1、冶金与建筑工程系 教 案第 7 教学单元课 题：金属表面镀层技术 1-普通电镀知识目标掌握普通电镀的原理熟悉镀铬工艺能力目标 熟悉镀铬工艺教学目标职业素质目标 爱岗敬业 诚实守信 技能过硬 自主创新教学重点教学难点 镀铬工艺辅助教学手段 采用实物、标本、模型、图表、幻灯和录像等手段教学准备准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准 备 教学心理、准备教学过程、准备教学评价授课班级授课日期 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日教 学 进 程教学方法及时间分配复习提问：导 言：以一种实验钢为载体，采用任务教学法、案例教学法、冶金与建筑工程系 教 案新课内容:电镀(Electroplating)
2、就是利用 电解原理在某些金属表面上 镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。电 镀 时 ，镀 层 金 属 或 其 他 不 溶 性 材 料 做 阳 极 ，待 镀 的 金 属 制 品做 阴 极 ，镀 层 金 属 的 阳 离 子 在 金 属 表 面 被 还 原 形 成 镀 层 。为 排 除 其它 阳 离 子 的 干 扰 ，且 使 镀 层 均 匀 、牢 固 ，需 用 含 镀 层 金 属 阳 离 子 的 溶液 做 电 镀 液 ，以 保 持 镀 层 金 属 阳 离 子 的 浓 度 不 变 。电
3、 镀 的 目 的 是 在基 材 上 镀 上 金 属 镀 层 ，改 变 基 材 表 面 性 质 或 尺 寸 .电 镀 能 增 强 金 属 的抗 腐 蚀 性 (镀 层 金 属 多 采 用 耐 腐 蚀 的 金 属 )、增 加 硬 度 、防 止 磨 耗 、提高 导 电 性 、润 滑 性 、耐 热 性 、和 表 面 美 观 。 概述1. 电镀的要素 阴 极 ：被 镀 物 ，指 各 种 接 插 件 端 子 。 阳 极 ：若 是 可 溶 性 阳 极 ，则 为 欲 镀 金 属 。若 是 不 可 溶 性 阳 极 ，大 部 分 为 贵 金 属 （白 金 ，氧 化 铱 ）。 电 镀 药 水 ：含 有 欲 镀 金 属
4、 离 子 的 电 镀 药 水 。 电 镀 槽 ：可 承 受 ，储 存 电 镀 药 水 的 槽 体 ，一 般 考 虑 强 度 ，耐 蚀 ，耐 温 等 因 素 。 整 流 器 ：提 供 直 流 电 源 的 设 备 。2. 电镀的作用利 用 电 解 作 用 在 机 械 制 品 上 沉 积 出 附 着 良 好 的 、但 性 能 和 基 体引导文教学法、现场教学法，通过教师讲解、示范，引导学生学习。2 学时冶金与建筑工程系 教 案材 料 不 同 的 金 属 覆 层 的 技 术 。电 镀 层 比 热 浸 层 均 匀 ，一 般 都 较 薄 ，从几 个 微 米 到 几 十 微 米 不 等 。通 过 电 镀 ，
5、可 以 在 机 械 制 品 上 获 得 装 饰保 护 性 和 各 种 功 能 性 的 表 面 层 ，还 可 以 修 复 磨 损 和 加 工 失 误 的 工 件 。镀 层 大 多 是 单 一 金 属 或 合 金 ，如 钛 靶 、锌 、镉 、金 或 黄 铜 、青 铜 等 ；也有 弥 散 层 ，如 镍 -碳 化 硅 、镍 -氟 化 石 墨 等 ；还 有 覆 合 层 ,如 钢 上 的 铜 -镍 -铬 层 、钢 上 的 银 -铟 层 等 。电 镀 的 基 体 材 料 除 铁 基 的 铸 铁 、钢 和 不锈 钢 外 ,还 有 非 铁 金 属 ,如 ABS 塑 料 、聚 丙 烯 、聚 砜 和 酚 醛 塑 料
6、 ，但 塑料 电 镀 前 ,必 须 经 过 特 殊 的 活 化 和 敏 化 处 理 。 3. 电镀的原理在 盛 有 电 镀 液 的 镀 槽 中 ，经 过 清 理 和 特 殊 预 处 理 的 待 镀 件 作 为阴 极 ，用 镀 覆 金 属 制 成 阳 极 ，两 极 分 别 与 直 流 电 源 的 负 极 和 正 极 联接 。电 镀 液 由 含 有 镀 覆 金 属 的 化 合 物 、导 电 的 盐 类 、缓 冲 剂 、pH 调节 剂 和 添 加 剂 等 的 水 溶 液 组 成 。通 电 后 ，电 镀 液 中 的 金 属 离 子 ，在 电位 差 的 作 用 下 移 动 到 阴 极 上 形 成 镀 层
7、 。阳 极 的 金 属 形 成 金 属 离 子 进入 电 镀 液 ，以 保 持 被 镀 覆 的 金 属 离 子 的 浓 度 。在 有 些 情 况 下 ，如 镀 铬 ，是 采 用 铅 、铅 锑 合 金 制 成 的 不 溶 性 阳 极 ，它 只 起 传 递 电 子 、导 通 电 流的 作 用 。电 解 液 中 的 铬 离 子 浓 度 ，需 依 靠 定 期 地 向 镀 液 中 加 入 铬 化合 物 来 维 持 。电 镀 时 ，阳 极 材 料 的 质 量 、电 镀 液 的 成 分 、温 度 、电 流密 度 、通 电 时 间 、搅 拌 强 度 、析 出 的 杂 质 、电 源 波 形 等 都 会 影 响
8、镀 层的 质 量 ，需 要 适 时 进 行 控 制 。 4. 电镀技术4.1 无 氰 碱 性 亮 铜 ：冶金与建筑工程系 教 案在 铜 合 金 上 一 步 完 成 预 镀 与 加 厚 ，镀 层 厚 度 可 达 10m 以 上 ，亮度 如 酸 性 亮 铜 镀 层 ，若 进 行 发 黑 处 理 可 达 漆 黑 效 果 ，已 在 1 万 升 槽正 常 运 行 两 年 。 4.2 无 氰 光 亮 镀 银 ：普 通 型 以 硫 代 硫 酸 盐 为 主 络 合 剂 ，高 级 型 以 不 含 硫 的 有 机 物 为主 络 合 剂 。全 光 亮 镀 层 厚 度 可 达 40m 以 上 ，镀 层 表 面 电 阻
9、41 ，硬 度 HV101.4，热 冲 击 250合 格 ，非 常 接 近 氰 化 镀 银的 性 能 。 4.3 无 氰 自 催 化 化 学 镀 金 ：主 盐 采 用 Na3Au(SO3)2,金 层 厚 度 可 达 1.5m，已 用 在 高 密 度柔 性 线 路 板 和 电 子 陶 瓷 上 镀 金 。 4.4 非 甲 醛 自 催 化 化 学 镀 铜 ：用 于 线 路 板 的 通 孔 镀 和 非 导 体 表 面 金 属 化 。革 除 有 毒 甲 醛 代 之以 廉 价 无 毒 次 磷 酸 盐 ，目 前 国 内 外 尚 无 商 业 化 产 品 。已 基 本 完 成 实验 室 研 究 ，沉 积 速 度
10、 34m/h，寿 命 达 10 循 环 （MTO）以 上 ，镀 层 致密 、光 亮 。但 有 待 进 一 步 完 善 和 进 行 中 试 考 验 。 4.5 纯 钯 电 镀 ：Ni 会 引 发 皮 炎 ，欧 盟 早 已 拒 绝 含 Ni 饰 品 进 口 ，钯 是 最 佳 的 代 Ni金 属 。本 项 目 完 成 于 1997 年 ，包 括 二 种 工 艺 ，一 是 薄 钯 电 镀 ，厚 度0.10.2m，已 用 在 白 铜 锡 上 作 为 防 腐 装 饰 性 镀 层 和 防 银 变 色 层 ；二是 厚 钯 电 镀 ，厚 度 达 3m 无 裂 纹 （目 前 的 国 际 水 平 ），因 钯 昂 贵
11、 ，目前 尚 未 进 入 国 内 市 场 。 4.6 三 价 铬 锌 镀 层 蓝 白 和 彩 色 钝 化 剂 ：冶金与建筑工程系 教 案以 三 价 铬 盐 代 替 致 癌 的 六 价 铬 盐 。蓝 白 钝 化 色 泽 如 镀 铬 层 ，通 过中 性 盐 雾 实 验 24 小 时 以 上 ，一 些 特 殊 处 理 的 可 达 到 中 性 盐 雾 试 验96 小 时 以 上 ，已 经 历 了 十 年 的 市 场 考 验 。彩 色 钝 化 相 较 蓝 白 钝 化 ，色 泽 鲜 艳 ，其 中 性 盐 雾 试 验 时 间 较 蓝 白 钝 化 高 出 许 多 ，可 达 到 48至 120 小 时 。 4.
12、7 纯 金 电 镀 ：主 盐 为 KAu(CN)2，属 微 氰 工 艺 。镀 层 金 纯 度 99.99%，金 丝（30m）键 合 强 度 5g，焊 球 （25m）抗 剪 切 强 度 1.2Kg。努 普 硬 度H 90，已 用 于 高 密 度 柔 性 线 路 板 镀 金 。 4.8 白 钢 电 镀 ：有 Pd（60）Ni（40）和 Pd（80）Ni（20）两 种 ，已 在 电 子 产 品 中 用 作 代金 镀 层 和 防 银 变 色 层 。 4.9 其 它 技 术 ：贵 金 属 金 、银 、钯 回 收 技 术 ；金 刚 石 镶 嵌 镀 技 术 ；不 锈 钢 电 化 学 和化 学 精 抛 光 技
13、 术 ；纺 织 品 镀 铜 、镀 镍 技 术 ；硬 金 （Au-Co,Au-Ni）电 镀 ；钯 钴 合 金 电 镀 ；枪 黑 色 SnNi 电 镀 ；化 学 镀 金 ；纯 金 浸 镀 ；化 学 沉 银 ；化 学 沉 锡 。 二、镀铬1. 概述铬 是 一 种 微 带 蓝 色 的 银 白 色 金 属 ，相 对 原 子 质 量 5199，密 度698 721g/cm3，熔 点 为 1875 1920，标 准 电 极 电 位 为 尤 什/c，-074V，老 ”/c，”-041V 和 P 甚 e+/Cr 抖 -133V，金 属 铬 在 空 气冶金与建筑工程系 教 案中 极 易 钝 化 ，表 面 形 成
14、一 层 极 薄 的 钝 化 膜 ，从 而 显 示 出 贵 金 属 的 性质 。 镀 铬 层 具 有 很 高 的 硬 度 ，根 据 镀 液 成 分 和 工 艺 条 件 不 同 ，其 硬 度可 在 很 大 范 围 400 1200HV 内 变 化 。镀 铬 层 有 较 好 的 耐 热 性 ，在500以 下 加 热 ，其 光 泽 性 、硬 度 均 无 明 显 变 化 ，温 度 大 于 500开 始氧 化 变 色 ，大 于 700硬 度 开 始 降 低 。镀 铬 层 的 摩 擦 系 数 小 ，特 别 是干 摩 擦 系 数 ，在 所 有 的 金 属 中 是 最 低 的 。所 以 镀 铬 层 具 有 很
15、好 的 耐磨 性 。 铬 镀 层 具 有 良 好 的 化 学 稳 定 性 ，在 碱 、硫 化 物 、硝 酸 和 大 多 数 有机 酸 中 均 不 发 生 作 用 ，但 能 溶 于 氢 卤 酸 （如 盐 酸 ）和 热 的 硫 酸 中 。2. 镀铬工艺特点从 常 用 的 铬 酸 镀 液 镀 铬 ，与 其 他 单 金 属 镀 液 相 比 ，镀 铬 液 虽 成分 简 单 ，但 镀 铬 过 程 却 相 当 复 杂 ，并 具 有 如 下 特 点 。 镀 铬 液 的 主 要 成 分 不 是 金 属 铬 盐 ，而 是 铬 的 含 氧 酸 铬 酸 ，属 于 强 酸 性 镀 液 。电 镀 过 程 中 ，阴 极 过
16、 程 复 杂 ，阴 极 电 流 大 部 分消 耗 在 析 氢 及 六 价 铬 还 原 为 三 价 铬 两 个 副 反 应 上 ，故 镀 铬 的 阴 极电 流 效 率 很 低 （10% l8%）。而 且 有 三 个 异 常 现 象 ：电 流 效 率 随 铬酐 浓 度 的 升 高 而 下 降 l 随 温 度 的 升 高 而 下 降 ；随 电 流 密 度 的 增 加而 升 高 。 在 镀 铬 液 中 ，必 须 添 加 一 定 量 的 阴 离 子 ，如 SO42-、SiF62 一 、F 一 等 ，才 能 实 现 金 属 铬 的 正 常 沉 积 。 镀 铬 液 的 分 散 能 力 很 低 ，对 于 形
17、状 复 杂 的 零 件 ，需 采 用 象 形 阳极 或 辅 助 阴 极 ，以 得 到 均 匀 的 镀 铬 层 。对 挂 具 的 要 求 也 比 较 严 格 。冶金与建筑工程系 教 案 镀 铬 需 采 用 较 高 的 阴 极 电 流 密 度 ，通 常 在 20A/dm2 以 上 ，比一 般 的 镀 种 高 l0 倍 以 上 。由 于 阴 极 和 阳 极 大 量 析 出 气 体 ，使 镀 液的 电 阻 较 大 ，槽 压 升 高 ，对 电 镀 电 源 要 求 高 ，需 采 用 大 于 l2V 的电 源 ，而 其 他 镀 种 使 用 8V 以 下 的 电 源 即 可 。 镀 铬 的 阳 极 不 用 金
18、 属 铬 ，而 采 用 不 溶 性 阳 极 。通 常 使 用 铅 、铅一 锑 合 金 及 铅 一 锡 合 金 。镀 液 内 由 于 沉 积 或 其 他 原 因 而 消 耗 的 铬需 靠 添 加 铬 酐 来 补 充 。 镀 铬 的 操 作 温 度 和 阴 极 电 流 密 度 有 一 定 的 依 赖 关 系 ，改 变 二者 关 系 可 获 得 不 同 性 能 的 铬 镀 层 。3. 镀铬工艺3.1 防 护 -装 饰 性 镀 铬 防 护 -装 饰 性 镀 铬 不 仅 要 求 镀 层 在 大 气 中 具 有 很 好 的 耐 蚀 性 ，而且 要 有 美 丽 的 外 观 。 这 类 镀 层 也 常 用 于
19、 非 金 属 材 料 的 电 镀 。 防 护 -装 饰 性 镀 铬 可 分 为 一 般 防 护 装 饰 镀 铬 与 高 耐 蚀 性 防 护 装 饰镀 铬 。3.2 滚 镀 铬 需 要 镀 铬 的 细 小 零 件 ，如 采 用 通 常 的 挂 镀 ，不 仅 效 率 低 ，而 且 镀件 上 常 留 下 夹 具 的 痕 迹 ，不 能 保 证 镀 层 的 质 量 。滚 镀 铬 多 用 于 体 积小 、数 量 多 、又 难 以 悬 挂 零 件 的 装 饰 性 多 层 电 镀 ，如 铜 /光 亮 镍 /铬 或光 亮 低 锡 青 铜 /铬 。此 法 可 提 高 生 产 效 率 、降 低 成 本 。但 它 只
20、 适 用 于形 状 简 单 、具 有 一 定 自 重 的 镀 件 ；不 适 用 于 扁 平 片 状 、自 重 小 以 及 外冶金与建筑工程系 教 案观 要 求 较 高 的 零 件 电 镀 。3.3 镀 硬 铬 硬 铬 又 称 耐 磨 铬 ，硬 铬 镀 层 不 仅 要 有 一 定 的 光 泽 ，而 且 要 求 底 层的 硬 度 高 、耐 磨 性 好 并 与 基 体 结 合 牢 固 。 镀 层 厚 度 应 根 据 使 用 场 合 不 同 而 异 。在 机 械 载 荷 较 轻 和 一 般 性防 护 时 ，厚 度 为 l0 20m；在 滑 动 载 荷 且 压 力 不 太 大 时 ，厚 度 为20 25
21、m；在 机 械 应 力 较 大 和 抗 强 腐 蚀 作 用 时 ，厚 度 高 达l50 300m；修 复 零 件 尺 寸 厚 度 可 达 800 1000m。3.4 镀 松 孔 铬 松 孔 铬 镀 层 是 具 有 一 定 疏 密 程 度 和 深 度 网 状 沟 纹 的 硬 铬 镀 层 ，具 有 很 好 的 储 油 能 力 。工 作 时 ，沟 纹 内 储 存 的 润 滑 油 被 挤 出 ，溢 流 在工 件 表 面 上 ，由 于 毛 细 管 作 用 ，润 滑 油 还 可 以 沿 着 沟 纹 渗 到 整 个 工件 表 面 ，从 而 改 善 整 个 工 件 表 面 的 润 滑 性 能 ，降 低 摩 擦
22、 系 数 ，提 高 抗磨 损 性 能 。3.5 镀 乳 白 铬 乳 白 铬 一 般 厚 度 在 30 60m，抗 蚀 性 能 良 好 ，但 硬 度 较 低 ，光泽 性 差 。镀 乳 白 铬 的 工 艺 、镀 前 准 备 和 镀 后 处 理 ，基 本 与 镀 硬 铬 相 同 。其 主 要 的 不 同 点 是 ：要 求 温 度 较 高 （65 75），阴 极 电 流 密 度 较 低（25 30A/dm2）。4.影 响 镀 铬 后 表 面 粗 糙 度 的 因 素工 件 表 面 镀 铬 后 的 表 面 粗 糙 度 与 以 下 条 件 有 直 接 的 关 系 ： 1、镀 前 基 体 的 表 面 粗 糙
23、度 （基 体 表 面 粗 糙 度 值 越 小 镀 后 表 面 粗糙 度 值 也 小 ）； 冶金与建筑工程系 教 案2、镀 液 温 度 的 高 低 （温 度 高 镀 后 表 面 粗 糙 度 值 就 大 ）； 3、电 流 密 度 的 大 小 （电 流 密 度 越 大 镀 后 表 面 粗 糙 度 值 就 大 ）； 4、镀 夜 浓 度 （镀 液 浓 度 大 镀 后 表 面 粗 糙 度 值 就 大 ）； 5、电 镀 时 间 （电 镀 时 间 越 长 镀 后 表 面 粗 糙 度 值 就 大 ）。 装 饰 镀 铬 镀 后 镀 后 表 面 粗 糙 度 值 差 别 不 大 ，镀 硬 铬 镀 前 镀 后 镀后 表 面 粗 糙 度 值 差 别 大 。 任务总结：掌握普通电镀的原理熟悉镀铬工艺布置任务：1.普通电镀的原理2.镀铬工艺有哪些特点？注：各栏大小可根据需要进行调整。
