《電鍍金屬及其合金》課件

電鍍金屬及其合金電鍍是一種在金屬表面涂覆一層金屬薄層的工藝，用于改善金屬的性能，例如提高耐腐蝕性、增加美觀性、提高電導(dǎo)率等等。緒論本課程介紹電鍍金屬及其合金的原理、工藝和應(yīng)用，旨在幫助學(xué)生掌握電鍍技術(shù)的核心知識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。1.1電鍍的定義和用途裝飾性電鍍可用于裝飾金屬制品，提升美觀和價(jià)值。防腐蝕性電鍍可形成保護(hù)層，防止金屬腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命。導(dǎo)電性電鍍可改善金屬的導(dǎo)電性，應(yīng)用于電子元件和連接器。1.2電鍍過(guò)程概述1鍍層通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)在基體表面形成的金屬涂層2電解液含有金屬離子的溶液，提供鍍層金屬3電極陽(yáng)極提供金屬離子，陰極作為被鍍件4電源提供電流，驅(qū)動(dòng)電化學(xué)反應(yīng)電鍍過(guò)程包含多個(gè)步驟，包括表面預(yù)處理、電鍍、后處理等，每個(gè)步驟都影響最終鍍層的質(zhì)量和性能。1.3常見(jiàn)電鍍金屬及其特性銅銅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。在電鍍中，銅常用于鍍底層，提高基材的導(dǎo)電性，改善鍍層的結(jié)合力。鎳鎳具有耐腐蝕性、硬度高和耐磨性。電鍍鎳層能有效保護(hù)基材，提高零件的耐用性和裝飾性。鉻鉻具有耐磨性、耐腐蝕性和光澤度高。電鍍鉻層能提高金屬表面的硬度和耐磨性，并賦予其光亮的外觀。金金具有優(yōu)異的抗腐蝕性、耐磨性和裝飾性。電鍍金層常用于電子元件、珠寶首飾等，提高其耐用性和美觀度。金屬的結(jié)構(gòu)與性能金屬的結(jié)構(gòu)和性能直接影響其電鍍性能。了解金屬的結(jié)構(gòu)和性能對(duì)選擇合適的電鍍工藝至關(guān)重要。2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)是指金屬原子在空間中的排列方式。金屬原子以某種規(guī)則排列，形成晶格，具有周期性的結(jié)構(gòu)。金屬的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其物理性能，如硬度、強(qiáng)度、延展性等都有著重要影響。常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)包括體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)、面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)和密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)。2.2金屬的物理性能密度金屬的密度與其原子質(zhì)量和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。密度影響金屬的重量和體積，在工程應(yīng)用中很重要。熔點(diǎn)熔點(diǎn)是指金屬?gòu)墓虘B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度。熔點(diǎn)反映了金屬原子之間的結(jié)合力。硬度金屬的硬度是指其抵抗變形的能力。硬度對(duì)金屬的耐磨性和抗沖擊性能至關(guān)重要。延展性延展性是指金屬在不破裂的情況下被拉伸或彎曲的能力。延展性決定了金屬的成型和加工性能。2.3金屬的化學(xué)性能11.腐蝕金屬與環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬表面發(fā)生變化，例如氧化、腐蝕等。22.氧化還原反應(yīng)金屬在化學(xué)反應(yīng)中容易失去電子，被氧化成離子，形成化合物。33.與酸的反應(yīng)大多數(shù)金屬與酸反應(yīng)生成鹽和氫氣，例如鋅與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋅和氫氣。44.與堿的反應(yīng)一些金屬與堿反應(yīng)生成鹽和氫氣，例如鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣。電鍍金屬的電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)反應(yīng)是電鍍過(guò)程的核心，理解其基本原理是掌握電鍍工藝的關(guān)鍵。電化學(xué)反應(yīng)涉及電子轉(zhuǎn)移，并在金屬表面發(fā)生，進(jìn)而形成鍍層。3.1電化學(xué)反應(yīng)的基本原理電子轉(zhuǎn)移電化學(xué)反應(yīng)的核心是電子在反應(yīng)物之間轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致原子或離子的氧化還原。氧化還原反應(yīng)電極反應(yīng)通常涉及氧化和還原過(guò)程，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)變化。電極電位不同電極材料具有不同的電位，反應(yīng)發(fā)生時(shí)，電位差驅(qū)動(dòng)電子流動(dòng)，形成電流。電極反應(yīng)方程式電極反應(yīng)可通過(guò)化學(xué)方程式表示，反應(yīng)物、生成物和電子轉(zhuǎn)移情況一目了然。3.2極化現(xiàn)象及其控制11.電極極化電極反應(yīng)發(fā)生時(shí)，實(shí)際電極電位偏離平衡電位。正向極化指電極電位比平衡電位更正，負(fù)向極化指電極電位比平衡電位更負(fù)。22.極化類型主要有濃差極化、活化極化和歐姆極化。濃差極化由電極表面附近溶液中反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度梯度引起，活化極化由電極表面反應(yīng)速度控制，歐姆極化由電解質(zhì)溶液電阻導(dǎo)致。33.極化控制電鍍工藝中，通過(guò)調(diào)整電流密度、溫度、電解質(zhì)成分等參數(shù)，可以控制極化現(xiàn)象，保證鍍層質(zhì)量。3.3電解質(zhì)溶液的性質(zhì)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性電解質(zhì)溶液中含有可移動(dòng)的離子，這些離子在電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)，從而使電流通過(guò)。電解質(zhì)溶液的濃度電解質(zhì)溶液的濃度是指單位體積溶液中所含電解質(zhì)的量，它影響著溶液的導(dǎo)電性。電解質(zhì)溶液的溫度溫度升高會(huì)加速離子的運(yùn)動(dòng)，從而提高溶液的導(dǎo)電性。電解質(zhì)溶液的pH值pH值影響著電解質(zhì)溶液中離子的種類和濃度，從而影響電鍍過(guò)程的效率和鍍層質(zhì)量。電鍍?cè)O(shè)備及工藝電鍍?cè)O(shè)備是電鍍工藝的核心組成部分，為電鍍過(guò)程提供必要的條件。電鍍工藝包括一系列操作步驟，保證電鍍層質(zhì)量。4.1電源設(shè)備直流電源電鍍電源是電鍍過(guò)程中提供直流電的設(shè)備，通常使用直流電源，并根據(jù)電鍍工藝需求進(jìn)行電壓、電流調(diào)節(jié)。電流控制電流控制系統(tǒng)可以精確控制電流輸出，確保鍍層均勻、厚度穩(wěn)定。電壓控制電壓控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)電壓輸出，保證電鍍過(guò)程的穩(wěn)定性和效率。安全保護(hù)電源設(shè)備應(yīng)具備安全保護(hù)功能，防止過(guò)載、短路等意外情況發(fā)生。4.2電鍍槽及配件電鍍槽電鍍槽是電鍍過(guò)程中最重要的設(shè)備之一，它用來(lái)容納電解液和工件。電鍍槽的材質(zhì)通常為耐腐蝕的材料，例如聚丙烯、聚氯乙烯或不銹鋼。配件電鍍槽的配件包括陰極桿、陽(yáng)極桿、攪拌器、加熱器、溫度控制系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng)。這些配件能夠保證電鍍過(guò)程的正常進(jìn)行，并提高電鍍層的質(zhì)量。4.3電鍍前處理工藝1除油去除工件表面的油污、蠟和油脂。2酸洗去除工件表面的氧化物和銹蝕。3粗化增加工件表面積，提高鍍層附著力。4電鍍前清洗清除工件表面的殘留酸液和雜質(zhì)。電鍍前處理工藝是電鍍工藝的重要組成部分，它直接影響著鍍層的質(zhì)量和性能。4.4電鍍工藝參數(shù)控制溫度控制溫度影響電鍍液的電導(dǎo)率、反應(yīng)速度和沉積速度。電流密度控制控制電流密度能調(diào)節(jié)鍍層厚度、表面粗糙度和結(jié)晶結(jié)構(gòu)。時(shí)間控制通過(guò)控制電鍍時(shí)間，可以獲得所需的鍍層厚度。電鍍液成分控制電鍍液成分的穩(wěn)定性直接影響鍍層的質(zhì)量和一致性。常見(jiàn)電鍍金屬及其合金本部分將介紹幾種常用的電鍍金屬及其合金，涵蓋其應(yīng)用、特性和工藝。5.1鍍銅應(yīng)用范圍廣泛鍍銅廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、裝飾等行業(yè)。例如，電子元件連接、印刷電路板、金屬制品表面裝飾等。優(yōu)良導(dǎo)電性銅具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，鍍銅層可以提高金屬制品導(dǎo)電性能和散熱效果。保護(hù)基材鍍銅層可以防止基材氧化腐蝕，延長(zhǎng)制品的使用壽命，例如防止鋼鐵部件生銹。裝飾效果鍍銅層具有光澤，可以提高金屬制品的外觀，增強(qiáng)美觀度。5.2鍍鎳耐腐蝕性鍍鎳層可以有效提高基材的抗氧化性和耐腐蝕性，保護(hù)金屬免受環(huán)境腐蝕。裝飾性鍍鎳可以賦予金屬表面光亮、均勻的銀白色外觀，提升產(chǎn)品的裝飾效果。工藝成熟鍍鎳工藝已經(jīng)十分成熟，操作簡(jiǎn)便，成本相對(duì)低廉。5.3鍍鉻鍍鉻層特性鍍鉻層硬度高，耐磨損，耐腐蝕性強(qiáng)。廣泛應(yīng)用于工具、模具、機(jī)械零件表面，提高其耐用性和抗腐蝕性。鍍鉻工藝鍍鉻工藝通常采用電解法，使用鉻酸鹽電解液，在陰極上沉積鉻金屬?？刂齐娏髅芏取囟群碗娊庖撼煞?，確保鍍層質(zhì)量。5.4鍍金金的特性金是貴金屬，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和導(dǎo)電性。金的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易氧化，不易與其他金屬發(fā)生反應(yīng)。金的延展性好，可以被拉成極細(xì)的金屬絲，也可以被錘成極薄的金箔。金的熔點(diǎn)較高，可以制成各種形狀的裝飾品和器皿。鍍金工藝鍍金工藝通常采用電鍍方法，在基體金屬表面沉積一層金膜。鍍金工藝需要嚴(yán)格控制電鍍?nèi)芤旱某煞帧囟?、電流密度等參?shù)，以確保鍍層質(zhì)量。鍍金應(yīng)用鍍金廣泛應(yīng)用于電子、珠寶、手表、醫(yī)療器械等行業(yè)。鍍金可以提高產(chǎn)品的耐腐蝕性、導(dǎo)電性和裝飾性。例如，在電子行業(yè)中，鍍金可用于提高電子元件的可靠性和耐用性。5.5鍍銀1銀的特性銀是銀白色、金屬光澤，延展性強(qiáng)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好。2鍍銀工藝銀鍍層通常采用氰化物電鍍，也可采用非氰化物電鍍。3鍍銀應(yīng)用裝飾性鍍銀廣泛用于珠寶、餐具等，電子行業(yè)用作導(dǎo)電層。4鍍銀優(yōu)勢(shì)銀鍍層耐腐蝕性強(qiáng)，美觀，但價(jià)格高。5.6其他金屬及合金鍍錫錫的熔點(diǎn)低，易于電鍍。鍍錫層具有良好的耐腐蝕性，可用于制造罐頭、食品包裝等。鍍鋅鍍鋅層可以有效防止鋼鐵腐蝕，廣泛應(yīng)用于建筑材料、汽車制造等領(lǐng)域。鍍金鍍金層具有良好的裝飾性和耐腐蝕性，常用于制作首飾、手表等。鍍銀鍍銀層具有良好的導(dǎo)電性和反射性，常用于制作餐具、鏡面等。電鍍層的性能及評(píng)價(jià)電鍍層的性能直接影響著鍍件的應(yīng)用和壽命。評(píng)價(jià)指標(biāo)包括外觀、結(jié)構(gòu)、物理性能、化學(xué)性能和耐久性等。6.1電鍍層的外觀和結(jié)構(gòu)表面光潔度電鍍層表面光潔度直接影響產(chǎn)品外觀，通常采用光亮電鍍工藝以獲得光滑平整的表面。顏色和色澤電鍍層可以呈現(xiàn)不同的顏色，如金色、銀色、鎳色等，滿足不同產(chǎn)品裝飾需求。厚度和均勻性電鍍層厚度和均勻性影響其耐腐蝕性、耐磨性等性能，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行控制。顯微結(jié)構(gòu)通過(guò)顯微鏡觀察電鍍層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以了解其晶粒尺寸、缺陷等，有助于判斷電鍍質(zhì)量。6.2電鍍層的物理性能11.硬度電鍍層硬度決定了其耐磨損程度，影響產(chǎn)品使用壽命。22.韌性電鍍層韌性反映其抵抗沖擊和彎曲的能力，對(duì)產(chǎn)品耐沖擊性能至關(guān)重要。33.導(dǎo)電率對(duì)于電子產(chǎn)品，電鍍層導(dǎo)電性能直接影響其電氣性能和可靠性。44.厚度電鍍層厚度影響其保護(hù)能力、耐腐蝕性和裝飾效果。6.3電鍍層的化學(xué)性能耐腐蝕性電鍍層可以有效防止基體金屬氧化腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命?；瘜W(xué)穩(wěn)定性電鍍層在特定環(huán)境中保持穩(wěn)定，不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，保持其性能?；瘜W(xué)抗性電鍍層能夠抵抗特定化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，例如酸堿和溶劑。耐熱性電鍍層在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生熔化或變形，維持其功能。6.4電鍍層的耐久性耐腐蝕性電鍍層可有效抵抗環(huán)境因素引起的腐蝕，如氧化、酸雨和鹽霧。不同的電鍍金屬擁有不同的耐腐蝕性能，例如鍍鎳和鍍鉻具有較高的耐腐蝕性。耐磨損性電鍍層可以增強(qiáng)基材的耐磨損性能，防止表面刮傷和磨損。例如，鍍硬鉻可顯著提高零件的耐磨損性能，延長(zhǎng)使用壽命。7.電鍍廢水處理與環(huán)保電鍍廢水是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的污染源，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。有效處理電鍍廢水，保護(hù)環(huán)境，是電鍍行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。7.1電鍍廢水的來(lái)源及成分電鍍生產(chǎn)過(guò)程電鍍過(guò)程中，金屬離子和各種化學(xué)物質(zhì)會(huì)排放到水中，形成電鍍廢水。清洗工序零件在電鍍前需要清洗，清洗液會(huì)帶有油污、灰塵和其他雜質(zhì)，也可能含有酸堿等化學(xué)物質(zhì)。電鍍槽液電鍍槽液中含有金屬離子、添加劑以及電解質(zhì)，這些物質(zhì)在電鍍過(guò)程中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生廢水。7.2電鍍廢水的處理技術(shù)物理處理物理處理主要用于去除廢水中懸浮固體物質(zhì)，例如沉淀、過(guò)濾、離心分離等。物理處理可以有效降低廢水的濁度和懸浮物含量，但不能去除廢水中溶解的有害物質(zhì)。化學(xué)處理化學(xué)處理主要利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除廢水中溶解的污染物。常用的方法包括中和、氧化還原、沉淀、吸附等。生物處理生物處理利用微生物的代謝作用將廢水中的有機(jī)物降解成無(wú)機(jī)物。生