电沉积电镀工艺研究方法与应用

李大双

摘 要：电沉积技术在我国应用相对较为广泛，本文主要通过电沉积技术的基础概念和电沉积技术的发展方向进行分析，并总结出电沉积技术的主要影响和其所应用到的设备，本文主要针对两个不同的应用进行分析，分别为电沉积防护性镀层和制备电性材料镀层，从而为本文的主题思想奠定基础。

关键词：电沉积;发展;应用

0 引言

所谓金属电沉积就是通过电化学原理，在直流电场或脉冲电场的影响下，在一定的金属电沉积是指解决方案的过程中，金属离子沉积在阴极表面的阳极和阴极在某些电解质溶液（电镀解决方案）直流或脉冲电场的作用下基于电化学原理的电场，电沉积是金属电解冶炼、电解精炼、电镀和电铸的基础。综述了电沉积技术的发展和应用。

1 电沉积技术的发展

从第一个电沉积金属在19世纪早期到现在200年，电沉积技术开发了从传统的单一金属的电沉积电流电镀单金属、合金、金属氧化物薄膜和纳米复合材料层。目前，电解质的解决方案用于电沉积可分为四类：水溶液、有机溶剂、熔盐和离子液体（也称为低温熔盐）。金属电沉积的难度和形态学的沉积物的性质不仅取决于沉积金属，还取决于电镀液的组成、pH值、温度、电流密度、电源、电解池大小和添加剂等外部条件，用于实施操作的电沉积仪器包括电化学工作站（利用恒电势、恒流或脉冲电镀功能）、稳压器、电流表等，稳压器和电流表有简单的功能和易于使用。电化学工作站所发挥的价值很大，除了电沉积，循环伏安曲线法和交流阻抗法也可以用诠释电沉积的整个流程，国内电化学工作站在近几年取得了快速的进步，已经能够满足大部分的工作需求。扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）可以用来描述电沉积层的形态，用x射线衍射（XRD）对电沉积层的成分进行了揭示。

2 电沉积规律研究方法

2.1 电解方法

本文中的电解试验均采用晶体管直流稳压电源和恒温水浴，在恒定电流密度的条件下进行。试验用阴极均采用低碳钢板材质;阳极采用12.78%（Ni）的锌镍合金。

2.2 分析方法

合金镀层中锌、镍含量用电子探针测定。阳极及电解液中锌、镍含量用络合滴定方法分析测定。

3 电沉积技术的应用

除了对最初的装饰、耐磨、减摩、防腐等方面的使用以外，近几年，电沉积技术应用很多，可以用来制作新型功能涂料，如高温氧化涂料、电气性能涂料、磁性性能涂料、光学性能涂料、半导体性能涂料等。本文从电沉积保护涂层和电沉积电沉积材料涂层两个不同的角度电沉积技术的使用范围进行分析。

3.1 电沉积防护性镀层

增加耐磨程度、和腐蚀程度以及减少耐磨程度是工程材料的必要因素之一，其中部件损耗引起的摩擦磨损和腐蚀以及部件损耗导致发挥效果受到的影响是非常惊人的，这足以证明，减少部件的摩擦磨损和腐蚀具有很大的应用价值和经济价值。电化学方法在工程材料表面沉积纳米复合材料涂层，可以有效降低工作环境中部件的摩擦磨损，提高材料的耐磨性、减摩性和耐腐蚀性。

碳化硅颗粒是一种陶瓷材料，具有优良的耐腐蚀性和耐磨性。金属的制备碳化硅纳米分散相由电沉积涂层磨损，摩擦和耐腐蚀层的组件已成为一个研究热点。夏Fafeng等人研究了耐腐蚀的Ni-SICnano-coating下电沉积的影响。结果表明，Ni-SIC的电沉积纳米涂料的耐蚀性比直流电镀、脉冲电沉积和超声波脉冲电沉积，此外，研究表明，ni-sicnano-coating具有良好的耐磨性。EGHANI等人研究了电流的影响，搅拌速率和浓度SiC纳米颗粒的磨损、腐蚀、电镀CR-SIC纳米复合材料涂层的性质，结果表明，与纯铬涂层相比，CR-SIC纳米复合涂层的表面更平整、更均和、而且密度也非常的高，復合涂层的耐磨性和耐腐蚀性也更好。

3.2电沉积制备电性材料镀层

3.2.1电源电极

国家的不断进步，大多数对随身携带的移动电源有了新的要求。对具有高容量和循环寿命长的设备更加感兴趣。目前，锂离子二次电池作为随身携带设备的一个主要能量来源。锂离子电池的金属化广泛应用于各种碳与石墨、石油焦、碳纤维改性后，炭等无序碳材料的裂解，但碳材料的锂存储容量较低，理论比容量仅为372ma、h/g，在某种程度上，对锂离子电池容量的改进造成了不同程度的影响，由于化工电源的大容量、大功率需求，针对电子设备及电动汽车的各种小型化的标准不断的增加，现有的条件不能很好的满足以上两点的需求。与金属合金类阳极材料相比，其理论比容量相对较高，如Al、Cd、Ga和Pb、Si和Sn、锌等均可与Li形成合金，为了改善阳极材料容量存在的缺陷，人们转向了目标大体积金属材料，如Sn-Ni合金电镀制备，电极放电比容量首次达到554ma、h/g;电沉积法制备的Sn-cu合金阴极第一放电比容量可达747mA·h/g，电沉积法制备的Sn膜锂离子嵌入电极性能对比研究表明，细粒Sn膜电极第一放电比容量可达787mA·h/g，此外，制备TiB2，取代碳铝电解阴极内衬材料，和多孔镁电极的制备有机镁燃料电池明显扩大了电沉积技术的使用覆盖率。

3.2.2电催化电极

不同的有机污染物的降解。是利用电化学原理催化，其主要的技术是电沉积技术在催化领域。直接或间接电化学转化电极污染物的电化学反应，即直接电解和间接电解是有机污染物电化学降解的基本原理。电催化氧化是最重要的竞争性副反应是阳极氧的沉淀，一个好的电催化电极一定拥有极高的析氧电位和精良的催化性能。涂层电极由电镀很容易改变材料和结构，所以它已成为一种电极广泛应用领域的电催化作用。Apostolos等采用柱状固定床电极有效处理制革产生的废水，并收获了良好的效果。COD的去除效率，苯化合物和硫化合物达到52%，分别为95.6%和100%，与此同时，废水的生物降解性大大增强，在中国，绿色环保的生活意识逐渐被引入到人们的生活当中，有机废水如何处理成为人们关注的重点问题之一。

比如，研究电沉积的零价铁从水中六价铬的去除和降解甲基橙脱色表明，零价铁具有效率高、经济在水污染处理和简单的后续治疗，特别是消除有毒重金属和有机污染物的一系列问题中。六价铬铬易被生物体吸收并在体内蓄积，三致效应发挥的价值不容小视，对含铬废水的处理有着非常重要的价值。染料废水是一种很难处理的工业废水，及其对环境造成破坏越来越大。甲基橙是一种典型的难以降解的有机染料化合物。电沉积法制备的零价铁对甲基橙的脱色率已经达到98%左右。王岩坤采用阳极恒流电沉积技术，不锈钢二氧化铅电极制备0.30mol/L，pH值=1～2pb（3号）2的解决方案，通过电极的电催化氧化活性研究了苯酚模拟废水的去除率。结果表明，邻苯二酚的去除率高达93%，酚超过80%0.0lmol/L苯酚模拟废水在50ma/cm2电流密度。锌-Se/不锈钢薄膜电极在染料废水处理中的应用Pt-二氧化钛/钛复合电极电催化甲醇，降解苯酚废水，Ti/汇总/20mg/L的质量浓度的二氧化铅电极电催化降解罗丹明B的模拟废水，采用涂层法和电沉积的Ti/SnO2，CeO2准备印染废水处理的电极等。结果表明，电镀技术在有机废水处理中具有广阔的应用前景。

4 结束语

电催化电极电沉积的价值以及发展的前景不容小视。针对当前的研究进行总结，笔者提出两点建议：

电沉积技术：催化降解针对有机废水处理具备一定的基础条件，但对于当前的生活废水处理存在的问题，还是没有达到的预计效果，该问题具有很大的研究价值，通过使用该技术制备电极材料具有很高的催化效果，以便处理有机废水的高效、节能、环保的方式。

加强理论研究：目前，关于电沉积技术催化降解有机废水的研究大多停留在宏观水平，通过各种分析手段对有机污染物的电催化降解机理进行了进一步的研究，以便更好地理解电化学水处理的原理，为电极材料的选择提供理论指导。