第1章電鍍緒論(1課時(shí))

1、 葛文葛文, ,博士博士, ,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院副教授。主要從事納米材料的合成制備，金屬及電鍍副教授。主要從事納米材料的合成制備，金屬及電鍍廢液的處理和回收利用，材料的腐蝕與防護(hù)等研究。廢液的處理和回收利用，材料的腐蝕與防護(hù)等研究。 先后主持和參加國(guó)家級(jí)項(xiàng)目和橫向項(xiàng)目先后主持和參加國(guó)家級(jí)項(xiàng)目和橫向項(xiàng)目1010余項(xiàng)，國(guó)余項(xiàng)，國(guó)內(nèi)權(quán)威刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文內(nèi)權(quán)威刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文1515篇；篇；SCISCI收錄收錄1 1篇，篇，EIEI收錄收錄1 1篇，篇，ISTPISTP收錄收錄4 4篇，發(fā)明專(zhuān)利篇，發(fā)明專(zhuān)利1 1項(xiàng)。作為主編之一撰寫(xiě)項(xiàng)。作為主編之一撰寫(xiě)

2、全國(guó)公開(kāi)發(fā)行叢書(shū)全國(guó)公開(kāi)發(fā)行叢書(shū)表面工程處理禁忌技術(shù)表面工程處理禁忌技術(shù)。個(gè)人簡(jiǎn)介個(gè)人簡(jiǎn)介全新全新2013款保時(shí)捷款保時(shí)捷Boxster跑車(chē)跑車(chē)輪船腐蝕現(xiàn)狀輪船腐蝕現(xiàn)狀 上海天原化工廠(chǎng)上海天原化工廠(chǎng)中國(guó)最早的氯堿生中國(guó)最早的氯堿生產(chǎn)企業(yè)。由著名實(shí)業(yè)家吳蘊(yùn)初先生創(chuàng)建產(chǎn)企業(yè)。由著名實(shí)業(yè)家吳蘊(yùn)初先生創(chuàng)建于于1929年，年，1930年年11月投產(chǎn)，開(kāi)創(chuàng)我月投產(chǎn)，開(kāi)創(chuàng)我國(guó)氯堿工業(yè)的先河。曾先后三次對(duì)電解國(guó)氯堿工業(yè)的先河。曾先后三次對(duì)電解槽進(jìn)行重大改革，使我國(guó)電解技術(shù)跨入槽進(jìn)行重大改革，使我國(guó)電解技術(shù)跨入國(guó)際先進(jìn)行列。國(guó)際先進(jìn)行列。金飾金飾 銀飾銀飾金金 銀銀各種金屬制品各種金屬制品課程結(jié)構(gòu)課程結(jié)構(gòu)n第一

3、部分：電鍍工藝n第二部分：電解工程第一部分：電鍍工藝第一部分：電鍍工藝第一章：緒論第二章：金屬電沉積理論第三章：電鍍前表面準(zhǔn)備第四章；電鍍鋅第五章：電鍍銅第六章：電鍍鎳第七章：電鍍鉻第八章：電鍍合金第九章；非金屬材料電鍍第十章：電鍍層性能及測(cè)定第十一章：電鍍廢水處理第二部分：電解工程第二部分：電解工程第一章：概述第二章：電極材料和膜材料第三章：氯堿工業(yè)第四章：有機(jī)電合成第五章：金屬的電解提取與精煉第六章：熔鹽電解第七章：電解加工1.定義：電鍍定義：電鍍是用電化學(xué)方法在固體表面沉積一層是用電化學(xué)方法在固體表面沉積一層金屬、合金或金屬與非金屬?gòu)?fù)合電沉積的過(guò)程。金屬、合金或金屬與非金屬?gòu)?fù)合電沉積的過(guò)

4、程。第一節(jié)第一節(jié) 電鍍的基本概念電鍍的基本概念2.電鍍過(guò)程的實(shí)施電鍍過(guò)程的實(shí)施 1800年意大利科學(xué)家布魯納特利布魯納特利（Brug-natell）發(fā)明了電鍍銀工藝技術(shù)，后來(lái)不斷有新的電鍍種類(lèi)被發(fā)明 其中較重要是： (1)1856年蓋瑟蓋瑟（Geuther）發(fā)明的鉻酸鍍鉻 (2)1916年瓦特（瓦特（O.P.Watts）發(fā)明的硫酸鹽電鍍鎳 這兩項(xiàng)工藝技術(shù)至今仍是我們主要使用的電鍍技術(shù)3.3.電鍍的歷史電鍍的歷史1800意大利布魯納特利Brug-natell電鍍銀1805意大利布魯納特利Brug-natell電鍍銀1840英國(guó)埃爾金頓Elkington氰化物電鍍銀1840雅柯比Jacobi酸性電

5、鑄銅1843R.班特格爾R.Bottger電鍍鎳1854美國(guó)邦森Bunsen三價(jià)鉻鍍鉻1856美國(guó)蓋瑟Geuther 鉻酸鍍鉻1915美國(guó)R.班特格爾R.Bottger硫酸鹽酸性鍍鋅1916美國(guó)瓦特瓦特O.P.Watts硫酸鹽電鍍鎳1917普洛克特Proctor氰化物鍍鋅1925薩金特等發(fā)展了實(shí)用性鍍鉻表表1-1 歷史上著名的電鍍發(fā)明歷史上著名的電鍍發(fā)明常常規(guī)的電鍍品種規(guī)的電鍍品種 常用的單金屬電鍍有：常用的單金屬電鍍有： 鋅、銅、鐵、鎳、鉻、鎘、鋅、銅、鐵、鎳、鉻、鎘、 金、銀、錫、鉛、鈀、鉑、金、銀、錫、鉛、鈀、鉑、 常用的合金電鍍常用的合金電鍍有有： 鎳鎳基合金：鋅基合金；錫基合金；基合

6、金：鋅基合金；錫基合金；銅基合金；貴金屬合金等。鎳鐵、鋅鎳、錫鎳、錫鋅、銅基合金；貴金屬合金等。鎳鐵、鋅鎳、錫鎳、錫鋅、鋅鐵、鋅錳、鋅鎘、銅錫、銅鋅錫（仿金鍍）、鉛錫、鋅鐵、鋅錳、鋅鎘、銅錫、銅鋅錫（仿金鍍）、鉛錫、金合金、銀合金、鈀合金、鎢合金、鉬合金、鈰合金、金合金、銀合金、鈀合金、鎢合金、鉬合金、鈰合金、銦合金、等銦合金、等通常對(duì)電鍍層要求：通常對(duì)電鍍層要求： 鍍鍍層與基體結(jié)合牢固，一定的厚度及厚度均勻?qū)优c基體結(jié)合牢固，一定的厚度及厚度均勻 鍍鍍層結(jié)構(gòu)致密、孔隙率小等。層結(jié)構(gòu)致密、孔隙率小等。進(jìn)一步要進(jìn)一步要求：求： 鍍鍍層內(nèi)應(yīng)力小、柔韌性好、有一定的硬度層內(nèi)應(yīng)力小、柔韌性好、有一定的硬

7、度、色、色彩、彩、 表表 面面光亮或均勻沙面等。光亮或均勻沙面等。 對(duì)對(duì)于防護(hù)性鍍層有耐腐蝕的具體要求于防護(hù)性鍍層有耐腐蝕的具體要求常規(guī)電鍍對(duì)電鍍層的基本要求常規(guī)電鍍對(duì)電鍍層的基本要求1.1.按電鍍層的用途分類(lèi)：按電鍍層的用途分類(lèi)：1.1.防護(hù)性鍍層防護(hù)性鍍層防防護(hù)性鍍層用途最廣，其主要目的是對(duì)基體的防護(hù)，護(hù)性鍍層用途最廣，其主要目的是對(duì)基體的防護(hù)，耐磨、防腐是其主要目的。例如：耐磨、防腐是其主要目的。例如： 罐頭合內(nèi)表面鍍錫；罐頭合內(nèi)表面鍍錫；電器零件鍍鋅彩色鈍化；電桿上的橫鐵桿鍍鋅白鈍化；電器零件鍍鋅彩色鈍化；電桿上的橫鐵桿鍍鋅白鈍化；水管電鍍鋅、熱鍍鋅等水管電鍍鋅、熱鍍鋅等第二節(jié)第二節(jié)

8、電鍍層的分類(lèi)電鍍層的分類(lèi)1.2 1.2 防護(hù)防護(hù)- -裝飾性鍍層裝飾性鍍層 大多數(shù)情況下不僅需要對(duì)基體進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)還要求有大多數(shù)情況下不僅需要對(duì)基體進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)還要求有一定的裝飾功能，這種鍍層兼有防護(hù)和裝飾雙重功能，且裝一定的裝飾功能，這種鍍層兼有防護(hù)和裝飾雙重功能，且裝飾為主要目的，如：飾為主要目的，如： 自行車(chē)輪鍍銅鎳鉻；自行車(chē)輪鍍銅鎳鉻； 吊燈等燈具電鍍仿金鍍層或仿銀鍍層；吊燈等燈具電鍍仿金鍍層或仿銀鍍層； 儀器儀表盤(pán)裝飾性電鍍緞面鎳；儀器儀表盤(pán)裝飾性電鍍緞面鎳；1.3 1.3 功能性鍍層功能性鍍層 功功能性鍍層是具有特定功能和特定意義的鍍層能性鍍層是具有特定功能和特定意義的鍍層，通

9、，通常是只常是只對(duì)某一種零件和某一種特殊使用條件下所要求的特殊功能，對(duì)某一種零件和某一種特殊使用條件下所要求的特殊功能，因此功能性鍍層包括的項(xiàng)目較多，而且隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)因此功能性鍍層包括的項(xiàng)目較多，而且隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，今后還會(huì)越來(lái)越多，如：用的開(kāi)發(fā)，今后還會(huì)越來(lái)越多，如：（1） 耐磨鍍層：耐磨鍍層： 提高零件的表面硬度，增加抗磨損性能提高零件的表面硬度，增加抗磨損性能（如直軸、曲軸、氣缸，（如直軸、曲軸、氣缸， 紡織機(jī)械中的各種輥桶鍍硬鉻或噴紡織機(jī)械中的各種輥桶鍍硬鉻或噴涂陶磁微粒）；涂陶磁微粒）；（2） 減磨鍍層：減磨鍍層： 多用于滑動(dòng)接觸面，需要電鍍韌性好的金多用于滑動(dòng)接觸

10、面，需要電鍍韌性好的金屬，如軸瓦，軸套等；屬，如軸瓦，軸套等；（3） 熱處理鍍層：熱處理鍍層： 防滲碳鍍銅、防滲氮鍍錫；防滲碳鍍銅、防滲氮鍍錫；（4） 導(dǎo)電性鍍層：導(dǎo)電性鍍層： 線(xiàn)路板、電子元件腿、插接件鍍金，線(xiàn)路板、電子元件腿、插接件鍍金， 鐵絲鍍銅做電話(huà)線(xiàn)；鐵絲鍍銅做電話(huà)線(xiàn)；（5） 磁性鍍層：磁性鍍層： 鍍鐵、鈷、鎳或合金，鍍鐵、鈷、鎳或合金，（6） 抗高溫氧化：抗高溫氧化： 有有些零件在高溫腐蝕介質(zhì)中容易氧化損壞，如轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)些零件在高溫腐蝕介質(zhì)中容易氧化損壞，如轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)腔、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片，槍、炮內(nèi)膛等，在這種情況下，腔、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片，槍、炮內(nèi)膛等，在這種情況下，

11、電鍍層可對(duì)這些零件起到一定的保護(hù)，電鍍層可對(duì)這些零件起到一定的保護(hù)， 提高零件的使用壽命，提高零件的使用壽命，通常電鍍通常電鍍 鎳、鉻或復(fù)合電鍍鎳、鉻或復(fù)合電鍍Ni-ZrO2、Ni-Al2O3、Cr-TiO2；（7） 抗強(qiáng)陽(yáng)極腐蝕：鈦基鍍鉑抗強(qiáng)陽(yáng)極腐蝕：鈦基鍍鉑（8） 修修 復(fù)復(fù) 性性 鍍鍍 層：層： 鉻、鐵、銅等，鉻、鐵、銅等， 電鍍或電刷鍍電鍍或電刷鍍（9） 特特 殊殊 功功 能：能： 發(fā)泡發(fā)泡 Ni； Ni纖維；銅纖維；纖維；銅纖維； Ti纖維鍍鉛等纖維鍍鉛等2.2.按按電化學(xué)性質(zhì)分類(lèi)電化學(xué)性質(zhì)分類(lèi) 2.1 1 陽(yáng)極性鍍層陽(yáng)極性鍍層 當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時(shí)，鍍層因電位比基體金當(dāng)鍍

12、層與基體金屬形成腐蝕電池時(shí)，鍍層因電位比基體金屬更負(fù)，首先受到腐蝕溶解，這時(shí)鍍層為屬更負(fù)，首先受到腐蝕溶解，這時(shí)鍍層為。 陽(yáng)極性鍍層不僅能對(duì)基體起到機(jī)械保護(hù)作用，還能起到電化陽(yáng)極性鍍層不僅能對(duì)基體起到機(jī)械保護(hù)作用，還能起到電化學(xué)保護(hù)作用，如：學(xué)保護(hù)作用，如：鐵上鍍鋅：鐵上鍍鋅：Zn2+/Zn=0.76V， Fe2+/Fe=0.44V 形成腐蝕電池時(shí)，形成腐蝕電池時(shí)，Zn為陽(yáng)極，為陽(yáng)極，F(xiàn)e為陰極為陰極2.2 陰極性鍍層陰極性鍍層 當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時(shí)，鍍層因電位比基體更當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時(shí)，鍍層因電位比基體更，基體金屬首先受到腐蝕溶解，這時(shí)鍍層為，基體金屬首先受到腐蝕溶解，

13、這時(shí)鍍層為。 僅能對(duì)基體起到機(jī)械保護(hù)作用，不能起到電化僅能對(duì)基體起到機(jī)械保護(hù)作用，不能起到電化學(xué)保護(hù)作用，如：學(xué)保護(hù)作用，如：鐵上鍍鐵上鍍Sn：Sn2+/Sn=0.14V， Fe2+/Fe=0.44V 形成腐蝕電池時(shí)，形成腐蝕電池時(shí)，Sn為陰極，為陰極，F(xiàn)e為陽(yáng)極為陽(yáng)極 必須指出的是，金屬的電位是隨著介質(zhì)而發(fā)生變化的，因此，必須指出的是，金屬的電位是隨著介質(zhì)而發(fā)生變化的，因此，鍍層是屬于哪一類(lèi)也應(yīng)根據(jù)具體情況而定。鍍層是屬于哪一類(lèi)也應(yīng)根據(jù)具體情況而定。如：如： Fe-Zn 在在70熱水中熱水中 陰極陰極 Fe-Sn 在有機(jī)酸中在有機(jī)酸中 陽(yáng)極陽(yáng)極 鍍層是否對(duì)具體具有保護(hù)作用，受使用環(huán)境影的響較

14、大，鍍層是否對(duì)具體具有保護(hù)作用，受使用環(huán)境影的響較大，如果鍍層在環(huán)境介質(zhì)中不穩(wěn)定，如果鍍層在環(huán)境介質(zhì)中不穩(wěn)定， 則不能對(duì)金屬起到應(yīng)有的保則不能對(duì)金屬起到應(yīng)有的保護(hù)作用，如護(hù)作用，如Zn在海洋性氣候中，由于有大量在海洋性氣候中，由于有大量Cl-存在而不穩(wěn)定，存在而不穩(wěn)定，因此應(yīng)使用適合環(huán)境的鍍層，如代鎘鍍層等。因此應(yīng)使用適合環(huán)境的鍍層，如代鎘鍍層等。直流發(fā)電機(jī)可控硅整流電源多波形脈沖電源 不對(duì)稱(chēng)可調(diào)換向硅整流電源開(kāi)關(guān)式電鍍電源 陽(yáng)極板吊掛球形小塊陽(yáng)極（使用鈦筐）不攪拌機(jī)械陰極移動(dòng)氣體攪拌加循環(huán)過(guò)濾 高速電解液對(duì)流人工控制（溫度、電流、添加劑含量、pH值等）半自動(dòng)全自動(dòng)操作工藝經(jīng)歷了手工操作吊鍍半

15、手工操作（機(jī)械攪拌，工件吊裝機(jī)械化） 液壓程序控制全自動(dòng)電鍍生產(chǎn)線(xiàn)（分直線(xiàn)型和環(huán)型）1.電鍍技術(shù)的發(fā)展電鍍技術(shù)的發(fā)展a .電鍍?cè)O(shè)備的發(fā)展 b.電鍍工藝技術(shù)的發(fā)展電鍍技術(shù)的發(fā)展主要分兩方面：第三節(jié)第三節(jié) 電鍍工業(yè)的發(fā)展概況與展望電鍍工業(yè)的發(fā)展概況與展望簡(jiǎn)單的電鍍單金屬簡(jiǎn)單的電鍍單金屬合金電鍍合金電鍍 進(jìn)一步提高鍍層抗腐蝕進(jìn)一步提高鍍層抗腐蝕鍍鍍 層層 組組 成成 單層鍍層單層鍍層 多層組合鍍層多層組合鍍層 發(fā)展了發(fā)展了電 化學(xué)抗腐蝕方式化學(xué)抗腐蝕方式復(fù)復(fù) 合合 電電 鍍鍍 電鍍的應(yīng)用領(lǐng)域不僅是抗腐蝕，更電鍍的應(yīng)用領(lǐng)域不僅是抗腐蝕，更 重要的是增加了鍍層的功能性重要的是增加了鍍層的功能性納納 米米

16、 復(fù)復(fù) 合合 電電 鍍鍍 人工可控制備特殊材料人工可控制備特殊材料 如電催化材如電催化材 料、電加工成型等料、電加工成型等電鍍納電鍍納 米米 金屬金屬 鍍層為納米晶體，具有極好的抗腐蝕鍍層為納米晶體，具有極好的抗腐蝕 特性，同時(shí)還有特殊功能如電催化特性，同時(shí)還有特殊功能如電催化 隨著經(jīng)濟(jì)水平提高和機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化程度提高，電鍍進(jìn)一步傾向于無(wú)污染的清潔生產(chǎn)發(fā)展，高精度以及具有特殊功能方向發(fā)展。如鋁上電鍍?cè)黾颖砻嬗捕群涂垢g、帶有顏色的裝飾性電鍍等，并利用近年來(lái)發(fā)展的高科技手段在加熱、除油、干燥等各方面提高電鍍的精度和減小污染程度。在技術(shù)上不斷進(jìn)一步研究改進(jìn)。（1） 熱浸鍍：熱浸鍍： 將被鍍金屬熔

17、溶，再將工件浸入熔溶液中將被鍍金屬熔溶，再將工件浸入熔溶液中.如：如：水管件浸鍍鋅，線(xiàn)路板浸鍍錫等水管件浸鍍鋅，線(xiàn)路板浸鍍錫等.（2） 物理鍍：物理鍍： 采用真空鍍、離子鍍等方法：如手表、首飾、采用真空鍍、離子鍍等方法：如手表、首飾、工具等真空鍍工具等真空鍍TiN，鏡子的生產(chǎn)。，鏡子的生產(chǎn)。（3） 化學(xué)鍍：化學(xué)鍍： 采用化學(xué)還原劑催化還原形成鍍層，其特點(diǎn)采用化學(xué)還原劑催化還原形成鍍層，其特點(diǎn)是鍍層均勻，致密性好，是鍍層均勻，致密性好， 控制含磷或硼的比例可得到非晶態(tài)控制含磷或硼的比例可得到非晶態(tài)鍍層，如化學(xué)鍍鎳（堿性電池鐵殼內(nèi)表面）、化學(xué)鍍銅線(xiàn)路鍍層，如化學(xué)鍍鎳（堿性電池鐵殼內(nèi)表面）、化學(xué)鍍銅

18、線(xiàn)路板孔金屬化等板孔金屬化等 表面處理的其它方法表面處理的其它方法 1 電泳：電泳： 可獲得彩色，防腐性能好；可獲得彩色，防腐性能好； 2 氧化與磷化：氧化與磷化： 鋼鐵的化學(xué)氧化生成氧化膜；鋼鐵的化學(xué)氧化生成氧化膜； 鋼鐵的磷化生成磷化膜；鋼鐵的磷化生成磷化膜； 鋁的電化學(xué)氧化生成氧化膜。鋁的電化學(xué)氧化生成氧化膜。目前國(guó)內(nèi)外主要的電鍍專(zhuān)業(yè)刊物：目前國(guó)內(nèi)外主要的電鍍專(zhuān)業(yè)刊物： 專(zhuān)業(yè)刊物有：電鍍與環(huán)保；電鍍與精飾；表面處理等；專(zhuān)業(yè)刊物有：電鍍與環(huán)保；電鍍與精飾；表面處理等；近年來(lái)由于電鍍技術(shù)也廣發(fā)應(yīng)用于各種材料的修飾，復(fù)合近年來(lái)由于電鍍技術(shù)也廣發(fā)應(yīng)用于各種材料的修飾，復(fù)合材料的制備等，因此一些電

19、鍍的論文也發(fā)表在和相應(yīng)材料材料的制備等，因此一些電鍍的論文也發(fā)表在和相應(yīng)材料有關(guān)的雜志上或相應(yīng)學(xué)科雜志上。如和催化有關(guān)的則在催有關(guān)的雜志上或相應(yīng)學(xué)科雜志上。如和催化有關(guān)的則在催化方面雜志上；和納米材料有關(guān)的則在納米材料相關(guān)雜志化方面雜志上；和納米材料有關(guān)的則在納米材料相關(guān)雜志上。上。國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外 期刊名稱(chēng)主辦單位電鍍與環(huán)保電鍍與精飾(CN12-1096/TG)上海市輕工業(yè)科技情報(bào)研究所 天津市電鍍工程學(xué)會(huì)電鍍與涂飾（月刊CN44-1237/TS）08版核心廣州市二輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所腐蝕與防護(hù)(CN31-1456/TQ） 核心上海市腐蝕與科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)上海材料研究所腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù) 核心中國(guó)科學(xué)院金屬研究所中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào) 核心中國(guó)腐