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表面工程技术之电镀技术详解

创作时间:

作者:

@小白创作中心

表面工程技术之电镀技术详解

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来源

https://www.bilibili.com/read/cv39326893/

表面工程是一门通过在固体表面施加金属或非金属涂层来改善材料表面性能的系统工程。它通过对产品表面进行形、色、质、光等方面的处理，使其更符合使用需求。本文将重点介绍表面工程技术中的一种重要技术——电镀技术，包括其定义、作用、各类应用以及在非金属材料上的具体工艺流程。

表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆金属或非金属，以改善表面性能的系统工程。对产品的表面进行一系列形、色、质、光等处理，使之更加宜人、更加完美、更加满足人们多方面的使用要求。常用的表面工程技术有：电镀、化学镀、涂装、热浸镀、热喷涂、高能束、化学转膜技术等。

1、电镀技术

通过电解方法在固体表面上获得金属沉积层的过程，目的在于改变固体材料的表面特性。其主要作用在于：改善外观，提高耐蚀、耐磨及减摩性能，制成特定成分和性能的金属覆盖层。

1.1 应用

1.1.1 防护性镀层

防护性镀层主要用于被镀件在大气和其他环境中的防锈及防腐蚀。针对钢铁件，可镀锌、镉、锡及其合金（如锌镍、锌铁、锌锡、锌钛、锡镍等），具有独特的金属感，且具有导电性和可摩擦性。

1.1.2 装饰性镀层

装饰性镀层以装饰性为主要目的，其本身要在大气中具有稳定性和一定的耐磨性。针对钢铁件，可镀铜镍铬、镍铬、双层镍铬、三层镍铬；仿金（用于镍镀层上）。效果是外观亮泽，色调均匀协调。

1.1.3 功能性镀层

主要利用镀层本身的特殊性质和功能，具有一定的耐蚀性和装饰性。具体可分为：

耐磨和减摩擦镀层：可镀硬铬、镍磷（电镀及化学镀）、镍（复合镀），针对气缸、活塞环、轴、模具和量具等。

减摩擦镀层：可镀锡、铅锡合金、银铅合金、铅锡锑三元合金，针对轴瓦、轴套等需要减摩擦的滑动接触面。

导电性镀层：可镀铜、银；银锑合金、银金合金、金钴合金（同时要求耐磨）。
磁性镀层：可镀镍铁、镍钴、镍钴磷。
高温抗氧化镀层：可镀铬（转子发动机内腔）、铬合金（喷气发动机转子叶片）、铂铑合金（高温熔炼炉、电子元器件、高温熔池）。

修复性镀层：可镀铜、铁、硬铬，针对汽车、拖拉机的曲轴、键；纺织机的压辊等。

1.2 常用金属表面装饰电镀

1.2.1 镀铬

在大气中有强烈的钝化能力，经久不变色。
极高的硬度，优良的耐磨性及耐热性，500℃无影响。
反光能力仅次于银镀层。
防护装饰性镀铬是在抛光后的镀件上镀铬；镀硬铬是在各种镀件表面上镀较厚（一般20μm以上）的铬层。

1.2.2 镀镍

镍——微黄色金属，具有良好的强度和韧性，能抵抗大气的腐蚀，与强碱不发生反应。
不耐稀硝酸的腐蚀。
在其镀液中加入各种添加剂（如苄叉丙酮为主的光亮剂）后，能得到镜面光亮的镀层，是防护装饰性的主要镀层。
镍的电位比铁高，镍镀层对钢铁基本来说是阴极性的镀层。镍镀层若有孔隙，则会加快基体的铁的腐蚀，因此为了提高镍镀层质量，需要减少孔隙。常用多层镀的方法来减少孔隙，如厚铜薄镍层，先镀较厚的铜锡合金，再镀较薄的镍镀层。
镀镍价格较贵，一般用于附加值或较重要的部件。

1.2.3 镀银

银——白色光亮、可塑及具有极强反光能力的金属。
硬度比铜差，比金高。
在碱液和某些有机酸中十分稳定，但溶于硝酸和微溶于硫酸。
一般大气中，银较为稳定；若在含有氧化物和硫化物的空气中，银表面会很快变色，并迅速失去反光能力。
因为价格较高，一般不适于作为防护镀层，但常用于装饰的目的，主要用于仪器仪表行业作为防护装饰的电镀层和反光镀层。
为了防止银镀层变色，可以做这些工艺：化学钝化或电解钝化，让银镀层上生成一层保护膜；往银镀层上沉积一薄层贵金属，如金、铑、钯等；覆盖有机材料薄膜，即在银镀层表面覆层薄而透明的有机材料使其与空气隔开，防止银镀层变色；电镀具有一定抗变色能力的银基合金。

1.2.4 镀金

一种黄色、可塑性极好的金属，质软，易于抛光。
具有极高的化学稳定性，在碱及各种酸中都较稳定，但可溶解于王水，也可溶解于盐酸及铬酸的混合液中，硫化氢及其他硫化物对金都不起作用。
价格昂贵。
一般在铜或银镀层外进行。
金镀层本身质软、不耐磨，因此在氰化镀金电解液中加入银、镍、钴等金属离子，或者采用酸性光亮镀金溶液，能提高金镀层的硬度和光泽度，减少金的消耗。

1.3 非金属材料上的电镀

工程塑料可以大幅减轻设备的自重，可以大量节省各种金属材料和机械加工费用，但是它本身不耐磨、不导热、易变形且不抗污染。所以，可以给非金属材料施加一层金属镀层，以满足不同应用场合对产品性能的要求。

非金属材料是绝缘体，无法直接电镀。给非金属材料制品表面施加导电层的途径主要有涂刷金属或石墨粉、烧渗导层、涂导电层及化学镀。在电镀前，主要工序为：

机械粗化——化学脱脂——化学粗化——敏化处理——活化处理——还原处理——化学镀覆

电镀后可防止塑料老化，延长塑料件的使用寿命。ABS、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙、酚醛玻璃纤维增强塑料、聚苯乙烯都适合此表面工程。

1.3.1 机械粗化

一般通过砂纸研磨、喷砂或喷丸来实现。这些方法都是对材料表面的粗糙度做改变，其中，喷砂或喷丸处理可以均匀地增加材料表面的粗糙度，处理效率较高。粗化结束后，必须清洗完干燥之后，再进行下一道工序。

1.3.2 化学脱脂

去除工件表面的油污，促使表面粗化均匀，从而提高镀层的综合力，延长粗化液的使用寿命。主要方法分为有机溶剂脱脂和碱液脱脂两种。

1.3.3 化学粗化

通过强酸、强碱或强氧化剂的作用，使非金属材料表面发生蚀刻，形成均匀的微观粗糙结构。这种结构有助于增加表面积，提高镀层或涂层与基体的结合力。在ABS塑料的电镀过程中，化学粗化是关键的预处理步骤之一。通过铬酸和硫酸的混合液对ABS塑料表面进行粗化处理，可以在其表面形成大量均匀的微小孔穴，从而增加表面积和亲水性，为后续的敏化、活化及电镀过程提供良好的基础。