金属电镀经典教案国家级.docx
《金属电镀经典教案国家级.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属电镀经典教案国家级.docx（64页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
金属电镀经典教案国家级
第一章绪论
电沉积（electrodeposition）：
以电化学方法使金属离子还原为金属的过程，称为金属电沉积。
电镀（electroplating）：
是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。
电镀原理：
是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴，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出来，形成镀层的一种表面加工方法。
电镀的目的：
是改善材料的外观，提高材料的各种物理化学性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、光学性能等。
镀层一般为几微米到几十微米厚。
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。
电镀的应用领域：
电镀作为提高各种机械电子、日用五金等产品的装饰性、功能性和商品附加值的重要加工工艺发展至今，已有数百年历史，是一个与国计民生密切相关的特殊加工行业。
可以根据具体的要求施加某种镀层而达到各种工艺技术性能的要求，使金属材料的应用领域得以扩大，电镀已广泛应用于各种工业生产及科学研究中，如机械制造、电子、精密仪器、化工、轻工、交通运输、兵器、航空航天等，在国民经济中有重大意义。
镀层的分类：
种类很多，按使用性能分类，可分为：
①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-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：
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:
例如硬铬，松孔镀，Ni—SiC，Ni-石墨，Ni-PTFE复合镀层等。
⑤电性能镀层例:
如Au，Ag镀层等，既有高的导电率，又可防氧化，避免增加接触电阻。
⑥磁性能镀层:
例如软磁性能镀层有Ni-Fe，Fe-Co镀层；硬磁性能有Co-P，Co-Ni，Co-Ni-P等。
⑦可焊性镀层:
例如Sn-Pb，Cu，Sn，Ag等镀层。
可改善可焊性，在电子工业中广泛应用。
⑧耐热镀层:
例如Ni-W，Ni，Cr镀层，熔点高，耐高温。
⑨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。
按镀层与基体金属之间的电化学性质可分为：
阳极性镀层：
凡镀层相对于基体金属的电位为负时，镀层是阳极，称阳极性镀层，如钢上的镀锌层。
当镀层与基体金属构成腐蚀微电池时，镀层为阳极首先溶解。
镀层对基体起到机械保护作用和电化学保护作用。
如铁上镀锌：
锌的标准电位为φ°Zn2+/Zn=-0.76（阳极）
铁的标准电位为φ°Fe2+/Fe=-0.44（阴极）
遇空气中的水等锌铁形成腐蚀电池，锌作为阳极而溶解，铁作为阴极而被保护，未受到腐蚀。
阴极性镀层：
镀层相对于基体金属的电位为正时，镀层呈阴极，称阴极镀层，如钢上的镀镍层、镀锡层等。
当镀层与基体金属构成腐蚀微电池时，镀层为阴极。
镀层对基体起到机械保护作用。
如铁上镀锡：
锡的标准电位为φ°Zn2+/Zn=-0.14（阴极）
铁的标准电位为φ°Fe2+/Fe=-0.44（阳极）
遇空气中的水等锌铁形成腐蚀电池，铁作为阳极而溶解，镀层保存下来。
只有当镀层完整无损（连针孔都没有）时，才对集体起到保护作用，一旦镀层破损不但保护不了集体，反而加速集体的腐蚀。
镀层其他分类：
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，Cu／Ni／Cr镀层等；
复合镀层，如Ni-A2O3，Co-SiC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。
如何合理选用镀层
不同成分及不同组合方式的镀层具有不同的性能。
如何合理选用镀层，其基本原则与通常的选材原则大致相似。
首先要了解镀层是否具有所要求的使用性能，然后按照零件的服役条件及使用性能要求，选用适当的镀层，还要按基材的种类和性质，选用相匹配的镀层。
例如阳极性或阴极性镀层，特别是当镀层与不同金属零件接触时，更要考虑镀层与接触金属的电极电位差对耐蚀性的影响，或摩擦副是否匹配。
另外要依据零件加工工艺选用适当的镀层。
例如铝合金镀镍层，镀后常需通过热处理提高结合力，若是时效强化铝合金，镀后热处理将会造成过时效。
此外，要考虑镀覆工艺的经济性。
电镀层应具备的基本条件
镀层与基体具有良好的结合力，能够承受外力作用；
镀层均匀，覆盖完整；
镀层致密，空袭率低，厚度适当；
具有良好的外观。
电镀的技术的起源
最早公布电镀的历史悠久，1800年出现的电镀银文献，是世界上最早的电镀文献，1840年出现第一个电镀专利，并用于工业生产，这是电镀工业的开始。
电镀工艺理论作为一门独立的学科则是从19世纪初才逐渐形成的。
由于石油、化工、电子等工业的蓬勃发展，促进了电镀工艺的研究和应用。
经过许多电化学家和金属学家们的辛勤努力，进行了大量深入而系统的研究，逐步确定了电镀工艺的基本规律，奠定了腐蚀理论基础。
中国电镀技术
解放前我国的电镀几乎是一穷二白，解放后在广大科技工作者的努力下，我国的电镀工业得到了很大的发展，与世界先进国家的差距越来越小。
在我国电镀工作者的共同努力下，在开发研究电镀专用化工材料、光亮剂、添加、电镀光亮剂中间体、电镀主体设备与辅助设备等各项技术都取得很大的进步，为迈入二十一世纪奠定了良好的基础，主要镀种的工艺水平已能满足国内生产的需要。
中国电镀任务
1 ）人才培养：
迈入二十一世纪，我们要提高电镀技术对经济增长的贡献率，要形成一个比较完善的电镀技术研究开发体系。
电镀行业要需要一大批既懂化工，又懂电子、机械的复合型人材。
目前从事电镀现场技术研发与管理的工程师、技师、工艺员奇缺。
2）形成完善的电镀技术研究开发体系:
培养更多的以电镀为专业的公司，派生出添加剂、基础化工和专业电镀设备的生产厂。
技术成果商品化的趋势会更明显。
更专业，特别是为电子电镀生产服务的电镀设备的研制、生产和供应将向更专业化、系列化方向发展。
国家新高科技的发展也离不开电镀技术，我们要加强对电子零部件的滚镀、卷对卷选择性电镀，PCB前处理及装饰技术的研究，有经济实力与技术基础的公司，也要有点风险精神，加大对电子电镀科研的投入，争取将一批接近国际水平的工艺与材料推向工业应用。
3）高校与研究所要瞄准世界先进国家电镀技术的发展方向，结合我国工业生产中量大面广的产品，开发新的工艺和材料，少搞纯学术的研究，从事电镀研究的硕士、博士论文要结合生产实践。
如：
长周期（10个周期以上）的光亮化学镀工艺及其自动补料装备; 锌、铜、镍、铬四个大镀种光亮剂中间体及高性能光亮剂的研究，特别是高品质酸性光亮铜工艺的研究; 纳米新材料在电镀工艺中的应用; 三价铬镀铬的工业应用; 高装饰、高耐蚀后处理工艺的研究; 电镀涂装复合工艺研究; 高工艺性能无氰电镀工艺的研究; 新型环保设备、环保材料的开发研究，等等。
4 ）开发新的添加剂我国基础化工原材料、金属材料品种还不够齐全，质量参差不一，特别是应用于电镀工艺材料中的特殊表面活性剂品种很少，阻碍了高品质前后处理剂及光亮剂的开发。
今后应扩大品种，并对量大面广的基础化工原材料，金属材料、各种表面活性剂，进行质量控制并责令制订相关的企业或行业标准，从源头卡住劣质原材料影响电镀产品的品质。
这块的质量与行业标准大家很少关心，但销量惊人，广东南海的高力、华创两家全国最大的电镀化工原材料供应商年销售额分别达8亿元多，温州有一家也愈四亿。
5） 电镀生产过程的自动化控制电镀加工过程中除了大量应用挂、滚自动线以外，还要普遍应用电镀生产过程中不可缺少的辅助设备，如化学脱脂过滤技术，槽液冷冻或加热控温技术，超声波清洗技术，无油空气搅拌应用于水洗及允许采用的镀槽；多级逆流漂洗节水技术；镀液主成份分析调整技术；循环过滤技术；添加剂自动补加技术等等。
以保证电镀加工过程的高品质。
温州电镀工作者敢于在辅助设备应用上加大投资，已取得令人嘱目的成绩。
6 ）宣传、贯彻质量管理和质量保证体系的ISO9000标准、ISO14000及电镀国家、行业标准进入二十一世纪，要争取有更多的电镀设计与研究单位、添加剂生产厂、电镀设备厂、辅机生产厂和电镀加工厂通过ISO9000，甚至ISO14000
7 ）加强国际间的合作与交流，参加国际市场竞争我国的电镀工作者自1980年以来与日本同行保持经常联络较多，但对美国、德国较少，其他国家更是空白。
8 ）加强工艺管理及设备配套，切实提高产品质量我国电镀技术最大差距在于大规模生产中的工艺管理，溶液的维护太差，不能保证成熟的研究成果在生产中稳定地体现出来，生产中，往往表现在前处理工艺不完整也不精细，很多工厂不采用连续循环过滤。
其他辅助设备也不完善，这就决定了我国电镀产品在抗蚀性和外观质量等方面与国际先进水平相比仍有较大的差距。
9） 缩小南北、东西差距，重新思维观念定位无可争辨的事实反映出电镀技术在广东珠江三角洲经济发达区，温州地区以及以上海为中心的江、浙沿海地区、金华地区、山东、东北的沿海地区、重庆地区得到了更大的发展。
10） 环境保护与资源回收利用电镀工作者必需考虑自己开发研究的工艺对环境的影响并寻求可靠的对策。
今后要努力推行清洁生产工艺，尽可能应用少污染、低浓度、易处理的工艺。
推广应用化学法+综合治理电镀废水自动控制系统；微生物处理电镀废水系统。
开发高效固液分离装置；开发污染空气的各有害排气的传感器和高效吸收装置。
未来我国电镀工业的发展趋势基本可归纳为以下四点：
1装饰性和高抗蚀性工艺技术将不断发展。
我国随着汽车、电子、家用电器、航空、航天工业、建筑工业及相应的装饰工业的发展和人们对美化生活需求的提高,对电镀产品的装饰性和抗蚀性的需求将有明显的增加；
2某些传统装饰性电镀可能被喷涂、物理气相沉积等取代，功能性电镀产品需求则有上升的趋势；
3某些污染严重的电镀工艺，可能被清洁的电镀工业所取代，如无氰电镀、三价铬镀铬、代镉、代铬镀层将有上升的趋势；
4某些性能好、无污染的表面工程的高新技术将会进入我国市场，如达克罗（Dacrotized）涂层,克罗赛（Corrosil）工艺等。
第二章金属的电沉积
金属电沉积：
以电化学方法使金属离子还原为金属的过程，称为金属电沉积。
电镀（electroplating）：
为一种电沉积过程，是利用电极通过电流，使金属附着于物体表面上，改变物体表面之特性或尺寸。
金属电沉积产生的条件：
并非所有金属离子都能在水溶液中进行电沉积，因为金属离子在水溶液中具有一定的平衡电位，当阴极达到平衡电位并获得一定的过电位，即达到析出电位时，金属离子才能沉积。
水溶液中有多种离子，其中对金属离子还原影响最大的是氢离子，所以金属离子是否能被还原，不仅决定于本身的化学性质，也决定于与氢离子还原电位的相对关系。
如果金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析氢，金属沉积很少。
表2.1金属离子沉积的可能性
族
周期
IA
IIA
B
B
B
B
B
IB
IIB
A
A
A
A
A
0
二
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
三
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
四
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
FeCoNi
Cu
Zn
Ca
Ge
As
Se
Br
Kr
五
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
RuRhPd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
六
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
OsIrPt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
升级会员 