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专 业： 应用化学
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1．引言
社会现实中的需要一直是技术开发的原动力，现代企业更是以市场的需求为开发产品的依据。因此，电镀新工艺的研究和开发也是以现实的需要为根据的，同时要考虑到科技进步的
趋势或未来的潜在需求。在这些需求的刺激下，20世纪产生了许多新工艺、新技术。
所谓新工艺，是相对老的、旧的、传统的工艺而言的。比如现在已经流行开来的碱性锌酸盐镀锌，在20世纪七八十年代是新工艺，现在已经不算新工艺。新工艺是指从工艺配方到操作条件、工艺流程等整个工艺都有所创新的不同于原有工艺的新的工艺体系。而对添加剂、光亮剂的改进，在老工艺中应用一个新的光亮剂，都只能说是一个新产品，不能说是一个新工艺。对电镀工艺来说，是以主盐和配位体为特征的体系。一个新的工艺，往往是采用了一种新的主盐，或者新的络合物。以镀铜为例，传统是镀铜，是以络合物为特征的。有了酸性光亮镀铜后，用的是硫酸铜和硫酸体系，加上光亮剂这种新产品，还要加上阴极移动装置，这就是酸性光亮镀铜新工艺。还有焦磷酸盐镀铜、HEDP镀铜等，相对镀铜就都是新工艺。如果开发出用硫酸铜作主盐的碱性高分散能力的镀铜，也是一种新工艺。
由于科技和工业的发展，对新工艺的需求也是动态的，因此即使是在传统工业领域，电镀工艺也有更新的机会。至于新的世纪，被人们称为高信息化的世纪，也有人说是纳米世纪，绿世纪，这些新的基础工业的产生和发展，给电镀技术的发展提供了广阔的空间。
2．电镀技术与工艺介绍
1) 脉冲镀
脉冲电镀是60年代发展起来的一种新技术，70年代得到较快的发展，它与直流电镀相比具有优异的特性，镀层光亮均匀致密，孔隙率低、结合力好、硬度高、耐磨性好，能采用大电流密度，生产效率高，有些镀层能在同样功能下，降低镀层厚度。脉冲电镀应用范围很广，但当前主要的是在贵金属方面，如脉冲镀金，比直流镀金层孔隙率低、均匀光亮、耐磨性、可焊性得到改善，在满足同样的功能情况下，能节约黄金20~30%。近来脉冲的应用有了新的发展，如夭津大学用硫酸和草酸混合电解液，室温下，在脉冲叠加直流的情况下，进行铝及铝合金阳极化处理，所得到氧化膜比直流得到氧化膜外观均匀、致密性好，硬度及击穿电压高，且氧化膜无烧焦和粉化现象。脉冲技术在电解抛光方面也有研究，据介绍脉冲电解抛光，能去除零件毛刺，降低粗糙度，可控制精度在士0.5mm以内。脉冲电镀在国内发展与国外大致相同，成熟的用于生产，还仅限于贵金属的某些镀种，当前关键问题是脉冲电源、对功率大、效率高、价格低的电源仍是一个研究课题。脉冲电镀无论在理论上还是应用上潜力都是很大的。
1 脉冲镀机理
V.V.Lomanov首先研究了脉冲电镀工艺，K.I.Popov等人则对脉冲电镀的原理与工艺进行了深入的研究；N.Ib提出的双扩散层模型则是广泛接受的脉冲电镀能够抑制扩散控制的不利影响的模型。A.R.Despic认为：在电位脉冲下扩散层厚度与脉冲频率成反比。如果扩散层厚度与电极表面的微观起伏相比小得多时，扩散层就紧贴着电极表面的微观轮廓延伸，且厚度均匀。从而产生两方面的作用：其一是消除了微观不平整处的电力线分布不均匀现象，也就消除了凸处生长速率快、凹处生长速率慢的现象，即起到了“整平”的作用；另一方面，扩散层沿着电极表面的微观轮廓延伸，使得有效扩散面积增加，扩散通量幅度提高，这样就使得扩散速度明显增加，相对而言，电子得失的速率变得较慢，从而使得电化学反应的可逆性降低，增加了极化作用。众所周知，镀层质量的好坏取决于晶核形成速率与晶粒生长速率。晶核形成速率越快，晶粒生长速率越慢，从而结晶越细，镀层就越致密。反之，镀层就越粗糙；而阴极电化学极化过电位越大，则越易形成晶核，从而结晶越细，镀层就越致密。电镀过程就是围绕如何提高电化学极化过电位而展开的。
2 脉冲镀的应用
煤层注水器
a. 脉冲复合镀金刚石截齿
截齿是采掘机械的切割头，在切割矿物岩石过程中需承受高压应力、剪切应力和冲击力。其失效形式主要是刀头脱落、崩刃和磨损，属易耗零部件。采万吨煤耗截齿400~1300个，而在巷道掘进中耗量更大。因此，研制新型截齿的抗磨材料及制造工艺，对降低截齿耗量，提高劳动生产率，减轻劳动强度，提高经济效益和社会效益将具有重要意义。
国内外大量科学试验已表明，脉冲电源电镀由于脉冲波形可调，脉冲的频率、宽度、间隔和峰值电流等参数可根据工艺要求而设定，脉冲复合镀层比直流复合镀层应力更小，结合力更强，结晶晶粒更致密，表面光洁度更高，进行电化学过程更优越。复合电镀是在镀液中加入功能固体微粒并使其沉积在母体上的一种涂复技术，所获得的镀层称为复合镀层。可根据需要设计出具有抗磨、耐蚀、自润滑、装饰、导电等功能的复合镀层。金刚石是自然界中硬度最高的物质，摩氏硬度为10，抗磨性最好。但由于其抗拉强度低，不易加工成型利用。运用复合电镀原理，将金刚石施镀于截齿刀头工作层，可充分发挥其硬度高、抗磨性能优越的优点。
b. 脉冲镀非晶态镍磷合金
高硬度、耐磨耐蚀的非晶态镍磷合金已受到广泛重视并有了深入研究。目前，镀覆非晶态镍磷合金的工艺主要是化学镀和电镀。化学镀的应用较为广泛，它工艺简便，适于大面积的表面处理，但其镀速慢、镀液易分解且无法回收，因而成本高。电镀可大大提高镀速，降低成本。但直流镀由于镀液浓差极化的影响，电流密度过大，不仅不能提高镀速，反而会引起电流效率降低和镀层质量劣化。而脉冲镀则可通过高频率的通断电来克服浓差极化的影响，提高镀速、电流效率和镀层质量。
与直流镀工艺相比，脉冲电镀克服了直流镀存在的镀液浓差极化的影响，明显地提高了非晶态镍磷合金镀层的镀速，改善了镀层的质量.脉冲镀层具有良好的结合力、光亮度、耐蚀性及硬度。镀层的磷含量对镀层的耐蚀性有明显影响，磷含量高可提高非晶度，使镀层结构细密，增强耐蚀性。磷含量对镀层硬度有一定的影响。与直流镀相比，脉冲镀可使镀层结构细化致密，提高硬度。脉冲镀层的硬度大致与ton成正比，与磷含量均成反比。可以通过控制脉冲参数，获得硬度和磷含量(即耐蚀性)都较高的非晶态镍磷合金镀层。
2) 流镀
流镀是在电刷镀基础上发展起来的一种新的快速电镀技术。流镀的工艺原理是：镀液以高
速流过阳极与工件(阴极)之间的窄小间隙或直接喷射于工件表面，在强大的电场力作用下实现快速沉积。
1 流镀技术的主要工艺特征
a. 大电流电源以提供高电流密度；
b. 高浓度金属离子镀液可以经受快速电沉积消耗；
c. 工件(阴极)与阳极之间保持窄小间隙并相对运动，镀液快速流过间隙或直接喷射于工件表面；网络滤波器
d. 无需庞大镀槽，设备占地面积小，并可移动式作业；
e. 封闭循环式供液，不污染环境；
f. 可实现机械化操作，批量生产。
一般的电刷镀工艺是由石墨作阳极，外有棉花包套，通过蘸取镀液、阳极与工件(阴极)接
触并作相对运动、电化学反应，使镀液中的金属离子不断地沉积到被镀金属的表面。这种工艺方法对于小面积、薄镀层(镀层在0~0.15 mm)效果较好，而对大面积、厚镀层来说，此种方法劳动强度大，供液不充分，质量难以保证。为了解决上述问题，采用了流镀技术。流镀的工艺特点是：阳极可由石墨、不锈钢等材料制成，不需用棉花包贮存镀液，流镀时将阳极与工件保持一定的距离(一般为1.5~2.5 mm)即可。镀液通过镀液泵以一定流量循环流动，使阳极和镀件表面之间始终充满镀液，从而避免了因镀液不充分造成工件表面的“干斑”，使镀层剥离的问题得以解决，同时大大降低了劳动强度。
带灯放大镜2 同传统的槽镀相比，流镀具有下列优点：
a. 电流密度大，一般为槽镀的几到几十倍，因而沉积速度快；
b. 镀液可循环流动使用，不需要庞大的镀槽，废液少，设备占地面积小；
静压试验c. 可实现局部沉积，因而应用一机械零件修理非常方便，可节省大量遮蔽材料；
d. 可封闭作业，且镀液内不含等剧毒物质，有利于环保和操作人.员健康。
3 无胆饮水机同电刷镀相比，流镀具有下列特点：
a. 阳极与工件不相互接触，可节省火量包套材料，辅助时间短；
b. 镀液循环供应，不容易形成工件表面干斑，有利于提高镀层质量和均匀性；
c. 便于实现机械化或自动化操作，操作人员的劳动强度大大降低，目前可实现大批量生产。
4 流镀液
由于流镀是在大电流密度下作业，沉积速度快，因此需要提高普通镀液中金属离子浓度，以经受电沉积消耗。例如将刷镀中快速镍镀液的镍离子浓度从559/L提高到1209/L以上，并配以合适的络合剂和添加剂，制得既稳定又性能可靠的流镀液。流镀时阴极阳极相对运动而产生的剧烈搅拌作用以及新鲜镀液不断供给的过程也可以允许较高的电流密度。
5 流镀工艺装备
a. 电源可使用刷镀电源或流镀专用电源。对于较大工件或批量件，需要电源能输出几百安培甚至更高的电流。在流镀过程中，要求电源输出电流值稳定，并有控制镀层厚度和安全保护装置；
b. 阳\极阳极一般制成仿形阳极，根据镀液供入方式及施镀对象不同，仿形阳极可以有几种形式。由于石墨机械强度差，难以进行复杂加工及制成大形阳极，且石墨连接部位易于脱落，因此，流镀时多采用可溶性金属阳极或某些惰性阳极。泥浆泵缸套在使用中，由于含砂泥浆的磨损与腐蚀作用，寿命只有150一200h。为了提高泥浆泵缸套的使用寿命，我们用流镀技术在其内壁表面流镀一层多功能合金；
c. 流镀机可利用废旧车床、钻床等改装成卧式或立式流镀机，用于不同的作业对象。也可以根据批量工件特点设计成专用机。流镀机包括由输液泵、流量计、过滤器、储液箱以及各种开关阀及管路组成的循环供液系统。镀液在管中实现强制式封闭循环输送，并可控制流速。
3．电镀技术在新世纪的展望
1) 贴近现代工业需要
21世纪对工业有许多苛求，要求高质量、高可靠、高效率的同时，还要节能节耗和保护环境。因此，开发高效节能而又无或少污染的电镀新工艺将是一个长期的任务。随着自动化
技术的普及和观念的更新，新世纪的电镀工艺将更多地着重于设备上的改进，大电流短时间的高速电镀将会普及，温度、浓度、pH值等的控制和镀液净化等都将逐渐向全自动化发展。无排放的电镀工艺将出现。这些都是为了更加适合工业各界对电镀的需要，只有贴近现代工业的各种需要开发新工艺，电镀加工工业本身在新世纪才有立足之地。
2) 制造新型材料
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