積鍍層。2、鍍液按特定的配方配制，如電鍍一樣。 第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝2.2.化學(xué)鍍化學(xué)鍍 2.3 2.3 化學(xué)鍍原理化學(xué)鍍

36、原理電化學(xué)過程：電化學(xué)過程： 陰極：陰極： Mn+ + ne M 陽極：陽極：R O + ne 化學(xué)鍍鎳：化學(xué)鍍鎳： 1、原子氫態(tài)理論、原子氫態(tài)理論 NaH2PO2=Na+ H2PO2- H2PO2-+H2OHPO32-+H+2H Ni2+ 2H Ni2H+ H2PO2- + H H2O+OH- +P 2H H2總反應(yīng)式為總反應(yīng)式為：Ni2+ H2PO2- +H2OHPO32- +3H+ + Ni第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝2 2、電化學(xué)理論、電化學(xué)理論 陽極反應(yīng)陽極反應(yīng) H2PO2-+H2OHPO32-+2H+2e 陰極反應(yīng)陰極反應(yīng) Ni2+2e Ni 2H

37、+2eH2 H2PO2-+ e2OH- +P金屬化反應(yīng)金屬化反應(yīng) P +Ni NiP2.2.化學(xué)鍍化學(xué)鍍 2.3 2.3 化學(xué)鍍原理化學(xué)鍍原理第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝Fe+CuSO4FeSO4+Cu置換鍍特點：置換鍍特點： 是一種在界面上進(jìn)行的金屬離子相互交換過程。是一種在界面上進(jìn)行的金屬離子相互交換過程。 一旦形成致密無孔的鍍層則反應(yīng)會自動停止。或者一旦形成致密無孔的鍍層則反應(yīng)會自動停止。或者繼續(xù)形成疏松多孔的鍍層，維持反應(yīng)進(jìn)行，因而也就繼續(xù)形成疏松多孔的鍍層，維持反應(yīng)進(jìn)行，因而也就影響了實用價值。影響了實用價值。2.2.化學(xué)鍍化學(xué)鍍 2.3 2.3 化

38、學(xué)鍍原理化學(xué)鍍原理第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝電鍍電鍍硫酸鎳硫酸鎳 280320g/L 氯化鎳氯化鎳 3552g/L硼酸硼酸 3545g/L 陰極電流密度陰極電流密度 5A/dm2 pH 3.54.5T 501鍍速鍍速 48m/h硬度硬度 HV200純鎳鍍層純鎳鍍層晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)耐蝕性較差耐蝕性較差化學(xué)鍍化學(xué)鍍硫酸鎳硫酸鎳 2530g/L 次磷酸鈉次磷酸鈉 2025g/L硼酸硼酸 10g/L 氟化鈉氟化鈉 1g/L pH 4.44.8T 9092鍍速鍍速 820m/h硬度硬度 HV400500400熱處理熱處理 HV1000鎳磷合金鍍層鎳磷合金鍍層非晶結(jié)構(gòu)非

39、晶結(jié)構(gòu)耐蝕性好耐蝕性好2.4 2.4 化學(xué)鍍鎳特點化學(xué)鍍鎳特點第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 磷含量對磷含量對Ni-P合金鍍層組織結(jié)構(gòu)的影響合金鍍層組織結(jié)構(gòu)的影響2.4 2.4 化學(xué)鍍鎳特點化學(xué)鍍鎳特點第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 隨隨P P含量的變化，含量的變化，鍍層組織結(jié)構(gòu)的變鍍層組織結(jié)構(gòu)的變化趨勢為：化趨勢為： 晶態(tài)晶態(tài)晶態(tài)微晶態(tài)微晶態(tài)晶態(tài)微晶態(tài)微晶態(tài)微微晶態(tài)非晶態(tài)晶態(tài)非晶態(tài)非非晶態(tài)晶態(tài) 熱處理溫度對化學(xué)鍍熱處理溫度對化學(xué)鍍Ni-P合金結(jié)構(gòu)的影響合金結(jié)構(gòu)的影響2.4 2.4 化學(xué)鍍鎳特點化學(xué)鍍鎳特點第二章第二章 金屬鍍層的

40、沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 隨著溫度的增加，合金鍍層結(jié)構(gòu)變化規(guī)律：隨著溫度的增加，合金鍍層結(jié)構(gòu)變化規(guī)律： 非晶非晶微晶微晶晶態(tài)，最后形成晶態(tài)，最后形成Ni3P相。相。化學(xué)鍍化學(xué)鍍VsVs電鍍電鍍第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝（1 1）化學(xué)鍍層厚度非常均勻）化學(xué)鍍層厚度非常均勻，無明顯的邊緣效應(yīng)，幾乎是工件形狀的，無明顯的邊緣效應(yīng)，幾乎是工件形狀的復(fù)復(fù)制；電制；電鍍鍍則由于電場的左右很難做到則由于電場的左右很難做到；（2 2）化學(xué)鍍）化學(xué)鍍可在可在非金屬非金屬（非導(dǎo)體）如塑料、玻璃、陶瓷及半導(dǎo)體材料表（非導(dǎo)體）如塑料、玻璃、陶瓷及半導(dǎo)體材料表面上進(jìn)行；

41、電鍍只能在導(dǎo)體表面上施鍍；面上進(jìn)行；電鍍只能在導(dǎo)體表面上施鍍；（3 3）化學(xué)鍍設(shè)備和操作簡單）化學(xué)鍍設(shè)備和操作簡單，不需要電源、輸電系統(tǒng)及輔助電極，操作，不需要電源、輸電系統(tǒng)及輔助電極，操作時只需把工件浸入鍍液中即可，不需要復(fù)雜掛具；電鍍需電沉積鍍層，工時只需把工件浸入鍍液中即可，不需要復(fù)雜掛具；電鍍需電沉積鍍層，工藝復(fù)雜；藝復(fù)雜；（4 4）化學(xué)鍍）化學(xué)鍍靠基材的自催化活性起鍍，其靠基材的自催化活性起鍍，其結(jié)合力優(yōu)于電鍍結(jié)合力優(yōu)于電鍍；（5 5）電鍍可以沉積的金屬及合金）電鍍可以沉積的金屬及合金品種品種遠(yuǎn)多于化學(xué)鍍；價格比化學(xué)鍍低得遠(yuǎn)多于化學(xué)鍍；價格比化學(xué)鍍低得多；多；沉積速度比化學(xué)鍍快；工藝成熟，鍍液簡單易于控制；沉積速度比化學(xué)鍍快；工藝成熟，鍍液簡單易于控制；（6 6）無毒，有利于環(huán)保，不像電鍍在進(jìn)行過程中會產(chǎn)生有毒性氣體；）無毒，有利于環(huán)保，不像電鍍在進(jìn)行過程中會產(chǎn)生有毒性氣體；化學(xué)鍍齒輪及模具2.2.化學(xué)鍍化學(xué)鍍第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝第二章第二章 金屬鍍層的沉積原理與工藝金屬鍍層的沉積原理與工藝 3. 3.刷鍍技術(shù)刷鍍技術(shù) 3. 3.刷鍍技術(shù)刷鍍技術(shù) 3.1 3.1 刷鍍的定義與原理刷鍍的定義與原理 1、定義：刷