超硬材料电镀试题

（1）影响电解液电导率的因素为电解液本性、浓度和温度。

（2）电解液导电能力的大小取决于离子浓度、离子淌度、温度。

(3）在离子电荷相同的条件下，H+移动速度比其他离子快5~6倍，OH移动速度比一般离子快2~3倍，所以强酸强碱的电导率通常比其他电解质 大得多 。

（4)测定电极电位实际上是测定电动势，后者通常可根据对消法（或补偿法）原理进行测量。

（5）金属电沉积是通过电解方法从溶液中获取金属沉积物的过程。 （6）电镀的目的是制造特定成分与性能的金属覆盖层。

（7）按照主要离子的存在形式，电镀溶液可分为简单盐电镀液和配合物电镀液两类。 （8）金属基体与镀层之间的结合形式主要有：机械结合、金属键结合与范德华力的结合。

（9）未经镀前处理的金属基体其表层组织由外到里通常的构成：气体吸附层、氧化膜、非结晶层和加工变质层。

（10）按结构镀层可分为两大类：一类是简单镀层，另一类是复合镀层。按使用目的镀层也可分为两类：一类是防护性或防护装饰性镀层，另一类是功能镀层。 二、名词解释

（1）电化学：研究化学变化与电能之间相互关系的学科。

（2）金属电沉积：用电化学方法使金属离子从溶液中还原为金属的过程。

（3）电镀：在基体表面上形成结合牢固、细致紧密、分布均匀的金属层的电沉积。 （4）第一类导体：依靠自由电子导电的导体，也叫电子导体。 （5）第二类导体：依靠离子导电的导体，也叫离子导体。

`（6）电流效率：电极上实际析出或溶解的金属质量m`与根据法拉第定律计算的理论mm100%M值m之比，通常用%表示。公knF式：

（7）法拉第恒量：法拉第第二定律公式中的比例系数F。其数值为96500C·mol-1。 （8）电沉积速率：电镀时单位时间内所获得的镀层厚度。即V=δ/t。

（9）过电位：在一定电流密度下，电极电位与平衡电位之间的差值称为过电位，通常以η表示，并取正值，即η=Δ

（10）极化率：极化曲线的斜率称为极化率，公式为Kp=Δ/Δi=dη/di

（11）电极过程：在讨论电化学反应速度时，习惯上将电极表面上发生的过程与电极表面附近液层中进行的过程，以及新相生成过程合并起来处理，统称为电极过程。

（12）交换电流：是在平衡电位下电极上的还原或氧化的单向反应速度，它表示电极在平衡条件下的反应能力的大小。

（13）电化学极化：由于电化学反应的迟缓而引起的电极极化，也叫活化极化。 （14）浓差极化：由于液相传质步骤的迟缓而引起的极化。

（15）强浸蚀：是连接在初步除油之后的一个镀前处理步骤，其目的主要是除锈（包括氧化皮），同时还可以除去表层不良组织，露出正常的金相组织。

（16）弱浸蚀：又叫活化处理，是基体在电镀前的最后一道预处理工序，其目的是在临电镀前除去基体表面上极薄的一层氧化膜，暴露出基体的金相组织，以便待镀金属离子的沉积，实现镀层与基体之间的牢固结合。 （17）电化学浸蚀：通入电流的浸蚀。

（18）缓蚀剂：是一种表面活性剂，其作用是减缓强浸蚀过程中基体金属的溶解，防止过浸蚀，保证基体尺寸，同时减少渗氢，防止基体氢脆。 （19）复合镀层：由固体微粒均匀分散在金属中形成的镀层，也叫分散镀层或弥散镀层。 （20）复合电镀：使固体微粒分散在镀层中的电镀方法，也叫弥散电镀。 （21）超硬材料复合镀层：以超硬材料为分散微粒与金属形成的复合镀层。 （22）超硬材料复合电镀：制取超硬材料复合镀层的电镀方法。

（23）CECD法：即悬浮共沉积法，该上砂法是将阴极平行于阳极垂直悬挂，并在整个电镀过程中连续搅拌溶液。只适于微粉及细颗粒。 （24）SCD法：即沉降共沉积法，该上砂方法是将阴极水平放置，阳极安置在阴极上方，按一定周期间歇搅拌溶液。适合于较粗颗粒。也叫落砂法。

（25）空镀：也叫预镀，是基体经表面处理后放进镀槽中首次电镀而在基体表面上电沉积出薄薄一层金属镀层的电镀工序。其目的是使镀层与基体充分接触，以增强结合力。 （26）上砂镀：即上砂，它是连在空镀步骤之后的一个电镀工序，其目的是通过金属的电沉积，将紧靠基体表面的一层砂子初步固结在底镀层上。 （27）加厚镀：简称加厚，是在已经上好砂的镀件除去外围浮砂之后而进行大电流电镀，从而将镀层加厚的一个电镀工序，其目的是充分固结磨粒。

（28）光亮镀：是复合电镀的最后一个步骤，它是制品整体的最后精饰步骤，将制品的

工作层和非工作部分的表面都同时镀上一薄层光亮镀层，作防护装饰之用。

（29）电极的极化：当电流通过电极时，电极电位与平衡电位之间出现差异的现象称为电极的极化。 三、化学方程式

（1）电镀镍钴合金的电极反应：

阳极：Ni-2e=Ni2+ Co-2e=Co2+（主）2H2O-4e=O2+4H+ 4Ni+3O2=Ni2O3（副） 阴极：Ni2++2e=Ni Co2++2e=Co （主） 2H++2e=H2 （副） 四、简答题

（1）超硬材料电镀制品的结构形式、工作层组织、产品类型都有那些特点？ 答：超硬材料电镀制品的特点：（1）结构形式：①具有工作层和基体两层结构特点；②具有形状特殊和工作层较薄特点。（2）工作层组织：①浓度最高，一般在200左右；②结合力最强；③气孔率最低，可趋近于零；④硬度高，明显高于青铜和树脂磨具。（3）产品类型：首先，仅仅少部分是磨具，更大部分是非磨削用途的专用工具。其次，电镀制品当中，有相当一部分是用其他工艺方法难以制造的产品。 （2）超硬材料电镀制品的使用特性是什么？

答：超硬材料电镀制品具有一切超硬材料制品共有的使用性能。其共性主要表现在比普通磨具加工磨削比高、磨削力小、磨削热也小。同时，由于电镀工作层具有组织致密、磨粒浓度高、固结牢的特点，使得电镀制品使用性能又有一些独到之处。其特性突出表现为加工效率高、磨削比高、保形性好以及加工精度高。

（3）在电极表面附近的液层中，传质过程主要以什么形式进行？为什么？

答：在电极表面附近的液层中，传质过程主要以扩散形式或扩散与电迁移的形式进行。原因：在电极表面附近的液层中，稳态下保持着一定的浓度梯度，并以一定的速度进行着稳定的扩散过程。在这里，液流速度比溶液深处小得多，对流作用可以忽略不计。此时，传质以扩散和电迁移为主。当溶液中含有大量惰性电解质时，放电离子本身迁移数很小。此时扩散过程起着主要作用，可视为扩散区。 （4）简述电结晶时理想晶面和实际晶面的生长过程。 答：（1）理想晶面的生长过程：到达电极上的离子先在平面位置上放电，成为吸附原子，然后扩散到生长点，编入晶格。每层晶面的长大是由生长点沿生长线一排排完成的。每层晶面长满后，生长点和生长线都消失了。新的一层晶面开始生长时，必须在已长满的一层完整晶面上形成二维晶核，以作为新晶面生长的起点。理想晶体就是这样按顺序一层层地长大的。（2）实际晶面生长过程：绝大多数实际晶体在生长过程中并不需要形成二维晶核。由于实际晶体中总是包含大量的位错，如果晶面绕着位错线螺旋式生长，生长线就永远不会消失。沿着位错线生长是实际晶体的主要生长方式，这是因为该方式消耗能量少，不需要高的过电位而容易进行。

（5）简述多晶沉淀层的生长过程以及结晶形态与过电位的关系。

答：可分为三个阶段：初期：基体材料的本质及表面状态对结晶生长起着主要作用。在晶格良好而且洁净的基体表面上，结晶层有按基体晶格结构外延生长并维持原有结晶取向的趋势。中期：经过开始阶段的外延之后，镀层生长逐渐转入自身的结构模式。结晶的取向只能延伸到一定程度，然后会形成无定向的多晶沉积层。后期：镀层长到一定厚度后，会形成许多小晶面，并有可能产生结晶的择优取向而形成织构。外表面随着镀层厚度的增加而变得粗糙。结晶形态与过电位的关系：随着从小到大，结晶逐渐变得细致紧密。晶面形态依下列次序转变：屋脊状层状块状细致的多晶状。实际上，活化过电位是决定结晶形态的第一要素。

（6）阴极析氢对电镀有哪些不良影响？采取那些措施可以减少析氢？

答：析氢的影响：析氢会降低镀层的质量，降低电流效率，还会造成环境污染。析氢对镀层质量影响是相当严重的。氢气泡附着在表面上会使镀层产生麻点和针孔。析氢使近阴极区pH值升高，可能产生不溶性氢氧化物，夹杂在镀层中使质量下降。氢还会渗入金属中而产生有害作用。减少析氢可采取的措施：①采用氢过电位较高的材料作阴极； ②阴极表面要平整光滑；③电流密度要适当；④配位剂的种类和用量要适当；⑤采用表面活性剂；⑥提高溶液中电解质的总浓度；⑦酸度以中性为宜；⑧温度不宜过高，搅拌要适度。

（7）试根据阳极极化曲线，分析金属的阳极过程的特征。

答：根据图4-9所示的阳极极化曲线，金属的阳极过程在不同的电位范围内有着不同的特点。AB段为阳极的电化学极化曲线，符合塔费尔公式，表示阳极正常溶解；B点为临界钝化点，CD段为钝化稳定区，DE段为另一阳极反应。

（8）有机表面活性物质的界面吸附对金属离子的还原过程可能有哪几种阻化效应？ 答：阻化效应主要有四：①ψ1效应：表面活性剂在界面上吸附会改变双电层的电位分布从而影响电极反应速度。②穿透效应：表面活性剂吸附后成为一层阻碍金属离子到

达电极表面障碍物的效应。③动力效应：吸附层阻化表面层中的化学转化步骤的效应。④封闭效应：吸附层覆盖部分不发生电化学反应因而受到封闭的效应。 （9）有机添加剂为什么能使电镀金属层结晶细致紧密？ 答：原因有二：（1）添加剂首先影响电化学步骤。添加剂的吸附增大了电化学极化，不断产生出新的晶核和细小晶粒。（2）添加剂还能影响结晶步骤。一方面, 吸附降低了微晶的形成功而利于形成新晶核；另一方面，添加剂吸附在活性生长位置上而减慢了这些晶面的生长，结果使各个晶面的生长速度趋于一致，从而形成维度均匀、结构致密的晶体。

（10）简述有机添加剂对电镀层所起的整平和增光作用的机理。

答：整平和增光作用机理：一方面，电解液中添加剂优先在微观凸峰处吸附使金属离子在该处还原困难，而微凹处添加剂吸附较少使金属离子较易电沉积。另一方面，添加剂在凸出部位吸附后能使该处析氢加剧而降低电流效率，从而起到整平和增光作用。 （11）赫尔槽试验在电镀生产中有哪些用途？ 答：赫尔槽试验在电镀生产中的用途：（1）研究镀液的各种成分，特别是添加剂的影响，以利于选择和控制添加剂。（2）选择适当的工艺条件。（3）确定镀液各组分的适当含量。（4）解决用化学方法难以进行的微量杂质和添加剂的分析问题。（5）帮助分析溶液发生故障的原因。（6）测定镀液的分散能力。

（12）答：初级光亮剂主要有糖精、2，7—萘二磺酸钠等。

作用：主要是使镀层结晶变细，并有一定光泽；它与次级光亮剂配合使用，可获得全光亮镀层；它能使镀层产生压应力，抵消次级光亮剂产生的拉应力，减少内应力，增大其延展性。此外，还能增大阴极极化。

（13）答：次级光亮剂主要有甲醛、1，4—丁炔二醇、、香豆素等。

作用：单独使用时可使镀层产生很大的拉应力而发脆，能显著增大阴极极化；在初级光亮剂的配合下产生全光亮镀层，可使获得光亮镀层的电流密度范围明显扩大，并且整平快出光快，内应力小，脆性小。

（14）答：化学除油碱液的主要成分及其作用：（1）氢氧化钠：强碱，具有很强的皂化能力，使油脂皂化而除去；同时具有一定的乳化能力。（2）碳酸钠：有一定碱性。对pH值有一定缓冲作用，有利于维持溶液的碱性。（3）磷酸钠：具有类似碳酸钠维持碱性的作用。此外，磷酸根还具有一定的乳化能力和良好的润湿性。（4）乳化剂（OP乳化剂）：较强的乳化作用。

（15）答：电化学除油效率高效果好的原因：整个电解去油过程存在三种除油作用：（1）碱液皂化和乳化作用；（2）电极极化作用（增强乳化作用）；（3）析出气体作用（强烈的乳化作用）。由于上述后两点作用的存在，使得电化学除油比化学除油速度高好几倍，而且除油更彻底。

（16）更改：阴极除油和阳极除油各有什么优缺点?各适用于什么情况? 答：阴极除油：（1）优点：除油速度快而且不腐蚀基体。（2）缺点：容易渗氢使基体产生氢脆以及使电镀层鼓泡，同时碱液中的某些杂质可能在阴极上析出而造成挂灰。阴极除油适用于有色金属的除油。阳极除油：（1）优点：不会产生渗氢现象，也不会有杂质金属析出而挂灰，并且还能除去零件表面上的浸蚀残渣。（2）缺点：乳化能力较差，除油速度较慢，而且易使基体腐蚀。阳极除油适于高强度受力工件和弹性零件。 (17）更改：电化学阳极浸蚀和阴极浸蚀各有什么特点？分别适用于什么工件?

答：共性：电化学浸蚀速度快，酸液消耗少，可以浸蚀合金钢。缺点是电解液分散能力低，因此对形状复杂零件浸蚀效果差一些。（1）阴极浸蚀特点：浸蚀时间长，不腐蚀基体，但容易渗氢使基体产生氢脆。阴极浸蚀适用于有色金属。2）阳极浸蚀特点：浸蚀速度快，不会产生渗氢现象，但易使基体过浸蚀。阳极浸蚀适用于钢铁等黑色金属。 （19）答：落砂法特点：（1）上砂时磨料在镀液中呈分散悬浮状态，靠重力逐步沉降在基体表面上，随金属的电沉积而获初步的固结。（2）砂层薄，电解液流通性好，允许使用的电流密度较大。（3）一次只能完成一个面上砂，对于多个面的基体需转换角度上砂。（4）多用于细粒度磨粒上砂。落砂法比较适用于多种形状的制品。埋砂法特点：（1）将砂子埋在基体周围而上砂。（2）砂层厚，严重妨碍电解液中的传质和导电过程，只能允许较小的电流密度。（3）上砂时间长，但一次可完成不同方向多个表面的上砂。（4）多用于粗粒磨粒上砂。埋砂法适于小规格和圆柱形及各种复杂型面的制品。 （20）答：普通镀镍溶液中各成分作用：①主盐（硫酸镍和氯化镍）：向阴极提供Ni2+。②阳极活化剂（氯化镍或氯化钠）：电离出Cl-而促进阳极溶解，同时提高导电性和分散能力。③导电盐（硫酸钠和硫酸镁）：提高电导率。此外硫酸镁还能使镀层色泽更白且柔软。④缓冲剂（硼酸）：缓冲使pH值稳定。⑤润湿剂（十二烷基硫酸钠）：润湿电极，防止或减少针孔和麻点，促使硼酸部分转化成四硼酸从而增强缓冲性。 （21）答：工艺参数对镀镍过程及镀层性质影响：（1）pH值：影响很大。在允许范围内，

较低pH值有以下优点：①可获得较宽的ik范围；②可相应增加主盐含量和提高温度，从而采用较高的iC ；③阳极溶解性好；④镀层针孔少。但是，当pH值过低时，阴极电流效率低，光亮镀的温度范围窄，镀液不稳定。在允许范围内，随pH值升高，镀层内应力增大，硬度提高，延伸率下降，同时电流效率较高一些，但分散能力较差。当pH值过高时，阴极附近产生氢氧化物，造成镀层发脆、粗糙、针孔多、与基体结合不牢，甚至起泡、脱皮。（2）温度：对镀层内应力有较大影响。温度由10℃升到35℃，镀层内应力显著降低。此外，提高温度，可以使用较高的ik 。升高温度不利影响：①盐类水解及生成氢氧化物的倾向增大，使镀层容易出现针孔。②镀液的分散能力会有些降低。（3）iC：过高将会使镀层内应力很大，很脆，结合不牢，出现针孔，甚至尖角烧焦，形成海绵状沉积物。iC 对电流效率也有影响。当pH值低时，在低电流区，η随iC 增大而增大。此外，iC 还影响磨粒分布和埋入率。同一工件，iC大的部位，上砂稠密，埋入率高。（4）搅拌：一般，搅拌可减小浓差极化，从而提高iC ，减少镀层针孔，防止镀层粗糙发脆。

（22）答：超声波之所以能大大加速沉积过程，主要是它能够大大提高阴极附近扩散层放电金属离子的浓度。超声波振动和空化现象可以视为异常强烈的搅拌作用。普通搅拌只能在一定程度上减小阴极附近扩散层的厚度，但不能消除；而超声波的搅拌作用可达到阴极表面，使表面扩散层不复存在，因而可大大提高电极表面液层中的放电金属离子，大大加速电镀过程。从电化学观点看，超声波加速电镀机理，实质上是一种异常强烈的去极化作用，大大减小浓差极化。

（23）答：电镀金刚石内圆切割片的工艺特点：（1）电镀在专用的有机玻璃模具中进行；（2）采用电解抛光浸蚀基片；（3）镀底层前要进行反电处理以活化表面；4）上砂和加厚同时进行，而且不断转换角度进行立镀和平镀。

（24）答：高精度复杂型面的修整滚轮采用内镀法制造的原因：首先，烧结法制造滚轮，由于经受高温，金刚石会受到热损伤，同时还会因热胀冷缩而使滚轮精度产生较大的偏差，需经研磨修整才能使用，制造精度不高。其次，外镀法滚轮精度也较低，原因之一是金刚石磨粒的不等高性，另外由于尖端效应使镀层厚度不均匀，也降低了滚轮的精度。内镀滚轮的精度高，原因在于上砂时，金刚石颗粒都以阴模内表面的基准进行排列，此基准面在除去临时阴模后即成为滚轮的外表面，亦即滚轮的工作面。因此内镀法滚轮型面上金刚石排列的等高性好，型面精度高。内镀法特别适合于制造复杂型面的高精度修整滚轮。 （25）答：（1）电镀后要除氢处理的原因：金属材料由于渗氢而引起的早期脆断现象称为氢脆。酸洗和电镀等表面处理常常会造成金属基体和镀层渗氢，不进行除氢处理就不能避免氢脆危害。（2）必须除氢的制品：A、对氢敏感的高强度结构钢和弹性零件。B、带有多层超硬材料的厚镀层的电镀制品，如地质钻头、工程钻头、套料刀等。（3）除氢方法：采用热处理方法。一般是在烘箱中加热并保温一段时间，即可驱逐基体和镀层中的氢。经热处理后出现鼓泡、脱皮等现象者即视为废品。具体作法：一般在200~250℃保温2~4小时；对于钻头之类具有多层磨料且在恶劣条件下工作的电镀制品，应保温4~6小时甚至更长；对于渗碳件和锡焊件，除氢温度宜在140~150℃保温约3小时。 (26)答：对于耐磨镀层，硬度应当是一项重要的性能指标。硬度越高越耐磨。镀层的硬度与其结晶组织有密切关系，除了超硬磨料的影响，其硬度主要取决于金属的硬度。因此是复合镀层的金属硬度越高越耐磨。硬度测定主要有两种仪器方法：（1）维氏显微硬度计，主要部分由直立的显微镜和维氏锥体组成。其计算公式为：HV=185.4P/d2。公式中，P为载荷（N），d为测得压痕对角线长度平均值（μm），HV单位MPa。（2）克努泊硬度计，主要部分由显微镜和克氏锥体组成。计算公式为HK=P/（0.07028L2）。公式

中，P为载荷（N），L为压痕的长对角线长（μm），HK单位MPa。 （27）答：电镀金刚石磨头工艺流程：芯杆检查—机械整平处理—化学除油（30~60min）—热水洗—清水洗—清水洗—涂绝缘漆—焊接导线—装夹具—电化学除油—热水洗—清水洗—清水洗—浓盐酸浸蚀（约1min）—清水洗—稀硫酸化学或电化学阳极活化（0.5~1min）—直接带电入槽，空镀（10min）—埋砂法上砂—加厚—清水洗—清理修整—除油除锈—热水洗—清水洗—清水洗—镀光亮层—清水洗—除氢—交验。