1.电镀的基本原理

把预镀工件置于装有电镀液的镀槽中，镀件接直流电源的负极，作为阴极；而镀层金属或石墨等也置于镀槽中并接直流电源的正极，作为电镀时的阳极。通电后，镀液中的金属离子在阴极附近因得到电子而还原成金属原子，进而沉积在阴极工件表面上，从而获得镀层。电镀件主要依靠的是电化学原理，所以电镀要有三个必要条件：电极电位差、镀液和电源。下面以镀铜为例说明电镀的基本过程。图5-3所示为电镀的基本原理。

将工件置于以硫酸铜为主要成分的电镀液中作为阴极，金属铜作为阳极。接通直流电源后，电流通过两极及两极间的含Cu²+电解液，电镀液中的阴、阳离子会发生“电迁移”现象，即在电场作用下，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动。铜离子在阴极上被还原沉积成镀层，阳极的金属铜被氧化成Cu²⁺。其化学反应如下：

阴极（工件）上的化学反应是还原反应：

Cu²⁺+2e^-→Cu

阳极上的反应为氧化反应：

Cu-2e^-→Cu²⁺

电镀后的镀层要完整、均匀、致密，达到一定的厚度要求且与基体金属结合牢固，还要具有一定的物理化学性能，这样的镀层才能起到良好的保护作用。

图5-3 电镀的基本原理

2.影响电镀层质量的因素

影响电镀层质量的因素很多，这里主要介绍镀液组成、阴极电流密度、温度及表面预处理等。

（1）镀液组成 镀液的组成主要包括以下几个部分：

1）主盐。主盐是指含有能在阴极上沉积出镀层金属的离子的金属盐。其他条件（温度、电流密度等）不变时，主盐浓度越高，金属越容易在阴极析出，但是阴极极化下降，使得镀层晶粒粗大，尤其在电化学极化不显著的单盐镀液中更为明显。主盐浓度过高，也要采用较高的阴极电流密度，镀液分散能力和稳定性下降，废液处理成本增加，生产成本增加。若主盐浓度过低，虽然镀液分散能力和覆盖能力较好，阴极极化作用也比浓度高时好，但其导电能力差，允许使用的阴极电流密度小，阴极电流效率低，沉积速率低，生产效率低。因此主盐的浓度要在一个合适的范围，同一种类型的镀液，如果使用要求不同，其主盐浓度也不同。

2）附加盐。附加盐是指除主盐外，主要为提高镀液的导电性而加入的碱金属或碱土金属的盐类（包括铵盐），也称为导电盐。附加盐还可以改善镀液的深镀能力、分散能力和覆盖能力，改善镀层质量，使镀层更细致、紧密。例如，镀镍液中加入的硫酸钠和硫酸镁，镀铜液中加入的硝酸钾和硝酸铵等。但是，如果附加盐过多，会降低主盐的溶解度，镀液可能会出现混浊的现象，所以附加盐要适量。

3）络合剂。一般将能络合住主盐中金属离子的物质称为络合剂。镀液中如果没有络合离子，就称为单盐镀液。这种镀液稳定性差，镀层晶粒粗大，镀层质量较差。加入络合离子后，阴极极化增大，使镀层结晶细密，同时促进阳极溶解。但是镀液中络合离子超过络合主盐金属离子的需要量，就会形成游离络合离子，若游离络合离子含量过高，会降低阴极电流效率，使镀层沉积速率减慢甚至镀不上镀层，所以络合剂含量也要适当。

4）缓冲剂。电镀的正常进行要在一定的pH值条件下进行，缓冲剂一般是由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成的能使镀液酸度、碱度稳定的物质。缓冲剂可以减小镀液pH值的变化幅度，如镀镍液中的H₃BO₃和焦磷酸盐镀液中的Na₂HPO₄等。

5）添加剂。为了改善镀液的性能和镀层的质量，在镀液中加入少量的有机物，这些物质称为添加剂。按照添加剂在镀液中所起的作用不同，主要分为以下几类：

①光亮剂：能增加镀层光泽的物质。初级光亮剂主要包括含有磺酰基或不饱和碳键的糖精、对甲苯磺酰胺等。次级光亮剂主要是含有不饱和键的醛类、酮类、炔类、氰类及杂环类的物质。前两类光亮剂与含有不饱和键的磺酸化合物配合，可以进一步提高镀层光亮平整度。

②整平剂：能够有效提高镀层平整度的物质。整平剂的加入可以使工件微观低谷处获得比工件微观凸起处更厚的镀层。

③润湿剂：能降低电极与溶液之间的界面张力，使溶液易于在电极表面铺展。常用的润湿剂有十二烷基硫酸钠等。此外，润湿剂又称防针孔剂，因为它可以促使气泡脱离电极表面，从而抑制镀层中针孔的产生。

④应力消减剂：可以降低镀层的应力，提高镀层的韧性。

⑤镀层细化剂：促使镀层晶粒细小、致密。

（2）阴极电流密度 阴极电流密度与电镀液的成分、主盐浓度、镀液pH值、温度、搅拌等因素有关。电流密度过低，阴极极化作用减小，镀层结晶粗大，甚至没有镀层。电流密度由低到高，阴极极化作用增大，镀层变得细密。但是电流密度增加过高，会使结晶沿电力线方向向镀液内部迅速生长，镀层会产生结瘤和树枝状晶，尖角和边缘甚至会烧焦。同时，电流密度过大，阴极表面会强烈析出氢气，pH值变大，金属的碱盐就会夹杂在镀层之中，使镀层发黑。而且，电流密度过大，也会导致阳极钝化，从而使镀液中缺乏金属离子，可能会获得海绵状的疏松镀层。每种镀液都有一个最理想的电流密度范围。(www.daowen.com)

（3）温度 温度也是电镀时要考虑的一个重要因素。随着温度的升高，粒子扩散加速，阴极极化下降，温度升高也使离子脱水过程加快，离子和阴极表面活性增强，也会降低电化学极化。因此，镀液温度升高，阴极极化作用下降，镀层结晶粗大。生产中升高镀液的温度是为了增加盐类的溶解度，使镀液导电能力和分散能力提高，还可以提高电流密度上限，提高生产效率。电镀温度也要合理控制，使其在最佳温度范围内。

（4）表面预处理 电镀前要对工件进行表面预处理，主要去除毛刺、夹杂、残渣、油脂、氧化皮、钝化膜等，表面预处理后工件露出洁净、有活性的基体金属表面。这样才有可能获得连续、致密、结合良好的镀层。如果预处理不当，镀层和基体结合不良，会导致起皮、剥落、鼓泡、毛刺、发花等缺陷。

3.电镀的工艺过程

电镀的工艺过程一般包括电镀前表面预处理、电镀、电镀后处理三个阶段。

（1）电镀前表面预处理 电镀前的表面预处理是为了获得洁净、有活性的基体金属，为获得高质量镀层做准备。预处理主要有磨光、脱脂、除锈、活化等。为了使工件表面粗糙度达到一定要求，可以先用磨光或抛光方法来，再用化学、电化学方法去除油脂；用机械、酸洗或电化学方法除锈；最后的活化处理一般是在弱酸中浸泡一段时间。

（2）电镀 工业生产中，电镀的实施方式多种多样，根据镀件的形状、尺寸和批量的不同，可以采用不同的施镀方式。其中挂镀是最常见的一种施镀方式。适用于普通形状和尺寸及较大的零件。挂镀时零件悬挂于用导电性能良好的材料制成的挂具上，然后浸没在镀液中作为阴极，两边适当的位置放置阳极。图5-4所示为通用电镀挂具形式和结构。

图5-4 通用电镀挂具形式和结构

1—吊钩 2—提杆 3—主杆 4—支杆 5—挂钩

挂具和阴极杆的接触是否良好，对电镀质量至关重要，尤其是在大电流镀硬铬及装饰性电镀中采用阴极移动的搅拌时，往往因接触不良而产生接触电阻，使电流不通畅。因而产生断续停电现象，引起镀层结合力不良，还会影响镀层厚度，造成耐蚀性能降低。因此要求在加工挂具和使用时，要保持挂具与阴极杆之间的良好的接触。导电杆截面常用的有圆形及矩形，要求挂钩设计时的悬挂方法也不同。导杆截面形状与挂钩的接触情况如图5-5所示。图5-6所示为汽车零部件挂镀生产现场。

图5-5 导杆截面形状与挂钩的接触情况

a）圆形截面 b）矩形截面

图5-6 汽车零部件挂镀生产现场

如果试样尺寸较小或批量较大，可以采用滚镀。滚镀是将镀件置于多角形的滚筒中，依靠自身重力来接触筒内的阴极，在滚筒转动的过程中实现电镀沉积。滚镀比挂镀节省劳动力，生产效率高，设备维修少，占地面积小，镀层均匀，但是滚镀不适于太大和太轻的工件的电镀，且滚镀槽电压高，槽液温升快，镀液带出量大。图5-7所示为滚镀的原理。

图5-7 滚镀的原理

如果对工件进行局部施镀或修补，可以采用刷镀。成批的线材和带材可以采用连续镀。图5-8所示为连续镀的原理。

图5-8 连续镀的原理

（3）电镀后处理 电镀后处理主要有钝化处理、除氢处理、表面抛光。钝化处理是为了提高镀层的耐蚀性，还可以增加镀层光泽和抗污染能力。除氢处理是为了避免镀件产生氢脆，一般是在一定温度下热处理几个小时。表面抛光是对镀层进行精加工，降低表面粗糙度，使镀层获得镜面装饰性效果，还可以提高耐蚀性。