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电镀工艺基础理论 一、电镀概述 简单来说，电镀指借助外界直流电作用，在溶液中进行电解反应，使导电体比如金属表面沉积一金属或合金层。我们以硫酸铜电镀作例子 硫酸铜镀液关键有硫酸铜、硫酸和水，甚至也有其它添加剂。硫酸铜是铜离子Cu2起源，当溶解于水中会离解出铜离子，铜离子会在阴极工件还原得到电子沈积成金属铜。这个沉积过程会受镀浴情况如铜离子浓度、酸碱度pH、温度、搅拌、电流、添加剂等影响。 阴极关键反应 Cu2aq 2e- → Cu s 电镀过程中铜离子浓度因消耗而下降，影响沉积过程。面对这个问题，能够两个方法处理1.在浴中添加硫酸铜；2.用铜作阳极。添加硫酸铜方法比较麻烦，又要分析又要计算。用铜作阳极比较简单。阳极作用关键是导体，将电路回路接通。但铜作阳极还有另一功效，是氧化失去电子溶解成铜离子，补充铜离子消耗。 阳极关键反应 Cu s → Cu2aq 2e- 因为整个镀液关键有水，也会发生水电解产生氢气在阴极和氧气在阳极副反应 阴极副反应 2H3Oaq 2e- → H2g 2H2Ol 阳极副反应 6H2Ol → O2g 4H3Oaq 4e- 结果，工件表面上覆盖了一层金属铜。这是一个经典电镀机理，但实际情况十分复杂。 电镀为一个电解过程，提供镀层金属金属片作用有如阳极，电解液通常为镀着金属离子溶液，被镀物作用则有如阴极。阳极和阴极间输入电压后，吸引电解液中金属离子游至阴极，还原后即镀着其上。同时阳极金属再溶解，提供电解液更多金属离子。一些情况下使用不溶性阳极，电镀时需添加新群电解液补充镀着金属离子。 电镀通常泛指以电解还原反应在物体上镀一层膜。其现在使用种类有通常电镀法electroplating、复合电镀composite plating、合金电镀alloy plating、局部电镀selective plating、笔镀pen plating等等。因为电镀表面含有保护兼装饰效用；故广被应用。也有少部分电镀提供其它特征，诸如高导电性、高度光反射性或降低毒性， 最常使用电镀金属为镍、铬、锡、铜、银及金。 点击观看电沉积原理Flash图 二、电镀原理和概念 2.1 电镀定义和目标 电镀electroplating被定义为一个电沉积过程electrode-position process，是利用电极electrode经过电流，使金属附着于物体表面上，其目标是在改变物体表面之特征或尺寸。 电镀目标是在基材上镀上金属镀层deposit，改变基材表面性质或尺寸。比如给予金属光泽美观、物品防锈、预防磨耗、提升导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性、热处理之预防渗碳、氮化、尺寸错误或磨耗之另件之修补。 2.2电镀基础知识 电镀大部份在液体solution下进行，又绝大部份是由水溶液aqueous solution中电镀，约有30种金属可由水溶液进行电镀，由水溶液电镀金属有铜Cu、镍Ni、铬Cr、锌Zn、镉Cd、铅Pb、金Au、银Ag、铂Pt、钴Co、锰Mn、锑Sb、铋Bi、汞Hg 、镓Ga、铟In、铊、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W 等；有些必需由非水溶液电镀如锂、钠、钾、铍、镁、钙、锶、钡、铝、La、Ti、Zr、Ge、Mo等；既可由水溶液又可由非水溶液电镀有铜、银、锌、镉、锑、铋、锰、钴、镍等金属。 电镀基础知识包含溶液性质 ；物质反应；电化学；化学反应方程式；界面物理化学 ；材料性质等。 电镀和其它镀覆方法电沉积过程比较 2.2.1 溶液solution 被溶解之物质称为溶质solute，使溶质溶解之液体称之溶 剂solute。溶剂为水溶液称之水溶液aqueous solution。 表示溶质溶解于溶液中量为浓度concentration。 在一定量溶剂中，溶质能溶解之最大量值称为溶解度solubility。 达成溶解度值溶液称为饱和溶液saturated solution，反之为非饱和溶液unsaturated solution。 溶液浓度，在工厂及作业现场，使用易了解及便利重量百分率浓度weight percentage。另外常见莫耳浓度molal concentration。 2.2.2 物质反应reaction of matter 在电镀处理过程中，有物理改变及化学改变，比如研磨、干燥等为物理反应，电解过程有化学反应，我们必需充份了解在处里过程中多种物理及化学反应及其相互间关系和影响。 2.2.3 电镀常见之方程式chemical ular 见附录一。 2.2.4 电化学electrochemistry 电镀是一个电沉积 electrodeposition 过程，利用电解体electrolysis在电极electrode沉积金属，它是属于电化学应用一类。电化学是研究相关电能和化学能交互改变作用及转换过程。 电解质electrolyte例子NaCl,也就是其溶液含有电解性质溶液electrolytic solution它含有部份离子ions,经由这些离子移动movement而能导电。带负电荷朝向阳极anode移动称为阴离子anion,带正电荷朝向阴极cathode移动migrate者称为阳离子cations。这些带电荷粒子particles称之为离子ions。放出电子产生氧化反应电极称为阳极anode，得到电子产生还原反应电极称为阴极cathode。整个反应过程称为电解electrolysis。 2.2.4.1 电极电位electrode potentials 电位electrode potential为在电解池electrolytic中导电体，电流经由它流入或流出。电极电位electrode potential是电极和电解液之间电动势差，单独电极电位不能测定需参考部分标准电极standard electrode。 2.2.4.2 标准电极电位standard electrode potential 标准电极电位standard electrode potential是指金属电极活度为1纯金属及在金属离子活度为1时电极电位。氢标准电位在任何温度下全部定为0，作为其它电极参考电极REFERENCE ELECTRODE，以氢标准电极为基准0,多种金属标准电位不一样。排列在前头金属如Li较易失去电子，易被氧化、溶解、腐蚀，可称为溅金属或金属basic metal。相反如Au金属不易失去电子，不易氧化，不易溶解，轻易被还原称为贵金属noble/precious metal。 2.2.4.3 Nernst 电位学说 金属含有该金属离子溶液相接触，则在金属和溶液界面会产生电荷移