金屬電沉積是指在直流電的作用下,電解液中的金屬離子還原,并沉積到零件表面形成有一定性能的金屬鍍層的過程。電解液主要是水溶液,也有有機(jī)溶液和熔融鹽。從水溶液和有機(jī)溶液中電鍍稱為濕法電鍍,從熔融鹽中電鍍稱為熔融鹽電鍍。本章主要敘述金屬從水溶液中電沉積的原理。非水溶液、熔融鹽電鍍雖已部分獲得工業(yè)化應(yīng)用,但不普遍。
金屬離子以一定的電流密度進(jìn)行陰極還原時(shí),電極的電極電位可表爾為:= V平-平為金屬在電解液中的平衡電位,印是在此電流密度下的陰極過電位。原則上,只要電極電位足夠負(fù),任何金屬離子都可能在陰極上還原,實(shí)現(xiàn)電沉積。但由于水溶液中有氫離子、水分子及多種其它離子,使得一些還原電位很負(fù)的金屬離子實(shí)際上不可能實(shí)現(xiàn)沉積過程。所以金屬離子在水溶液中能否還原,不僅決定于其本身的電化學(xué)性質(zhì),還決定于金屬的還原電位與氫還原電位的相對(duì)大小。若金屬離子還原電位比氫離子還原電位更負(fù),則電極上大量析氫,金屬沉積極少。周期表上70多種金屬元素中,約有30多種金屬可以在水溶液中電沉積。表5-1中區(qū)域I內(nèi)的元素不能在水溶液中沉積。如Na、K、Mg、Ca等標(biāo)準(zhǔn)電極電位比氫負(fù)得多,很難沉積;即使在陰極上還原,也會(huì)立即與水反應(yīng)而氧化。Mo, W類金屬也難從水溶液中單獨(dú)沉積出來,只能與其它元素形成合金實(shí)現(xiàn)共沉積。區(qū)域II內(nèi)的金屬(Cr族右方)的簡(jiǎn)單離子都能較容易從水溶液中沉積出來。越靠右邊的金屬,越易還原。而且交換電流密度較小,F(xiàn)e、Co、Ni元素的更小。區(qū)域HI內(nèi)的金屬的電極電位更向正移動(dòng),但交換電流密度較大。