电镀原理

         所谓电镀，就是在含有某种金属离子的电解质溶液中，将被镀工件作为阴极，通以—定波形的低压直流电，而使金属离子得到电子，不断在阴极沉积为金属的加工过程。平常所说的电镀生产，实际包括的工艺要多得多，一般把化学镀、黑色及有色金属的化学成膜，甚至磷化等也算作电镀。这里，仅指狭义的电镀，即电解沉积而言。电镀，与作为湿法冶金的电解相比，虽然原理相同，但电镀的要求要高得多。电镀层作为装饰、防锈或赋予制品某些特殊性能(如焊接性、导电性、反光性、磁性、耐磨件等)，对于镀层的色泽、厚度、光亮性、硬度、耐磨性、延展性、内应力、抗拉强度、疲劳极限等等都有一定要求。一般来说对镀层有以下一些基本的要求：

    (1)与基体(被镀工件及中间镀层)的结合力要良好：

    (2)镀层平滑、致密、外观良好；

    (3)各部分铰层厚度均匀、深孔或凹部也有—定厚度；

    (4)镀层有一定的机械强度：

    (5)对于气候、环境及化学药品等有良好的耐腐蚀性。

    要达到这些要求，完成一个制件的电镀，必须经过相当多的工艺，诸如研磨、除蜡水、除锈、水洗、活化、电镀、干燥、镀后处理等。许多工艺流程还要交替进行，特别对于装饰防腐蚀镀层，往往还要采用多层电镀。

    电镀是一种电解加工工艺，它遵守法拉第电解定律。当电流通过电解质溶液时，与电源正极相连的阳极发生氧化反应，与电源负极相连的阴极发生还原反应。作为主要反应的是阳极金属溶解和阴以上金属的还原。在稳态条件下，由外线路流向阴极的电子，将全部参加电极反应，对电镀来说，直流电源供给的电量越大，相同的电镀工艺下在阴极形成的镀层越厚。根据法拉第电解第一定律：电流通过电解质溶液，在电极上析出(或溶解)的物质的量M与通过的电量Q成正比。

  法拉第第一定律：

    M＝kIt＝kQ

M——在电极上起反应的物质的量，mol；

Q——通过的电量，C；

I——电流强度，A；

t——通电时间，s；

k——法拉第常数，通常也称之为电化当量，表示通过单位电量时电极上所析出(或溶解)的物质的量。

    如果某物质的电化当量是已知的，则只要知道镀槽中通过的电流和时间，就可以用上面的公式计算出电极反应产物的质量。

    电化当量值由法拉第第二定律决定。某物质的电化当量k与其化学当量Ec成正比，即：

         k＝C1E c

式中，Cl为比例常数。如果电化当量以g为单位，那么上式中的化学当量就是克当量。从大量实验数据可以知道，电极上每析出或溶解1克当量的任何物质所需的电量都是96500C。电量的单位除了“C”外，还有“F(法拉第)”和。A·k(安·时)”等。它们的换算关系是： 96500C＝1F＝26.8(A·h)

    因此也可以说．用同等的电量通过各种不同的电解质溶液时，在电极上析出(溶解)各物质的量与它们的克当量成正比。所谓克当量就是物质的原子量与它在电极反应时得失的电子数之比，井以“g”为单位。因此，电化当量可表示为：

   k＝Ec/26.8

由此我们可得出：

    C1＝1/26.8＝1／F+

    各种物质的原子量(或分子量)与化学当量之间的关系，可以由电极反应式得出，即每形成1个原子(或分子)的产物时参加电报反应的电子数，就是该物质的原子量(或分子量)与其克当量的比值。有时，同一种物质，仅仅由于电极反应不同。其克当量的大小也不同。比如：Cu2++2e＝Cu，其中铜的克当量是其原子量的一半，即E＝63.55/2＝31.78。但在Cu+ e＝Cu中，铜的克当量却与原子量相等，即E＝63.55。

    法拉第定律是从大量实践中总结出来的，它对于电学和电化学的发展都起了巨大的作用，是自然界最严格的定律之一。温度、压力、电镀添加剂的组成和浓度、电极和电解槽的材料和形状、溶剂的性质等，对这个定律都没有任何影响。电极上通过1法拉第电量，不但所获得的产物为1克当量，而且电极上所消耗的反应物也应当是l克当量。

    按照法拉第定律，电镀时，通过96500C或26.8A·h的电量，在阴极上应该获得1克当量的金属镀层，但实际上是由于电极反应存在着副反应，阴极得到的金属镀层往往少于1克当量。电流效率可以有效描述电流利用效率的问题。所谓电流效率η就是获得的镀层实际质量与其理论值之比，通常以“％”表示。各种电镀过程的电流效率差别很大，在一般情况下，都小于100％，而且阴极和阳极的电流效率不一样。但有时电流效率也有可能大于100％，这是由于电极反应之外还存在其他反应引起的。电流效率在生产实践中有很重要的意义，提高电流效率可以节约电能，提高劳动生产率，在某些情况下，电流效率还会对镀层质量有影响。