电镀工艺全面指南：原理、类型、应用及常见问题解答

发布时间：2026-02-14 分类：新闻浏览量：44

1. 引言

电镀是一种历史悠久的表面处理技术，通过电化学原理在基体材料表面沉积金属层，以满足防腐、装饰或功能性需求。从19世纪诞生至今，电镀技术已从单纯的防护装饰发展到能够提供电、磁、光、热等特定功能的精密工艺。

根据镀层的功能，电镀可分为三大类：

防护性镀层：防止基体腐蚀（如镀锌）
装饰性镀层：赋予美观外观（如镀铬、镀金）
功能性镀层：提供特殊物理化学性能（如镀银提高导电性、镀硬铬增加耐磨性）

被镀材料可以是金属，也可以是非金属（如塑料电镀）。本文旨在提供一份权威、全面的电镀知识指南，帮助读者深入理解电镀工艺、选择合适方案，并解答常见问题。

2. 电镀的基本原理

2.1 电化学基础

电镀是在含有欲镀金属离子的溶液中，以被镀材料或制品为阴极，通过电解作用，在基体表面上获得镀层的方法。电镀技术的应用已经有很长的历史，最初的开发是为满足人们防腐和装饰的需要，随着科学技术的不断进步，电镀技术还可以用来制取特定成分和功能的金属覆盖层，提供电、磁、光、热等方面的特性。根据镀层的功能可分为防护性镀层、装饰性镀层、功能性镀层。被镀材料可以是金属也可以是非金属，以被镀材料或制品为阴极，通过电解作用，在基体表面获得镀层的方法。电镀过程需要三个必要条件：电源、镀槽（镀液）、电极。

在闭合回路中，直流电源不断将电子从阳极抽送到阴极：

阳极：发生氧化反应，金属失去电子溶解为离子进入溶液（M → Mⁿ⁺ + ne⁻）
阴极：发生还原反应，金属离子获得电子沉积为金属层（Mⁿ⁺ + ne⁻ → M）

2.2 析出电位与电极反应

金属离子在电极上还原实现电镀的基本条件是电极电位足够负。析出电位指物质在电极上开始放电并从溶液中析出时所需施加的电位，必须低于欲还原金属的平衡电位。

根据能斯特方程，电极电位受以下因素影响： $E = E^{0} + \frac{R T}{n F} \ln \frac{[氧化型]}{[还原型]}$ E=E0+nFRTln[还原型][氧化型]

其中：

E⁰：标准电极电位（25℃、离子浓度1mol/L时测得）
R：气体常数
T：温度
n：电子转移数
F：法拉第常数

标准电极电位反映了金属的氧化还原能力：电位负值较大的金属容易失去电子被氧化（如锌），电位正值较大的金属容易得到电子被还原（如金、银）。

2.3 电极极化

当电流通过电极时，电极电位偏离平衡电位的现象称为极化，主要分为两类：

1. 电化学极化
由于电极上的电化学反应速度小于电子运动速度造成。

阴极极化：阴极还原反应速度小于外电源供给电子的速度，电极电位向负方向移动
阳极极化：金属离子进入溶液的速度小于电子由阳极进入外导线的速度，电极电位向正方向移动

2. 浓差极化
由于溶液中离子扩散的速度小于电子运动速度造成。电极附近金属离子浓度低于本体溶液浓度，形成浓度梯度，导致电位移动。

2.4 金属的电沉积过程

电镀过程分三个步骤，同时进行但速度不同，最慢的步骤为控制性环节：

液相传质：水化金属离子或络合离子从溶液内部向阴极界面迁移，到达阴极双电层溶液一侧。传质方式包括电迁移、对流和扩散，其中扩散是主要控制步骤。
电化学反应：金属离子通过双电层，去掉水化分子或配位体层，从阴极获得电子变成金属原子。例如在碱性氰化物镀锌中：
- Zn(OH)₄²⁻ → Zn(OH)₂ + 2OH⁻（配位数减少）
- Zn(OH)₂ + 2e → Zn + 2OH⁻（脱去配位体）
电结晶：金属原子沿金属表面扩散到达结晶生长点，按一定规律排列进入晶格，形成镀层。

2.5 法拉第定律与电流效率

法拉第第一定律：电解时，电极上析出或溶解的物质的量与通过的电量成正比。 $M = K I t$ M=KIt

其中K为电化当量（通过1C电量时析出的物质质量）。

法拉第第二定律：通过相同电量时，电极上析出或溶解的物质的量相等，析出1mol任何物质所需的电量均为9.65×10⁴C（法拉第常数F）。

电流效率：由于存在副反应（如析氢），实际析出质量低于理论值。 $η = \frac{实际析出质量}{理论析出质量} \times 100 % = \frac{M^{'}}{K I t} \times 100 %$ η=理论析出质量实际析出质量×100%=KItM′×100%

阴极电流效率通常小于100%。

2.6 镀层厚度计算

镀层厚度计算公式： $δ = \frac{K D_{K} t η_{K} \times 100}{60 γ}$ δ=60γKDKtηK×100

其中：

δ：镀层厚度（μm）
K：电化当量（g/A·h）
D_K：阴极电流密度（A/dm²）
t：时间（min）
η_K：阴极电流效率（%）
γ：金属密度（g/cm³）

沉积速度（μm/h）： $U = \frac{K D_{K} η_{K} \times 100}{γ}$ U=γKDKηK×100

3. 电镀液的组成及各组分作用

3.1 主盐

主盐是镀液中提供欲镀金属离子的盐类，决定镀层金属种类。主盐浓度需维持适当范围：

浓度升高：沉积速度加快，但阴极极化下降，镀层结晶变粗
浓度适当：获得细小致密的镀层

3.2 络合剂

络合剂能络合主盐中的金属离子，形成络合离子。简单离子镀液易获得粗大晶粒，而络合离子镀液具有以下优点：

络合离子在溶液中仅部分溶解，比简单盐离子稳定
产生较大的阴极极化作用，获得细致镀层
常用络合剂：氰化物、焦磷酸盐、氨三乙酸等

3.3 附加盐（导电盐）

能提高溶液导电率，对主盐金属离子不起络合作用的碱金属或碱土金属盐类：

常用导电盐：硫酸钠(Na₂SO₄)、硫酸镁(MgSO₄)、铵盐
作用：改善深镀能力、分散能力，获得细致镀层
注意：含量过高会降低其他盐类的溶解度

3.4 阳极活化剂

能促进阳极活化的物质，提高阳极开始钝化的电流密度，保证阳极正常溶解：

作用：使阳极电位变负（阳极去极化）
常用物质：卤素离子、铵盐、酒石酸盐、硫氰酸盐、柠檬酸盐

3.5 添加剂

不会明显改变电性但能显著改变镀层性能的物质，包括：

防针孔剂：如润湿剂，降低表面张力
抑雾剂：减少有害气体逸出
光亮剂：获得光亮镀层
整平剂：填平微观不平表面

4. 影响电镀质量的主要因素

4.1 pH值的影响

pH值影响：

氢的放电电位
碱性夹杂物的沉淀
络合物或水化物的组成
添加剂的吸附程度

电镀过程中，若pH值增大，则阴极效率高于阳极；pH值减小则反之。通过加入缓冲剂可将pH值稳定在一定范围。

4.2 添加剂的影响

无机添加剂：在电解液中形成高分散度的氢氧化物或硫化物胶体，吸附在阴极表面阻碍金属析出，提高阴极极化。

有机添加剂：

多为表面活性物质，吸附形成吸附膜，阻碍金属析出
某些在电解液中形成胶体，与金属离子络合成胶体-金属离子型络合物

4.3 电流密度的影响

每个镀液都有正常镀层的电流密度范围：

过低：阴极极化减小，镀层结晶粗大，甚至无镀层
适当：阴极极化增加，镀层晶粒变细
过高：超过极限电流密度，镀层恶化，出现海绵状、枝晶状、"烧焦"及发黑

主盐浓度增大、镀液温度升高、有搅拌条件下，可允许较大电流密度。

4.4 电流波形的影响

通过影响阴极电位和电流密度的变化来影响沉积过程：

三相全波整流和稳压直流：对镀层组织几乎无影响
单相半波：使镀铬层产生无光泽的黑灰色
单相全波：使焦磷酸盐镀铜及铜锡合金镀层光亮

4.5 温度的影响

升温优点：加快扩散，降低浓差极化；增加盐类溶解度，提高导电和分散能力；提高电流密度上限，增加生产效率
升温缺点：降低电化学极化，结晶变粗；加快粒子脱水，离子和阴极表面活性增强

4.6 搅拌的影响

降低阴极极化：晶粒变粗
提高电流密度上限：提高生产率
增强整平剂效果

5. 镀前处理工艺

镀前处理直接影响镀层结合力和质量，使镀件表面有良好的光洁度，去除粗糙不平、腐蚀产物和污垢。

5.1 机械处理

磨光：利用磨料颗粒的尖角磨除工件表面的划痕、车削刀纹、砂眼、毛刺、腐蚀产物，在磨光机上进行。

抛光：消除磨光留下的磨痕，使工件表面具有镜面般光泽，包括化学抛光、电化学抛光、机械抛光。

喷砂处理：以压缩空气为动力，带动干燥的石英砂、钢砂或河砂形成砂流，喷射到工件表面，清除毛刺、氧化皮、焊瘤等。

5.2 除油处理

工件表面油污会造成镀液与基体隔离，影响镀层沉积：

溶剂除油：使用有机溶剂溶解油脂
化学除油：碱液皂化和乳化作用
电化学除油：工件作为电极，产生气泡辅助除油

5.3 浸蚀处理

在酸、酸性盐或碱溶液中处理工件，除去金属表面氧化物。

6. 常见电镀类型及应用

6.1 镀锌

目的：锌的标准电极电位(-0.76V)比铁负，对铁为阳极性镀层，通过牺牲阳极保护防止钢铁腐蚀。

工艺类型：

酸性电镀液（硫酸锌为主）：成本低、电流效率高、溶液稳定、毒性小，但分散能力差、结晶粗糙，适用于形状简单的工件（钢丝、钢板）
碱性电镀液：均镀能力好，添加硫脲可获得光亮镀层，但氰化物有剧毒
氰化物法：可获得均匀、附着力好的镀层

后处理：

去氢处理：200℃加热2小时，消除氢脆和内应力
出光处理：提高光泽度
钝化处理：在铬酸及其盐类溶液中生成铬酸盐薄膜，提高抗蚀能力

6.2 镀铜

特点：铜的电位比铁正，钢铁上镀铜为阴极性镀层，不能单独用作防护装饰。

主要用途：

多层电镀的底层或中间层
钢铁件防渗碳
印刷线路板
塑料电镀
电铸模

工艺类型：

类型	优点	缺点
硫酸盐镀铜	成分简单、电流效率高、溶液稳定、无有害气体	均镀能力较差
氰化物镀铜	均匀、附着力好	剧毒
焦磷酸盐镀铜	—	—
全光亮酸性镀铜	可获得光亮镀层	需添加光亮剂
氟硼酸盐镀铜	—	—

6.3 镀铬

特性：铬是略带蓝色的银白金属，具有美丽光泽、耐腐蚀、硬度高、摩擦系数小、反光能力强、耐热性好。

主要类型：

装饰-防护性镀铬：赋予美观外观
镀硬铬（耐磨铬）：提高表面硬度
乳白镀铬：用于汽车、飞机、船舶零件
槽孔镀铬：镀后进行阳极槽孔处理，使网状裂纹扩大，储存润滑油，用于内燃机、压缩机活塞环

工艺特点：

电解液主要成分为铬酐(CrO₃)，溶于水生成铬酸和重铬酸
硅氟酸对铬镀层有活化作用，提高电流效率
三价铬镀液正在发展中，环保性更好

6.4 镀镍

特性：镍是白色金属，硬度高，具有磁性，易抛光获得良好光泽，在空气中生成钝化膜，耐蚀性较好。

应用：

表面镀层
多层电镀的底层或中间层

主要镀浴类型：

"瓦特"型镀浴（应用最广）
氨基磺酸镀浴
氟硼酸盐镀浴

光亮镀镍：添加光亮剂，分类包括初级光亮剂、次级光亮剂等。

6.5 镀银

特性：电阻率最小，易焊接，广泛应用于电子、通讯、电器、仪器仪表行业，降低接触电阻，提高焊接性能。

注意事项：

银在硫化物或卤化物存在时易失去光泽变色，需后处理（化学钝化、电化学钝化、镀贵金属、浸有机膜）
铜及其合金镀银时，因银标准电极电位(+0.799V)比铜高，会发生置换反应，需特殊表面准备：
- 浸银：低浓度银盐+高浓度络合剂
- 预镀银：高浓度络合剂+低浓度银盐
- 预镀镍法

6.6 镀金

特性：化学稳定性高，不溶于普通酸（可溶于王水），抗变色能力强，光泽持久。

应用：

首饰、餐具、工艺品
芯片、电子零部件、印制线路板、集成电路

镀液类型：氰化物镀液、无氰镀液两大类。

6.7 镀镉

主要用于钢铁表面的防腐蚀。

6.8 合金镀

在阴极上同时沉积两种或以上金属，形成结构和性能符合要求的镀层。目前可电镀的合金约二百多种。

共沉积条件：

至少一种金属能单独从其盐水溶液中沉积出来
两种金属的析出电位要十分接近

使析出电位接近的措施：

改变金属离子浓度（增大电位较负金属离子浓度，降低电位较正金属离子浓度）
采用络合剂（使电位较正金属析出电位变负幅度更大）
采用适当添加剂（改变金属析出电位）

常见合金镀：

锌-镍合金：含镍10%以上时耐蚀性比镀锌高3倍以上，13%左右高5倍以上
锌-铁合金：不易钝化，易磷化处理，对油漆结合力好
镍铁合金：整平作用好，硬度韧性比镀镍好，节省15-50%镍
其他：镍-磷、镍-锌、镍-锡、铜-锡、铜-锌（黄铜）、锡-铅、锡-锌、锡-镍等

7. 镀层常见缺陷及处理方法

7.1 针孔与麻点

针孔：从镀层表面直至底层或基体金属的微小孔道，由于阴极表面某些点电沉积过程受障碍造成。

麻点：金属表面上形成的小坑或小孔。

产生原因：

气体针孔麻点：

板面吸附小气泡，气泡位置无法电镀
气泡来源：溶液中过饱和气体、电镀过程中析氢
氢气泡一直滞留→针孔；间歇式滞留→麻点

非气体针孔麻点：

基材缺陷：模具精度、成型工艺造成，分布无规则
前处理不良：残留油滴、氧化物、挂灰、抛光膏
挂具问题：导电强度低，造成烧蚀击穿
镀液性能差：主盐浓度不当、氯离子过高、光亮剂失调、表面活性剂过少
镀液污染：杂质如镍、磷、一价铜、灰尘、有机物
水质不洁：悬浮物、细绒、灰尘
气源不洁：空气搅拌带入杂质
过滤效率低：流量和滤芯截留能力不够
阳极问题：阳极不纯、阳极袋破损
冷却管放置不当：产生双极性现象

解决措施：

加入适量润湿剂（如十二烷基硫酸钠），降低表面张力
采用搅拌（阴极移动、空气搅拌）
加强前处理清洗
定期过滤镀液
保持阳极清洁完整

7.2 粗糙与毛刺

麻砂：镀层有许多密而细的微小点状凸起物，因悬浮于镀液中的微细固体物夹附造成。

粗糙：肉眼可见较大凸起物，原因：

镀层形成不正常的粗大结晶：主盐金属离子还原速度太快，晶核形成速度小于成长速度
机械杂质沉落工件被包附

毛刺产生原因：

游离氰化钠含量太低：铜沉积太快，镀层带暗红，深镀能力下降
铜含量太高：结晶组织变粗
游离氢氧化钠太高或太低：
- 太高：锡析出困难，镀层暗红
- 太低：锡酸盐水解生成偏锡酸沉淀，造成向上部位粗糙
电流密度过大：阴极尖端产生树枝状镀层
二价锡含量过多：沉积太快引起粗糙
镀液浑浊：微粒夹杂

7.3 "烧焦"镀层

定义：在过高电流密度下形成的颜色黑暗、粗糙、松散的质量不佳沉积物，常含有氧化物或其他杂质。

原因：

主盐金属离子浓度过低
主盐金属离子放电困难，H⁺易于放电析氢
阴极界面pH过高
镀层中夹杂较多化合物

8. 镀层与镀液性能测试方法

8.1 镀液性能测试

测试项目	定义	常用方法
分散能力	沉积金属在阴极表面分布均匀的能力	远近阴极法（哈林槽）、弯曲阴极法、霍尔槽法
覆盖能力（深镀能力）	沉积金属在阴极表面全部覆盖的能力	直角阴极法、内孔法
电流效率	用于沉积金属的电量占总电量的比例	库仑计法
整平能力	镀液填平微观不平表面的能力	微观轮廓测定法
电流密度范围	获得正常镀层的电流密度范围	霍尔槽试验

8.2 镀层性能测试

测试项目	定义	常用方法
结合力	镀层与基体的附着强度	拉伸剥离试验、锉刀试验、加热试验（11种方法）
厚度	镀层厚度	非破坏性：磁性法、涡流法破坏性：金相法、阳极溶解法（电量法/库仑法）
孔隙率	单位面积镀层孔隙平均个数	贴滤纸法、涂膏法、灌注法
耐腐蚀性	镀层抵抗腐蚀的能力	盐雾试验

9. 电镀工艺装备

9.1 挂具与装挂

挂具作用：

固定镀件
保证电流均匀流经每个镀件

9.2 局部保护

对不需电镀的部位用非金属材料包扎或涂覆，目的：

使电流集中在零件上，降低消耗，节约成本
提高生产效率和挂具寿命
保证零件符合图纸要求

常用材料：聚氯乙烯胶带等

9.3 辅助电极

改善镀层的均镀能力和深镀能力。

10. 电镀废水处理

电镀废水含重金属（Cr、Ni、Cu等）和有毒物质，必须处理达标排放。

常见处理方法：

化学沉淀法
离子交换法
膜分离技术
蒸发浓缩
生物处理

11. 各类镀层退除方法

镀层	退除溶液配方	温度	备注
镀铜层	1000ml/L硝酸 + 45g/L氯化钠	60-70℃	工件表面不允许有水
镀镍层	50%硝酸	—	—
镀铬层	100-150ml/L盐酸	—	—
镀锌层	650-680ml/L盐酸或 450-500ml/L硝酸或氢氧化钠	—	—
镀银层	50ml/L盐酸 + 950ml/L硫酸	—	—
镀金层	氢氧化钠10-20g/L + 氰化钾50-100g/L	—	—

12. 常见问题解答（FAQ）

1. 电镀和电铸有什么区别？

电镀是在基体表面沉积薄层金属（几微米到几十微米），电铸是沉积厚层金属（毫米级）并脱离基体形成独立工件。

2. 电镀层会脱落吗？如何避免？

脱落通常因前处理不良、电流密度不当、镀液污染造成。严格控制清洗、活化和工艺参数可避免。

3. 电镀颜色能定制吗？

可以。例如镀铬有亮铬、黑铬；镀锌可钝化为彩色、蓝白、黑色；合金镀可获得不同颜色（如黄铜色）。

4. 电镀成本如何计算？

按工件面积、镀种、厚度、批量综合报价。主要成本包括化学品、电耗、人工、废水处理。

5. 电镀对人体有害吗？

正常使用的镀件无害。但生产过程中涉及化学品，需严格防护，佩戴PPE，保证通风。

6. 不锈钢可以电镀吗？

可以，但需特殊活化（如闪镀镍）去除表面钝化膜。

7. 电镀层厚度一般是多少？

装饰性镀层0.5-5μm，功能性镀层5-50μm，硬铬可达100μm以上。

8. 如何测试电镀质量？

常用厚度仪、附着力划格试验、盐雾试验、孔隙率测试。

9. 电镀和化学镀的区别？

电镀需外加电源，镀层较纯；化学镀依靠还原剂自催化，镀层均匀（尤其适合盲孔、复杂形状）。

10. 电镀后还需要其他处理吗？

视需求而定：钝化提高耐蚀性、封闭增强防护、涂油临时防锈、去氢处理消除氢脆。

11. 什么是氢脆？如何防止？

氢脆是氢原子渗入基体导致材料脆化的现象。通过去氢处理（如镀锌后200℃加热2小时）可消除。

12. 电镀液的pH值为什么重要？

pH影响氢的放电电位、络合物稳定性、添加剂吸附、镀层质量。需控制在最佳范围。

13. 什么是阳极活化剂？

能促进阳极活化的物质，提高阳极开始钝化的电流密度，保证阳极正常溶解，如卤素离子。

14. 电镀中为什么会出现针孔？

主要因气泡吸附或表面污染，导致该处无法沉积金属。加入润湿剂和搅拌可改善。

15. 镀锌后为什么要钝化？

在锌层表面生成铬酸盐转化膜，提高耐腐蚀性，同时可获得不同颜色外观。

13. 结论

电镀作为重要的表面处理技术，在现代工业中占据核心地位。从基本的防腐装饰到功能性应用，电镀工艺不断发展和创新。选择合规、专业的电镀供应商至关重要，需关注其资质认证、技术设备、环保合规性。

随着环保法规日益严格，绿色电镀技术（三价铬镀铬、无氰电镀、闭环水处理）成为发展方向。通过深入理解电镀原理、工艺控制和质量管理，可获得满足要求的优质镀层。

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