问题和对策
由于阴极还原反应的平衡电位降 低，副反应速度比较大，故电流效 率比单盐电解液低。 络合剂带来各种问题，如氰化物 巨毒，氨造成废水处理困难，等。 开发高效的无毒络合剂，开发新 的废水处理技术，减轻环境污染， 是络盐电镀的重大课题。
主盐浓度的影响
单 盐 电 解 液 增加主盐浓度的影响
热喷涂技术的特点
1.
2. 3.
4. 5. 6.
可在各种基体上制备各种材质的涂层：金属、陶瓷、金属陶瓷以及 工程塑料等都可用作热喷涂的材料；几乎所有固体材料都可以作为 热喷涂的基材。 基体温度低：基材温度一般在30~200℃之间，因此变形小。 操作灵活：可喷涂各种规格和形状的物体，特别适合于大面积涂层， 并可在野外作业。 涂层厚度范围宽：从几十微米到几毫米的涂层都能制备。 喷涂效率高、成本低：生产效率为每小时数公斤到数十公斤。 局限性：主要体现在热效率低，材料利用率低、浪费大和涂层与基 材结合强度较低三个方面。 尽管如此，热喷涂技术仍然热
喷涂
封孔
常用热喷涂的工艺分类
热 喷 涂 工 艺
燃 烧 法
电 加 热 法
火 焰 喷 涂
爆 炸 喷 涂
电 弧 喷 涂
等 离 子 喷 涂
线 材 火 焰 喷 涂
粉 末 火 焰 喷 涂 超 音 速 火 焰 喷 涂 大 气 等 离 子 喷 涂 低 压 等 离 子 喷 涂 感 应 等 离 子 喷 涂 水 稳 等 离 子 喷 涂

(1) 使用扩散系数D 较大的盐类 (2) 增大金属离子浓度 (3) 升高温度 (4) 电解液和阴极高速相对运动 如电解液流动，强制搅拌，阴极移动等，使扩散层厚度δ减小，从 而增大 id (5) 使用高频间歇电流（脉冲电镀） 不过此法对高速电镀并无实用意义，主要用于改善镀层质量。
上述各条途径中，以“高速相对运动”最为有效。
性能比较
单盐电解液 优点
成分简单，成本较低； 阴极电流效率很高； 废水处理方便； 可以使用较大的阴极电流密度。
络盐电解液 优点
阴极极化性能强，而且主要表现 为电化学极化，所以镀层结晶细致， 镀液分散能力好，氰化物电镀液是 典型的例子。
问题和对策
简单金属离子还原反应的交换电 流密度较大，阴极极化性能一般比 较小(镍，铁，钴例外)，因此，镀 层结晶较粗，镀液分散能力和覆盖 能力也较差，仅适用于形状比较简 单的工件。 选择适当的添加剂，可以使镀层 结晶得到明显细化，还可获取光亮 镀层。镀液分散能力和覆盖能力可 以改善。
注意： 添加剂的作用有选择性，同一种添加剂，在一种镀液中可能很有效，
而在另一种镀液中却可能起坏的作用。 添加剂也可能会产生不利的影响(夹在镀层中)。 在电镀过程中对添加剂的选择和用量要严格控制，使用组合添加剂 时要使各组分配比适当。
特种电镀工艺
高速电镀 电刷镀 复合电镀 脉冲电镀 非晶态合金电镀 塑料电镀
降低主盐浓度可以使阴极极化性能增强，分散能力和覆盖能力较好， 适用于电镀形状较复杂的工件和进行预镀。 主盐浓度低使电解液导电性差，允许使用的阴极电流密度上限小， 沉积速度低；这样做对改善镀层结晶组织的效果并不十分显著。
络 盐 电 解 液
络盐电解液的阴极极化主要为电化学极化，而且络离子浓度允 许变化范围较大，因此，多数络盐电解液的性能受主盐浓度的 影响不甚显著。
附加盐的作用
增加溶液的导电性
如：硫酸盐镀镍电解液（主盐为 NiSO4）中加入Na2SO4 或 MgSO4， 酸性镀铜电解液（主盐为 CuSO4）中加入 H2SO4。
提高阴极极化作用
多数附加盐都有较小的提高阴极极化作用，从而使镀层结晶细化。对 此作用的解释是：由于金属离子（如上面所说的Na+离子）的存在及向阴 极的迁移，使阴极附近放电金属离子的浓度降低。
添加剂的作用
光亮剂
能使镀层光亮，如镀光亮镍电解液中的糖精，丁炔二醇。
整平剂
能减小镀层微观不平，如镀镍电解液中的香豆素。
润湿剂
能减少镀层孔隙，如镀镍电解液中的十二烷基硫酸钠。
应力消减剂
能降低镀层内应力，如镀光亮镍电解液中的糖精。
晶粒细化剂
能使镀层结晶细致，如碱性锌酸盐镀锌电解液中的DE，DPE 添加剂。
表面工程学
第一章：绪论 第二章：热喷涂技术 第三章：电镀和化学镀 第四章：高能束表面改性技术 第五章：气相沉积技术 第六章：化学转化膜
第一章 绪论
一、表面工程技术的定义及作用
1. 定义： 表面工程是指利用各种表面处理、表面涂层和表面改性 技术作 用于材料或工件的表面以获得预想的性能。 表面工程包含了从设计、选材、表面处理工艺、表层质量控制与检测、 工程应用以及失效分析等，是一个系统工程。 2. 表面工程应用。
第三章 电镀与化学镀
电镀的基本原理和特点
电镀设备及基本原理
一、设备简介 电镀槽—电镀液—直流电源— 阳极—阴极（工件）
阳极可分为可溶性阳极和不可 溶性阳极两种。 不可溶—镀液提供Me+ 可溶------镀液传导Me+
典型的电镀槽及离子运动方向
电镀的基本过程
1. 阳极金属溶解 Me－2e→Me2+ 金属在阳极氧化失去电子，形成金属离子。 注意：防止阳极钝化→ Me2+形成量↓ ↘加阳极活化剂→活化阳极 2. 金属的电结晶 Me2+ +2e→ Me 金属在接受电子还原沉积，形成金属镀层。 外电场使阴极产生过电位，否则， Me－2e→Me2+ 氧化，阴极不 沉积反而会溶解。 3. 离子液相传质 金属离子在阴极沉积，消耗阴极附近的Me2+ →失去平衡→离子液 相传质→阳极附近失衡→阳极氧化→放出Me2+ →恢复平衡→如此循 环。 支撑点：液相的传质（ Me2+ ）能力。 4. 镀层晶粒大小控制 W=Kexp(－k/ψk) 过电位(ψk) ↑↑，形核率（W）↑↑，晶粒细化。
高速 电镀
镀层沉积速度比普通电镀高数倍到数百倍。普通 电镀的沉积速度最大为 1微米/分，高速电镀可达 到几十微米/分，因此可以大大提高生产率。 提高电镀速度的途径
欲提高沉积速度必须增大阴极电流密度ic，但 ic的提高受极限电流密度 id 的限制。所以要提高 ic，必须使 id增大。 nFDCb id
络合剂有：
络盐电解液
被镀金属以络 离子形式存在 于电解液中
氰化物（NaCN或KCN），如氰化物镀铜、 银、锌、铜锌合金、铜锡合金。 焦磷酸盐（如Na4P2O7），如焦磷酸盐镀铜， 镀镍。 氨（NH4Cl），如氯化铵—氨三乙酸镀锌， 镀镉。 有机酸盐，如柠檬酸(Cit)盐镀镍。 氢氧根离子（NaOH），如锌酸盐镀锌。 羟基乙叉二磷酸（HEDP），如HEDP镀铜。 其它，如乙二胺四乙酸(EDTA)，三乙醇胺。
扩大阴极电流密度范围
促进阳极溶解
如：焦磷酸盐镀铜电解液中加入的硝酸盐(起作用的是NO3-) 如：普通镀镍电解液（主盐为NiSO4）中加入NaCl可以防止镍阳极钝化。
防止金属盐水解 缓冲作用
如：酸性镀铜电解液中加入硫酸，防止CuSO4 水解生成Cu2O 。
如：普通镀镍电解液，氯化钾镀锌电解液中都要加入硼酸以维持pH值 在正常操作范围。
热喷涂材料的基本成分与特点
热喷涂材料应具有的工艺性能
一、热稳定性，否则 氧化烧损----如木材 蒸发升华----如乙醚 二、热膨胀系数匹配 结合强度↑ 矛盾 使用性能↓ 三、良好的固态流动性----顺利送粉，涂层均匀 四、良好的湿润性 结合强度↓，孔隙率↑ 结合强度↑，孔隙率↓
热喷涂材料的分类
一、按形态分类-----线、棒、粉末 二、按功能分类 耐磨损----陶瓷，铁基，Co基，Ni基合金和难熔金属 耐腐蚀----Zn、Al、Ni基合金和Al2O3类陶瓷 抗高温----氧化物类陶瓷、Ni-Cr合金和Co基合金 三、按成分分类 金属材料 陶瓷材料 塑料材料 复合材料
1.3 电镀的工艺过程及影响因素
一、电镀的工艺过程 除油→水洗→去锈→水洗→电镀→酸洗→碱洗→清洗→出槽 清洗表面 后清洗→电镀液有毒 二、影响镀层质量的因素 ⑴ 主盐：简单盐镀液→镀层的结晶较粗 络合物镀液→镀层结晶细致紧密 ⑵ PH值： 影响H（氢）的放电电位，过高过低都不好，→需实测→技术 ⑶ 电流密度：电流密度↑→沉积速率↑ 电流密度↑↑→会结瘤，烧焦→特别是尖角部位 ⑷基体金属 ：基体金属的化学性质与其和镀层之间结合力密切相关。 在某些电解液中，如果基体金属的电位负于镀层金属，若不用其它镀 层过渡，就不容易获得结合力良好的镀层。
实现高速电镀的方法
阴极表面电解 液强制流动 平 行 流 动 法 喷 流 法 在电解液中移 动阴极 在电解液中摩 擦电极表面
电 极 振 动 法
电 极 高 速 旋 转 法
电刷镀（简称刷镀）亦叫做无槽电镀， (Brush electroplating) 涂镀，笔镀。其工作原理和普通槽镀 是一样的。
电解液加入 涤纶棉花包套 阳极 阴极 镀笔
电镀液组成
1. 单盐溶液→SnSO4 ↘CuSO4 溶液中是简单金属离子Sn2+和Cu2+ 。 问题：→需要高的过电位，镀层质量不好→粗糙 2. 络和物溶液→金属离子与络和剂形成络和离子，如[Zn(NH3)4]2+ 络和后溶液的平衡电位向负方向移动，有利于电沉积进行。 如：ψZn2+/Zn=－0.736v ψ [Zn(NH3)4]2+ /Zn=－0.1.26v 但是，关于络和离子的本质与沉积机理至今仍不清楚 白猫黑猫→技术 3. 导电盐→不参加反应，↑溶液导电能力，↓槽端电压。如Na2SO4。 4. 缓冲剂→在弱酸、弱碱溶液中加入，可自行调节PH值，↑溶液稳定性。 5. 阳极活化剂→活化阳极，提高离子供给能力。 6. 添加剂→各种各样，视目的而定。 如：光亮剂、整平剂、润湿剂、细化晶粒剂等等。