材料改性技术 第4章分析.ppt

实际金属共沉积 电极材料性能的影响 ②形成合金的极化作用 特点：基体金属阻化电化学反应进行。 原因：电化学极化或钝化。 ①形成合金的去极化作用（诱导共沉积） 特点：组分平衡电势正移，不能单独沉积的金属可与其它金属共沉积。 双电层结构 双电层中反应物离子浓度的减小引起离子还原速度变化。 由于其它离子存在，使某种离子存在状态发生变化，影响还原速度。 金属离子在溶液中的状态 金属共沉积过程的特性 简单盐电镀的过电位 Hg、Ag、Cd、Sn等，结晶化步骤缓慢， Fe、Co、Ni等，电化学步骤缓慢， Cu、Zn等，介于两者之间。 阴极表面状态 Fe、Co、Ni电沉积易析氢，形成表面膜或金属氢化物，抑制金属放电。 电镀合金的阳极 4.6 化学镀 定义：依赖镀液中的还原剂将被镀金属离子在催化表面还原为金属原子并形成镀层的过程。 主要应用：非金属材料表面获得金属镀层。 提供金属离子还原所需电子。 保证氧化还原反应持续进行。 化学镀的优点 无需电解设备及附件。 不存在分散能力、边缘效应等问题。 能在非金属及半导体上沉积。 化学镀的缺点 溶液稳定性差。 操作温度高。 镀液中的还原剂与被镀金属离子需不断补充。 Susumu Arai, et al. Electrochemistry Communications. 2004, 6: 1029. 碳纤维化学镀镍 化学镀镍和化学镀铜应用最广。 化学镀前处理 敏化：使非金属表面形成一层具有还原作用的物质。 常用敏化剂：SnCl2 活化：在敏化后的非金属表面产生一层催化金属层。 如采用含Ag、Pd、Au的化合物溶液活化。 实例：化学镀镍 还原剂：次磷酸盐、硼氢化物、胺基硼烷、肼及其衍生物… 获得Ni-P镀层 基本原理：尚无定论，被广泛接受的是原子氢态理论。 ☆ 镀件表面的催化作用使次磷酸根分解析出氢原子。 ☆ 氢原子在镀件上遇到Ni2+使其还原成金属镍。 ☆ 部分氢原子与次磷酸根离子反应生成磷。 ☆ 磷与镍反应生成磷化镍。 ☆ 氢原子结合生成氢气。 Ni + 3P → NiP3 影响镀层质量的因素 镍盐：主盐，氧化剂，大多数选用硫酸镍。 镍盐浓度高 利 弊 沉积速度快 镀液不稳定 Ni2+浓度对镀层组成与沉积速度的影响规律。 次磷酸盐：还原剂，多数使用次磷酸钠，用量取决于镍盐浓度。 n（Ni2+）：n（H2PO2-）=0.3~0.45 络合剂： 与镍离子形成稳定络合物，常采用乙醇酸、苹果酸、柠檬酸及其盐。 乳酸 羟基乙酸 甘氨酸 琥珀酸 水杨酸 邻苯二酸 作用： 控制沉积速度，改善镀层。外观，抑制沉淀产生。 其它因素 缓冲剂、稳定剂、促进剂、温度、搅拌等。 参考教材P82自学。 * * * 二次电流分布 定义：阴极极化存在时的电流分布 电流分布表达式 近阴极电流密度大 近阴极的极化大 （Tafel公式） 二次电流分布等效电路 R电液1 R电液2 R极化1 R极化2 近 远 相比于初次电流分布，二次电流分布I1/I2 更接近1，即有阴极极化时电流分布更均匀。 电流密度范围 任何镀液都有一个获得良好镀层的电流密度范围 i 过低，阴极极化小，结晶晶粒粗大。 i 增大，电化学极化作用有助于改善镀层质量。 i 过高，浓度极化严重，阴极镀层出现枝晶，或电极表面出现海绵状疏松镀层。 提高阴极极化的方法 提高阴极电流密度：增大电化学极化。 加入络合剂：络离子较简单金属离子难还原。 调节电解液温度：影响络合剂的络合能力与离子扩散速度。 加入添加剂：吸附在阴极表面，降低反应速度。 加入导电盐：导电性的提高促进电流在阴极表面更均匀地分布。 4.4.2 金属在阴极上的分布 电力线分布 远近阴极与阳极的距离差 边缘效应 电解槽形状、尺寸 影响因素 电力线分布 解决远近阴极影响的方法 象形阳极 采用辅助阴极后的电力线分布 金属在阴极上分布与电解槽尺寸的关系 分散能力测定 霍尔槽（Hull Cell） 特点：一次试验便能研究较宽电流密度范围内的镀层。 电镀液其它技术要求 覆盖能力：电镀液使零件深凹处沉积金属镀层的能力（又称深镀能力）。 整平能力：电镀液改变微观轮廓的电流分布使金属填平微观沟槽的能力。 镀前预处理与镀后处理 预处理步骤 ①调节表面粗糙度：磨光、抛光 ②去油脱脂：溶剂溶解、化学法 ③除锈：机械、酸洗 ④活化处理：弱酸侵蚀或电化学活化 镀后处理 ①除氢：热处理（控制温度和时间） ②出光：强酸中短时间浸泡 ③钝化：铬酸盐处理（第6章） 镀层检验 检查除氢纪录、外观、结合强