电化学-2-5电解.ppt

三 电镀其应用 一.电镀的原理： 电镀是用电解的方法对零件表面进行加工的一种工艺。电镀时零件为负极，镀液中金属离子在直流电的作用下沉积在零件表面形成均匀，致密的金属层。 1.电镀的必须条件:外加的直流电源，镀液，镀件及阳极组成的电解装置。 2.电解的目的：改变零件表面的外观和物理化学性能，达到装饰性，耐腐蚀，耐磨性等各种技术性能。 3.电解的结晶过程：电解液中的金属离子或络离子在阴极还原沉积出金属镀层的过程叫电解晶。 说明：电解晶是一个电化学反应过程，金属离子是否能还原决定于阴极点位。只有在阴极电位偏离于平衡状态，即产生一定的过电位时才能在阴极上沉积出金属金体。 4.金属电沉积是一个复杂的过程，它一般有几个连续的或同 时的界面反应步骤： A.溶液中的金属离子（如水化金属离子或络和离子）通过电迁移，对流，扩散等形式到达阴极表面附近。 B.金属离子在还原之前在阴极附近或表面发生化学转换。 C.金属离子从阴极表面得到电子还原成金属原子。 D.金属原子沿表面扩散到达生长点进行晶格生长，或 与其他离子相遇形成经晶核长大成晶体。 说明：形成金属晶体的两个步骤：结晶核的生成与成长。 二.影响电镀结晶的因数： 晶核的生成速度快，晶核生长后的成长速度就较慢，则生成的晶核数目较多，则晶粒就较细，反之就较粗。晶核的生长速度愈大于晶核的成长速度，镀层结晶就愈细致，紧密。提高电结晶时的阴极极化作用可以加速晶核的生长速度，便于形成微小的晶体。 提高金属电结晶时的阴极极化方法： 1.提高阴极电流密度：一般情况下，阴极极化作用随阴极电流密度的增大而增大，镀层结晶也随之变得细致紧密。在阴极极化作用随电流密度的提高而增大的情况下，适当提高电流密度的方法提高阴极极化作用。 2.适当降低电解液的温度：降低温度能减慢阴极反应速度或 离子扩散速度，提高阴极极化作用。当在实际操作中对于提高温度带来的负面影响可通过增大电流密度而获得弥补。在生产具体操作中，根据实际情况调节电解液的温度。 3.加入络化剂 在电镀生产中能够络合主盐中金属离子的物质称络合剂。络离子较简单离子难以在阴极上还原，从而提高阴极极化值。 4.加入添加剂 添加剂吸附在电极的表面上阻碍了金属的析出，提高阴极极化作用。 阴极极化作用并非愈大愈好，极化作用超过一定范围，会导致氢气的大量析出，从而使镀层变得多孔，粗糙。在生产中，更具实际情况，采取具体措施适当提高金属结晶时的阴极极化作用。 三.影响镀液分散能力和覆盖能力的因素： 镀液的优劣用分散能力和覆盖能力表示。 分散能力指镀液所具有的镀层厚度的均匀分布能力.只说明镀件表面的均匀程度。 覆盖能力指镀液能使零件深孔，凹洼的表面沉积出镀层的能力，也叫深度能力。只说明镀件表面凹入处或深孔处有无镀层沉积。 1.电流分布 电流通过电解质溶液时，在阴极上析出物质的量与通过的电量成正比。电流密度愈大，镀层也就愈厚。金属在阴极表面上的沉积取决于电量在阴极上的分布。电解液的阻力与阴极电化学反应的阻力，是影响电流在阴极分布的两个重要因素，其中一个起主导作用。 2.电流效率：镀层金属的分布取决于电流的分布，但并不等于电流的分布。通过一级的电流不单是消耗于金属离子的沉积，而且消耗于析氢和其他副反应。电流 效率随电流的密度改变而改变。 影响金属在不同部位的分布： A.阴极电流效率随电流密度的改变而几乎没有变化。阴极不同部位上镀出的金属多少直接取决于该处的电流的大小。 B.阴极的电流效率随电流密度的升高而下降的则能提高分散能力。电流密度大的地方电流效率低，而电流密度小的地方电流效率高。要使各处的电流密度分布均匀，则要改变电解液的分散能力。 C.机体的表面状态 金属在不洁净的阴极表面上很难沉积出均匀的镀层，甚至不能沉积。由于氢在粗糙表面上的过电位小于光洁表面，所以在粗糙表面上氢容易析出，镀层就难以沉积。 D.阴极电流效率随电流密度的升高而增大的则会降低分散能力。由于阴极上的电流密度大的地方电流效率高，电流小的地方电流密度低，这样各处的实际电流密度更加不均匀，造成分散能力低下。 E.几何因素 电镀槽的几何形状，阴阳极的形状，两个电极在电镀槽中的排布形式等几何因素直接影响镀层的分布。 所有这些与电解液分散能力和覆盖能力有关的因素，彼此不是孤立的，而又作实际的联系。 四.改善电解液分散能力和覆盖能力的途径： 1.阴极极化度 对于阴极极化较小的电解液，力求增大阴极极化的因