电镀基础知识
电镀是一种用电解方法沉积具有所需形态的镀层的过程。其目的一般是改变表面的特性，以提供改善外观、耐介质腐蚀、抗磨损以及其它特殊性能，或这些性能的综合，但有时电镀也仅用来改变零件的尺寸。电镀过程是一个复杂过程，为了达到上述性能要求，电镀工作者往往需要综合运用各门学科的知识才能妥善地解决电镀领域中的理论与工艺难题，故电镀是各学科之间相互渗透的边缘学科。
由于本书的性质不可能详尽无遗地介绍一切有关基础理论，只能将与电镀最直接有关的化学、电化学、金属腐蚀及电镀等有关基础与理论作扼要阐述，其它方面的知识，读者可参阅有关资料及文献。
自然界是由特构成的。研究自然界物质变化规律的科学统称为自然科学。不同的物质具有不同的性质。物质在发生物理变化时表现出来的性质称物理性质。物质变化时，只发生物理性质的变化，没有生成新的物质，这种变化称物理变化。研究物质物理变化的科学称物理学。物质在发生化学变化时表现出来的性质称化学性质，物质变化时伴随着有新物质生成的变化称化学变化。研究化学变化规律的科学称化学。一般而言，物质在发生物理变化时，不一定发生化学变化，但发生化学变化时，一定同时有物理变化的发生。
第一节氧化还原反应
内容：
在化学反应中有电子得失与转移，其反应物和生成物在反应前后的化合价发生了变化，这一类反应叫做氧化还原反应。例如金属锌在硫酸铜溶液中所发生的置换反应就是氧化还原反应：
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
其离子方程式为：
Zn+Cu=Zn+Cu
在这个反应中锌原子的化合价从0升高到+2，Zn发生了氧化反应，失去了2个电子变成Zn离子；而铜的化合
2+
价从+2降低到0，Cu发生了还原反应，得到2个电子变成铜原子。在氧化还原中，失去电子的物质叫做还原剂，在反应中被氧化，表现为化合价升高；得到电子的物质叫做氧化剂，在反应中被还原，表现为化合价降低。 对于给定的氧化还原反应，氧化和还原必然同时发生，如果没有还原剂，氧化剂就无从得到电子；如果没有氧化剂，还原剂也不能失去电子。因此氧化和还原是共存于一个氧化还原反应中。
第二节物质的溶解度
凡是能溶解其它物质的液体叫做溶剂。凡是能溶解在溶剂中的物质叫做溶质。溶质溶解在溶剂中得到均匀的澄清透明的液体叫做溶液。
在一定条件下，某物质能溶解于溶剂中的最大量，称为该物质的溶解度。溶解度常用在一定温度下，每100g溶剂中最多能溶解（达到饱和状态）的溶质的克数来表示。例如：在0℃时，100g水中最多只能溶解29.7g氯化铵，所以氯化铵在0℃时的溶解度为29.7g。 各种物质在水中的溶解度是不同的（见附录），这是由溶质的性质决定的。一般把在室温时（20℃）溶解
2+
0
2+
2+
0
度在1g以上的，叫做可溶物质；其中10g以上的，叫做易溶物质；溶解度在1g以下的，叫做微溶物质；其中小于0.01g的，叫做难溶物质。 固体物质的溶解度还与温度有关，一般是随着温度升高而增大，表1-1-1所列为氯化铵在水中的溶解度随温度的变化而增大的情况。 表1-1-1温度对氯化铵溶解度的影响 温度/℃ 溶解度/g 温度/℃ 溶解度/g 0 29.7 60 55.2 10 33.3 70 60.2 20 37.2 80 65.6 30 41.4 90 71.3 40 45.8 100 77.3 50 50.4 电镀的结晶过程 电镀过程实质上是金属的电结晶过程。大致分为以下几个步骤： 1)水化的金屑离子向阴极扩散和迁移 2)水化膜变形； 3)金属离子从水化膜中分离出来； 4)金属离子被吸附和迁移到阴极上的活性部分； 5)金属离子还原成金属原子，并排列组成一定晶格的金属晶体。 在形成金属晶体的同时进行着结晶核心的生成和成长过程，这两个过程的速度决定了金属结晶的粗细程度。在电镀过的生成速度程中当晶核大于晶核的成长速度时，就能获得结晶细致、排列紧密的镀层。晶核的生成速度内容： 大于晶核成长速度的程度越大，镀层结晶越细致、紧密；否则，结晶粗大。 结晶组织较细的镀层，其防护性能和外观质量都较理想，实践证明：提高金属电结晶时的阴极极化作用，可以提高晶核的生成速度，便于获得结晶细致紧密的镀层。但阴极极化作用不是越大越好，当阴极极化作用超过一定范围时，会导致氢气的大量析出，从而使镀层变得多孔、粗糙、疏松、烧焦，甚至呈粉末状，质量反而下降。 影响电镀层结晶粗细的主要因素 1)主盐特性 在电镀中把含镀层金属的盐称做主盐，例如硫酸盐镀锌溶液中的硫酸锌即为主盐。 一般来讲，如果主盐是简单的盐，其电镀溶液的阴极极化作用很小，极化数值只有几十毫伏，因此镀层结晶晶粒较粗，例如硫酸盐镀锌、硫酸盐镀铜等由于电镀溶液阴极极化作用很小，故镀层结晶晶粒较粗，其外观质量及防护性能较差。 如果主盐是络盐，由于络离子在溶液中的离解能力较小，络合作用使金属离子在阴极上的还原过程变得困难，从而提高了阴极的极化作用，因此镀层的结晶晶粒较细。例如氨三乙酸-氯化铵型镀锌溶液中使用了络合能力较强的络合剂氨三乙酸，它和锌离子形成的络离于大大提高阴极极化作用，极化数值可达到250mV,因此获得的镀锌层比硫酸盐镀锌获得的镀层较为细致、紧密。
2)主盐浓度 在其它条件(如阴极电流密度和温度等)不变的情况下，随着主盐浓度的增大，阴极极化下降,结晶核心的生成速度变慢，所得镀层的结晶晶粒变粗。稀溶液的阴极极化作用虽比浓溶液大，但其导电性能较差，不能采用大的阴极电流密度，同时阴极电流效率也较低，所以不能利用这个因素来改善镀层结晶的细致程度。 3)附加盐 在电镀溶液中除了含主盐外，往往还要加入某些碱金属或碱土金属的盐类,这种附加盐的主要作用是提高电镀溶液的导电性能，有时还能提高阴极极化作用。例如以硫酸镍为主盐的镀镍溶液中加入硫酸钠和硫酸镁，既可提高导电性能，又能增大阴极极化作用(增大极化数值约100mV左右)，使镀镍层的结晶晶粒更为细致、紧密。
4)添加剂 为了改善电镀溶液的性能和镀层质量，往往在电镀溶液中加入少量的某些有机物质的添加剂.例如阿拉伯树胶，糊精、聚乙二醇、硫脲、千千加、丁炔二醇，糖精及动物胶等。添加剂能吸附在阴极表面或与金属离子构成\胶体-金属离子型\络合物，从而大大提高金属离子在阴极还原时的极化作用，使镀层细致、均匀、平整、光亮。例如在铵盐镀锌溶液、柠檬酸盐镀锌溶液、氨三乙酸镀锌溶液中加入1～2g／L聚乙二醇和1～2 g／L.硫脲分别可以增加极化数值为70一100mV，100～200mV和200mV以上，都能使镀层结晶晶粒变细。必须注意有机添加剂是有选择性的，不可乱用，以免造成不良后果。
5)阴极电流密度 阴极电流密度对镀层结晶晶粒的粗细有较大影响。一般来讲，当阴电流密度过低时,阴极极化作用小，镀层的结晶晶粒较粗，在生产上很少使用过低的电流密度。随着阴极电流密度的增大，阴极极化作用也随之增大(极化数值的增加量取决于各种不同的电镀溶液)，镀层结晶也随之变得细致紧密，但阴极上的电流密度不能过大，不能超过允许的上限值(不同的电镀溶液在不同的工艺条件下有着不同的阴极电流密度的上限值)，超过允许的上限值以后，由于阴极附近严重缺乏金属离子的缘故,在阴极的尖端和凸出的地方会产生形状如树枝的金属镀层,或者在整个阴极表面上产生形状如海绵的疏松镀层。在生产中经常遇到是在零件的尖角和边缘处容易发生\烧焦\现象，发展下去就会形成树枝状结晶或者是海绵状镀层。
6)电镀溶液的温度 在其它条件相同的情况下,升高溶液温度,通常会加快阴极反应速度和金属离子的扩散速度,降低阴极极化作用，因而也会使镀层结晶晶粒变粗。但升高溶液温度可以提高允许的阴极电流密度的上限值，阴极电流密度的增加会增大阴极极化作用，不但不会使镀层结晶晶粒变粗而且会加快沉积速度，提高生产效率。 7)搅拌 搅拌会加速溶液的对流，使阴极附近消耗了的金属离子得到及时补充和降低阴极的浓差极化作用,因而在其它条件相同的情况下，搅拌会使镀层结晶晶粒变粗。然而采用搅拌后,可以提高允许的阴极电流密度上限值,在较高的电流密度和较高的电流效率下得到细致紧密的镀层。利用搅拌的电镀溶液必须进行定期的或连续的过滤，以除去溶液中的各种固体杂质和渣滓。否则会降低镀层与基本金属的结合力，使镀层粗糙、疏松、多孔。目前在工厂中采用的搅拌方法有：机械搅拌法、阴极移动法和压缩空气搅拌法。机械搅拌法应用较少;阴极移动法应用较广泛,这是因为结构简单、使用方便、槽底泥渣不易翻起的缘故；压缩空气搅拌法可在酸性镀铜、锌、镍溶液中使用，但不适用于氰化物电镀溶液。
8)换向电流 换向电流实际是变形的交流电，能周期地改变电流方向,被镀零件在每个周期内将有一瞬间变成阳极，从而控制了结晶长大的时间，使之不能长得很粗大，同时还能溶解镀层上的显微凸出部分，具有整平作用。因而采用换向电流，可以使用较高的阴极电流密度，强化电镀过程，提高生产率，并可使镀层结晶组织排列得更为密实。例如在氰化物电镀溶液中用周期换向电流电镀铜、黄铜、银及其它金属时，所获得的镀层质量比不采用换向电流的质量好。在无氰络化物电镀溶液中采用换向电流，也得到良好的效果。
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