电镀

电镀

一、 实验目的

1、 学习和实践基体表面镀铜的实验室基本操作流程，了解电镀的基本原理和工艺。 2、

2 实验原理

电镀是利用电化学方法在金属制品表面上沉积出一层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属做阳极，被氧化成阳离子进入电镀液；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。为排除其他阳离子的干扰，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，电镀能增强金属制品的耐腐蚀性，增加硬度和耐磨性，提高导电性，润滑性，耐热性和表面美观等性能。

镀液由含有镀覆金属的化合物、导电盐、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，在电场作用下移动到阴极上还原成镀层。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。

渡液的组成：主盐：能在阴极上沉积所要求的镀层金属的盐。

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导电盐：能提高溶液电导率，对导电金属离子不起络合作用的碱金属或者碱土金属的盐类（包 括铵盐）。

络合剂：能络合主盐中金属离子的物质。

缓冲剂：一般是弱酸和弱酸的酸式盐，用于使溶液的PH值变化范围变小。

添加剂：为了改善镀液性能和镀层质量，加入电镀液中的某些有机物。一般有以下几类：

⑴光亮剂：使镀层光亮。

⑵整平剂：使镀件微观波谷处的镀层更厚。

⑶润湿剂：降低电极与溶液间的表面张力，使溶液易于在电极表面铺展。 ⑷应力消减剂：降低镀层内应力，提高镀层韧性。 ⑸镀层细化剂：使镀层结晶细致。 电镀液主要成分及作用 (1)主盐

主盐是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子。镀液中主盐浓度必须在一个适当的范围，主盐浓度增加或减少，在其它条件不变时，都会对电沉积过程及最后的镀层组织有影响。比如，主盐浓度升高，电流效率提高，金属沉积速度加快，镀层晶粒较粗，溶液分散能力下降。 (2)络合剂

有些情况下，若镀液中主盐的金属离子为简单离子时，则镀层晶粒粗大，因此，要采用络合离子的镀液。获得络合离子的方法是加入络合剂，即能络合主盐的金属离子形成络合物的物质。络合物是一种由简单化合物相互作用而形成的“分子化合物”。在含络合物的镀液中，影响电镀效果的主要是主盐与络合剂的相对含量，即络合剂的游离量，而不是绝对含量。 (3)附加盐

附加盐是电镀中除主要盐外的某些碱金属或碱土金属盐类，主要用于提高电镀液的导电性，对主盐中的金属离子不起络合作用。有些附加盐还能改善镀液的深镀能力，分散能力，产生细致的镀层。 (4)缓冲剂

缓冲剂是指用来稳定溶液酸碱度的物质。这类物质一般是由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成的，能使溶液遇到碱或酸时，溶液的pH值变化幅度缩少。 (5)阳极活化剂

镀液中能促进阳极活化的物质称阳极活化剂。阳极活化剂的作用是提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常地溶解。阳极活化剂含量不足时阳极溶解不正常，主盐的含量下降较快，影响镀液的稳定。严重时，电镀不能正常进行。 (6)添加剂

添加剂是指不会明显改变镀层导电性，而能显著改善镀层性能的物质。根据在镀液中所起的作用，添加剂可分为：光亮剂，整平剂，和抑雾剂等。

电镀的基本原理如前图示。在分别接入直流电源正负极的两洁净铜片间，以硫酸铜溶液作为介质就构成了一个简单的电镀铜装置。

电镀时，在外电场作用下，阳极表面金属离子失去电子，氧化成离子进入溶液；而运动到阴极表面的离子则获得电子，还原成原子，沉积在阴极表面形成镀层。可见，阴极过程对电镀层的质量起决定性作用。

电镀反应实质上是一种电化学反应。 ?

被镀的零件为阴极﹐与直流电源的负极相连，金属阳极与直流电源的正极联结，阳极与阴极均浸入镀液中。 ?

当在阴阳两极间施加一定电位时﹐则在阴极发生如下反应﹕从镀液内部扩散到电极和镀液界面的金属离子Mn+从阴极上获得n个电子﹐还原成金属M；另一方面﹐在阳极则发生与阴极完全相反的反应﹐即阳极界面上发生金属M的溶解﹐释放n个电子生成金属离子Mn+。

1）.电极电位

当金属电极浸入含有该金属离子的溶液中时,存在如下的平衡,即金属失电子而溶解于溶液的反应和金属离子得电子而析出金属的逆反应应同时存在: Mn++ne M

平衡电位与金属的本性和溶液的温度、浓度有关。为了精确比较物质本性对平衡电位的影响,人们规定当溶液温度为25℃,金属离子的浓度为1mol/L时,测得的电位叫标准电极电位。标准电极电位负值较大的金属都易失掉电子被氧化,而标准电极电位正值较大的金属都易得到电子被还原。 2）.极化

在原电池(或腐蚀电池)的工作过程中，阴极电位变低(称为阴极极化)，阳极电位变高(称为阳极极化)，阴极和阳极电位差变小的现象称为极化。产生极化作用的原因主要是电化学极化和浓差极化。 （1）电化学极化

由于阴极上电化学反应速度小于外电源供给电子的速度,从而使电极电位向负的方向移动而引起的极化作用。 （2）浓差极化

由于邻近电极表液层的浓度与溶液主体的浓度发生差异而产生的极化称浓差极化,这是由于溶液中离子扩散速度小于电子运动造成的。

阴极极化对于改善镀层质量起着很重要的作用。

3 仪器及药品

铁片（俩块），直流稳压电源，0.5级500mA电流表，电子分析天平，秒表 4 实验步骤

1 在镀槽中加适当氯化钾镀锌溶液；

2 剪3.0cm×3.0cm铁片，计算面积。用盐酸退锌，去除挂灰，擦干，称量，用去污粉除油；

3 安装。两片锌片阳极在两边，待镀铁片做阴极在中间，三者平行，串联电流表，打开直流稳压电源，加大电流至250mA，电镀20分钟，注意维持稳流，计算电流密度；

4 电流调至零，关闭直流稳压电源，取下铁片，水洗，擦干，用分析天平称量质量； 5 用同样的方法再镀一块；

6 取一块镀锌铁片用点滴法测定厚度，滴一滴测定溶液维持60秒，用滤纸吸干，再滴第二滴，用同样的方法做，直到露出底层金属，计算锌镀层厚度。反复弯折铁片角度90度试验镀层的结合力； 7 另一块镀锌铁片用镊子放入钝化液中2-5秒，取出洗净，观察颜色变化。