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电镀基本知识: 电镀金属的物理性质

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-27  浏览次数:832

电镀金属的物理性质

装饰性电镀主要注重镀层的外观光亮程度,而很少考虑镀层的其他性质。正相反,在许多功能电镀中,沉积金属的物理性能很重要。例如,在工业镀铬中要考虑镀层的硬度和耐磨性,而在塑料电镀的镀铜中,要考虑柔韧性和伸长率。

一般情况,电镀金属在结构上与铸造金属相近,但也有例外。电镀金属中靠近基体表面的几个原子的薄层在结晶学方面可能接近金属基体。此外,有些金属在沉积时处于金属稳定态,有些则是结构不稳定的,还有些电镀合金形成的相图在普通两组分体系相图中可能观察不到。例如,在室温下不稳定的Υ一锰镀层通过相转变就会变成稳定型。锡在低温的稳态为灰色的a一锡,但如果在低温进行电镀,总是产生β一锡。含锡65%的锡一镍合金镀层是金属间化合物,但在锡一镍体系的相图中这种化合物不存在。

当金属原子结晶在一起形成金属相时,形成晶粒。晶粒的形状和大小与金属的结晶结构无关。金属的常见结晶形式有面心立方晶格、体心立方晶格和密排六方晶格。

在铸造金属中,面心立方晶格结构延展性最高,密排六方晶格最低,而体心立方晶格居中。这涉及到金属晶格的哪一平面易于引起滑动。晶粒的表现与结晶晶格完全一致,但晶束在应力等方面表现出不同的特性。如果金属晶粒变小,则金属就会表现出其原来的结晶结构的特性。晶束越小,金属中形成晶束的比例越大。

因为工业用的电镀金属结晶细小,故电镀金属的性能不同于铸造金属的特性。因此,金属的性能受到晶粒尺寸、夹杂杂质的量、内应力、结晶合金取向等的影响。

在电镀中,基体金属的结构以不同的方式影响沉积的金属。如果基体金属的晶面与电镀金属的晶面吻合,基体的结晶结构就会向电镀金属延伸,从而引起金属的沉积。这一现象称为外延生长。是否发生外延生长依赖于不同的电镀条件。当需要高过电位或使用添加剂时,如在高电流密度下电解,会产生三维晶核,而与基体和电镀金属间的关系无关。相反,在高温低电流密度下电解时,易于发生外延生长。

在一个如硫酸铜的简单盐槽液中,易于沉积具有大的晶粒尺寸的圆柱状结晶。然而,在一个如氰化铜镀槽的络合盐槽液中,或在含有添加剂的槽液中,沉积金属的晶粒细小且不取最佳取向。加人到镀槽中的各种有机添加剂使沉积的金属结晶细致。

一般来说,具有粗大晶粒的镀层,尽管延展性好,但软且强度低。反之,晶粒细小的镀层强度高,硬且脆。只用显微镜观察镀层金属来确定其晶粒尺寸或结晶最佳取向,往往会导致错误的结论。这些性能,可以通过X射线衍射或电子衍射,分析结晶结构来阐明。

通过电子显微镜或扫描电子显微镜来检测镀层金属的性能变得日趋重要。特别是扫描电子显微镜,已发展到可以直接观察表面结构、杂质、晶粒等。

 (一)抗张强度和延展性

镀层金属的抗拉强度和延展性,对于受镀产品的性能是重要指标,且在电镀产品是否足以长时间抗应力破裂的问题中这些性能特别重要。

这些性能对于受镀钢板和线材也很重要。如果镀层的强度和伸长率不够,加工时就可能破裂。这也适用于镀后需加工的产品。

测量镀层的抗张强度没有统一的方法。使用特殊方法制备的"抗张试验试样"的标准试验方法不能用于镀层。为测量镀层延展性,ASTM规定了两个方法。其一是ASTM B 489,另一个方法是ASTM B 490,读者可以参阅。在ASTM 489中,是从基体上除去镀层,置于显微计的厚度测量部位,用显微计夹住,直到膜破裂,读数。由任何不同方法测得的值,没有很好的相关性,但在比较镀层时,用同一方法所测得的值仍有参考价值。

 (二)内应力

许多镀层金属具有内应力。如果基体只有一边受镀,即可发现显微内应力。当受镀后的试样弯曲成C形,如果镀层在里边,内应力相应为张应力;而反过来,若镀层在外边,则为压应力。这种镀层的内应力使基体变形或破裂,或导致镀层剥离。特别是对镀层的机械性能有较高要求时,镀层的内应力要求尽可能小。镀层的内应力可以由机械法、磁性法和X射线衍射法测量。

(三)硬度

镀层金属的硬度在功能电镀中是重要的性能之一,且不仅由金属的一种特性所决定。电镀金属的硬度可以较简单地测量,并与抗张强度和延展性有关。因为一层电镀金属膜通常较薄,故常受到基体金属硬度的影响。因此,需要一种特殊的测量方法。当使用Vickers硬度试验器时,要求镀层厚度的最低值足以使镀层背面完全不受弯折产生的影响。

使用显微Vickers硬度试验器,可以在低负荷时进行测量,但测量误差较大,必须小心进行。在划痕硬度试验中,镀层表面采用一定负荷的钻石压头进行划痕,从划痕宽度得到硬度。然而,以上试验在试样的准备和划痕宽度的精确测量上存在着实际问题,在测量镀层的硬度时不常使用。

参 考 文 献

1陈国华。王光信等.电化学方法应用.北京:化学工业出版社,2004

2 ASTM B489

3 ASTM B490

4 Practical Electroplatin9.Japan International Cooperation Agency,1990

 

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