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1、第六章電鍍、電刷鍍和化學(xué)鍍電鍍的定義及分類電鍍的基本原理及工藝單金屬電鍍合金電鍍電刷鍍化學(xué)鍍16.1電鍍的定義及分類電鍍是一種用電化學(xué)方法在鍍件表面上沉積所需形態(tài)的金屬覆層工藝。電鍍定義：是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，以被鍍基體金屬為陰極，通過電解作用，使鍍液中欲鍍金屬的陽(yáng)離子在基體金屬表面沉積出來，形成鍍層的一種表面加工方法。例如Zn2++2eZn(金屬離子還原反應(yīng)）Ni2++2eNi2電鍍的目的：改善材料的外觀，提高材料的各種物理化學(xué)性能，賦予材料表面特殊的耐蝕性、耐磨性、裝飾性、焊接性及電、磁、光學(xué)性能等。鍍層一般為幾微米到幾十微米厚。電鍍工藝設(shè)
2、備較簡(jiǎn)單，操作條件易于控制，鍍層材料廣泛，成本較低，因而在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，是材料表面處理的重要方法。34鍍層按使用性能分類防護(hù)性鍍層：例如鋅、鋅-鎳、鎳、鎘、錫等鍍層，作為耐大氣及各種腐蝕環(huán)境的防腐蝕鍍層。防護(hù)-裝飾性鍍層：例如Cu-Ni-Cr鍍層等，既有裝飾性，亦有防護(hù)性。裝飾性鍍層：例如Au及Cu—Zn仿金鍍層、黑鉻、黑鎳鍍層等。功能性鍍層:例如硬鉻，松孔鍍，Ni—SiC，Ni-石墨，Ni-PTFE復(fù)合鍍層等耐磨減摩鍍層。電性能鍍層:例如Au，Ag鍍層等，既有高的導(dǎo)電率，又可防氧化，避免增加接觸電阻。5鍍層按與基體金屬之間的電化學(xué)性質(zhì)分類陽(yáng)極性鍍層和
3、陰極性鍍層凡鍍層相對(duì)于基體金屬的電位為負(fù)時(shí)，鍍層是陽(yáng)極，稱陽(yáng)極性鍍層，如鋼上的鍍鋅層。鍍層相對(duì)于基體金屬的電位為正時(shí)，鍍層呈陰極，稱陰極鍍層，如鋼上的鍍鎳層、鍍錫層等。6鍍層按組合形式分類單層鍍層，如Zn或Cu層；多層金屬鍍層，例如Cu-Sn/Cr，Cu／Ni／Cr鍍層等；復(fù)合鍍層，如Ni-Al2O3，Co-SiC等。若按鍍層成分分類，可分為：?jiǎn)我唤饘馘儗印⒑辖疱儗蛹皬?fù)合鍍層。76.2.1電鍍的基本原理陰極反應(yīng)：Men++ne=Me2H++2e=H2陽(yáng)極反應(yīng)：Me-ne=Men+。OH--4e=2H2O+O2＋Men+－SO42-Cl-OH-6.2電鍍的
4、基本原理及工藝8電鍍是以電化學(xué)過程為依據(jù)，所以電鍍要有三個(gè)必要條件：電源、鍍槽（鍍液）、電極。電鍍通電時(shí)直流電源E不斷強(qiáng)行將電子e從銅陽(yáng)極上抽送到工件陰極上去，電源電壓越高，“抽速”越快，電流密度越大。電池就象一個(gè)水泵一樣，在水泵外部產(chǎn)生一個(gè)水壓差，水就會(huì)從高壓的地方流向低壓的地方，然后在水泵內(nèi)部，又克服水壓差，把水從低壓的地方抽到高壓的地方，從而形成穩(wěn)定水流。所以電流流向在電源外部是從正到負(fù)，在電源內(nèi)部是從負(fù)到正，電源內(nèi)部的電荷移動(dòng)即電流不是電壓造成的。9（1）電極反應(yīng)機(jī)理1）平衡電極電位在沒有外電流通過的情況下，當(dāng)金屬電極與溶液接觸時(shí)，由于其具有自發(fā)
5、腐蝕的傾向，金屬就會(huì)變成粒子進(jìn)入溶液，留下相應(yīng)的電子在金屬表面上，結(jié)果使金屬表面帶負(fù)電，而與金屬表面接觸的溶液帶正電。這樣就在金屬/溶液兩相界面間自發(fā)地形成雙電層，使金屬與溶液之間產(chǎn)生了電位差，叫做電極電位。當(dāng)體系達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，此時(shí)的電極電位稱為平衡電極電位，簡(jiǎn)稱平衡電位。10當(dāng)溶液溫度為25℃、金屬離子的濃度為1mol/L時(shí)（即活度為1），測(cè)得的平衡電位叫標(biāo)準(zhǔn)電極電位。任意活度下的平衡電極電位可以表示為平衡電極電位的高低反應(yīng)了金屬的氧化還原能力，電極的平衡電位越負(fù)，電極上越容易發(fā)生氧化反應(yīng)，電極的平衡電位的正值越大，電極上越容易發(fā)生還原反應(yīng)。112）
6、電極極化與過電位當(dāng)有電流通過電極時(shí)，電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象。陰極的電極電位向降低的方向偏移，叫做陰極極化；陽(yáng)極的電極電位向升高的方向偏移，叫做陽(yáng)極極化。把某一定電流密度下，電極電位與平衡電位的差值稱為過電位η陰極極化時(shí)，η<0；陽(yáng)極極化時(shí)，η>012電化學(xué)極化:是由于電極上的電化學(xué)反應(yīng)速度小于電子運(yùn)動(dòng)速度造成的。陰極上還原反應(yīng)的速度小于外電源供給電子的速度，從而使電極電位向負(fù)方向移動(dòng)而引起的極化作用，稱為陰極極化。陽(yáng)極極化：金屬離子進(jìn)入溶液的速度小于電子由陽(yáng)極進(jìn)入外導(dǎo)線的速度，陽(yáng)極上有過多的正電荷的積累，因此引起電極雙電層上負(fù)電荷的減少，于是陽(yáng)極電位
7、就向正方向移動(dòng)，產(chǎn)生陽(yáng)極極化。13濃差極化：由于溶液中離子擴(kuò)散的速度小于電子運(yùn)動(dòng)速度造成的。電解過程當(dāng)中，濃差極化是由于電極附近溶液的濃度與本體溶液（離電極較遠(yuǎn)，濃度均勻的溶液）濃度發(fā)生差別產(chǎn)生的。例如，在陰極附近的金屬離子沉積到電極上去，使該處的金屬離子濃度不斷降低，而溶液本體中金屬離子擴(kuò)散到該處進(jìn)行補(bǔ)充的速度趕不上沉積的速度從而使電極附近金屬離子的濃度比本體溶液中金屬離子的濃度要低，這樣就形成了濃度梯度，由此引起電位的移動(dòng)。電流增大，引起的濃差極化越大。濃差極化也是使陰極電極電位變得更負(fù)，陽(yáng)極電位變得更正。14陰極上的電鍍過程包括三個(gè)步驟：（1）液相
8、傳質(zhì)：金屬的水合離子或絡(luò)離子從溶液內(nèi)部遷移到陰極表面;（2）電化學(xué)反應(yīng)：金屬水合
