电镀技术的基本原理

电镀是在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到工件表面形成有一定性能的牢固金属镀层的工艺过程。电解液主要是水溶液或者有机溶液和熔融盐。镀层可以是单金属或合金。

当直流电通过两电极及两极间含金属离子的电解液时，金属离子在阴极上还原沉积成镀层，而阳极氧化将金属转变为离子，如图9-17所示。

图9-17中，在盛有硫酸铜电镀液的镀槽中，插入两个铜板，并与直流电源相接，当施加一定电压时，两极就发生电化学反应：

Cu²⁺（溶液内部）→Cu²⁺（阴极表面）

Cu²⁺（阴极表面）+2e^-→Cu（金属）(https://www.daowen.com)

金属离子按如下步骤沉积：

1）传递步骤。液相中的反应粒子（金属水化离子或配合离子）向阴极表面传递的步骤有电迁移、扩散及对流三种不同方式。

2）前置化学步骤。直接参加阴极电化学还原反应的金属离子往往不是金属离子在电解液中的主要存在形式。在还原之前，离子在阴极附近或表面发生化学反应，然后才能放电还原为金属。

3）电荷转移步骤。反应粒子在阴极表面得到电子形成吸附原子或吸附离子的过程称为电荷转移步骤，又称为电化学步骤，是电荷从阴极表面转移到反应粒子的过程，这是电沉积过程的重要步骤。

4）结晶步骤。吸附原子通过表面扩散到达生长点而进入晶格，或吸附原子相互碰撞形成新的晶核并长大成晶体。

金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实现电沉积。但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其他离子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。所以，金属离子能否在水中还原，不仅取决于其本身的电化学性质，还取决于金属的还原电位与氢还原电位的相对大小。若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析出氢，金属沉积极少。金属离子还原析出的可能性是获得镀层的首要条件。而获得质量优良的镀层还要有合理的镀液组成和合理的工艺控制。