第2章　电镀与化学镀

电镀是利用电化学的方法将金属离子还原为金属，并沉积在金属或非金属制品表面上，形成符合要求的平滑致密的金属覆盖层的一种表面加工工艺。其实质是给各种制品穿上一层金属“外衣”，这层金属“外衣”就叫做电镀层，它的性能在很大程度上取代了原来基体的性质。电镀作为表面处理手段其应用范围遍及工业、农业、军事、航空、化工和轻工业等领域。

概括起来，根据需要进行电镀的目的主要有三个。

①提高金属制品的耐腐蚀能力，赋予制品表面装饰性外观。据不完全统计，全世界每年因腐蚀而报废的钢铁产品约占钢铁年产量的1/3，因此防止金属腐蚀的任务十分艰巨。电镀层是一种有效的提高金属耐腐蚀性能的手段之一，也是最主要采用的手段之一。随着现代科技的发展，金属制品和部件越来越多，而且大多数外露于周围环境中，因此，为了防止金属制品腐蚀所需要的电镀层的数量很大。当前，人们对以防护制品免遭腐蚀为目的的镀层又提出了一定装饰要求，例如自行车、摩托车、钟表、家用电器、建筑五金等所使用的镀层，都具有防护与装饰的双重作用。此外，有些专以装饰为目的的镀层，例如门把手等表面的防金镀层，也必须具有一定的防护性能。所以说镀层的装饰性和防护性是分不开的。

②赋予制品表面某种特殊功能，例如提高硬度、耐磨性、导电性、磁性、钎焊性、抗高温氧化性、减少接触面的滑动摩擦，增强反光能力、防止射线的破坏和防止钢铁件热处理时的渗碳和渗氮等。随着科学技术的不断发展，新的交叉学科不断涌现，对材料性能的要求也提出了许多新的特殊要求。在许多情况下，往往只需要一个符合性能要求的表面层就可以解决对材料的性能需要。耐磨镀层主要是依靠提高制品表面的硬度来提高其抗磨损能力，在工业上多采用镀硬铬，如各种轴和曲轴的轴颈、印花辊的辊面、发动机的汽缸内壁和活塞环、冲压模具的内腔等。不少技术部门需要使用高熔点的金属材料制造特殊用途的零部件，但这些材料有可能在高温下被氧化，而使零部件损坏，为解决此问题，可以在零件表面电镀高温抗氧化层，如铬合金镀层。在电子工业中则需要大量使用能够提高表面导电性的镀层，而在电子计算机设备中的磁环、磁鼓、磁盘、磁膜等储存部件，均需使用磁性材料，目前多采用以电镀法形成的镀层来满足这方面的要求。

③提供新型材料，以满足当前科技与生产发展的需要，例如制备具有高强度的各种金属基复合材料，合金、非晶态材料，纳米材料等。在金属材料中加入具有高强度的第二相，可使结构材料的强度显著提高。例如，用70%体积的镍和30%体积的碳化硅颗粒制备的复合镀层，其耐磨性能较纯镍镀层要高很多。制备金属基复合材料的方法有很多种，与其他方法相比，电镀法具有工艺设备简单，操作比较容易控制，不需要高温、高压、高真空等繁难技术，而且能源消耗低。所以，电镀（电铸）法制备新型材料有着广阔的前途，在当前新技术的发展与应用中有重大的意义。

现代电化学是由意大利化学家L.V.Brugnatelli在1805年发明的。Brugnatelli利用了他的同事 Alessandro Volta 五年前的一项发明，用电极进行了第一次电沉积。1839年，英国和俄罗斯科学家独立地设计了金属电沉积工艺，这种工艺类似于Brugnatelli的发明，用于印刷电路板的镀铜。不久之后，英国伯明翰的John Wright发现氰化钾是一个合适电镀黄金和白银的电解液。1840年，Wright的同事，乔治埃尔金顿和亨利埃尔金顿被授予第一个电镀专利。他们两人在伯明翰创建了电镀工厂，从此该技术开始传播到世界各地。 随着电化学科学的成熟，其与电镀过程的关系渐渐被人们理解，其他类型的非装饰金属电镀工艺被开发出来。到20世纪50年代，商业电镀镍、铜、锡和锌也相继被开发出来。在两位埃尔金顿的发明专利基础上，电镀槽及其他装备被扩大到可以电镀许多大型物体和特定工件。

在19世纪后期，受益于发电机的广泛应用，电镀工业得到了蓬勃发展。随着发电机电流控制程度的提高，使许多需要提高耐磨和耐蚀性能的金属机械部件、五金件及汽车零部件得到处理，并可以批量处理，同时零部件的外观也得到了改善。两次世界大战和不断增长的航空业推动了电镀的进一步发展和完善，包括镀硬铬、铜合金电镀、氨基磺酸镀镍以及其他许多电镀过程。电镀设备也从以前的手动操作的沥青内衬木制槽发展到现在的全自动化设备，每小时能处理成千上万公斤的零部件。后来，美国物理学家理查德费曼将金属电镀应用到塑料电镀，使其成为塑料表面装饰及防护涂层制备的主要手段之一。

新中国成立前中国的电镀工业可以说是一个空白，只是在上海、天津等少数几个沿海城市有一些小的电镀作坊，也大多是外国资本家控制，技术落后，工人的劳动条件恶劣，仅能为一些日用小商品的生产服务。新中国成立后，随着大规模经济建设的开展，机器制造业迅速发展，大型的汽车和拖拉机制造厂、飞机制造厂、电子工厂以及仪器仪表工厂等相继建立。在所有机器制造企业中，大都有电镀车间投入使用，为电镀工业在中国的发展提供了物质基础。

随着国家的改革开放，科技技术的进步，近二十年来中国的电镀工业又有了新的发展。首先，镀层的品种在不断增加，使用和研究过的镀层可达数百种。其次，需要在其表面镀覆金属层的基体材料品种也越来越多，除了通常在钢铁和铜等基体材料上电镀外，还实现了在轻金属（铝、镁及其合金）及锌基合金压铸件上的电镀，还发展了在非金属材料上的电镀。除了常见的在塑料上的电镀外，还可以将金属层镀在玻璃、陶瓷、石膏以及纤维等上面。