原子氢态理论
化学镀液
主盐 镍盐，提供二价镍离子，用氯化镍或硫酸镍。
还原剂
次磷酸盐，通过氧化脱氢，提供活泼氢原子， 将Ni离子还原成金属，并使镀层中有P的成分。
络合剂
使镍离子与络合剂形成稳定络合物， 防止氢氧化物及亚磷酸盐沉淀。
稳定剂 不使镀液形成活性结晶核心，防止分解。
缓冲剂 保证pH值的稳定。
化学镀镍层的特点
• 初生态氢原子吸附催化金属表面而使其活化，镀液中的镍阳离 子还原，在催化金属的表面上沉积金属镍： Ni2++ 2[H] Ni+ 2H+ Ni2+2H2PO2 – H2PO3–+ Ni + 2H+ • 次磷酸根分解还原成磷
H2PO2 –+[H]H2O + OH–+P •还原处的镍、磷原子共同沉积形成Ni－P固溶体镀层。
化学镀镍的优缺点
•比电镀镍硬度高、初期磨损 后的耐磨性比镀硬铬好
•使某些技术或非金属表面具 有钎焊能力
•镀层均匀，结晶细致
•化学品价格高，镀液成本大 •化学镀镍层脆性大 •对 某 些 金 属 （ Cu、Zn、Sn 等 ） 合金基体需先镀铜再镀镍
•沉积速度慢
Ni－P化学镀的反应机理
• 镀液在加热时， 通过次亚磷酸盐在水溶液中脱氢，形成 亚磷酸根，同时放出初生态原子氢 H2PO2 – +H2OH2PO3–+2[H]
得更高的硬度，提高耐磨性。 • 大多数金属基体上附着力好。
• Ni－P镀层的密度、热胀系数、磁性及延展 性与含磷量有关
化学镀镍层的应用
•模具工业：
1.保证硬度和耐磨性； 2.且有固体润滑的效果。
•石油化学工业：
1.耐蚀性强；
•汽车工业：
2.适于管件及复杂零件。
1.耐磨功能性镀层；
2.塑料制品电镀前的预镀。
化学镀
• 利用合适的还原剂，使溶液中的金属离子有选
化学镀 择地在经催化剂活化的表面上还原出金属镀层
的一种化学处理方法。
金属离子在溶液中得到所需电子 原理 还原成金属而形成镀层。
种类
化学还原镀：还原剂将溶液中金属离子还原； 化学置换镀：被镀金属将溶液中金属离子还原。
化学镀的特点
优点
•不需要直流电源及电解设备，工艺操作方便； •镀层厚度均匀，分散性好； •不受电力线分布不均的影响，适于复杂形状零件； •镀层外观好，较电镀层耐蚀性好，晶粒细，致密空隙少； •可在非导体、塑料、陶瓷、玻璃表面沉积成镀层。
2Al+3O Al2O3
同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶
解，如下反应:
School of Materials and Metallurgy
2Al + 6H + 2Al 3+ + 3H2
Al2O3 + 6H + 2Al 3+ + 3H2O
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By Jing Liang
铝和铝合金阳极氧化
化学Ni－P镀按磷含量分为： 高磷：10％以上，耐蚀盐雾能力强、电阻率高； 中磷：6－9％热处理部分晶化后，硬度高 低磷：2－5％硬度高，在碱性介质种耐蚀性好，
可焊性好，沉积速度快。
化学Ni－P镀的结构与含磷量有关： 晶态： <4.5％镍固溶体的晶体结构
5－6％ 晶粒细小、晶体完整性不够 非晶态：7－8％有一定晶态特征的非晶态
>9％完全非晶态
化学镀镍层的特点
Ni-P 合金平衡图
化学镀镍层的特点
非晶态Ni－P镀层的微观显微组织 ×1000
化学镀镍层的性能
非晶Ni－P层在酸性介质中浸泡前后表层ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的分布
化学镀镍层的性能
• Ni－P镀层厚度均匀、能精确的控制厚度，省 去镀后加工过程。
• 易于钎焊、抗腐蚀性好。 • 硬度高、镀层经低温处理后可弥散强化，获
化学转化膜
化学转化膜•
通过金属与溶液界面上的化学或电化学反应， 在其表面形成稳定的化合物膜层。
人为控制的金属表面腐蚀过程，在 原理 形成时必须有基体金属直接参加。
氧化物膜、磷化物膜、 种类 铬酸盐膜、溶胶－凝胶膜等
化学转化膜分类
氧化处理
钢铁氧化处理 使钢铁的表面生成非常稳定的磁性氧化铁Fe3O4 膜层。
25 °C 时Al的电位－pH图
阳极氧化膜的结构与性能
•多孔结构 •吸附性强 •可着色、封闭提高耐磨耐蚀性 •阻抗较高，热、电的绝缘体 •热导率低，稳定性到1500 °C •塑性较差，脆性垂直与膜层生 长方向
• 两者相互反应生成磁性氧化铁： NaFeO2 + Na2Fe2O4 + 2H2O Fe3O4 + 4NaOH
单槽法钢铁氧化配方
组成及工艺条件 氢氧化钠（NaOH） 亚硝酸钠（NaNO2 ） 重铬酸钾 （K2Cr2O7 ）
温度/°C
时间/min
1 550－650 150－200
135－145 15－60
Cu
铝和铝合金阳极氧化机理
阳极氧化
在适当的电解液中，以金属作为阳极， 在外加电流下使其表面生成氧化膜的方法。
阳极反应首先是水的电
解，产生初生态的[O]，
阳极氧化的原理
H2O -2e [O]+2H+
氧原子立即和铝发生氧
化反应，生成薄而致密 的氧化铝阳极氧化膜：
阴极只起导电作用和析氢反应： 2H+ +2e H2
2 600－700 200－250 25－32 130－135
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有色金属的氧化处理
铝及铝合金化学氧化 铜及铜合金化学氧化
铝和铝合金阳极氧化
铝和铝合金化学氧化机理
属于电化学性质，在局部电池阳极上发生： AlAl 3+ +3e 同时，阴极上发生： 3H2O +3e 3OH -+(3/2)H2 阴极反应使金属和溶液界面液相区的碱度增加, 进一步如下反应，形成Al2O3薄膜: Al 3+ 3OH - AlOOH +H2O AlOOH γ-Al2O3 ·H2O
缺点 •化学镀液没有电镀液稳定，镀液维护、再生复杂，成本高
表面活化与自催化作用
化学镀镍
进展 •1844年 Wurtz 在实验室首次发现镍的还原；
•1946年 美国国家标准局Brenner和Riddell，钢基体在碱性 镀液中获得镍磷镀层；
•在酸性镀液；不同金属基体上沉积镀层，e.g.1955年开展 化学镀铜研究；
碱性化学氧化法：将钢铁件置于添加氧化剂
钢铁化学氧化 （硝酸钠或亚硝酸钠）的热强碱溶液种进行处理。 钢铁化学氧化机理
钢铁氧化处理的反应机理
• 高温下（>100 °C ）金属铁与氧化剂和强碱作用， 生 成亚铁酸钠和铁酸钠： 3Fe+NaNO2+5NaOH=3NaFeO2+H2O+NH3 6NaFeO2+NaNO2+5 H2O =3Na2Fe2O4+7NaOH+NH3