电镀理论与工艺
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品牌: 冯辉
基本信息·出版社：化学工业出版社
·页码：326 页
·出版日期：2008年
·ISBN：7122030024/9787122030023
·条形码：9787122030023
·包装版本：1版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
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内容简介本书系统阐述电镀的基本原理，并对典型镀种的工艺过程、影响与控制因素及操作特点等问题进行理论分析。对一些常用镀种，如电镀锌及合金、电镀铜及合金、电镀镍及合金、电镀铬、电镀锡及合金、非金属电镀、阳极氧化等分章进行叙述，还介绍最近几年发展起来的一些新理论、新工艺，如微弧氧化工艺、复合电镀工艺、电镀纳米晶镀层等。
本书内容涉及广泛，理论多采用实验数据深入浅出地介绍，可作为大中专院校电镀、电化学等专业的教材或参考书，也可作为从事电镀科研、生产技术人员参考用书。
目录
第1章绪论1
1.1电镀的基本概念1
1.2电镀层的分类1
1.2.1按镀层用途分类1
1.2.2按镀层的电化学性质分类3
1.3电镀设备与技术的发展3
1.3.1电镀的发展历史3
1.3.2电镀设备的发展4
1.3.3操作工艺的发展5
1.3.4常用镀层及发展趋势5
1.4与电镀相关的涂镀技术5
1.4.1其他获得金属及其合金涂层的方法5
1.4.2电泳和氧化5
参考文献6
第2章金属电沉积理论7
2.1金属离子还原的可能性7
2.2电结晶过程的动力学8
2.2.1通过电流时晶面生长的基本模型8
2.2.2吸附原子的表面扩散控制9
2.2.3晶核的形成与长大10
2.3金属电沉积时晶核形成与晶核长大问题12
2.3.1金属电沉积时的晶核形成问题12
2.3.2高过电位下晶核生长特点13
2.3.3低过电位下晶核生长特点13
2.4电沉积过程中金属离子还原时的极化14
2.4.1简单金属离子还原时的极化14
2.4.2金属配位离子还原时的极化15
2.5合金电沉积时的极化17
2.5.1合金共沉积的类型17
2.5.2金属共沉积理论18
2.5.3实际金属共沉积时的特点和影响因素21
2.6添加剂的影响22
2.6.1添加剂的作用22
2.6.2添加剂的类型和功能23
2.7电镀层的结构与抗腐蚀性的关系25
2.7.1多层镍电化学牺牲阳极抗腐蚀理论25
2.7.2电镀多层镍的抗腐蚀机理26
2.7.3多层镍电化学牺牲阳极抗腐蚀理论27
2.7.4单金属多纳米层抗腐蚀理论28
2.8电镀液的分散能力问题30
2.8.1阴极表面上电流的分布30
2.8.2金属在阴极上的分布33
2.8.3改善电镀液分散能力的方法34
2.8.4电解液分散能力的测定方法36
2.9电镀液的覆盖能力问题36
2.9.1影响覆盖能力的因素37
2.9.2改善覆盖能力的途径38
2.9.3覆盖能力的测定方法38
2.10电镀溶液的微观整平能力39
2.10.1微观整平能力的概念39
2.10.2微观整平能力的类型40
2.10.3微观整平能力的测定42
2.11电镀过程中各种因素的相互关系44
参考文献44
第3章金属零件电镀前处理46
3.1金属零件镀前表面准备的重要性46
3.2粗糙表面的机械整平47
3.2.1磨光47
3.2.2机械抛光49
3.2.3滚光、振动光饰、离心光饰50
3.2.4喷砂处理52
3.3除油53
3.3.1有机溶剂除油54
3.3.2碱性溶液化学除油55
3.3.3电化学除油57
3.4浸蚀59
3.4.1化学浸蚀60
3.4.2电化学浸蚀63
3.4.3弱浸蚀64
3.5金属的电解抛光64
3.5.1电解抛光的机理65
3.5.2电解抛光的工艺规范67
3.6表面准备的新技术68
3.7制定表面准备工艺流程的原则69
参考文献70
第4章电镀锌及锌合金72
4.1电镀锌72
4.1.1概述72
4.1.2氯化钾型镀锌73
4.1.3氰化物镀锌77
4.1.4碱性锌酸盐镀锌79
4.1.5硫酸盐镀锌81
4.1.6锌镀层的镀后处理82
4.1.7不合格锌镀层的退除86
4.2电镀锌合金86
4.2.1锌镍合金87
4.2.2电镀锌铁合金89
4.2.3电镀锌钴合金90
参考文献91
第5章电镀铜及铜合金94
5.1电镀铜概述94
5.1.1铜镀层的性质和用途94
5.1.2镀铜电解液的类型94
5.2氰化物镀铜95
5.2.1基本原理95
5.2.2镀液各成分的作用分析及工艺条件对镀层的影响97
5.2.3镀液的配制方法99
5.2.4杂质的影响和消除办法99
5.2.5镀液的维护100
5.3无氰镀铜101
5.3.1硫酸盐镀铜101
5.3.2焦磷酸盐镀铜108
5.3.3其他类型的无氰镀铜工艺113
5.4铜镀层的后处理及退除116
5.4.1铜镀层的后处理116
5.4.2不合格镀铜层的退除方法116
5.5电镀铜合金116
5.5.1电镀铜锌合金116
5.5.2电镀铜锡合金118
5.5.3不合格铜锌合金镀层的退除120
参考文献120
第6章电镀镍及镍合金125
6.1概述125
6.1.1镍镀层的性质及用途125
6.1.2镀镍工艺的发展及镀液的分类126
6.2普通镀镍(暗镍)126
6.2.1普通镀镍电解液各成分的作用及工艺条件的影响127
6.2.2普通镀镍电极反应129
6.2.3普通镀镍镀液的配制(以瓦特镍为例)129
6.2.4普通镀镍镀层的质量检验129
6.3光亮镀镍130
6.3.1镀镍光亮剂131
6.3.2光亮镀镍工艺134
6.4镀多层镍136
6.4.1电镀半光亮镍137
6.4.2镍封闭138
6.4.3电镀高应力镍139
6.4.4电镀高硫镍139
6.5特殊用途镀镍140
6.5.1电镀黑镍、枪色镍140
6.5.2电镀珍珠镍(缎面镍)141
6.6不合格镍层的退除141
6.7电镀镍合金142
6.7.1电镀镍铁合金142
6.7.2电镀镍磷合金144
6.7.3电镀镍钴合金145
参考文献146
第7章电镀铬149
7.1概述149
7.1.1镀铬层的性质149
7.1.2镀铬层及电镀铬电解液的类型150
7.1.3镀铬工艺的主要特点151
7.2镀铬的电极过程152
7.2.1镀铬的阴极过程153
7.2.2镀铬的阳极过程154
7.3镀铬层的结构与性能155
7.3.1镀铬层的组织结构和裂纹的形成155
7.3.2镀铬层的硬度与耐磨性156
7.3.3镀铬层的内应力157
7.4镀铬电解液的组成和工艺条件157
7.4.1镀铬液中各成分的作用158
7.4.2操作工艺条件——温度与电流密度160
7.5镀铬溶液中杂质的影响和去除162
7.5.1铁杂质的影响和去除162
7.5.2氯离子的影响和去除163
7.5.3硝酸根的影响和去除163
7.6电镀铬工艺技术164
7.6.1防护装饰性镀铬164
7.6.2电镀硬铬166
7.6.3其他镀铬168
7.7稀土镀铬添加剂的应用171
7.8有机添加剂在镀铬中的应用172
参考文献173
第8章电镀锡及锡合金175
8.1酸性镀锡176
8.1.1硫酸盐镀锡176
8.1.2有机磺酸盐镀锡180
8.2碱性镀锡180
8.2.1镀液成分及操作条件181
8.2.2碱性镀锡的电极反应181
8.2.3镀液中各主要成分的作用及操作条件的影响182
8.2.4碱性镀锡工艺流程184
8.3镀层检验和不合格镀层退除185
8.3.1镀层质量检验185
8.3.2不合格镀层的退除186
8.4冰花镀锡工艺186
8.5可焊性镀锡及锡合金188
8.5.1电镀可焊性纯锡188
8.5.2电镀锡铅合金190
8.5.3电镀锡铋合金192
8.5.4电镀锡银合金193
8.5.5电镀锡铈合金194
8.5.6电镀锡合金可焊性比较195
8.6其他用途镀锡合金196
8.6.1功能性锡铅合金196
8.6.2锡锑合金镀层197
8.6.3锡铜合金镀层197
8.6.4电镀锡钴合金198
8.6.5锡基三元合金镀层199
8.7镀后处理及不合格镀层的退除199
8.7.1镀后钝化处理199
8.7.2不合格镀层的退除200
参考文献200
第9章铝及其合金的表面氧化202
9.1阳极氧化概述202
9.2阳极氧化机理204
9.2.1阳极氧化的电极反应204
9.2.2阳极氧化膜的生长过程204
9.2.3阳极氧化膜的组成和结构206
9.3阳极氧化工艺207
9.3.1阳极氧化工艺流程207
9.3.2硫酸阳极氧化207
9.3.3铬酸阳极氧化210
9.3.4草酸阳极氧化211
9.3.5硬质阳极氧化212
9.3.6瓷质阳极氧化215
9.4阳极氧化膜的着色216
9.4.1化学着色216
9.4.2整体着色218
9.4.3电解着色219
9.5阳极氧化膜的封闭222
9.5.1封闭目的和质量要求222
9.5.2热水和水蒸气封闭223
9.5.3盐溶液封闭224
9.5.4常温封闭226
9.6微弧氧化概述227
9.7微弧氧化机理229
9.8微弧氧化工艺230
9.8.1工艺特点230
9.8.2微弧氧化的电解液体系231
9.9微弧氧化膜层的物理化学特性236
9.9.1微弧氧化膜层的孔结构特征236
9.9.2微弧氧化膜的抗腐蚀特性239
参考文献241
第10章非金属电镀243
10.1概述243
10.2非金属材料电镀前的表面准备244
10.2.1封闭244
10.2.2消除应力245
10.2.3除油246
10.2.4表面粗化247
10.2.5敏化251
10.2.6活化252
10.2.7化学镀前表面处理的新方法256
10.3化学镀256
10.3.1化学镀铜257
10.3.2化学镀镍260
10.4ABS塑料电镀264
10.5非金属表面直接电镀266
10.5.1钯化合物体系的直接电镀267
10.5.2导电高分子聚合物体系的直接电镀268
10.5.3炭黑体系的直接电镀270
参考文献271
第11章复合电镀272
11.1概述272
11.1.1基本概念272
11.1.2复合镀层的特点273
11.1.3复合电镀与普通电镀的差异274
11.1.4复合镀层的分类与应用275
11.1.5复合镀层中微粒含量表示法275
11.1.6复合电镀的历史及发展趋势276
11.2复合电镀工艺276
11.2.1复合电镀的基本条件及装置276
11.2.2复合电镀的影响因素277
11.3复合电镀机理及模型279
11.4电镀镍复合镀层281
11.4.1镀液组成及工艺条件282
11.4.2工艺参数对镀层的影响282
11.4.3复合镀层的性能285
11.4.4不合格镍复合镀层的退除287
11.5化学镀合金复合镀层287
11.5.1化学镀液的稳定性288
11.5.2化学复合镀机理288
11.5.3化学复合镀液组成及工艺条件288
11.5.4化学复合镀层的影响因素290
11.5.5化学复合镀层的特性及应用294
参考文献294
第12章纳米晶电镀299
12.1纳米晶材料概述299
12.1.1纳米材料与纳米技术299
12.1.2纳米效应300
12.1.3纳米材料的新特性301
12.1.4纳米晶材料的HallPetch关系302
12.1.5纳米晶材料的制备方法303
12.2电镀法制备纳米晶材料304
12.2.1纳米晶电镀的优点304
12.2.2电镀纳米晶材料的原理与制备方法304
12.2.3纳米晶电镀的影响因素306
12.3纳米晶电镀工艺及特性306
12.3.1镀镍307
12.3.2镀银310
12.3.3镀钴311
12.3.4镀铜312
12.3.5镀NiP合金314
12.3.6镀CuNi合金315
12.3.7镀CoNi合金316
12.3.8镀AgTe合金318
12.4纳米晶电镀的应用320
参考文献321
附录323
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序言电镀涉及金属电结晶过程，影响因素众多，各种参数及各种添加剂对微观过程的影响十分复杂，要弄清楚各个不同工艺中的电结晶详细过程十分困难。然而电镀作为一种加工手段，随着机械、电子、材料等行业的进步，也得到了非常迅猛的发展。这主要是电镀技术可十分灵活地应用于各种不同的目的，如利用一些镀种具有夹杂特性发展了复合各种微粒的复合电镀技术，可获得具有更好耐磨性、减摩性、催化性等特殊功能的镀层，还可获得特殊复合材料的制备(如电镀纳米碳管制备导电且质轻的高强度复合材料)；利用特定合金成分形成纳米晶镀层以获得特殊的高硬度、高耐腐蚀特性的功能镀层；利用添加剂影响电结晶过程得到光亮、致密的镀层或改善两种以上合金电镀的特性等。因此，一方面我们希望尽可能细致地弄清楚微观过程的真实情况，以便获得更好的设计思路来设计各种镀层结构并解决我们所希望解决的问题，另一方面我们也可不必考虑那些难以弄清楚的复杂问题，只需要了解某些参数或某些添加剂对电结晶过程影响的结果，选择性地应用于我们需要解决的问题。因此，希望读者能通过阅读本书了解电镀的一些并不复杂的基本原理和特性，获得继续深入地研究复杂的电结晶过程中众多细微的悬念的基础，或者灵活应用电镀技术去解决一些跨学科、跨行业的不容易解决的问题。如采用电镀技术制备泡沫镍用于电池中正、负电极的集流体就是一个很好的例子。实际工作中还有大量类似的问题等待我们进一步开发、设计及解决，如何利用电镀这门技术去完成那些工作是我们需要共同讨论的问题。
本书用了一定的篇幅较系统介绍电镀的相关理论，并为了方便电镀理论的阅读，
本书将各镀种中的一些理论问题归纳到一起，并从整体上加以描述，目的是使读者在看待其他相关问题时也能受到启发，并注重理论与实践的联系。本书涉及多行业多系统，既介绍了传统的电镀技术，如电镀锌、铜、镍、铬、锡等，又用相当篇幅介绍了新技术，如微弧氧化技术、复合电镀技术、纳米晶电镀技术等。
本书采用现行的国际单位制；书中电极电位除非有特别说明，一般是指标准电极电位。
参加本书编写工作的有郑州轻工业学院冯辉(第1章、第2章及第9章的9.6～9.8节)、张林森(第3、4章)、邵晨(第5、6章)、韩周祥(第7章、第9章的其余部分)、宋延华(第8、10章)、张勇(第11、12章)。全书由冯辉统编。
本书编写过程中得到了许多专家的指导；天津大学郭鹤桐教授为本书写序，在此深表谢意。
由于作者水平有限，书中仍有许多不妥之处，恳请读者提出宝贵意见。
文摘超声波强化除油的效果，与零件的形状、尺寸、表面油污的性质、溶液成分，零件的放置方位等有关，因此，最佳的超声波除油工艺要通过试验确定。一般高频超声波主要用于小零件除油，要求振幅不大，但能量很大，较低频（1.5～30kHz）的超声波主要用于大零件的除油。
（2）低温高效清洗剂除油。用低温高效清洗剂除去金属表面的油污，不仅除油效率高，而且除油温度低，可以节省能源，所以，目前已广泛使用。
（3）超声波场内浸蚀。在超声波场内，可以显著提高浸蚀速度，并有助于氧化皮和浸蚀残渣的脱落，浸蚀质量较好，适用于氧化皮较厚、致密或形状复杂零件的浸蚀。
超声波浸蚀可以在原有浸蚀溶液的基础上施加超声波，而溶液的浓度可以稍低一些。在超声波作用下，缓蚀剂会发生解吸，从而降低了缓蚀效果，但是，由于溶液的浓度和温度低，上述缺点可以得到弥补。长时间的超声波作用，会使浸蚀零件产生微观针孔，失去光泽，但有利于提高镀层的结合力。
超声波浸蚀对基体渗氢有两方面影响：一方面，由于金属表面活化，促进了渗氢作用，另一方面，由于超声波的空穴效应，有利于吸附氢的排除。通过合理地选择振动频率、强度等参数，就可发挥其有利的作用，从而大大地减少氢脆的危害。因此，超声波浸蚀适用于对氢脆比较敏感的材料。对钢铁零件，一般可选用频率为22—23kHz的超声波段进行浸蚀。
3.7制定表面准备工艺流程的原则
由上述可知，要保证镀层质量，拟定一个切实可行的表面准备流程是很重要的。由于金属材料的本性、零件的表面形状与尺寸、对加工质量的要求是多种多样的，所以，安排一个“万能”的前处理流程，显然是不可能的，这里只能谈谈制定工艺流程的一般原则。
（1）若金属零件附着大量油污，且锈蚀严重时，在浸蚀之前必须进行初步除油。
（2）零件每经过一次除油之后，必须用水充分洗涤，而且，首先用80℃以上的热水洗涤，这将有利于肥皂、碱、乳浊液，特别是Na：SiOs的去除。如果只用一次热水洗，热水应该是流动的，否则应定期更换。热水洗涤后，应进一步在流动冷水中充分清洗干净。若清洗不净，将肥皂和水玻璃带人浸蚀液中时，它们就会形成硅胶和脂肪酸，妨碍浸蚀的进行。
