電化學沉積指的是用電化學方法在金屬或非金屬製件表麵沉積一層或多層金屬鍍層或合金鍍層或複合鍍層的技術。
通常是,表麵具有導電能力的製件,於電解質溶液中,被置於陰極,在外電流的作用下,該溶液中的金屬離子,或絡合離子在製件表麵,即陰極表麵發生還原反應,使金屬沉積在製件的表麵,這一過程又叫金屬電沉積,俗稱電鍍。用電鍍的方法可以在金屬或非金屬製件表麵得到功能各異的多種鍍層,滿足在不同環境中對製件的使用要求。
它們涉及四大類:耐腐蝕、抗氧化;耐磨損、減摩;裝飾、美化;聲、光、磁、電的轉換,以及其他方麵如催化、殺菌等。內容包括單金屬鍍層、合金鍍層、複合鍍層、磷化、鈍化、化學氧化、電化學氧化等。目前研究方向包括:合金電鍍、激光電鍍、微粒彌散複合電鍍、纖維增強複合電鍍、梯度功能複合電鍍、微弧氧化、納米電龜鍍與納米多層膜電鍍等。常用電鍍層的種類及其功能特性見表1-1~表1-7。
上述這些電鍍層設計的選用要在了解它們的特性、設計依據、適用範圍、不宜或不允許使用範圍的基礎上進行,進而確定厚度係列與工藝。為便於設計師查詢,再按金屬種類提供選擇分類,詳見表2、表3、表4。
雖然,它在表麵處理技術中的曆史較長,工藝也比較成熟,但隨著現代工業和技術的飛速發展,對電鍍層的功能性要求越來越高,如高的耐腐蝕性、抗氧化性、良好的導電性、高硬度、高的耐磨性以及某些特殊的物理、化學特性,像特殊的電學性質、磁學性質、半導體性能以及超導性能等,電鍍新技術也不斷在發展。
表1-1 常用鍍層的種類與功能-機械特性
電鍍的種類 |
所需要的特性 |
裝飾 |
防護 |
耐磨損性 |
機械特性 |
硬度 |
潤滑性 |
尺寸精度 |
增厚性 |
脫膜性 |
低摩擦係數 |
二次加工性 |
裝
飾
鍍
層 |
銅 |
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
鎳 |
√ |
△ |
△ |
|
|
|
|
|
|
|
鉻 |
√ |
√ |
√ |
|
|
|
|
|
|
|
黑鉻、黑鎳 |
√ |
△ |
|
|
|
|
|
|
|
|
錫合金 |
√ |
△ |
|
|
|
|
|
|
|
|
銅合金 |
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
鎳合金 |
√ |
△ |
|
|
|
|
|
|
|
|
金、金合金 |
√ |
△ |
|
|
|
|
|
|
|
|
銀 |
√ |
|
|
|
△ |
|
|
|
|
|
銠 |
√ |
△ |
√ |
|
|
|
|
|
|
|
鈀 |
√ |
|
△ |
|
|
|
|
|
|
|
鉑 |
√ |
△ |
√ |
|
|
|
|
|
|
|
黑銠 |
√ |
|
△ |
|
|
|
|
|
|
|
電鑄 |
√ |
|
|
|
|
√ |
√ |
|
|
|
化學轉化處理 |
√ |
△ |
|
|
|
|
|
|
|
√ |
防
護
鍍
層 |
鋅 |
△ |
√ |
|
|
|
* |
|
|
△ |
△ |
鋅-鎳合金 |
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
鎘 |
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
△ |
錫-鋅合金 |
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
√ |
鎘-鈦合金 |
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
化學轉化處理 |
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
銅 |
|
|
|
|
|
|
√ |
|
|
△ |
化學銅 |
|
|
|
|
|
* |
△ |
|
|
|
鎳 |
△ |
△ |
△ |
|
|
|
△ |
|
|
|
鎳-鎘擴散 |
|
△ |
|
|
|
|
|
|
|
|
化學鎳 |
△ |
√ |
√ |
△ |
* |
√ |
|
△ |
△ |
|
工業用(硬質)鉻 |
√ |
△ |
√ |
√ |
△ |
* |
√ |
△ |
△ |
* |
黑鉻 |
√ |
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
金、金合金 |
√ |
△ |
* |
|
|
|
|
|
|
|
銀 |
△ |
|
|
* |
√ |
|
|
|
|
|
銠 |
√ |
△ |
√ |
√ |
|
|
|
|
|
|
鉑 |
|
△ |
△ |
|
|
|
|
|
|
|
鈀 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
釕 |
|
|
△ |
△ |
|
|
|
|
|
|
錫 |
△ |
△ |
|
|
|
|
|
|
* |
△ |
錫-銅合金 |
|
△ |
|
|
√ |
|
|
|
|
△ |
鉛 |
|
△ |
|
|
√ |
|
|
|
|
△ |
銦 |
|
|
|
|
√ |
|
|
|
|
|
鐵 |
|
|
|
|
|
|
√ |
|
|
√ |
乳白鉻 |
|
△ |
|
|
|
|
|
|
|
|
分散(複合) |
|
|
√ |
|
√ |
|
|
√ |
√ |
|
電鑄 |
|
|
|
|
|
√ |
√ |
|
|
|
注:盜用的評價:√:最有效;△:有效果;*:在一定條件下有效果。
表1-2 常用鍍層的種類與功能-電氣特性
電鍍的種類 |
所需要的特性 |
電氣特性 |
導電性 |
高頻特性 |
磁性 |
低接觸電阻 |
電阻特性 |
裝
飾
鍍
層 |
銅 |
√ |
△ |
|
△ |
|
鎳 |
|
|
|
|
|
鉻 |
|
|
|
|
|
黑鉻、黑鎳 |
|
|
|
|
|
錫合金 |
△ |
|
|
△ |
|
銅合金 |
|
|
|
|
|
鎳合金 |
|
|
|
|
|
金、金合金 |
|
△ |
|
|
|
銀 |
√ |
△ |
|
△ |
|
銠 |
|
|
|
△ |
|
鈀 |
|
|
|
△ |
|
鉑 |
|
|
|
|
|
黑銠 |
|
|
|
|
|
電鑄 |
|
|
|
|
|
化學轉化處理 |
|
|
|
|
|
防
護
鍍
層 |
鋅 |
|
|
|
|
|
鋅-鎳合金 |
|
|
|
|
|
鎘 |
|
|
|
|
|
錫-鋅合金 |
|
|
|
|
|
鎘-鈦合金 |
|
|
|
|
|
化學轉化處理 |
|
|
|
|
|
銅 |
√ |
√ |
* |
|
|
化學銅 |
√ |
|
|
|
|
鎳 |
|
△ |
|
|
* |
鎳-鎘擴散 |
|
|
|
|
|
化學鎳 |
△ |
|
* |
* |
√ |
工業用(硬質)鉻 |
|
|
|
|
|
黑鉻 |
|
|
|
|
|
金、金合金 |
√ |
△ |
|
√ |
|
銀 |
√ |
△ |
|
|
|
銠 |
|
|
|
√ |
|
鉑 |
|
|
|
|
|
鈀 |
|
|
|
△ |
|
釕 |
|
|
|
√ |
|
錫 |
△ |
|
|
|
|
錫-銅合金 |
△ |
△ |
|
|
|
鉛 |
|
|
|
|
|
銦 |
|
|
|
|
△ |
鐵 |
|
|
|
|
|
乳白鉻 |
|
|
|
|
|
分散(複合) |
|
|
|
|
|
電鑄 |
|
√ |
|
|
|
注:盜用的評價:√:最有效;△:有效果;*:在一定條件下有效果。
表1-3 常用鍍層的種類與功能-光特性
電鍍的種類 |
所需要的特性 |
光特性 |
防反射性 |
光選擇吸收性 |
光反射性 |
耐侯性 |
裝
飾
鍍
層 |
銅 |
|
|
|
|
鎳 |
* |
|
|
|
鉻 |
|
|
√ |
√ |
黑鉻、黑鎳 |
√ |
√ |
|
△ |
錫合金 |
|
|
|
√ |
銅合金 |
|
|
|
|
鎳合金 |
|
|
|
|
金、金合金 |
|
|
√ |
√ |
銀 |
|
|
|
|
銠 |
|
|
△ |
√ |
鈀 |
|
|
|
|
鉑 |
|
|
|
|
黑銠 |
√ |
△ |
|
√ |
電鑄 |
|
|
|
|
化學轉化處理 |
√ |
* |
|
|
防
護
鍍
層 |
鋅 |
* |
|
* |
* |
鋅-鎳合金 |
|
|
|
|
鎘 |
|
|
|
|
錫-鋅合金 |
|
|
|
|
鎘-鈦合金 |
|
|
|
|
化學轉化處理 |
|
|
|
|
銅 |
|
|
|
|
化學銅 |
|
|
|
|
鎳 |
|
* |
△ |
△ |
鎳-鎘擴散 |
|
|
|
|
化學鎳 |
|
|
|
|
工業用(硬質)鉻 |
|
|
|
|
黑鉻 |
|
|
|
|
金、金合金 |
√ |
√ |
|
|
銀 |
|
|
|
|
銠 |
|
|
|
|
鉑 |
|
|
|
|
鈀 |
|
|
|
|
釕 |
|
|
|
|
錫 |
|
|
|
|
錫-銅合金 |
|
|
|
|
鉛 |
|
|
|
|
銦 |
|
|
|
|
鐵 |
|
|
|
|
乳白鉻 |
|
|
|
|
分散(複合) |
|
|
|
|
電鑄 |
|
|
|
|
注:盜用的評價:√:最有效;△:有效果;*:在一定條件下有效果。
表1-4 常用鍍層的種類與功能-熱特性
電鍍的種類 |
所需要的特性 |
熱特性 |
耐熱性 |
熱吸收性 |
熱導性 |
熱反射性 |
裝
飾
鍍
層 |
銅 |
△ |
√ |
√ |
√ |
鎳 |
|
|
|
△ |
鉻 |
|
|
|
|
黑鉻、黑鎳 |
△ |
|
|
|
錫合金 |
|
|
|
△ |
銅合金 |
|
|
|
△ |
鎳合金 |
|
|
|
△ |
金、金合金 |
|
|
△ |
|
銀 |
|
△ |
√ |
|
銠 |
△ |
|
|
|
鈀 |
△ |
|
|
|
鉑 |
△ |
|
|
|
黑銠 |
|
|
|
|
電鑄 |
|
|
|
|
化學轉化處理 |
|
△ |
△ |
|
防
護
鍍
層 |
鋅 |
|
* |
|
|
鋅-鎳合金 |
|
|
|
|
鎘 |
|
|
|
|
錫-鋅合金 |
|
|
|
|
鎘-鈦合金 |
|
|
|
|
化學轉化處理 |
|
|
|
|
銅 |
|
|
√ |
|
化學銅 |
|
|
|
|
鎳 |
|
|
|
|
鎳-鎘擴散 |
√ |
√ |
|
|
化學鎳 |
√ |
|
|
|
工業用(硬質)鉻 |
△ |
|
|
|
黑鉻 |
|
|
|
|
金、金合金 |
|
√ |
△ |
|
銀 |
√ |
|
√ |
|
銠 |
|
|
|
|
鉑 |
|
|
|
|
鈀 |
|
|
|
|
釕 |
|
|
|
|
錫 |
|
|
|
|
錫-銅合金 |
|
|
|
|
鉛 |
|
|
|
|
銦 |
|
|
|
|
鐵 |
|
|
|
|
乳白鉻 |
△ |
|
|
|
分散(複合) |
|
|
|
|
電鑄 |
|
|
|
|
注:盜用的評價:√:最有效;△:有效果;*:在一定條件下有效果。
表1-5 常用鍍層的種類與功能-物理特性
電鍍的種類 |
所需要的特性 |
物理特性 |
軟釺焊性 |
黏結性 |
多孔性 |
抗黏結性 |
裝
飾
鍍
層 |
銅 |
√ |
√ |
|
|
鎳 |
|
|
|
|
鉻 |
|
|
|
|
黑鉻、黑鎳 |
|
|
|
|
錫合金 |
△ |
|
|
|
銅合金 |
|
|
|
|
鎳合金 |
|
|
|
|
金、金合金 |
|
|
|
|
銀 |
√ |
√ |
|
|
銠 |
|
|
|
|
鈀 |
|
|
|
|
鉑 |
|
|
|
|
黑銠 |
|
|
|
|
電鑄 |
|
|
|
|
化學轉化處理 |
|
|
△ |
|
防
護
鍍
層 |
鋅 |
* |
|
|
|
鋅-鎳合金 |
|
|
|
|
鎘 |
|
△ |
|
|
錫-鋅合金 |
△ |
|
|
|
鎘-鈦合金 |
|
|
|
|
化學轉化處理 |
|
|
|
|
銅 |
√ |
√ |
|
|
化學銅 |
△ |
△ |
|
|
鎳 |
△ |
|
|
|
鎳-鎘擴散 |
|
|
|
|
化學鎳 |
△ |
√ |
|
|
工業用(硬質)鉻 |
|
|
√ |
△ |
黑鉻 |
|
|
|
|
金、金合金 |
△ |
√ |
|
|
銀 |
√ |
√ |
|
|
銠 |
|
|
|
|
鉑 |
|
|
|
|
鈀 |
|
|
|
|
釕 |
|
|
|
|
錫 |
√ |
|
|
|
錫-銅合金 |
√ |
|
|
|
鉛 |
|
|
|
|
銦 |
|
|
|
|
鐵 |
|
|
|
|
乳白鉻 |
|
|
|
|
分散(複合) |
|
|
|
|
電鑄 |
|
|
|
|
注:盜用的評價:√:最有效;△:有效果;*:在一定條件下有效果。
表1-6 常用鍍層的種類與功能-化學特性
電鍍的種類 |
所需要的特性 |
化學特性 |
黏結性 |
耐腐蝕性 |
防汙性 |
殺菌性 |
裝
飾
鍍
層 |
銅 |
√ |
* |
|
√ |
鎳 |
|
|
|
|
鉻 |
|
△ |
△ |
|
黑鉻、黑鎳 |
|
|
|
|
錫合金 |
△ |
* |
|
|
銅合金 |
√ |
|
|
|
鎳合金 |
|
|
|
|
金、金合金 |
|
|
|
△ |
銀 |
|
|
|
√ |
銠 |
|
√ |
|
|
鈀 |
|
√ |
|
|
鉑 |
|
√ |
|
|
黑銠 |
|
|
|
|
電鑄 |
|
|
|
|
化學轉化處理 |
△ |
* |
△ |
△ |
防
護
鍍
層 |
鋅 |
△ |
|
|
|
鋅-鎳合金 |
|
|
|
|
鎘 |
|
|
|
|
錫-鋅合金 |
|
|
|
|
鎘-鈦合金 |
|
|
|
|
化學轉化處理 |
△ |
|
|
|
銅 |
△ |
|
|
√ |
化學銅 |
△ |
|
|
△ |
鎳 |
|
△ |
|
|
鎳-鎘擴散 |
|
|
|
|
化學鎳 |
|
√ |
√ |
|
工業用(硬質)鉻 |
|
△ |
|
|
黑鉻 |
|
|
|
|
金、金合金 |
|
|
|
|
銀 |
|
|
|
√ |
銠 |
|
√ |
|
|
鉑 |
|
√ |
|
|
鈀 |
|
√ |
|
|
釕 |
|
√ |
|
|
錫 |
△ |
△ |
|
|
錫-銅合金 |
△ |
√ |
|
|
鉛 |
|
√ |
√ |
|
銦 |
|
|
|
|
鐵 |
|
|
|
|
乳白鉻 |
|
|
|
|
分散(複合) |
△ |
|
|
|
電鑄 |
|
|
|
|
注:盜用的評價:√:最有效;△:有效果;*:在一定條件下有效果。
表1-7 常用鍍層的種類與功能-其它特性
電鍍的種類 |
所需要的特性 |
其它特性 |
耐刷性 |
防海水腐蝕 |
仿型性 |
低氫脆 |
裝
飾
鍍
層 |
銅 |
|
|
|
|
鎳 |
|
|
|
|
鉻 |
|
|
|
|
黑鉻、黑鎳 |
|
|
|
|
錫合金 |
|
|
|
|
銅合金 |
|
|
|
|
鎳合金 |
|
|
|
|
金、金合金 |
|
|
|
|
銀 |
|
|
|
|
銠 |
|
|
|
|
鈀 |
|
|
|
|
鉑 |
|
|
|
|
黑銠 |
|
|
|
|
電鑄 |
|
|
√ |
|
化學轉化處理 |
|
△ |
|
|
防
護
鍍
層 |
鋅 |
|
|
|
|
鋅-鎳合金 |
|
|
|
|
鎘 |
|
√ |
|
|
錫-鋅合金 |
|
|
|
|
鎘-鈦合金 |
|
√ |
|
√ |
化學轉化處理 |
|
|
|
|
銅 |
|
|
|
|
化學銅 |
|
|
|
|
鎳 |
|
|
|
|
鎳-鎘擴散 |
|
|
|
|
化學鎳 |
|
√ |
|
|
工業用(硬質)鉻 |
|
* |
|
|
黑鉻 |
|
|
|
|
金、金合金 |
|
△ |
|
|
銀 |
|
|
|
|
銠 |
|
|
|
|
鉑 |
|
|
|
|
鈀 |
|
|
|
|
釕 |
|
|
|
|
錫 |
|
|
|
|
錫-銅合金 |
|
|
|
|
鉛 |
|
|
|
|
銦 |
|
|
|
|
鐵 |
|
|
|
|
乳白鉻 |
|
|
|
|
分散(複合) |
|
|
|
|
電鑄 |
|
|
|
|
注:盜用的評價:√:最有效;△:有效果;*:在一定條件下有效果。
表2 鋼鐵零件鍍覆層的選擇
項目 |
材料 |
使用條件 |
使用部件 |
位置 |
鍍覆層要求 |
一般情況 |
結構鋼 |
小於250℃ |
無特殊要求 |
結構件
係統零件
電氣零件 |
外部
內部 |
鋅鍍層 |
與鋁、鎂合金接觸 |
與橡膠件接觸 |
導電、導磁、焊接 |
鍍鋅不鈍化 |
在煤、汽油中工作 |
係統零件 |
內部 |
鋅鍍層 |
小於230℃ |
無特殊要求 |
結構件
係統零件
電氣零件 |
外部
內部 |
鎘鍍層 |
海洋環境 |
與鋁、鎂合金接觸 |
導電、導磁、焊接 |
鍍鎘不鈍化 |
小於200℃ |
在潤滑油中工作、精度高、公差小零件 |
結構件
係統零件
|
內部 |
化學氧化膜(發藍) |
防護要求不高的 |
有抗氧化要求 |
小於150℃ |
要求絕緣和在潤滑油中工作的零件 |
結構件
係統零件 |
內部 |
磷化膜 |
油漆底層 |
內部、外部 |
鑄鋼 |
螺紋部分不允許噴鋅 |
結構件
係統零件 |
內部 |
噴鋅層 |
超高強度鋼 |
小於150℃ |
無特殊要求 |
結構件
係統零件 |
內部 |
磷化膜+塗漆(油) |
小於230℃ |
要求良好的防護性和低氫脆性 |
結構件
係統零件 |
內部、外部 |
鎘-鈦鍍層 |
不鏽鋼 |
小於18%Cr不鏽鋼 |
|
內部、外部 |
鈍化 |
大於或等於18%Cr不鏽鋼 |
|
內部、外部 |
不鈍化 |
特殊要求 |
搭接、點焊、鉚接組合件 |
結構鋼 |
小於150℃ |
無特殊要求 |
結構件 |
內部 |
磷化 |
螺紋部分不許噴鋅 |
結構件 |
內部 |
噴鋅 |
導管內腔、形態複雜件 |
結構鋼 |
小於150℃ |
無特殊要求 |
結構件
係統零件 |
內部 |
磷化 |
滲碳表麵 |
13CrNi3A
18CrNi4WA |
小於230℃ |
無特殊要求 |
結構件
係統零件 |
內部 |
鎘鍍層 |
螺栓(螺釘、螺栓) |
25#、45#鋼 |
螺栓 |
結構件
係統零件 |
內部 |
鋅、鎘鍍層 |
30CrMnSiA |
M<10mm螺栓 |
結構件
係統零件 |
內部、外部 |
鋅、鎘鍍層 |
M>10mm螺栓 |
結構件
係統零件 |
內部、外部 |
鎘鍍層 |
Cr17Ni2 |
螺栓 |
結構件
係統零件 |
內部 |
鈍化 |
彈簧 |
Ⅱa |
在油中工作 |
結構件
係統零件 |
內部 |
化學氧化 |
Ⅱa.50CrVa65Si2MnWA |
d≤0.5mm |
海洋及大氣環境中工作 |
結構件
係統零件 |
內部 |
鎘鍍層 |
耐磨、支撐表麵 |
結構鋼、超高強度鋼 |
要求耐磨表麵 |
|
結構件
係統零件 |
內部 |
鉻鍍層 |
零件其它部分 |
|
結構件
係統零件 |
內部 |
按規定 |
防毒 |
結構鋼 |
小於100℃ |
|
氧氣係統 |
內部 |
錫鍍層 |
防止高溫粘接 |
高溫合金 |
小於300℃ |
緊固件 |
結構高溫部件 |
內部 |
銅鍍層 |
導電、釺焊 |
結構鋼 |
小於100℃ |
電氣係統 |
內部 |
錫鍍層 |
黑色外觀 |
結構鋼 |
電器、儀表需消光的零件 |
|
|
化學氧化 |
電器、儀表需消光的零件標誌 |
黑鉻鍍層 |
表3 鋁和鋁合金陽極化層的選擇
項目 |
材料 |
使用條件 |
使用部位 |
位置 |
鍍覆層要求 |
一般情況 |
鋁合金 |
無特殊要求 |
結構件
係統零件 |
內部、外部 |
硫酸陽極化 |
鑄鋁 |
含銅量大於4%如LY12、LY11、ZL201等,含銅含矽總量大於7.5%如ZL106、ZL107、ZL108等不宜使用 |
內部 |
鉻酸陽極化 |
特殊情況 |
導管 |
鋁合金 |
|
係統零件 |
內部 |
化學氧化 |
要求耐磨隔熱零件 |
鋁合金 |
|
結構件
係統零件 |
內部 |
硬質陽極化 |
膠接件 |
鋁合金 |
無特殊要求 |
結構件 |
內部、外部 |
磷酸陽極化 |
識別標誌 |
鋁合金 |
無特殊要求 |
係統零件 |
內部、外部 |
彩色陽極化 |
搭接、點焊、鉚接組合件 |
小於65℃ |
|
內部 |
化學氧化 |
無特殊要求 |
或鉻酸陽極化 |
表4 銅和銅合金鍍層的選擇
項目 |
材料 |
使用條件 |
使用部位 |
位置 |
鍍覆層要求 |
一般情況 |
鋁合金 |
無特殊要求 |
係統零件 |
內部 |
無防護層或鈍化 |
特殊情況 |
導電釺焊 |
銅合金 |
小於100℃,在燃油中工作的 |
係統零件 |
內部 |
錫鍍層 |
導電性要求極高的零件 |
銀鍍層 |
防毒 |
銅合金 |
小於100℃ |
係統零件 |
內部 |
錫鍍層 |
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