第7章-电化学表面处理.ppt

7.1 概述 金属表面处理技术涉及物理、化学、金属工程学、机械工程学 等各个学科。 金属表面处理方法： 对于金属和无机覆盖层，传统工艺如电镀、阳极氧化、化学转 化膜。现代工艺如热喷涂、溅射、离子注人、物理或化学气相沉 积、激光增强电沉积、自动催化沉积等。 对于有机覆盖层，传统方法如刷镀、手工喷涂。现代工艺如自 动涂装、电泳沉积、粉末涂层等。 7.1 概述 电镀是金属表面处理的重要组成部分。它是以被镀基体为阴 极，通过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属或合金膜的一种 表面处理方法。 电镀的作用：（1）提高外观质量；（2）提高耐蚀性；（3）功 能作用。 电镀层的类型：防护性镀层和防护-装饰性镀层。 7.1 概述 电镀液的组成：（1）析出金属的盐类；（2）与析出金属形成 络合物的成分；（3）提高镀液导电能力的盐类；（4）镀液稳定 剂；（5）镀液缓冲剂；（6）可改变析出金属物性的成分；（7）阳 极助溶剂；（8）可改变镀液性质或析出金属性质的添加剂。 7.1 概述 电镀的工艺流程比较复杂。例如，常用作防护装饰性镀层的 铜、镍、铬电镀工艺流程包括： 抛光→除油→酸浸蚀→中和→镀铜→镀镍→镀铬。 7.1 概述 电镀工艺流程中，从抛光到中和属于前处理。 镀前处理：① 粗糙平面的整平，可采用机械抛光、化学抛光、 电抛光、滚光、喷砂等；② 除油，可用有机溶剂除油、碱性化学除 油、电解除油等；③ 浸蚀，有强浸蚀、弱浸蚀和电化学浸蚀等。 7.2 金属电沉积与电镀过程 7.2.1 金属电沉积 金属电沉积：简单金属离子或络离子通过电化学方法在固体表 面上放电还原为金属原子附属于电极表面，获得金属层的过程。 1 简单金属离子的还原 对于元素周期表中的金属，若金属元素在周期表中的位置越靠 右边，则这些金属离子在电极上还原的可能性越大。水溶液中金属 的电沉积，一般以Cr、Mo、W 分族为分界线，位于左边的金属在 水溶液中不能实现电沉积，而位于右边的金属元素的简单离子都较 容易从水溶液体系中电沉积出来。 7.2 金属电沉积与电镀过程 2 金属络离子的还原 络离子还原一般认为有以下观点： （1）络离子可以在电极上直接放电。 （2）有的络合体系，其放电物种的配体与主要络合配体不同。 （3）一般 较小络离子还原时，会表现出较大的极化。 金属络离子在电极上析出往往比简单离子更困难，因而电沉积 时出现的过电位较高，这一性质在电镀工艺中广泛用来改善镀层的 质量。 7.2 金属电沉积与电镀过程 3 金属共沉积原理 生产上为了获得具有特殊性能的镀层，常采用合金电镀的方 法。要使两种金属实现在阴极上共沉积，就必须使它们有相近的析 出电势，即 7.2 金属电沉积与电镀过程 依据金属共沉积的基本条件，只要选择适当的金属离子浓度、 电极材料（决定着超电势的大小）和标准电极电势就可使两种离子 同时析出。 （1）当两种离子的 相差较小时，可采用调节离子浓度的方 法实现共沉积。 （2）当两种离子的 相差不大（0.2V），且两者极化曲线 斜率又不同的情况下，则调节电流密度使其增大到某一数值，此 时，两种离子的析出电势相同，也可以实现共沉积。 7.2 金属电沉积与电镀过程 （3）当两种离子的 相差很大，可通过加入络合剂以改变 平衡电极电势，实现共沉积。 （4）添加剂的加入可能引起某种离子阴极还原时极化超电势 较大，而对另一种离子的还原则无影响，亦可实现金属的共沉积。 7.2 金属电沉积与电镀过程 4 金属电结晶 金属离子在电极上放电还原为吸附原子后，需经历由单吸附原 子结合为晶体的另一过程方可形成金属电沉积层，这种在电场作用 下进行的结晶过程称为电结晶。 电结晶过程一般包括了以下步骤： （1）溶液中的离子向电极表面的扩散； （2）电子迁移反应； （3）部分或完全失去溶剂化外壳，导致形成吸附原子； 7.2 金属电沉积与电镀过程 （4）光滑表面或异相基体上吸附原子经表面扩散，到缺陷或位 错等有利位置； （5）电还原得到的其他金属原子在这些位置聚集，形成新相的 核，即核化； （6）还原的金属原子结合到晶格中生长