摘要 - 本文介绍了电镀的基本原理、工艺流程、相关化学基础以及不同类型的电镀工艺和金属涂层等内容。电镀是一种通过电流在表面产生致密、均匀且附着性好的涂层的电沉积过程，涂层通常用于装饰、保护或增强表面特定性能，广泛应用于多个行业。
1.电镀核心知识阐述
（一）电镀基本概念
电解池与电极反应
电镀的核心是电解池，包括电解液、阳极和阴极。待镀工件为阴极，阳极分为牺牲阳极（由要沉积的金属制成）和惰性阳极（如铂和碳）。通电时，电解液中的正离子向阴极移动，负离子向阳极移动，在阴极发生金属离子的还原反应形成涂层，同时阳极发生相应的氧化反应。
以镀铜为例，从硫酸铜溶液中电镀铜时，阴极的铜离子得到电子还原成铜原子沉积在工件表面，阳极的硫酸根离子放电，同时铜阳极溶解，保持溶液成分基本不变。
图1.电镀原理。
电化学基础
氧化还原反应：广义上，电子转移反应都属于氧化还原反应。在电解过程中，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应。
法拉第定律：1833年，迈克尔·法拉第提出了电解定律，即电极上沉积的物质的量与通过的电量成正比，不同物质在给定电量下释放的量与其电化学当量成正比。
电流效率、电流密度和电流分布
电流效率是指通过电解池（或电极）实现预期化学反应的电流占总电流的比例，受电极上可能发生的副反应影响。
电流密度是单位电极面积上的电流，对镀层的性质和分布有重要影响，电流会倾向于在电极边缘和尖端集中。
理想的电镀过程希望电流在电极表面均匀分布。
电位关系
包括电极电位、平衡电极电位、过电位和过电压等概念。平衡电极电位是无电流通过时电极相对于参比电极的电位，可用能斯特方程计算。
过电位是电极在有电流通过时其电位与平衡电位的差值，代表使电极反应以所需速率进行所需的额外能量，过电位随电流密度增加而增大。
过电压是电池有电流通过时的电压与开路电压的差值，是电池中两个电极的过电位和欧姆损耗之和。
（二）表面处理
表面清洁
化学方法包括溶剂脱脂、碱性清洗和酸性清洗等，分别用于去除不同类型的污染物。
机械方法包括抛光和打磨等，用于去除金属表面的瑕疵，使表面更光滑。
表面改性：包括改变表面属性，如施加金属层或硬化等。
冲洗：在湿镀过程中，工件在不同处理溶液之间转移时会携带溶液，需要冲洗去除，冲洗后的废水需进行处理。
（三）电解金属沉积过程
直流电镀：通过直流电源提供电流，工件形状会影响镀层厚度，通常需要合理放置阳极和调整电流密度以获得均匀镀层。
脉冲电镀：使用脉冲电流，可分为单极（通断）或双极（电流反转），能改善镀层的形态和物理性能。
激光诱导金属沉积：利用聚焦激光束加速金属沉积，可大幅提高沉积速率，同时介绍了覆盖能力、宏观分散能力和微观分散能力等概念，这些能力受多种因素影响，不同金属可能需要不同类型的电解液。、
图2.典型电镀厂工艺流程。
（四）电镀工艺类型
批量电镀：用于大量小工件的电镀，如螺母和螺栓，常用的是滚镀，即将工件装入电镀桶中。
挂镀：对于因尺寸、形状或特殊特征不能批量电镀的工件，将其安装在挂具上进行预处理、电镀和后处理。
连续电镀：适用于形状简单且均匀的工件，如金属带、丝和管，工件在电镀过程中连续移动通过一排或两排阳极。
在线电镀：将电镀和精加工过程集成到主生产线中，具有节省预处理步骤、减少材料、化学和能源消耗以及废物排放等优点。
（五）金属涂层类型
牺牲涂层：主要用于保护基体金属，如钢铁，涂层金属相对于基体金属为阳极，自身会发生腐蚀以保护基体，如锌和镉涂层，但镉由于毒性高在很多国家已被禁止使用。
合金涂层：由两种或多种化学元素组成，至少一种为金属，通过从同一溶液中电镀两种金属制成，如金 - 铜 - 镉、锌 - 钴等。
装饰保护涂层：用于增加外观吸引力和一些保护性能，包括铜、镍、铬、锌和锡等金属。
多层涂层：通过在不同电位下从同一溶液中电镀不同金属制成，如基于铜、镍、铬的多层涂层可用于金属或塑料部件，提高其外观、耐腐蚀和耐磨性能，并减轻重量。
工程涂层：用于增强表面特定性能，如可焊性、耐磨性、反射率和导电性，包括金、银、铂族金属、锡和铅等。
复合涂层：由分散在金属基体中的微小第二相颗粒组成，可改善机械和化学性能，具有良好的耐磨性。
转化涂层：由基体金属表面与溶液反应形成，如铬酸盐涂层，具有良好的大气腐蚀抗性，广泛用于保护常见家用产品。
阳极氧化涂层：通过电化学转换在金属工件表面形成其氧化物，通常用于铝的保护和装饰，与电镀不同，工件在阳极氧化中为阳极，表面形成氧化物，而电镀中工件为阴极，金属沉积在工件上。
图3.元素周期表（框架内的金属可从水溶液中电沉积）。
（六）相关工艺
化学镀（无电沉积）：无需外部电源，通过化学还原剂将溶液中的金属离子还原，沉积反应只在催化表面发生，可用于在非导电表面沉积金属，但还原剂通常较贵。
浸镀：通过化学置换在基体上沉积金属涂层，无需电路或电源，与化学镀不同的是不需要化学还原剂，当基体完全被涂层覆盖时沉积停止，具有简单、投资成本低的优点，但适用性有限。
电铸：通过在基础模板（模具）或芯轴上进行电沉积来生产或复制金属工件，然后去除模板或芯轴，能精确复制模板形状，但存在生产速度慢、成本高、几何设计受限以及工件与模具分离困难等缺点。
2.总结
电镀行业正经历持续的技术创新，并面临来自经济和环境方面的重大挑战。选择合适的电镀工艺对于实现具有理想属性的涂层至关重要，这需要综合考虑涂层规范和基材特性。
