第四章金屬的表面精飾1精選課件1）電鍍氣泡別名：起泡電鍍工藝中產生的氣泡。

它們往往是由表面缺陷或鍍層下的氣體膨脹,造成的表面破裂和缺陷。同時氣泡也可能由電鍍的附著力不足造成，注意氣泡和素材硬包的區別。

常見電鍍不良的表現及圖片2精選課件2）鍍層燒焦鍍層粗糙，無光澤的現象，嚴重的刮手套，經常由于局部電流過大所造成。燒焦3精選課件3）無光澤（整體異色）整體或者局部光澤度偏低，表現為光澤暗淡，發霧或者發白。無光澤4精選課件4）露底上一鍍層或者基材可見，通常表現為露銅或者露基材。露底5精選課件5）鍍層起皮鍍層與表面金屬的附著力不足,表現為鍍層剝落.電鍍質量差的明顯特征.鍍層起皮6精選課件6）異色局部鍍層顏色與產品正常整體外觀顏色不一致，表現為發黃，發黑，色斑等。異色7精選課件7）氧化由于產品長時間放置，或者鍍層防氧化能力太差，導致產品與空氣中的成分發生反應，造成產品表面銹蝕，發黑，嚴重的整體出現斑點等不良。氧化8精選課件氧化氧化9精選課件8）電鍍毛刺鍍層表面出現密集的顆粒狀或刺狀不良，用手套觸摸有刮手套的感覺。毛刺10精選課件4.1.5金屬電沉積過程中表面活性物質的作用

金屬電沉積過程，如果溶液中含有少量的添加劑，就可影響沉積過程的速度以及沉積層的結構。吸附的表面活性物質對雙電層的影響主要體現在：表面活性離子的吸附改變了界面的電勢分布，導致雙電層中放電物種——簡單金屬離子的濃度降低，而且阻化了該種離子陰極還原反應的速率,但卻能加速絡合陰離子的還原反應速率,因為添加劑和絡合劑一起能形成多元絡合物(如離子締合物等)11精選課件如：四烷基銨陽離子對許多金屬離子的陰極還原反應起強烈的阻化作用，但卻能加速S2O8-、Fe(CN)63-和PtCl42-等絡陰離子的陰極還原反應原因：1.由于吸附改變了界面的電勢分布，影響了反應速率；2.活性物質在電極表面的吸附引起了表面沉積反應活化能的變化，甚至對能改變金屬電沉積反應的機理；12精選課件

電鍍層的平整程度和光潔度是評價鍍層質量的重要指標。由于鍍件不是理想平滑的，表面總存在或多或少的突起（微峰）和凹陷部分（微谷），需要在電鍍過程中加入一些能夠在微觀不平整的鍍件表面獲得平整表面的添加劑，這種添加劑被稱為整平劑。

表面活性物質對電沉積過程的影響除上述作用外，還能對鍍層起整平作用和光亮作用。13精選課件整平劑作用機理可表述：(1)在整個基底表面上金屬電沉積過程是受電化學活化控制(即電子傳遞步驟是速度控制步驟)的;(2)整平劑能在基底電極表面發生吸附，并對電沉積過程起阻化作用;(3)在整平過程中，吸附在表面上的整平劑分子是不斷消耗的，整平劑在基體表面的覆蓋度不是出于平衡狀態，其在基底上的吸附過程受自身從本體供應溶液向電極表面擴散步驟控制。

整平作用可以借助于微觀表面上整平劑的局部差異來說明。14精選課件

由于微觀表面上微峰和微谷的存在，整平劑在電沉積過程中向“微峰”擴散的流量要大于向“微谷”擴散的流量，所以“微峰”處獲得的整平劑的量要較“微谷”處的多，同時由于還原反應不能發生在整平劑分子所覆蓋的位置上，于是，“微峰”處受到的阻化作用要較“微谷”處的大，使得金屬在電極表面“微峰”處電沉積的速度要小于“微谷”處的速度，最終導致表面的“微峰”和“微谷”達到平整。整平劑通常是下列物質：硫脲、香豆素、糖精等。15精選課件

整平劑能夠改善鍍件表面的不平整度，但不一定能使表面達到足夠的光亮。與電鍍層平整程度一樣，鍍層的光潔度同樣與鍍件表面的凹凸程度有關。對于光亮劑對鍍層起光亮作用的機理：看法一：擴散控制阻化機理。假設光亮劑在鍍件表面形成幾乎完整的吸附單層，吸附層上存在連續形成與消失的微孔，金屬只在微孔中進行沉積，微孔無序分布、故金屬沉積完全均勻，最終得到光亮的鍍層。16精選課件看法二：認為是光亮劑具有使不同晶面的生長速度趨于一致的能力。假設光亮劑分子能優先吸附在金屬電結晶生長較快的晶面上，且能對電沉積起阻化作用，導致鍍件表面不同位置的生長速度趨于一致，加上幾何平整作用，得到光亮的鍍層。需要指出：這兩種增光機理都只能部分地解釋實驗的事實，要成功地解釋增光作用，需對光亮劑在鍍件表面的吸附過程動力學以及添加劑對金屬電沉積過程的影響進行深入系統的研究。17精選課件經驗表明，光亮劑通常是含有下列一些基團的物質：

添加劑不是加得越多光亮效果越好，如果添加劑加得太多，則添加劑的吸附過程已經不是由擴散步驟控制，不能實現整平和光亮作用，光亮效果反而變差.18精選課件(1)在金屬電沉積的電勢范圍內，添加劑能夠在鍍件表面上發生吸附;(2)添加劑在鍍件表面的吸附對金屬電沉積過程有適當的阻化作用;(3)毒性小，不易揮發，在鍍液中不發生化學變化。其可能的分解產物對金屬沉積過程不產生有害的影響(4)不過分降低氫在陰極析出的超電勢；(5)為了盡可能避免埋入鍍層，其在鍍件表面的脫附速度應比新晶核生長速度要快；(6)添加劑的加入還不能對陽極過程造成不利的影響等添加劑選擇原則:19精選課件4.2電鍍

電鍍是以被鍍工件作為陰極浸入欲鍍金屬鹽溶液中，致使被鍍金屬離子在陰極表面上還原，從而獲得牢固結合的金屬膜的一種表面加工方法。可能的陽極反應是被鍍金屬的陽極溶解或氧氣的析出.

電鍍時電解條件的控制：

使被鍍金屬的還原和陽極溶解具有相同的電流效率,以保證鍍液中被鍍金屬離子的濃度保持恒定。20精選課件基本歷程：液相傳質→前置轉化→電荷傳遞→電結晶21精選課件4.2.1鍍層應具有的主要性能

鍍層應具有的性能除化學穩定性和平整程度與光潔度外，還包括鍍層的機械性能，機械性能包括：鍍層與基底金屬的結合強度（力）、鍍層的硬度、內應力、耐磨性以及脆性等。

22精選課件鍍層與基底金屬的結合強度：金屬鍍層從單位表面積基底金屬(或中間鍍層)上剝離所需要的力，反映鍍層的牢固程度。具有較強的結合力是金屬鍍層的基本條件。影響結合力的大小的因素：沉積金屬原子和基底金屬的本質，如果沉積層的生長是基底結構的延續，或沉積金屬進入基底金屬的晶格并形成合金，則結合力較大。鍍件表面狀態。若鍍件基底表面存在氧化物或鈍化膜，或鍍液中的雜質在基底表面上發生吸附都會削弱鍍層與基底金屬的結合強度。23精選課件硬度鍍層對外力所引起的局部表面形變的抵抗程度硬度的大小與鍍層的物質的種類、電鍍過程中鍍層的致密性以及鍍層的厚度等有關。鍍層的硬度與抗磨性、抗強度、柔韌性等均有一定的聯系。通常硬度大則抗磨損能力較強，但柔韌性較差24精選課件脆性

鍍層受到壓力至發生破裂之前的塑性變形的量度如果鍍層經受拉伸、壓縮、彎曲、扭轉等形變而不容易破裂，則這種鍍層被稱為柔韌的或不脆的；反之，如果鍍層受這些形變時容易破裂，則被稱為是易脆的。25精選課件內應力指鍍層（沉積層）內部的應變力。內應力分為張應力和壓應力，前者通常用正值表示，后者常用負值表示。張應力是指基底反抗鍍層收縮的拉伸力，壓應力是基底反抗鍍層拉伸的收縮力。

26精選課件

鎳、鉻和鐵等沉積層張應力占優勢；鋅、鉛和鎘等沉積層壓應力占優勢，但受沉積條件影響。內應力對鍍層的機械性能影響較大。例如：當鍍層的壓應力大于鍍層與基底之間的結合力時，鍍層將起泡或脫皮；當鍍層的張應力大于鍍層的抗拉強度時，鍍層將產生裂紋從而降低其抗腐蝕性。

27精選課件4.2.2影響鍍層質量的因素

影響鍍層的質量因素主要有鍍液的組成及性能、電鍍工藝、陽極等因素的影響,其中電鍍工藝中又包括如電流密度、溫度、PH值、溶液的攪拌等。28精選課件前處理后處理空氣人為操作不當主鹽添加劑附加鹽雜質含量陽極材料治具攪拌系統電控系統電流密度電鍍時間酸堿度(PH)鍍液溫度其他電鍍液工藝條件設備.影響鍍層特性的因素29精選課件

主鹽是指進行沉積的金屬離子鹽，主鹽對鍍層的影響體現在：主鹽濃度高,鍍層較粗糙,但允許的電流密度大；主鹽濃度低,允許通過的電流密度小,影響沉積速度。常用的主鹽是硫酸鹽和氯化物。1.鍍液的組成及性能的影響鍍液配方一般由主鹽、導電鹽(又稱為支持電解質)、絡合劑和一些添加劑等織成。30精選課件導電鹽(支持電解質)：作用是增加電鍍液的導電能力，調節溶液的PH值，可降低槽壓、提高鍍液的分散能力，某些導電鹽的添加有助于改善鍍液的物理化學性能和陽極性能。絡合劑：作用是使金屬離子的陰極還原極化得到了提高,有利于得到細致、緊密、質量好的鍍層，但成本較高。31精選課件

對于Zn，Cu，Cd，Ag，Au等的電鍍，常見的絡合劑是氰化物；但對于Ni，Co，Fe等金屬的電鍍因這些元素的水合離子電沉積時極化較大,因而可不必添加絡合劑。在復鹽電解液的電鍍過程中。因氰化物的毒性，無氰電鍍已成為發展的方向。

32精選課件

添加劑:在鍍液中不能改變溶液性質，但能顯著地改善鍍層的性能，通常使鍍層的硬度增加，而內應力和脆性則可能是提高，也可能是降低。

添加劑對鍍層的影響:添加劑能吸附于電極表面，提高陰極還原過程超電勢、改變Tafel曲線斜率等。

通常指的添加劑有光亮劑、整平劑、潤濕劑和活化劑等。對于Zn，Ni和Cu等的電鍍，最有效的光亮劑是含硫化合物，如萘二磺酸、糖精、明膠、1,4-丁炔二醇等.33精選課件溶劑具有的性能：（水、有機溶劑、熔融鹽體系）電解質在其中可溶；具有較高介電常數，使溶解的電解質完全或大部分電離成離子理想鍍液具有的性能：

1.沉積金屬離子陰極還原極化較大，獲得晶粒度小、致密，有良好附著力的鍍層；

2.穩定且導電性好；

3.金屬電沉積的速度較大，裝載容量較大；

4.成本低，毒性小34精選課件2.電鍍生產工藝因素的影響

電鍍工藝因素包括電流密度、溫度、PH值、溶液的攪拌等。電流密度影響:

電流密度大,鍍同樣厚度的鍍層所需時間短,可提高生產效率,同時,電流密度大,形成的晶核數增加，鍍層結晶細而緊密，從而增加鍍層的硬度、內應力和脆性，但電流密度太大會出現枝狀晶體和針孔等。對于電鍍過程，電流密度存在一個最適宜范圍。35精選課件電解液溫度:

提高鍍液溫度利于生成較大的晶粒，鍍層的硬度、內應力和脆性以及抗拉強度降低；同時能提高陰極和陽極電流效率，消除陽極鈍化，增加鹽的溶解度和溶液導電能力，降低濃差極化和電化學極化。但溫度太高，會導致形成粗晶和孔隙較多的鍍層。電解液的攪拌:有利于減少濃差極化，利于得到致密的鍍層，減少氫脆。氫脆：由于浸蝕，除油和電鍍過程中金屬或合金吸收氫原子引起的脆性36精選課件溶液中氫離子濃度（pＨ值）的影響：在其他條件相同的情況下，溶液中的氫離子濃度越高，金屬的電流效率越低。在陰極，析出的氫氣滲入鍍層能增加鍍層的內應力，引起氫脆，裂痕和形成氣泡。在電鍍中為了維持鍍液的pＨ值穩定，常加入緩沖劑、無機和有機酸（如硼酸、氨基酸）等物質。

37精選課件３．陽極的影響陽極氧化一般經歷活化區(即金屬溶解區)、鈍化區(表面生成純化膜)和過鈍化區(表面產生高價金屬離子或析出氧氣)三個步驟，電鍍中陽極的選擇應是與陰極沉積物種相同，鍍液中的電解質應選擇不使陽極發生鈍化的物質，電鍍過程中可調節電流密度保持陽極在活化區域。38精選課件39精選課件因素電源基件溶液電流密度添加劑、導電鹽、金屬離子濃度等直接影響鍍層的好壞電流密度影響鍍層的結晶效果電流波形電極電流波形對鍍層的結晶組織、光亮、鍍液的分散能力和覆蓋能力等都有影響.現在多使用脈沖電流電極的形狀、尺寸、位置影響鍍層的分布效果成分溫度攪拌適當的溫度可以提高溶液的導電性，促進陽極溶解，提高陰極電流效率，減少針孔，降低鍍層內應力等加速溶液對流，降低陰極的濃差極化作用表面狀態形狀清潔、平整的基件表面鍍層效果越好影響電流分布，位置定位等40精選課件4.2.3電鍍生產工藝

電鍍生產工藝流程一般包括鍍前處理、電鍍和鍍后處理三大步。

鍍前處理:是獲得良好鍍層的前提。鍍前處理一般包括機械加工、酸洗、除油等步驟。41精選課件

機械加工:指用機械的方法，除去鍍件表面的毛刺氧化物層和其他機械雜質，使鍍件表面光潔平整,使鍍層與整體結合良好，防止毛刺的發生。對于復合鍍層，每鍍一種金屬均須先進行該處理。

電解拋光:將金屬鍍件放入腐蝕強度中等、濃度較高的電解液中在較高溫度下以較大的電流密度使金屬在陽極溶解，這樣可除去鍍件缺陷，得到一個潔凈平整的表面,且鍍層與基體有較好的結合力，減少麻坑和空隙，使鍍層耐蝕性提高，但電解拋光不能代替機械拋光。42精選課件酸洗:目的是除去鍍件表面氧化層或其他腐蝕物常用的酸為鹽酸，用鹽酸清洗鍍件表面，除銹能力強且快，但缺點是易產生酸霧(HCl氣體)，對Al，Ni，Fe合金易發生局部腐蝕，不適用。改進的措施是使用加入表面活性劑的低溫鹽酸。除鋼鐵外的金屬或合金可考慮用硫酸、乙酸及其混合酸來機械酸洗。對于氰化電鍍，為防止酸帶入鍍液中，酸洗后還需進行中和處理，以避免氰化物的酸解。43精選課件除油:目的是消除基體表面上的油脂。常用的除油方法有堿性除油和電解除油,此外還有溶劑(有機溶劑)除油和超聲波除油等。堿性除油:基于皂化（油脂在堿性條件下水解）原理，除油效果好，尤其適用于除重油，但要求在較高溫度下進行，能耗大。電解除油:利用陰極析出的氫氣和陽極析出的氧氣的沖擊、攪拌以及電解質的作用來進行。說明：在鍍前處理的各步驟中,由一道工序轉入另一道工序均需經過水洗步驟。44精選課件

電鍍：鍍件經鍍前處理，即可進入電鍍工序。在進行電鍍時還必須注意電鍍液的配方,電流密度的選擇以及溫度、PH值等的調節。

鍍后處理：鍍件經電鍍后表面常吸附著鍍液，若不經處理可能腐蝕鍍層。水洗和烘干是最簡單的鍍后處理。視鍍層使用的目的，鍍層可能還需要進行一些特殊的鍍后處理，如鍍Zn，Cd后的鈍化處理和鍍Ag后的防變色處理等。45精選課件4.2.4幾種典型的電鍍工藝

單金屬電鍍合金電鍍復合電鍍熔鹽電鍍根據鍍層應具有的性能不同,可選擇不同類型的電鍍方式。46精選課件1.單金屬電鍍應用：表4.2（P138）

單金屬電鍍受電鍍液組成、電流密度、溫度、pH等的影響。大多數單金屬電鍍過程的電流密度在10-70mA.cm-2之間。單金屬電鍍的鍍層厚度一般在0.01-100

m之間，電鍍持續時間從幾秒到30min不等。47精選課件2.合金電鍍

合金電鍍能夠賦予鍍層一些特殊的機械性能和物理化學性能，但比通常的單金屬電鍍要復雜而困難,存在較大局限性，條件的控制更為苛刻。合金鍍層與其組合金屬鍍層比較，常常具有較高的硬度，更強的耐蝕能力，較低的孔隙和較好的外觀等特點。

48精選課件

合金電鍍須通過調節電鍍液組成、電鍍條件等使不同金屬在電極上具有