电镀工艺课件绪论.ppt

电镀工艺学,教师：黄晓梅学时：32学时性质：专业主干课考试方式：考查,教材：电镀理论与技术,安茂忠哈尔滨工业大学出版社,参考文献,电镀工艺学电镀工艺手册电镀工程电镀理论电镀技术现代实用电镀技术,表面技术,电镀,阳极氧化,化学镀,化学转化膜处理,汽车零件防护性镀层：电镀锌、锌合金电镀、镀锌层钝化工艺、镀铅防护装饰电镀,请列举一下熟知的电镀产品,刷头,镀银,电镀产品举例,汽车 如汽车外装饰品（挡板、手柄、格栅、装饰件-铭牌、反光镜座、刮雨刷、车轮螺帽、车轮罩）飞机、自行车、船舶、摩托车台式电子计算机、笔记本、手机、摄像机、照相机各种灯具等照明器具各种水暖五金件：门把手、管子类、水暖件、合页橱窗装饰五金,日用五金、室内装饰五金椅子、桌子等家具剪刀手表打火机眼镜框架工艺品首饰,皮箱锁扣、腰带头、箱包扣、衣服拉链、接头链条、扣环等随身装饰件西餐具缝纫机室内器具家用电器音响设备建筑旋钮、开关等,国民经济的各部门,机电部门国防部门信息部门航空部门航天部门机械部门仪表部门电器通讯部门,电镀理论与技术,第一章 绪论第二章 电镀液性能第三章 电镀前处理第四章 单金属电镀,第五章 合金电镀第六章 化学镀第七章 非金属电镀第八章 转化膜,课程考核方式,开卷考试期末卷面成绩占总成绩的80%平时成绩占总成绩的20%,电镀,关键,保证,第一章 绪论,1.1 电镀的基本概念*1.2 镀层的分类*1.3 电镀溶液的组成与分类*1.4 电解及电镀工业的发展概况及展望1.5 电镀技术的发展趋势,1.1 电镀的基本概念,1、电镀的基本概念2、电镀的作用 3、电镀的材料要求4、电镀的原理5、电镀的要素,6、电镀生产的基本工序7、电镀生产的工作条件8、电镀的方式9、电镀的分类10、电镀常用术语,研究在电场作用下，金属从电解质中以晶体的形式结晶出来的过程。又称电结晶。,金属电沉积：,1、电镀的基本概念,金属电沉积,电镀,电铸,电解冶金,电解精炼,（电提取）,是指通过电化学方法在固体表面上沉积一薄层金属或合金的过程。,金属非金属,电镀：,电铸是电镀工艺的一种特殊应用。它是在铸模上电沉积某种金属，达到所需的厚度后脱模，即成产品零件或复制品模具。,电铸：,电镀特点,金属镀层结晶细致，化学纯度高(指单金属)，结合力高镀层美观，装饰性好镀层对基体材料保护性能较好(耐蚀、耐磨)适于批量化生产工艺较繁，对环境有相当污染，废液、废气、废渣处理成本高,电镀对镀层的要求,结构致密厚度均匀镀层与基体结合力高,电镀层比热浸镀层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等,2、电镀的作用,电镀目的,改善外观,改变固体材料表面特性,提高耐蚀性,提高耐磨性,减少摩擦,其他功能,电镀层改变基材表面性质或尺寸,其他功能,磁性导电导热性钎焊性光学性能粘结性热加工性抗高温氧化性修复性,1、镀铜：打底用，增进电镀层附着能力，及抗蚀能力,2、镀镍：打底用或做外观，增进抗蚀能力及耐磨能力，(其中化学镍为现代工艺中耐磨能力超过镀铬),3、镀金：改善导电接触阻抗，增进信号传输,4、镀钯镍：改善导电接触阻抗，增进信号传输，耐磨性高于金,5、镀锡铅：增进焊接能力，快被其他替物取代(因含铅现大部分改为镀亮锡及雾锡),3、电镀的材料要求,镍、锌、铬、镉等,单一金属,合金,黄铜、青铜、钛铁合金、钛锌合金等,覆合层,钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等,弥散层,镍-碳化硅、镍-氟化石墨等,镀层,基体材料,金属,非金属,铁基的铸铁,钢、不锈钢,铝、镁、锌、钛、镍、铬、钼、钨、铅及其合金、粉末冶金零件,铍、铌、锆、钽、铀,金属,非金属,ABS塑料,聚丙烯,聚砜（热塑性树脂）,酚醛塑料,陶瓷、玻璃、玻璃钢、石膏、木材、纸张、石蜡、鲜花、树叶,4、电镀的原理,电化学反应：发生在第一类导体（电子导体）和第二类导体（离子导体）界面上有电子得失的反应称为电化学反应，也称电极反应。,第一类导体：指依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体，即载流子为自由电子（或空穴）的导体。,金属、合金,第二类导体：指依靠物体内阴、阳离子的定向运动而导电的导体。,各种电解质溶液,Zn,Cu,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,盐桥,电流方向,e方向,原电池,SO42-,Zn2+,H+,稀硫酸,阳极（正极）：氧化反应阴极（负极）：还原反应,阳极（负极）：氧化反应阴极（正极）：还原反应,电镀装置,含有欲镀金属离子的溶液,(被镀件),电子运动方向,可溶性阳极逐渐变薄：阳极溶解,阴极逐渐加厚：阴极沉积,阴阳极可能存在副反应,5、电镀的要素,阴极,阳极,电镀溶液,电镀槽,整流器,电镀要素,发生氧化反应（失去电子的反应）的电极。,阳极是给出电子的电极，由欲镀金属或不溶性导体构成。,阳极：,在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用,发生还原反应（得到电子的反应）的电极。,阴极是吸收电子获得镀层的电极，称基体、工件或试片。,阴极：,能溶于溶剂或溶剂化时能够形成离子、具有导电能力的物质，称为电解质。,电解质：,以水为溶剂的电解质溶液,非水电解质溶液,熔融电解质溶液,固体电解质,电解质分类,电流流动的全部机理是三方面所共同构成的。,电镀过程中的导电历程示意图,阴极,阳极,电镀液,电子的传导速度为 30 万公里/秒,离子的传导速度为 5 微米/秒,电子的传导速度为 30 万公里/秒,电镀过程,阳极,阳极,阴极,(磨光抛光)上挂脱脂除油水洗(电解抛光或化学抛光)酸洗活化(预镀)电镀水洗(后处理水洗)干燥下挂检验包装,6、电镀生产的基本工序,7、电镀生产的工作条件,工作条件,8、电镀的方式,电镀方式,适用于一般尺寸的制品，如汽车的保险杠，自行车的车把等,适用于小件，如紧固件、垫圈、销子等,适用于成批生产的线材和带材。,局部镀或修复。,加工批量不大的小零件某些异型小零件,单金属电镀合金电镀稀贵金属电镀特种电镀,9、电镀的分类,利用电化学的方法使一种金属沉积的过程。,单金属电镀：,利用电化学的方法使两种或两种以上金属（也包括非金属）共沉积的过程。,合金电镀：,利用电化学的方法使贵金属、稀有金属沉积的过程。,稀贵金属电镀：,应用现代物理的，包括力学、电学、光学、声学、热学、磁学的或化学的方法，进行革新改造，或者与之相结合而形成的电沉积技术方法。,特种电镀：,特种电镀,复合电镀刷镀高速电镀（流镀）旋转电镀 摩擦电喷镀 以流镀机为特征的流镀现代物理增强电镀 超声波增强电镀 激光增强电镀 磁场增强电镀 脉冲电镀 振动增强电镀非水溶液电镀 有机溶剂电镀 熔融盐电镀等离子电镀,10、电镀常用术语,阳极袋：用棉布或化纤织物制成的套在阳极上，以防止阳极泥渣进入溶液用的袋子。,挂具（夹具）：用来悬挂零件，以便于将零件放于槽中进行电镀或其他处理的工具。,绝缘层：涂于电极或挂具的某一部分，使该部位表面不导电的材料层。,移动阴极：采用机械装置使被镀制件与极杠一起作周期性往复运动的阴极。,孔隙率：单位面积上针孔的个数。,针孔：从镀层表面直至底层覆盖层或基体金属的微小孔道，它是由于阴极表面上 的某些点 的电沉积过程受到障碍，使该处不能沉积镀层，而周围的镀层却不断加厚所造成。,变色：由于腐蚀而引起的金属或镀层表面色泽的变化(如发暗、失色等)。,结合力：镀层与基体材料结合的强度,起皮：镀层成片状脱离基体材料的现象。,剥离：某些原因（例如不均匀的热膨胀或收缩）引起的表面镀层的破碎或脱落,桔皮：类似于桔皮波纹状的表面处理层。,海绵状镀层：在电镀过程中形成的与基体材料结合不牢固的疏松多孔的沉积物。,烧焦镀层：在过高电流下形成的颜色黑暗、粗糙、松散等质量不佳的沉积物，其中常含有氧化物或其他杂质。,麻点：在电镀或腐蚀中，与金属表面上形成的小坑或小孔。,粗糙：在电镀过程中，由于种种原因造成的镀层粗糙不光滑的现象。,镀层钎焊性：镀层表面被熔融焊料润湿的能力。,电镀锌,以电镀锌为例子：,锌板-阳极；工件-阴极；氯化钾镀锌溶液-电解液阴极：还原反应Zn2+2e-Zn（主反应）2H+2e-H2（副反应）阳极：氧化反应Zn-2e-Zn2+（主反应）2H2O-4e-O2+4H+（副反应）,镍板-阳极；工件-阴极；硫酸镍镀镍溶液-电解液阴极：Ni2+2e-Ni（主反应）2H+2e-H2（副反应）阳极：Ni Ni2+2e-（主反应）2H2O-4e-O2+4H+（副反应）,以电镀镍为例子：,电源设备,蓄电池组,直流发电机,硒整流器,硅整流器,可控硅电源,高频开关电源,脉冲整流器,供电方式,直流电,周期换向电流,交直流叠加,脉冲电流,操作方式,手工,机械化设备自动化设备,电镀机,微机自动控制电镀机,电镀生产线,电镀品种,单金属电镀10多种,合金电镀20多种（研究的250多种）,1.2 镀层的分类,按镀层用途分类按镀层与基体金属的电化学关系分类按镀层的结构分类,1、按镀层用途分类,防护性镀层,镀锌、镀镉、镀锡、锌基合金,防护-装饰性镀层,多层电镀，如通常的铜-镍-铬多层电镀 化学镀镍磷合金 彩色电镀层 仿金电镀层,功能性镀层,耐磨镀层,硬铬、硬银、硬金、铹、铑,减摩镀层,锡、铅锡合金、铅铟合金、铅锡铜合金、铅锑锡合金,热加工用镀层,防止局部渗碳镀铜 防止局部渗氮镀锡,导电性镀层,铜、银、金、银锑合金、金钴合金、金锑合金,防渗镀层,功能性镀层,润滑,磁性镀层,钴镍、钴磷、钴钨磷、钴锰磷、钴镍磷、钴镍铼磷、钆ga钴、钐钴、铽te铁钴镍铁,抗高温氧化镀层,镍、镍-磷合金、镍-硼合金 铬、铬合金、复合镀层（Ni-ZrO2、Ni-Al2O3、Cr-TiO2、Cr-ZrB2、）Fe、Ni、Cr扩散镀层、镀铝,修复性镀层,硬铬、铁、复合镀铁、铜、铬,功能性镀层,高性能尖端材料薄膜,超导氧化物薄膜,电致变色氧化物薄膜,金属化合物半导体薄膜,形状记忆合金薄膜,梯度材料薄膜,功能性镀层,纳米材料,电镀或电沉积的方法还可以制造,2、按镀层与基体金属的电化学关系分类,阳极镀层,阴极镀层,就是当镀层与基体金属构成腐蚀微电池时，镀层为阳极而首先溶解。这种镀层不仅能对基体起机械保护作用，而且能起电化学保护作用。,阳极镀层：,就是当镀层与基体金属构成腐蚀微电池时，镀层为阴极。这种镀层只能对基体金属起机械保护作用。,阴极镀层：,H+,H2,Fe,Zn,Zn2+,阳极镀层铁上镀锌,Zn,-0.76V,-0.44V,H+,H2,Fe,Sn,Sn,-0.14V,-0.44V,Fe2+,阴极镀层铁上镀锡,阳,阴,阳极镀层（对铁制品来说）,阴极镀层（对铁制品来说）,大气条件下,标准电极电位(V),镁-2.37铝-1.66铬（二价）-0.913锌-0.762铬（三价）-0.74铁（二价）-0.44镍-0.256锡-0.136铁（三价）-0.036,铜（二价）0.337铜（一价）0.521银0.799铂1.19金（三价）1.5金（一价）1.68,标准电极电位排序,注意,金属的电位是随介质而发生变化的，因此，镀层究竟属于阳极镀层还是阴极镀层，需视介质而定。,并非所有比基体金属电势负的金属都可以用作防护性镀层。如果镀层在所处的介质中不稳定，它将迅速被介质腐蚀。,简单镀层：单金属镀层或合金镀层组合镀层（覆合层）复合镀层（弥散层）：由固体颗粒均匀地分散在金属而形成的镀层,3、按镀层结构分类,阳极材料的质量电镀液的成分温度电流密度通电时间搅拌强度析出的杂质电源波形等,影响镀层的质量,电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。,1.3 电镀溶液的组成与分类,一、电镀溶液的组成,主盐：指镀液中含有沉积金属的盐类。,1、主盐,2、络合剂,络合剂：能与主盐中金属离子或含有金属离子的化合物结合而形成络合物的物质。,导电盐(附加盐)：是电镀中除主要盐外的某些碱金属或碱土金属盐类，主要用于提高电镀液的导电性，对主盐中的金属离子不起络合作用。有些附加盐还能改善镀液的深镀能力，分散能力，产生细致的镀层。,局外电解质是指在研究体系之外另外添加入的一种支持电解质。,3、导电盐,注意：导电盐不仅指盐，也包括酸和碱,例如酸性镀铜溶液中的硫酸 氯化物镀锌溶液中的氯化钾 氰化物镀铜溶液中的氢氧化钠、碳酸钠,4、pH缓冲剂,缓冲剂：能使镀液pH值在一定范围内维持基本恒定的物质例如镀镍溶液中的硼酸，焦磷酸盐镀液中的Na2HPO4 化学镀溶液中的醋酸钠,阳极活化剂(阳极溶解促进剂)：即在电解时能降低阳极极化，促进阳极溶解，提高阳极电流密度的物质 例如镀镍溶液中的氯化物 氰化镀铜溶液中的酒石酸盐,5、阳极活化剂,6、稳定剂,稳定剂：防止镀液中主盐水解或金属离子的氧化，保持溶液清澈稳定的物质，也包括某些碱性镀液CO2的接受剂。,例如 酸性镀铜溶液中的硫酸 酸性镀锡溶液中的硫酸 酸性镀锡溶液中的抗氧化剂,目的改善溶液性能的组分改善沉积金属性能的组分:物理性能及其他性能,添加剂：在溶液中含有的能改进溶液电化学性能或改善沉积金属质量的少量添加物。,7、添加剂,电镀添加剂技术机密,电镀添加剂,有机化合物,大部分,整平剂,光亮剂,润湿剂,应力消除剂,镀层硬化剂,走位剂,晶粒细化剂,掩蔽剂,抑雾剂,辅助添加剂,乳化剂,表面活性剂,阻化剂,凡能使镀层产生光泽的物质称为光亮剂（发光剂、增光剂）,凡能使镀件微观谷处比微观峰处厚的镀层，使镀层表面平整的物质称为整平剂,添加量很低的情况下也能显著降低界面张力的物质,凡能降低制件与溶液界面张力，使制件表面容易被润湿的物质称为润湿剂(防针孔剂),凡能降低互不相溶的液体间的界面张力，使之形成乳浊液的物质。,凡能降低镀层的内应力，提高镀层韧性的添加剂称为应力消除剂（柔软剂）,凡能使镀层结晶细致的添加剂称为细化剂,就是使低电流区亮度提高的一种添加剂。它可以明显使小电流区镀层分布得更加均匀。可单独用或合用,提高镀层硬度的添加剂,加入某些络合剂与这些金属杂质络合，因为杂质含量极少，那么络合后可形成配位数较高的络离子，使它们放电更困难，即不易在零件表面电沉积，从而络合剂起到了掩蔽金属杂质的作用,抑制电镀液的铬雾逸出的添加剂,其它一些起辅助作用的添加剂,能够减缓化学反应或电化学反应速度的物质,二、电镀溶液的分类,简单盐镀液络合物镀液,酸性镀液碱性镀液中性镀液,1、按有无络合剂,2、按酸碱性,简单盐镀液MSO4MCl2M(BF4)2MSiF6M(H2NSO3)2,络合物镀液氰化物镀液 M(CN)n(n-m)-碱性络盐镀液 M(OH)n(n-m)-焦磷酸盐镀液 MP2O7 2-或 M(P2O7)2 6-酒石酸盐镀液柠檬酸盐镀液氨三乙酸镀液EDTA镀液,1.4 电解与电镀工业的发展概况及展望,开始,完整的工业体系,1.5 电镀技术的发展趋势,高速化：例如，钢带 500m/min；微小化：芯片，微电子元件功能化：,镀层种类不断增加：基体多样化：,-,无公害、少公害化：清洁生产（逆流清洗技术）（低毒、无毒的电镀工艺）,（达克罗与交美特技术代替电镀锌、热镀锌）,低毒、无毒的电镀工艺,镀层多样化：合金化、复合化设备现代化：手工机械化自动生产线计算机控制 的电镀生产线辅助性设备如过滤机、无油空气压缩机、添加剂自动加料机、清洗剂、干燥机等,电镀工艺水平得到发展与提高,电镀添加剂的研究特种电镀的研究如高速电镀、脉冲电镀,电子部门,信息部门,电镀,传统的表面装饰,