现代表面工程学导论化学镀篇课件.ppt

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1、表面技术概论———4.6化学镀山东科技大学材料科学与工程学院20144.6.1发展概况：已有100多年历史1845年，Wurtz试验时注意到次磷酸盐的还原现象1916年，Roux使用次磷酸盐的化学镀镍获第一个美国专利。但镀液极不稳定，自分解严重。1944年，A.布伦纳(A.Brenner)和G.黑得尔（G.Riddell）找到控制稳定性的配方。Electroless（化学沉积、化学镀、无电解电镀、自催化电镀等）1947年，两位学者发表了他们的研究报告，才真正奠定了化学镀镍的基础。各国从中看出发展前景

2、，开始重视该项技术的研究，其努力研究的方向是：1）提高沉积速度2）延长镀液使用寿命3）提高镀层质量4）降低成本5）寻找更合适的络合剂50年代后期：美、日等国已开始应用于工业生产60年代以后：有较大发展。开发出以次磷酸钠作为还原剂的许多化学镀镍液，又研究了多种其他的还原剂和络合剂，如硼氢化物和胺基硼烷等。在最初的化学镀镍基础上相继开发出化学镀铜、钴、银、金、钯、铂，以及化学镀多种合金层和复合镀层。目前英、美、日等发达国家在开发化学镀技术方面一直处于上升的趋势。仅美国专用药品及设备的出售额就为每年50亿

3、美元。我国的研究始于20世纪50年代中期：镀液稳定性差，质量不高且成本高。直至70年代末，化学镀技术在我国一直没有受到重视，仅是局限在小工件小产量小生产应用范围的领域内。80年代初，由于表面工程技术的发展，湿法非晶态技术的重视以及国外一些新技术的引进等原因都促使了我国化学沉积技术的发展。但与国际上的水平差距大90年代至今：飞速发展4.6.2化学镀镍合金的基本原理反应机理：利用镍盐溶液＋强还原剂（如次磷酸盐，肼、硼氢化物及其衍生物等）－－－－使镍离子还原成镍金属，所用还原剂反应产生出磷、氮、硼等原子与

4、镍同时析出，因此所用的还原剂不同，则可获得不同的Ni-P,Ni-N,Ni-B等合金镀层定义：化学镀也称为无电解镀(ElectrolessPlating)或自身催化电镀(autocatalyticplating)，是一种不使用外电源、而是利用还原剂使溶液中的金属离子在基体表面上自催化还原沉积出镀层的化学处理方法。即Men+十还原剂→Me↓十氧化剂例在酸性化学镀镍溶液中采用次磷酸盐作还原剂，它的氧化还原反应过程如下：Ni2++2e-→Ni(还原)(H2PO2)-+H2O→(H2PO3)-+2e＋2H＋(

5、氧化)◆本质：化学镀是一个无外加电场的电化学过程。4.6.2.1原子氢（吸附）理论该理论认为：镍的沉积是依靠镀件表面的催化作用，使H2PO22-分解析出初生态原子氢。H2PO2-+H2O──→HPO32-+H++2HNi2++2H──→Ni+2H+H2PO2-+H──→H2O+OH-+P2H──→H2↑Ni2++H2PO22-+H2O─→HPO32-+3H++Ni4.6.2.2氢化物理论该理论认为：次磷酸盐分解不释出原子氢，而是由于溶液中氧离子同次磷酸根作用生成还原能力更强的氢负离子H2PO2-+H

6、2O→HPO32-+2H++H-Ni2++2H-→Ni+H2H++H-→H2H2PO22-+6H-+4H2O→3H2+8OH-+2P镍还原的反应综合为：Ni2++H2PO2-+H2O→HPO32-+3H++Ni4.6.2.3电化学理论该理论是A.布伦纳和G.里德尔早年提出来的。认为化学镀过程中次磷酸根被氧化，释放出电子，使镍还原。其反应如下：阳极反应：H2PO2-+H2O→H2PO3-+2H++2e阴极反应：Ni2++2e→Ni2H++2e→H2H2PO2-+e→P+2OH-总反应：Ni2++

7、H2PO2-+H2O→H2PO3-+2H++Ni4.6.3化学镀的特点1.镀覆过程不需外电源驱动；2.均镀能力好，形状复杂、有内孔、内腔的镀件均可获得均匀的镀层；3.孔隙率底；4.镀液通过维护、调整可反复使用，但使用周期有限；5.可在金属、非金属以及有机物上沉积镀层。突出优点：①不需要外加直流电源设备，前处理工艺简单。②对几何形状复杂的镀件，可获得厚度均匀的镀层。③可自动形成含第二种元素的合金相。④化学镀层多为非晶态金属镀层(如Ni—P合金)。⑤可在金属、非金属、半导体等不同基材上镀覆。由下表可以看

8、出化学镀Ni—P比电镀Ni层具有好得多的性能。◆缺点：化学镀与电镀相比，所用的溶液稳定性较差，且溶液的维护、调整和再生都比较麻烦，材料成本费较高。4.6.4化学沉积合金技术分类化学镀镍(Ni)化学镀铜(Cu)化学镀银(Ag)化学镀金(Au)化学镀铬(Cr)化学镀锡(Sn)化学镀化学镀铁(Fe)化学镀钯(Pd)化学镀铂(Pt)化学镀铼(Re)化学镀钴Co化学复合镀化学镀镍的不同镀种：Ni-PNi-Mn-PNi-BNi-Re-P(铼)Ni-Co-PNi-Rh-P(铑)Ni