7-6 电镀原理及应用

电镀是在含有待镀金属离子的水溶液中电解电镀产品作为阴极（-极）和待镀金属作为阳极（+极）的过程。主要用于增加装饰性、耐腐蚀、耐磨等目的，如镀金（Au）、镀锌（Zn）、镀铬（Cr）、镀镍（Ni）等。

如图1所示，电镀的原理是在阴极发生还原反应，金属析出并作为镀膜生长。即，电解液中的金属离子[Mn + ]接受电子[ne-]，作为金属[M]在表面析出。阳极发生氧化反应，阳极的金属溶解在镀液中，补充镀液中的金属离子。这样，当被镀金属作为阳极时，阳极溶解在电解液中，故称为可溶性电极。另一方面，也使用不溶于镀液的阳极（不溶性电极）。

图1 电镀原理

电解液可以镀上含有金属离子的金属盐溶液，但添加剂在获得有光泽和致密的薄膜方面起着重要作用。例如，为了使镀膜有光泽，需要使用光亮剂，添加表面活性剂以抑制凹坑的产生。

如图2所示，电镀工序按照前处理工序、主处理工序、后处理工序的顺序进行，但为了保证足够的附着力，前处理工序尤为重要。在预处理过程中，根据被加工产品的加工历史和材料选择更佳方法。例如，酸洗对于那些有氧化皮的人来说是必不可少的。作为清洗工序，进行溶剂清洗、碱清洗、电解清洗等，在电镀前进行酸浸(表面活化)。活化后以镀锌为主要处理工艺的电镀工艺，但大部分镀镍和镀铬在进行主要处理工艺之前都用铜代替（罢工镀）。

图 2 电镀工艺示例

表 1 显示了机械零件常用的 Zn、Ni 和 Cr 电镀的电镀液（电解液）。镀锌是为了防止钢材生锈和腐蚀，由于价格便宜，所以用于螺栓等许多机械部件。镀液使用含有氢氧化钠的碱性青色镀液、含有氯化钾或氯化铵的酸性镀液等。由于锌镀层本身的耐腐蚀性较差，镀后通常进行铬酸盐处理。铬酸盐处理提供防腐和装饰效果，如光泽、淡黄色、黄色和绿色。

表1 电镀的主要电镀液

镀镍具有高硬度和优异的光泽和耐腐蚀性，因此被用于许多领域。此外，如图3所示，为了提高耐腐蚀性和附着力，通常在基材上镀铜。作为镀液，使用硫酸镍或氨基磺酸镍作为主要成分。

图 3 镀镍 (Ni) 产品的横截面示例

此外，在铝及其合金镀镍时，铝的表面被稳定的氧化物覆盖，因此除非去除氧化物，否则无法实现具有优异附着力的镀层。因此，如图3的镀膜截面所示，在这种情况下，使用通过锌酸盐处理的Zn置换镀。在该Zn置换镀之后，进行Cu镀等，在更终工序中进行作为主要工序的Ni镀。

镀铬包括膜厚0.5μm以下的装饰性镀铬和膜厚2～100μm的工业镀铬。特别是工业镀铬的硬度为800～1000HV，因此常被用作汽车零件、模具、机床轴等的硬镀铬。但是，虽然镀硬铬具有优异的耐磨性和抗脱模性，但在400℃以上硬度急剧下降，因此不能在使用过程中温度升高的地方使用。

由于镀铬薄膜的残余应力为拉应力，残余应力随着薄膜厚度的增加而增加，从而在薄膜和薄膜表面产生裂纹。这对于工业镀铬薄膜来说是不可避免的，因为它是薄膜的一种自我防御措施，试图缓解残余应力。例如，图 4 显示了工业镀铬膜表面的裂纹状态及其横截面结构。这些裂纹的存在不利于耐腐蚀性，但由于具有润滑剂保持作用，所以在润滑环境中使用时非常有效。

图 4 工业铬 (Cr) 镀膜中存在的裂纹