《表面工程概論》PPT課件

1、3.2合金電鍍,合金電鍍：在一個(gè)鍍槽中，同時(shí)沉積含有兩種或兩種以上金屬元素鍍層稱為合金電鍍。第一次鍍出合金鍍層，大致在1835-1845年，與單金屬電鍍出現(xiàn)的時(shí)代相同。但由于合金電鍍比單金屬電鍍復(fù)雜和困難，因此，直到20世紀(jì)20年代，合金鍍層還很少真正應(yīng)用于工業(yè)。但隨著工業(yè)的發(fā)展，加上合金鍍層具有單金屬鍍層所不能達(dá)到的一些優(yōu)良性能，合金電鍍工藝也不斷得到發(fā)展，有各種合金鍍層已逐步被研究和應(yīng)用，到目前已研究過(guò)的電鍍合金體系已超過(guò)230金種，在工業(yè)上獲得應(yīng)用的大約30多種，比單金屬鍍層種類多。,3.2.1合金電鍍的特點(diǎn)與熱冶金合金相比，電鍍合金具有如下主要特點(diǎn)：容易獲得高熔點(diǎn)與低熔點(diǎn)金屬組成的合金

2、，如Sn-Ni合金。可獲得熱熔相圖沒(méi)有的合金，如銅錫合金。容易獲得組織致密、性能優(yōu)異的非晶態(tài)合金，如NiP合金。在相同合金成分下，電鍍合金與熱熔合金比，硬度高，延展性差，如NiP、CoP合金。,與單金屬鍍層相比，合金鍍層有如下主要特點(diǎn)：能獲得單一金屬所沒(méi)有的特殊物理性能，如導(dǎo)磁性、減磨性（自潤(rùn)滑性）、釬焊性。合金鍍層結(jié)晶更細(xì)致，鍍層更平整，光亮。可以獲得非晶結(jié)構(gòu)鍍層。合金鍍層可具備比組成他們的單金屬層更耐磨、耐蝕，更耐高溫，并有更高硬度和強(qiáng)度，但延展性和韌性通常有所降低。不能從水溶液中單獨(dú)電鍍的W、Mo、Ti、V等金屬可與鐵族元素（Fe、Co、Ni）共沉積形成合金。能獲得單一金屬得不到的外觀。

3、通過(guò)成分設(shè)計(jì)和工藝控制，可得到不同色調(diào)的合金鍍層（如Ag合金，彩色鍍Ni及仿金合金等）具有更好的裝飾效果。,3.2.2沉積合金的條件兩種金屬中至少有一種金屬能從其鹽的水溶液中沉積出來(lái)。有些金屬（如W，MO等）不能從其鹽的水溶液中沉積出來(lái)，但可以借助誘導(dǎo)沉種與鐵族金屬共沉積。共沉積的兩種金屬的沉積電位必須十分接近。如果相差太大，則電位較正的金屬將優(yōu)先鍍出來(lái)，甚至完全排斥電位較負(fù)金屬的析出。這樣就不能形成合金鍍層。因此，要使沉積時(shí)的電位相差較大的兩種或三種金屬共同沉積形成合金鍍層，就必須利用各種工藝條件使它們?cè)诔练e時(shí)的電位互相接近。,要使A，B同時(shí)在陰極上共沉積的必要條件是：E析AE析BEOA+(

4、RT/nAF)aA+EAEOB+(RT/nBF)aB+EB上式表明：兩種金屬在同一陰極電位下共沉積的必要條件與兩種金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位、離子活度及陰極極化程度有關(guān)。,要使兩種金屬析出電位接近，以實(shí)現(xiàn)金屬共沉積，一般可采用如下方法：改變鍍液中金屬離子的濃度：增大較活潑金屬的濃度使它的電位正移，或者降低較貴金屬離子的濃度使它的電位負(fù)移，從而使它們的電位接近。采用適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑：采用絡(luò)合劑是使電位相差較大的金屬離子實(shí)現(xiàn)共沉積最有效的方法，金屬絡(luò)離子能降低離子的有效濃度，但對(duì)兩種金屬沉積時(shí)的極化作用有不同的影響，對(duì)析出電位較負(fù)不易鍍出的金屬，影響較小，而對(duì)電位較正，容易鍍出的金屬影響較大，使它在沉積時(shí)的電

5、位變得更負(fù)，變得不易鍍出，從而使兩種金屬在沉積時(shí)的電位接近。,采用適合的添加劑：添加劑在鍍液中的含量比較少，一般不影響金屬的平衡電位，有些添加劑能顯著地增大或降低陰極極化，明顯地改變金屬的析出電位，從而對(duì)某些金屬沉積起作用，使之實(shí)現(xiàn)共沉積。例如添加明膠可使銅、鋁離子實(shí)現(xiàn)共沉積。,3.2.3合金共沉積的類型根據(jù)鍍液組成和工作條件的各個(gè)參數(shù)對(duì)合金沉積層組成的影響特征，可將合金共沉積分為以下五類：（1）正則共沉積。正則共沉積過(guò)程的特征是基本上受擴(kuò)散控制。電鍍參數(shù)（包括鍍液組成和工藝條件）通過(guò)影響金屬離子在陰極擴(kuò)散層中的濃度變化來(lái)影響合金鍍層的組成。因此，可增加鍍液中金屬的總含量，降低電流密度，提高溫

6、度和增強(qiáng)攪拌等增加陰極擴(kuò)散層中金屬離子的濃度的措施，都會(huì)增加電位較正金屬在合金中的含量。正則共沉積主要出現(xiàn)在單鹽鍍液中。,（2）非正則共沉積。非正則共沉積的特征是過(guò)程受擴(kuò)散控制的程度小，主要受陰極電位的控制。在這種共沉積過(guò)程中，某些電鍍參數(shù)對(duì)合金沉積的影響遵守?cái)U(kuò)散理論，而另一些卻與擴(kuò)散理論相矛盾。與此同時(shí)，對(duì)于合金共沉積的組成影響，各電鍍參數(shù)表現(xiàn)都不像正則共沉積那樣明顯。非正則共沉積主要出現(xiàn)在采用絡(luò)合物沉積的鍍液體系。（3）平衡共沉積。當(dāng)兩種金屬?gòu)奶幱诨瘜W(xué)平衡的鍍液中共沉積時(shí)，這種過(guò)程稱平衡共沉積。平衡共沉積的特點(diǎn)是在低電流密度下（陰極極化不明顯）合金沉積層中的金屬含量比等于鍍液中的金屬含量比

7、。只有很少幾個(gè)共沉積過(guò)程屬于平衡共沉積體系。,（4）異常共沉積。異常共沉積的特點(diǎn)是電位較負(fù)的金屬反而優(yōu)先沉積，它不遵循電化學(xué)理論，而在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中還出現(xiàn)其他特殊控制因素，因而超脫了一般的正常概念，故稱異常共沉積。對(duì)于給定的鍍液，只有在某種濃度和某種工藝條件下才出現(xiàn)異常共沉積，而在另外的情況下則出現(xiàn)其他共析形態(tài)。異常共沉積較少見(jiàn)。（5）誘導(dǎo)共沉積。鉬、鎢和鈦等金屬不能自水溶液中單獨(dú)沉積，但可與鐵族金屬實(shí)現(xiàn)共析，這一過(guò)程稱誘導(dǎo)共析。同其他共沉積相比較，誘導(dǎo)共沉積更難推測(cè)各個(gè)電鍍參數(shù)對(duì)合金組成的影響。通常把能促使難沉積金屬共沉積的鐵族金屬成為誘導(dǎo)金屬。,前面三種共沉積形態(tài)可統(tǒng)稱為常規(guī)共沉積，它們

8、的共同點(diǎn)是兩金屬在合金共沉積層中的相對(duì)含量可以定性地依據(jù)它們?cè)趯?duì)應(yīng)溶液中的平衡電位來(lái)推斷，而且電位較正的金屬總是優(yōu)先沉積。后面兩種共沉積統(tǒng)稱為非常規(guī)共沉積。表1是五種類型共沉積的典型示例。,3.2.4影響合金鍍層的因素鍍液中金屬濃度比的影響：影響合金組成的最重要的因素是金屬離子在溶液中的濃度比。對(duì)于正則共沉積，提高鍍液中不活潑金屬的濃度，使鍍層中不活潑金屬的含量也按比例增加。對(duì)于非正則共沉積，雖然提高鍍液中不活潑金屬的濃度，鍍層中的不活潑金屬的含量也隨之提高，但卻不成比例。,鍍液中金屬總濃度的影響：在金屬濃度比不變的情況下，改變鍍液中金屬的總濃度，在正則共沉積時(shí)將提高不活潑金屬的含量，但沒(méi)有改

9、變?cè)摻饘贊舛葧r(shí)那么明顯。對(duì)非正則共沉積的合金組分影響不大，而且與正則共沉積不同，增大總濃度，不活潑金屬在合金中的含量視金屬在鍍液中的濃度比而定，可能增加也可能降低。,絡(luò)合劑濃度的影響：一般來(lái)說(shuō)，如果絡(luò)合劑濃度的增加使其中某一金屬的沉積電位比另一金屬的沉積電位負(fù)得較多，則此金屬在合金沉積中的相對(duì)含量將會(huì)降低。采用單一絡(luò)合劑同時(shí)絡(luò)合兩種金屬離子：增加絡(luò)合劑濃度會(huì)使兩種離子的沉積電位都變負(fù)，但由于變負(fù)的程度不一致，從而使鍍層中的合金比例發(fā)生變化。哪種組分金屬在沉積時(shí)的電位變負(fù)的幅度大于另一組分金屬，則哪種組分在鍍層中的含量就會(huì)降低。兩種金屬離子各用不同的絡(luò)合劑絡(luò)合：若增大其中一種絡(luò)合劑的濃度，則會(huì)使與其對(duì)應(yīng)的金屬離子沉積電位降低，從而使鍍層中該金屬的含量降低。,添加劑的影響：添加劑的作用除了同鍍純金屬那樣起光亮，整平等作用外，還可以取到類似絡(luò)合劑的作用，即利用其對(duì)某類金屬離子的極化作用的選擇性來(lái)控制其在鍍層中的含量。PH值的影響：在含簡(jiǎn)單離子的鍍液中，PH值的變化對(duì)鍍層組成影響不大。但是在含絡(luò)離子的鍍液中，PH值的變化往往會(huì)影響到絡(luò)合離子的組成和穩(wěn)定性，故對(duì)鍍層組成影響較大。但PH值的變化對(duì)鍍層物理性能的影響比對(duì)其組成的影響更大，故對(duì)電鍍一些特殊的合金，控制鍍液的PH值是很重要的。,工藝參數(shù)的影響電流密度：一般情況下，隨著電流密度的提高，極化作用程度加大，從而有利于