电镀基础知识讲座

精品文档 电镀基础知识讲座电镀基础知识讲座 五五 电镀的分类有很多，主要是根据镀层种类或者根据获得的镀层性能和作用来分。 表 1-1 是根 据获得的镀层为单金属或者合金镀层来分类的，也就是常说的单金属电镀和合金电镀。 表1-1常用单金属和合金电镀的种类 单金属电镀二元合金电镀三元合金电镀四元合金电镀 Cu-Zn-Sn， Cu-Zn，Cu-Sn，Cu-Cd，Sn-Ni，Cu-Sn-Ni，Ni-W-B， Sn-Zn，Sn-Co，Sn-Cd，Sn-Bi，Ni-W-P， Zn，Cd，Cu， Au-Cu，Au-Ag，Au-Co，Au-Ni，Ni-Co-Fe， Ni，Cr，Sn， Au-Sb，Ag-Sb，Ag-Cd，Ag-Zn，Ni-Co-Cu，Cu-Sn-In-Ni， Au，Ag，Pb， Ag-Pb，Ag-Cu，Ag-Sn，Ag-Pd，Cr-Fe-Ni，Co-Ni-Re-P， Fe，Pd，Pt， Ag-Pt，Zn-Ni，Zn-Fe，Zn-Sn，Sn-Ce-Sb，Au-Pd-Cu-Ni Co， Mn， Rh， Zn-Co， Cd-Ti， Pb-Sn， Ni-Co， Ni-W，Sn-Ni-Cu，等 In，Re，Ru， Ni-Fe， Ni-P， Ni-Mo， Ni-Cu， Cr-Ni，Sn-Co-Zn， Sb，Bi 等 Cr-Mo，Cr-Fe，Pd-Ni，Pd-Pt，Au-Pd-Cu， Co-Fe，In-Pb，Re-Fe，Re-Co 等Ag-Pt-Pd，Zn-Ni-Fe 等 另外还可以根据获得的镀层功能性来分防护性镀层、装饰性镀层、耐磨、减摩性 镀层，以及抗高温氧化、耐热、电性能、磁性能、光学性能、半导体性能、超导性能、杀菌 性能等镀层。也就是除了在传统的装饰、 防护方面的应用外，目前的电镀技术主要是制备一 些新型的功能性镀层，如目前大量应用于IT 产业的印制板电镀层、磁记录介质膜层等。 还有就是根据金属电镀层的实际状态（如叠层、功能作用等）来划分一些镀层的类 型（见图1-1） 。 单金属镀层合金镀层复合镀层 缎面镍镀层沙面镍镀层 . 精品文档 装饰镀银层装饰镀铬层 图1-1常见镀层的分类 电镀基本概念 电镀技术又称为电沉积， 是在材料表面获得金属镀层的主要方法之一。 是在直流电场的作用 下，在电解质溶液（镀液） 中由阳极和阴极构成回路，使溶液中的金属离子沉积到阴极镀件 表面上的过程（见图1-1） 。 图1-1电镀过程示意图 电镀是众多表面处理技术中的一种历史较长，工艺相对成熟，成本低廉，对国民经 济各行业发展起到重要的作用的技术。 尤其是随着现代工业和技术的发展， 许多产品零部件 在使用过程中会遇到各种非常特殊的工况条件，如严酷的腐蚀环境，磨损、 摩擦环境，特殊 的细孔（计算机线路板） ，电池等，这对零部件表面电镀层的功能性就提出了更高的要求， 如要求高的耐腐蚀性、抗高温氧化性、良好的导电性、高的硬度、高的耐磨性和减摩性、微 细加工的均匀性以及其它某些特殊的物理、 化学特性等等。 一些特殊的超导性质、 磁学性质、 半导体性质以及杀菌特性的功能膜层等都希望用电镀的方式在零部件表面获得。 因此，用电镀技术获得功能性膜层已经成为现代应用电化学工作者重点研究的方向 之一。 而且通过它获得各种功能薄膜材料已经成为工业界应用功能膜层材料可选择的重要技 术之一。 第五讲── 电镀液的组分及其作用 1镀液的主要组分 镀液的主要组分是指镀液中不可缺少、量又较多的组分。 1.1 水 水是电镀液不可缺少的最主要组分，是电镀液中溶解其他可溶性组分 溶质的溶 剂。水的电离特性、电解反应及水质好坏，是必须严重关切的问题。 1.2 主盐 . 精品文档 1.2.1 主盐的作用 主盐是指形成镀层组分的金属盐类，为必不可少的组分。其多数为强电解质，在水 中几乎百分之百电离成金属离子与酸根。单金属电镀只需一种主盐，二元合金电镀需2种主 盐如镀青铜需铜盐与锡盐，三元合金则需3种主盐如三元仿金镀需铜盐、锌盐、锡盐。 可溶性阳极电镀，镀液中金属离子还原消耗后可由阳极溶解补充；而不溶性阳极电 镀如镀铬与用钛网镀铂作阳极的无氰镀金 ，则应及时补充含镀层金属的化合物来补充消 耗。 1.2.2 主盐的影响 主盐浓度越高，扩散传质速度越快，浓差极化越小，允许采用的阴极电流密度越高， 镀层越不易烧焦，这是任何电镀的一条共同规律。 对于光亮性电镀，主盐浓度高些，光亮整 平的阴极电流密度范围向高电流密度区移动， 而低电流密度区光亮整平性可能变差。 主盐浓 度的提高受某些因素如主盐的溶解度、络合物电镀的络合比等的限制，不是想要多高就能 做到多高。对于氯化物镀锌、光亮酸铜这类简单盐电镀， 主盐浓度过高反而有害，原因是单 靠添加剂产生电化学极化是不够的添加剂加入过多，有害无益，而必须保持适度的浓差极 化见第四讲，否则镀液分散能力、深镀能力下降，低电流密度区亮度不足，这对滚镀效果 的影响更明显。 因此不能片面追求大的允许电流密度而将主盐浓度控制得太高。 对于锌酸盐 镀锌，只有苛性钠与氧化锌的质量比称为锌碱比，以 α 表示大于等于10时，镀液才稳定。 氧化锌每增加5g/L，苛性钠应增加5060g/L，但溶液过浓也有害处。 主盐浓度不能过低。对于镀亮镍，当 Ni2浓度低于某一临界值时，无论如何加入光 亮剂，镀层都不亮。电镀液的低浓度化可减少投资和带出损耗，但实现的难度很大。对于六 价铬镀铬，即使采用稀土添加剂，铬酐的质量浓度也不能低于100g/L；否则镀液导电性差， 温升快，而且杂质容忍量太低，无法控制。 1.3 导电盐 1.3.1 导电盐的作用 惰性强电解质，它们几乎百分之百在镀液中电离成正、负离子。之所以叫“惰性”， 是因为电离产生的阳离子的析出电位都很负， 不会在阴极还原， 而生成的阴离子在阳极的氧 化电位又很正，不会在阳极被氧化，只有带出损耗。金属靠其中的电子导电，称为”第一类 导体”；而电解质溶液靠正、负离子导电，称为”第二类导体”。镀液中的正、负离子多，则 导电性好。加入导电盐提高镀液电导率至少有2个好处一、镀液的电导率越高，其分散能 力越好，工件上镀层厚度分布越均匀详见第八讲；二、当总电流电流强度相同时，镀液 导电性越好，则槽电压越低，越省电。 对于氯化物镀锌，加入的氯化物主要用作导电盐Cl–对 Zn2仅有很微弱的配位作 用。因钾盐的导电性比钠盐好得多，故宜用氯化钾。若为省钱而用氯化钠，则得不偿失。 酸性镀铜液本身的导电性很好， 不必另加导电盐。 但镀镍液中加入硫酸钠与硫酸镁作导电盐， 则好处明显。其中硫酸镁并非完全惰性， 镁离子会参与阴极还原，形成微镁镍合金，使暗镍 层结晶细化而显得”白嫩”。配合物络合物电镀，因主盐浓度提高受到限制， 故常加导电盐。 如 HEDP 镀铜、金、银等，常加适量碳酸钾作为导电盐。 1.3.2 使用导电盐时应注意的问题 导电盐并非越多越好， 其含量有一个最佳值。 一旦超过其最佳含量，镀液的电导率 反而下降。这尤如道路上车少时交通不便，车过多了又拥挤不堪， 交通不畅。导电盐过多还 有其他副作用。如氯化钾镀锌液中 KCl 过多会引起“盐析现象”，降低添加剂中表面活性剂