第二章 电镀基本原理与概念
2.1 电镀之定义
电镀(electroplating)被定义为一种电沉积过程(electrodepos- ition process)， 是利用电极(electrode)通过电流，使金属附着于 物体表面上， 其目的是在改变物体表面之特性或尺寸。
2.2 电镀之目的
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit)，改变基材表面性质或尺寸。例如赋予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗、提高 导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性、热处理之防止渗碳、氮化 、尺寸错误或磨耗之另件之修补。
2.3 各种镀金的方法
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电镀法(electroplating)
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无电镀法(electroless plating)
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热浸法(hot dip plating)
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熔射喷镀法(spray plating)
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塑料电镀(plastic plating)
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浸渍电镀(immersion plating)
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渗透镀金(diffusion plating)
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阴极溅镀(cathode supptering)
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真空蒸着镀金(vacuum plating)
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合金电镀 (alloy plating)
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复合电镀 (composite plating
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局部电镀 (selective plating)
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穿孔电镀 (through-hole plating)
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笔电镀(pen plating)
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电铸 (electroforming)
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2.4 电镀的基本知识
电镀大部份在液体 (solution) 下进行，又绝大部份是由水溶 液 (aqueous solution)中电镀，约有 30 种的金属可由水溶液进 行电镀, 由水溶液电镀的金属有：铜Cu、镍Ni、铬Cr、锌Zn、镉Cd" 、铅Pb、金Au、银Ag、铂Pt、钴Co、锰Mn、锑Sb、铋Bi、汞Hg、镓Ga、铟In、铊、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W 等。
有些必须由非水溶液电镀如锂、钠、钾、铍、镁、钙、锶、钡、铝、La、Ti、Zr、Ge、Mo等。可油水溶液及非水溶液电镀者有铜、银、锌、镉、锑、铋、锰、钴、镍等金属。
电镀的基本知识包括下列几项：
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溶液性质
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物质反应
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电化学
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化学式
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界面物理化学
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材料性质
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2.4.1溶液(solution)
被溶解之物质称之为溶质(solute)，使溶质溶解之液体称之溶 剂(solute)。溶剂为水之溶液称之水溶液(aqueous solution)。
表示溶质溶解于溶液中之量为浓度(concentration)。 在一定量溶剂 中，溶质能溶解之最大量值称之溶解度(solubility)。
达到溶解度 值之溶液称之为饱和溶液(saturated solution)，反之为非饱和溶 液(unsaturated solution)。 溶液之浓度，在工厂及作业现场，使用易了解及便利的重量百分率浓度(weight percentage)。 另外常用的莫耳浓度(molal concentration)。
2.4.2物质反应(reaction of matter)
在电镀处理过程中，有物理变化及化学变化，例如研磨、干燥等为物理反应，电解过程有化学反应，我们必须充份了解在处里过程中各种物理及化学反应及其相互间关系与影响。
2.4.3 电镀常用之化(chemical formular)
见附录一。
2.4.4电化学(electrochemistry)
电镀是一种电沉积( electrodeposition )过程,利用电解体electrolysis)在电极(electrode)沉积金属,它是属于电化学之应用的一支。电化学是研究有关电能与化学能交互变化作用及转换过程。
电解质(electrolyte)例子NaCl,也就是其溶液具有电解性质之溶液 (electrolyticsolution)它含有部份之离子(ions),经由此等离子之移动 (movement)而能导电。带阴电荷朝向阳极(anode)移动称之为阴离子(anion),带正电荷朝向阴极(cathode)移动(migrate)者称之为阴离子 cations)。这些带电荷之粒子(particles)称之为离子(ions)。放出电 子产生氧化反应之电极称之为阳极(anode),得到电子产生还元化应 之电极称之为阴极(cathode)。整个反应过程称之为电解(electrolysis)。
2.4.4.1 电极电位(electrode potentials)
电位(electrode potential)为在电解池(electrolytic)中之导电体,电流 经由它流入或流出。 电极电位(electrode potential)是电极与电解液之间的电动势差, 单独电极电位不能测定需参考一些标准电极(standard electrode)。
例如氢标准电极(hydrogen standard electrode)以其为基准电位为0
电极电位之大小可由Nernst equation表示之:
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E=E0+RT/nF ln aMn+/aM
E=电极电位
E0=电极标准状态电位(volt)
R=气体常数(8.3143 J.K-1MOL-1)
T=绝对零度( K)
n=原子价之改变数(电子移转之数)
aMn+=金属离子之活度(activity),若极稀薄之溶液,其活度就等于金属
离子之浓度(concentration)C。
一般则活度为浓度乘上活度系数,即a = r *c。
金属电极之活度,若为纯金属即为1 。
法拉第常数
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2.4.4.2 标准电极电位(standard electrode potential)
标准电极电位(standard electrode potential)是指金属电极之活度为 1(纯金属)及在金属离子活度为1时之电极电位。
即 E=E0
E=E0+RT/nF ln 1/1
=E0+0= E0
氢之标准电位在任何温度下都定为0,做为其它电极之参考电极 (REFERENCEELECTRODE),以氢标准电极为基准0,各种金属之标准电位见表排列在前头之金属如Li较易 失去电子,易被氧化,易 溶解,易腐蚀,称之为溅金属或 金属(basic metal)。相反如Au金属不易失去电子.不易氧化.不易溶解.容易被还元称之为贵金属(noble metal)。
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电极
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电位
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电极
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电位
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Li+ -3.045
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Co ?
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Co+2 -0.277
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Rb?
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Rb+ -2.93
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Ni ?
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Ni+2 -0.250
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K?
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K+ -2.924
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Sn ?
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Sn+2 -0.136
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Ba?
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Ba+2 -2.90
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Pb ?
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Pb+2 -0.126
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Sr ?
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Sr+2 -2.90
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Fe ?
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Fe+3 -0.04
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Ca ?
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Ca+2 -2.87
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Pt/H2?
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H+ 0.000
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Na ?
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Na+ -2.715
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Sb ?
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Sb+3 +0.15
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Mg ?
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Mg+2 -2.37
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Bi ?
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Bi+3 +0.20
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Al ?
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Al+3 -1.67
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As ?
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As+3 +3
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Mn ?
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Mn+2 -1.18
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Cu ?
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Cu+2 +0.34
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Zn ?
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Zn+2 -0.762
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Pt/OH-?
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O2 +0.40
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Cr ?
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Cr+3-0.74
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Cu ?
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Cu+ +0.52
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Cr ?
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Cr+2 -0.56
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Hg ?
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Hg2+2 +0.789
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Fe ?
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Fe+2 -0.441
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Ag ?
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Ag+ +0.799
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Cd ?
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Cd +3 -0.402
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Pd ?
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Pd+2 +0.987
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In ?
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In+3 -0.34
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Au ?
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Au+3 +0.150
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Tl ?
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Tl+ -0.336
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Au ?
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Au+ +1.68
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