《材料化学》第5讲表面工程技术.pdf_大学文库

第 5 讲表面工程技术引言表面工程形成一门独立的学科虽然只是近 20 年的事，但其发展之快、涉及范围之广、对人们生产生活影响之大是当初大多数人所始料未及的。表面工程的概念由英格兰伯明翰大学教授汤·贝尔（Tom Bell）于 1983 年首次提出，现已发展成为跨学科的边缘性、综合性、复合型学科。表面工程是将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用表面改性技术、薄膜技术和涂镀层技术，使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。可以说，在材料表面上所发生的各种技术都是表面工程的一部分。表面工程以最经济和最有效的方法改变材料表面及近表面区的形态、化学成分和组织结构，或赋予材料一种全新的表面。一方面它可有效地改善和提高材料和产品的性能（耐蚀、耐磨、装饰性能），确保产品使用的可靠性和安全性，延长使用寿命，节约资源和能源，减少环境污染；另一方面还可赋予材料和器件特殊的物理和化学性能。随着现代科学技术的发展，表面工程技术在表面物理和表面化学理论的基础上，融汇了现代材料学，现代信息技术，现代工程物理，现代医学，现代农学，现代制造技术，在工业、农业、能源、医学、信息、工程、环境和与人类生活密切相关的领域取得了突飞猛进的发展。 1．表面工程的形成与产业的发展表面工程技术可以追溯到古代。早在遥远的年代，人类就已在木材表面涂刷桐油来增强木材的强度、抗水性和防虫蛀。3 千多年前中国的大漆，2 千多年前秦始皇墓中青铜剑表面改性就是极好的例证。20 世纪 80 年代在秦始皇墓二号坑出土了 19 把青铜剑，经历了二千多年时光的考验，竟光亮如新、锋利如初，甚至可以切断一根发丝，实在是一个奇迹。经分析，这是因为表

第5讲表面工程技术 339 面有一层厚度为10um的含铬的氧化层。进入到20世纪,通过各种物理化学方法在材料表面制造涂层和薄膜,已发展成为比较成熟的系统的工程技术。到80年代提出了表面工程这个新概念的时候,表面工程技术已成为世界上 10大关键技术之一。1986年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会,1987年中国机械工程学会表面工程研究所成立。进入90年代,其发展势头更猛,各国竟先把表面工程列入研究发展规划。美国工程科学院向美国国会提出的2000年前集中力量加强发展的9项科学技术中,有关材料的项目仅提出了材料表面科学与表面技术的研究。我国于1987年由中国机械工程学会建立了学会性质的表面工程研究所 1988年《中国表面工程》杂志在中国创刊,1997年经国家科委正式批准更名为《中国表面工程》,面向国内外公开发行,2000年,全国焊接学会将原来的“堆焊与热喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及表面工程专业委员会”。从1989年召开了第一届全国表面工程学术交流会起,以后每两年召开一次并先后于1997年11月和1999年10月在上海召开了第一届及第二届表面工程国际会议。与此同时,我国的大专院校、科研院所、工矿企业也相继建立了数以百计的以“表面工程”或“表面技术”冠名的研究机构,从而使表面工程的发展达到了一个新的高度。图1列出了表面工程产业的概览。简言之,表面工程技术通过各种技术手段发展了材料的性能,丰富了材料的用途,满足了社会发展的需要,开创了材料发展的新纪元。随着生产技术的进步,必将促使表面工程技术领域涌现出越来越多的新技术、新方法, 以便与日益进步的社会发展相适应。正如一些国内外知名专家预言:表面工程学科将在新世纪成为工程技术领域中令人瞩目的核心学科和重要学科。 2面披术的分真表面技术有着十分广泛的内容,仅从一个角度进行分类难于概括全面, 目前也没有统一的分类方法,从图1中可见,表面工程技术有很多种,但大体可以将表面工程技术分为三类:表面改性技术、薄膜技术和涂镀层技术。表面改性技术图1中的表面改性和表面转化两个方面的技术都可属于

第 5 讲表面工程技术 ·339· 面有一层厚度为 10μm 的含铬的氧化层。进入到 20 世纪，通过各种物理化学方法在材料表面制造涂层和薄膜，已发展成为比较成熟的系统的工程技术。到 80 年代提出了表面工程这个新概念的时候，表面工程技术已成为世界上 10 大关键技术之一。1986 年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会，1987 年中国机械工程学会表面工程研究所成立。进入 90 年代，其发展势头更猛，各国竟先把表面工程列入研究发展规划。美国工程科学院向美国国会提出的 2000 年前集中力量加强发展的 9 项科学技术中，有关材料的项目仅提出了材料表面科学与表面技术的研究。我国于 1987 年由中国机械工程学会建立了学会性质的表面工程研究所， 1988 年《中国表面工程》杂志在中国创刊，1997 年经国家科委正式批准更名为《中国表面工程》，面向国内外公开发行，2000 年，全国焊接学会将原来的“堆焊与热喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及表面工程专业委员会”。从 1989 年召开了第一届全国表面工程学术交流会起，以后每两年召开一次，并先后于 1997 年 11 月和 1999 年 10 月在上海召开了第一届及第二届表面工程国际会议。与此同时，我国的大专院校、科研院所、工矿企业也相继建立了数以百计的以“表面工程”或“表面技术”冠名的研究机构，从而使表面工程的发展达到了一个新的高度。图 1 列出了表面工程产业的概览。简言之，表面工程技术通过各种技术手段发展了材料的性能，丰富了材料的用途，满足了社会发展的需要，开创了材料发展的新纪元。随着生产技术的进步，必将促使表面工程技术领域涌现出越来越多的新技术、新方法，以便与日益进步的社会发展相适应。正如一些国内外知名专家预言：表面工程学科将在新世纪成为工程技术领域中令人瞩目的核心学科和重要学科。 2.表面技术的分类表面技术有着十分广泛的内容，仅从一个角度进行分类难于概括全面，目前也没有统一的分类方法，从图 1 中可见，表面工程技术有很多种，但大体可以将表面工程技术分为三类：表面改性技术、薄膜技术和涂镀层技术。表面改性技术图 1 中的表面改性和表面转化两个方面的技术都可属于

第5讲表面工程技术 341 它可泛指“经过特殊表面处理以得到某种特殊性能的技术”。因此,有许多表面涂镀层技术或薄膜技术也可看作表面改性技术。为了使各类技术归类完整这里所说的表面改性技术是指“表面覆盖”以外的,通过用机械、物理、化学等方法,改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态,来获得某种特殊性能的表面处理技术。薄膜技术主要包括图1中的溶胶-凝胶法制备薄膜、真空物理沉积和化学气相沉积中的技术。涂镀层技术主要包括图1中的涂料涂层、电化学及化学沉积、热喷涂中所列出的技术表面工程技术为各个领域、各行各业高技术的发展开辟了新天地。它所形成的表面改性层、薄膜和涂镀层几乎扩展到所能设想到的每个方面,同时其基础理论也在不断丰富和发展。主要领域包括:①通过电沉积工艺在金属 (后发展到在塑料、陶瓷等非金属材料)基体表面制造多种金属或合金涂层; (2)在钢铁或其他基材表面涂刷涂料来获得漆膜,仅涂料一项,全球主要工业国家统计1997年产量已达140亿升;③通过涂刷油、蜡、脂在材料表面得到各类防锈润滑作用的涂膜;④通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积 (PVD)、磁控(电控)溅射等获得多种性能或用途的薄膜。据 BBC Inc统计全球1995年CVD、PVD和离子注入业的设备材料销售值近90亿美元, 到2000年达150亿美元,年增长率74%,大于工业平均增长率。涂层材料品种的发展也很快,已有单一金属、多种合金、高分子聚合物工程塑料、合成橡胶、陶瓷、金属陶瓷、无机硅酸盐及具有特殊光、磁、电性能等等材料。同时制造涂层和薄膜的工艺技术和工艺方法亦愈来愈多,有电沉积、化学沉积、真空沉积、浸镀、刷镀、静电喷涂、电泳、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、热熔敷、激光熔覆等。各类制造涂层与薄膜的工艺技术促进了相应工程装备的发展,工程技术界不断推陈出新, 各类加工制造用设备愈来愈先进。值得一提的是,由于表面涂层、表面薄膜、表面改性在材料科学上的巨大发展潜力,已涌现出将多种表面工程技术复合而形成的复合表面处理技术目前已开发的一些复合表面处理如等离子喷涂与激光辐照复合、热喷涂与喷

第 5 讲表面工程技术 ·341· 它可泛指“经过特殊表面处理以得到某种特殊性能的技术”。因此，有许多表面涂镀层技术或薄膜技术也可看作表面改性技术。为了使各类技术归类完整，这里所说的表面改性技术是指“表面覆盖”以外的，通过用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态，来获得某种特殊性能的表面处理技术。薄膜技术主要包括图 1 中的溶胶-凝胶法制备薄膜、真空物理沉积和化学气相沉积中的技术。涂镀层技术主要包括图 1 中的涂料涂层、电化学及化学沉积、热喷涂中所列出的技术。表面工程技术为各个领域、各行各业高技术的发展开辟了新天地。它所形成的表面改性层、薄膜和涂镀层几乎扩展到所能设想到的每个方面，同时其基础理论也在不断丰富和发展。主要领域包括：①通过电沉积工艺在金属（后发展到在塑料、陶瓷等非金属材料）基体表面制造多种金属或合金涂层； ⑵在钢铁或其他基材表面涂刷涂料来获得漆膜，仅涂料一项，全球主要工业国家统计 1997 年产量已达 140 亿升；③通过涂刷油、蜡、脂在材料表面得到各类防锈润滑作用的涂膜；④通过化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、磁控（电控）溅射等获得多种性能或用途的薄膜。据 BBC Inc.统计全球 1995 年 CVD、PVD 和离子注入业的设备材料销售值近 90 亿美元，到 2000 年达 150 亿美元，年增长率 7.4%，大于工业平均增长率。涂层材料品种的发展也很快，已有单一金属、多种合金、高分子聚合物、工程塑料、合成橡胶、陶瓷、金属陶瓷、无机硅酸盐及具有特殊光、磁、电性能等等材料。同时制造涂层和薄膜的工艺技术和工艺方法亦愈来愈多，有电沉积、化学沉积、真空沉积、浸镀、刷镀、静电喷涂、电泳、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、热熔敷、激光熔覆等。各类制造涂层与薄膜的工艺技术促进了相应工程装备的发展，工程技术界不断推陈出新，各类加工制造用设备愈来愈先进。值得一提的是，由于表面涂层、表面薄膜、表面改性在材料科学上的巨大发展潜力，已涌现出将多种表面工程技术复合而形成的复合表面处理技术。目前已开发的一些复合表面处理如等离子喷涂与激光辐照复合、热喷涂与喷

第8章现代化学的研究进展 2、涂料的分类经过长期的发展,涂料的品种特别繁杂,用途也各异,有许多分类方法, 主要介绍下面3种根据主要成膜物质可分为有机涂料和无机涂料,有机涂料中根据成膜树脂类型又可分为醇酸、环氧、丙烯酸涂料等。按照溶剂类型又可分为溶剂型(以有机溶剂为分散剂,又分为低固体份和高固体份两种)涂料、水性(以水为溶剂)涂料、粉末涂料、辐射固化涂料等。未来涂料发展的方向将体现在以下两个方面向:一是向更加环保、绿色方向发展,将不断开发出高固体份、水性、粉末和辐射固化的涂料;二是向更加功能化的方向发展,各种功能化特种涂料产品将不断问世。表1给出了世界主要工业化地区涂料产品结构按照用途涂料可分为3大类:建筑涂料、产品涂料和特种涂料。建筑涂料主要包括用于装饰和保护建筑物外壁和内壁的涂料,占涂料总量的50%左右,其中乳胶漆占70%以上。产品涂料通常也叫工业漆,是在工厂里施工于汽车、家电、电磁线、飞机、家具、金属罐等等上的涂料,占涂料总产量的 30%左右。其余20%左右的是特种涂料,它是指在工厂外施工的工业涂料和些其他涂料,如防火涂料、防水涂料、耐高温腐蚀的陶瓷涂料、示温涂料、导电涂料、磁性涂料、路面标线涂料、防霉灭虫涂料、耐黁涂料、海洋重防腐涂料等等。特种涂料不仅要满足国防尖端产品和高科技发展的特殊需要, 而且还要满足国民经济各部门新发展的特种要求 3、涂料成膜的基本原理生产和使用涂料的目的是为了得到符合需要的涂膜,涂料形成涂膜的过程直接影响涂料能否充分发挥预定的效果以及所得涂层的各种性能是否能充分表现出来。涂膜的固化机理一般有3种类型 ①物理机理干燥只靠涂料中液体(溶剂或分散相)蒸发而得到干硬涂膜的干燥过程即为物理机理干燥。在干燥过程中,高聚物不发生化学反应 ②涂料与空气发生反应的交联固化氧气能与干性植物油和其它不饱和化合物反应而产生游离基并引发聚合反应而固化。所以在贮存期间,涂料

·344· 第 8 章现代化学的研究进展 2、涂料的分类经过长期的发展，涂料的品种特别繁杂，用途也各异，有许多分类方法，主要介绍下面 3 种：根据主要成膜物质可分为有机涂料和无机涂料，有机涂料中根据成膜树脂类型又可分为醇酸、环氧、丙烯酸涂料等。按照溶剂类型又可分为溶剂型（以有机溶剂为分散剂，又分为低固体份和高固体份两种）涂料、水性（以水为溶剂）涂料、粉末涂料、辐射固化涂料等。未来涂料发展的方向将体现在以下两个方面向：一是向更加环保、绿色方向发展，将不断开发出高固体份、水性、粉末和辐射固化的涂料；二是向更加功能化的方向发展，各种功能化特种涂料产品将不断问世。表 1 给出了世界主要工业化地区涂料产品结构。按照用途涂料可分为 3 大类：建筑涂料、产品涂料和特种涂料。建筑涂料主要包括用于装饰和保护建筑物外壁和内壁的涂料，占涂料总量的 50%左右，其中乳胶漆占 70%以上。产品涂料通常也叫工业漆，是在工厂里施工于汽车、家电、电磁线、飞机、家具、金属罐等等上的涂料，占涂料总产量的 30%左右。其余 20%左右的是特种涂料，它是指在工厂外施工的工业涂料和一些其他涂料，如防火涂料、防水涂料、耐高温腐蚀的陶瓷涂料、示温涂料、导电涂料、磁性涂料、路面标线涂料、防霉灭虫涂料、耐磨涂料、海洋重防腐涂料等等。特种涂料不仅要满足国防尖端产品和高科技发展的特殊需要，而且还要满足国民经济各部门新发展的特种要求。 3、涂料成膜的基本原理生产和使用涂料的目的是为了得到符合需要的涂膜, 涂料形成涂膜的过程直接影响涂料能否充分发挥预定的效果以及所得涂层的各种性能是否能充分表现出来。涂膜的固化机理一般有 3 种类型。 ① 物理机理干燥只靠涂料中液体(溶剂或分散相)蒸发而得到干硬涂膜的干燥过程即为物理机理干燥。在干燥过程中，高聚物不发生化学反应。 ② 涂料与空气发生反应的交联固化氧气能与干性植物油和其它不饱和化合物反应而产生游离基并引发聚合反应而固化。所以在贮存期间，涂料

第5讲表面工程技术罐必须密封良好,与空气隔绝。 ③涂料组分之间发生反应的交联固化涂料在贮存期间必须保持稳定,可以用双组分包装涂料法或是选用在常温下互不发生反应,只是在高温下或受到辐射时才发生反应的组分,比如,紫外光固化涂料是一种单组分、无溶剂的涂料,涂覆时接受紫外光的照射,液体涂料将会在零点几秒到几十秒的时间内固化成膜。 ④近年来,研究人员正在开发一种联合固化技术,即将几种涂料固化技术结合起来,以克服单一固化技术的缺点。 32电化学及化学沉积电化学及化学沉积表面技术中,常见的有电镀、刷镀和化学镀技术 1.电镀电镀是应用电解的方法将一种金属覆盖到另一种金属表面的过程,需要在电解槽中进行。其过程是将经过除油、除锈前处理的金属镀件作为阴极、镀层金属作为阳极、以镀层金属的盐溶液作为电解液,通电后进行电解。如电镀锌、电镀铜等。为了使镀层结晶细致,厚薄均匀,与基体结合牢固,电镀液通常不能用简单的金属盐溶液,而是用形成配合物的溶液,如镀锌时通常采用碱性锌酸盐或锌的氰化物作电解液。近年来流行的合金镀,如镀黄铜(铜锌合金)、可焊性合金(锡铅合金) 耐蚀合金(锌镍合金)、仿金电镀(铜锌合金或铜锌锡合金)等,其基本原理都是通过用加入配位剂以生成不同的配合物的方法,来控制溶液中不同金属离子的浓度,使电极电势代数值较大的金属离子浓度稍低,而电极电势代数值较小的金属离子浓度较高,从而使不同的金属离子以相等或相近的电势, 使多种金属离子同时在阴极上获得电子并同时沉积在作为阴极的工件表面形成合金镀层。 2.电刷镀电刷镀是近年来发展起来的一种修复机械零部件的新技术。它的基本原理与电镀相同,只是不用镀槽,而是将电解液浸在包着阳极(称为镀笔)的

第 5 讲表面工程技术 ·345· 罐必须密封良好，与空气隔绝。 ③ 涂料组分之间发生反应的交联固化涂料在贮存期间必须保持稳定，可以用双组分包装涂料法或是选用在常温下互不发生反应，只是在高温下或受到辐射时才发生反应的组分，比如，紫外光固化涂料是一种单组分、无溶剂的涂料，涂覆时接受紫外光的照射，液体涂料将会在零点几秒到几十秒的时间内固化成膜。 ④ 近年来，研究人员正在开发一种联合固化技术，即将几种涂料固化技术结合起来，以克服单一固化技术的缺点。 3.2 电化学及化学沉积电化学及化学沉积表面技术中，常见的有电镀、刷镀和化学镀技术。 1．电镀电镀是应用电解的方法将一种金属覆盖到另一种金属表面的过程，需要在电解槽中进行。其过程是将经过除油、除锈前处理的金属镀件作为阴极、镀层金属作为阳极、以镀层金属的盐溶液作为电解液，通电后进行电解。如电镀锌、电镀铜等。为了使镀层结晶细致，厚薄均匀，与基体结合牢固，电镀液通常不能用简单的金属盐溶液，而是用形成配合物的溶液，如镀锌时通常采用碱性锌酸盐或锌的氰化物作电解液。近年来流行的合金镀，如镀黄铜（铜锌合金）、可焊性合金（锡铅合金）、耐蚀合金（锌镍合金）、仿金电镀（铜锌合金或铜锌锡合金）等，其基本原理都是通过用加入配位剂以生成不同的配合物的方法，来控制溶液中不同金属离子的浓度，使电极电势代数值较大的金属离子浓度稍低，而电极电势代数值较小的金属离子浓度较高，从而使不同的金属离子以相等或相近的电势，使多种金属离子同时在阴极上获得电子并同时沉积在作为阴极的工件表面，形成合金镀层。 2．电刷镀电刷镀是近年来发展起来的一种修复机械零部件的新技术。它的基本原理与电镀相同，只是不用镀槽，而是将电解液浸在包着阳极（称为镀笔）的

第8章现代化学的研究进展棉花包套中,刷镀时,接通电源后,用浸满镀液(即电解液)的镀笔与工件 (阴极)直接接触,在阳极与阴极的相对运动中,即可获得镀层,且镀层随刷镀时间的延长而增厚。为了获得良好的镀层,刷镀前和一般电镀一样需对镀件进行除油、除锈等表面处理,只不过是用镀笔浸取除油或除锈液进行处理。刷镀主要用于修复被磨损或加工超差的零件,也可用于印制板和电器接点的维修与防护。由于电刷镀技术能以很小的代价,修复价值较高的机械的局部损坏部位,被誉为“机械的起死回生术”而得到广泛应用。 3.化学镀化学镀是一个不外加电源,在金属表面的催化作用下经控制化学还原法进行的金属沉积过程。因不用外电源,故又称为无电镀 Electroless platin Non electrolytic)。由于反应必须在具有自催化性的材料表面进行,美国材料试验协会推荐用自催化镀一词( Autocatalytic plating)。由于金属的沉积过程是纯化学反应,所以将这种金属沉积工艺称为“化学镀”最为恰当,这样它才能充分反映该工艺过程的本质。所以 Chemical、 Non electrolytic、 Electroless 3个词就是一个意义了。目前“化学镀”这个词在国内外已被大家认同和采用化学镀的历史较短,最早是美国标准局的 Brenner和 Riddell于1946年发明的化学镀镍。化学镀镍一问世,立刻就受到人们的关注,但化学镀镍真正被工业界广泛重视是近20年的事。20世纪80年代以来,随着电子、计算机、石油化工、汽车工业等迅速发展,化学镀镍以每年高于15%的增长速度在发展,目前,化学镀镍在几乎所有的工业部门都获得广泛应用,成为近年来表面技术领域中发展速度最快的工艺之一。化学镀不是通过界面上固液两相间金属原子和离子的交换,而是液相离 M叶,通过液相中的还原剂R,在金属表面或其它材料表面上的还原沉积 M+ R 表面催化 →M+R 化学镀过程必须要有催化剂。基体往往可以作为催化剂,但当基体被完全覆盖之后,要想使沉积过程继续进行下去,其催化剂只能是沉积金属本身所以化学镀可以说是一种沉积金属的、可控制的、自催化的化学反应过程

·346· 第 8 章现代化学的研究进展棉花包套中，刷镀时，接通电源后，用浸满镀液（即电解液）的镀笔与工件（阴极）直接接触，在阳极与阴极的相对运动中，即可获得镀层，且镀层随刷镀时间的延长而增厚。为了获得良好的镀层，刷镀前和一般电镀一样需对镀件进行除油、除锈等表面处理，只不过是用镀笔浸取除油或除锈液进行处理。刷镀主要用于修复被磨损或加工超差的零件，也可用于印制板和电器接点的维修与防护。由于电刷镀技术能以很小的代价，修复价值较高的机械的局部损坏部位，被誉为“机械的起死回生术”而得到广泛应用。 3．化学镀化学镀是一个不外加电源，在金属表面的催化作用下经控制化学还原法进行的金属沉积过程。因不用外电源，故又称为无电镀(Electroless plating、 Non electrolytic)。由于反应必须在具有自催化性的材料表面进行，美国材料试验协会推荐用自催化镀一词（Autocatalytic plating）。由于金属的沉积过程是纯化学反应，所以将这种金属沉积工艺称为“化学镀”最为恰当，这样它才能充分反映该工艺过程的本质。所以 Chemical、Non electrolytic、Electroless 3 个词就是一个意义了。目前“化学镀”这个词在国内外已被大家认同和采用。化学镀的历史较短，最早是美国标准局的 Brenner 和 Riddell 于 1946 年发明的化学镀镍。化学镀镍一问世，立刻就受到人们的关注，但化学镀镍真正被工业界广泛重视是近 20 年的事。20 世纪 80 年代以来，随着电子、计算机、石油化工、汽车工业等迅速发展，化学镀镍以每年高于 15%的增长速度在发展，目前，化学镀镍在几乎所有的工业部门都获得广泛应用，成为近年来表面技术领域中发展速度最快的工艺之一。化学镀不是通过界面上固液两相间金属原子和离子的交换，而是液相离子 M n+，通过液相中的还原剂 R，在金属表面或其它材料表面上的还原沉积： M n+ + R 表面催化 M + Rn+ 化学镀过程必须要有催化剂。基体往往可以作为催化剂，但当基体被完全覆盖之后，要想使沉积过程继续进行下去，其催化剂只能是沉积金属本身。所以化学镀可以说是一种沉积金属的、可控制的、自催化的化学反应过程

第5讲表面工程技术化学镀镀层厚度与时间成正比,理论上认为可以产生很厚的沉积层。一个能够进行化学镀的溶液,必须包含以下的物质: (1)欲镀覆单质的来源—通常是金属的盐类 (2)把欲镀金属的离子还原成单质的还原剂 (3)为了维持化学镀液的稳定性而加入的一种或多种配位剂,它们与欲镀覆金属的离子形成配合物,同时还可防止生成氢氧化物及亚磷酸盐沉淀。 (4)包含有维持镀液pH值恒定的缓冲剂和提高镀液稳定性、增加镀液寿命的稳定剂。以目前应用最为广泛的化学镀镍-磷合金为例,金属盐一般用硫酸镍,常用的还原剂是次亚磷酸钠(NaH2PO2)。用次亚磷酸钠作还原剂的化学镀镍层除含镍外,还含有一部分磷,形成Ni-P合金,故称其为化学镀Ni-P合金, 通常所称的化学镀镍实际上即是化学镀Ni-P合金。化学镀的前处理与电镀相同,也需要除油、除锈。其一般工艺流程如下: 清洗一→除油]→[水洗」一[酸蚀水洗一[化学镀一[水洗]一→[ 镀后处理图3化学镀的一般工艺流程除油的目的是除去工件表面在机械加工或存储过程中残留的润滑油、防锈油、抛光膏等油脂或污物以免镀层不均匀或漏镀。主要的除油方式有有机溶剂除油、碱液除油、电化学除油、乳化剂除油、超声波除油等。酸蚀也叫酸洗,是将金属工件浸入酸或酸性盐溶液中,除去金属表面的氧化膜、氧化皮及锈蚀过程。经过前处理后的镀件即可放入化学镀液中进行施镀。与电镀相比,化学镀镍-磷层有以下优点 (1)均镀能力和深镀能力好,可以在形状复杂的表面上产生均匀厚度的镀层;包括盲孔、深孔零件和长径比很大的管件,有“无孔不入”的特点。 (2)镀层致密,孔隙少 (3)不需要电源,设备简单,操作容易 (4)除金属之外还可在其它非金属表面上镀覆 (5)非晶态合金,镀镍层具有特殊的机械、物理和化学性能,其硬度指

第 5 讲表面工程技术 ·347· 化学镀镀层厚度与时间成正比，理论上认为可以产生很厚的沉积层。一个能够进行化学镀的溶液，必须包含以下的物质： ⑴ 欲镀覆单质的来源——通常是金属的盐类； ⑵ 把欲镀金属的离子还原成单质的还原剂； ⑶ 为了维持化学镀液的稳定性而加入的一种或多种配位剂，它们与欲镀覆金属的离子形成配合物，同时还可防止生成氢氧化物及亚磷酸盐沉淀。 ⑷ 包含有维持镀液 pH 值恒定的缓冲剂和提高镀液稳定性、增加镀液寿命的稳定剂。以目前应用最为广泛的化学镀镍-磷合金为例，金属盐一般用硫酸镍，常用的还原剂是次亚磷酸钠（NaH2PO2）。用次亚磷酸钠作还原剂的化学镀镍层除含镍外，还含有一部分磷，形成 Ni-P 合金，故称其为化学镀 Ni-P 合金，通常所称的化学镀镍实际上即是化学镀 Ni-P 合金。化学镀的前处理与电镀相同，也需要除油、除锈。其一般工艺流程如下：清洗除油水洗酸蚀水洗化学镀水洗镀后处理除油的目的是除去工件表面在机械加工或存储过程中残留的润滑油、防锈油、抛光膏等油脂或污物以免镀层不均匀或漏镀。主要的除油方式有有机溶剂除油、碱液除油、电化学除油、乳化剂除油、超声波除油等。酸蚀也叫酸洗，是将金属工件浸入酸或酸性盐溶液中，除去金属表面的氧化膜、氧化皮及锈蚀过程。经过前处理后的镀件即可放入化学镀液中进行施镀。与电镀相比，化学镀镍-磷层有以下优点： (1) 均镀能力和深镀能力好，可以在形状复杂的表面上产生均匀厚度的镀层；包括盲孔、深孔零件和长径比很大的管件，有“无孔不入”的特点。 (2) 镀层致密，孔隙少； (3) 不需要电源，设备简单，操作容易； (4) 除金属之外还可在其它非金属表面上镀覆； (5) 非晶态合金，镀镍层具有特殊的机械、物理和化学性能，其硬度指图 3 化学镀的一般工艺流程

《材料化学》第5讲 表面工程技术

《材料化学》第5讲表面工程技术