電鍍的應用和分類

電沉積或電結晶屬于應用電化學的一個分支。若從工程應用的觀點，是通過研發和產品設計以利用這種技術來獲取鍍覆層或改善基體材料的表面而使之具備更為優良的工程特性。80年代以后，國際上采用和流行“表面工程"一詞，用以概括目前工程上名目繁多的表面優化型的工藝領域，以希冀能將這些不同的工程手段置入完整的設計、制造、運行的統一的生產序列之中。這種概括實際上也顯示表面問題在工程設計和產品使用及維護的整個過程中具有無可置疑的重要性，反映了近一個世紀以來生產和運行經驗和事故教訓的總結。無數次的個案已經反復證明，現代化產品的性能、質量和使用安全都與材料表面的狀態息息相關。忽視表面問題將造成無法彌補的后果。并且，表面的質量要求與工作中的行為需要從一開始進行產品設計時便應周詳的考慮。

事實上，表面的優化不能被簡單地視作一種后來附加的表面修飾。因為從本質上看，任何加工制成的產品，其材料本體與表面性質均有不同。加工過程一般均使材料表面處于非平衡狀態或形成介穩結構。表面殘留應力或顯微裂紋等便是常見的現象。這些情況會使零件的工作條件變化、壽命縮短，甚至在一定條件下發生突發性的事故。從產品設計開始的通盤考慮才能保證生產出良好的產品。這包括確定產品使用時的預期環境，對材料的要求和制件工作時可能的破壞機制，確定應具備的表面特性和可供選擇的表面處理方法等。

表面工程對于制件的影響，并不單純只是用以附加其價值或被視作彌補材料性能不足的一種簡單手段。因為合理地選擇表面處理方法與基體材料的適當結合，不僅可以互補，而且具有相得益彰的效果。表面層與基底材料的復合，可以提供單一的基體材料所難以提供的內外特性，從而構成了一種有用的復合材料。

電鍍雖是表面工程的重要手段，然而，由于其自身具備的特殊條件，使化學或電化學沉積方法也已用來作為新材料的研發和制備的途徑。傳統的方法是制備純金屬、合金和直接電鑄以生產制件。較新的方法是用來制備不同類型的復合材料，包括粉末、短纖維、長纖維纏繞和晶須增強型的材料。制取半導體材料，包括薄膜型半導體元件、平面顯示器件、大面積廉價太陽能電池、光敏電阻、電容、光導、電導、磁導與記憶元件以及一些特殊的元器件，例如發光和熒光元器件等等已逐步列上日程。從這些方面來看，電鍍已有別于單純意義上的表面工程。本書是腐蝕與防護全書的分冊，因此將著重討論表面的工程處理，更多地局限于腐蝕和防護方面的應用。

（一）電鍍方法

通常在腐蝕和防護方面應用較廣的電鍍工藝包括：有外加電流的電鍍方法、無外電流或利用內電流的沉積方法或化學鍍以及基體材料表面的直接化學轉化。

1、外加電流的電鍍方法

在電解質內置入電極并通以電流。此時在電極與介質的界面上便有電化學反應發生。這種電化學反應包括陰極表面上離子的還原和陽極表面上的氧化，兩個過程均在電鍍工藝中得到利用。并且不僅可以使較小的離子放電來形成鍍層，而較大的能使之帶電的質點例如高分子的涂料或橡膠粒子也能通過這類方法來沉積在電極之上。

2、無外電流的電鍍方法

利用不同電位的材料來與鍍件接觸，通過產生的內電流也能進行沉積。基體材料與溶液界面上的置換反應或自催化還原使離子沉積為鍍層，可以省略施加外電流的麻煩而不用配置電源設備。但這類方法不可避免地會受到化學反應條件的種種限制。

3、表面轉化

失去電子或俘獲電子時所發生的氧化或還原過程也常用來形成表面上的防護膜層。這種表面處理手段是通過表面轉化來生成反應產物，從而提供許多表面膜層的功能。例如腐蝕防護、減摩和抗磨、改善涂料和膠粘劑的附著，提供無色、黑色或彩色的裝飾膜層等。

所有上述方法均須通過界面上離子的轉化和電子的交換來完成。帶有電荷的質粒在能導電的介質內遷移時，實際上既傳遞了電荷也傳遞了質量。放電后的粒子有序或無序地堆積而形成我們所需要的沉積層。這樣一來，沉積的量的關系便可以由法拉第定律來表征。數字似的交互關系本質上體現的是穿越界面兩側時反應粒子數的計量。嚴格的粒子計數使電鍍成為一種易于通過參數和工藝較為嚴格監控的工藝。正因為如此，加上運用靈活、成本低而易行，使其在工業生產中獲得廣泛的應用。

（二）鍍層應用

電鍍用作表面處理，通常目的有兩個主要方面，即：賦予或改善產品的表面狀態或使表面結構具備某種有用的功能。按照行業習慣，一般將其區分為裝飾性的、防護性的或功能性的電鍍。

1、防護裝飾性電鍍

材料的許多物理的或工程的特性，是設計產品時選擇材料的主要依據。制件具備了設計考慮需要滿足的功能性要求后，往往很難使其表面的化學特性與之協調。在實際使用環境中，制品遭遇腐蝕是常見也是對產品壽命影響特別大的問題之一。產品生銹不僅使外觀受到損害，而且在大多數情況下產品的使用功能也同時被破壞。例如：運動件卡死，電接觸不良，污染或損傷與之相鄰的材料，包括金屬特別是紡織材料，零件變形或斷裂等等。在這類場合，表面上出現銹蝕便不僅僅是外表美觀的問題了。

所謂防護性的鍍層，常關注的是其防護性能，包括化學性的防護即防銹和機械性的防護即抗磨或減摩等。然而，在商品經濟中，許多產品的市場營銷即使是功能相同也會受到外觀的影響。商品外表的美觀與否常能左右顧客對產品內在質量的印象，也就是說產品外表美觀悅目能夠提升商品價值和促進營銷。因此，即便是防護性的鍍層也不能不考慮其外表的裝飾功能。而反之用于裝飾外表的鍍層亦需要能夠防護。如果僅僅外表美觀而不能防護或甚至引起基體材料的加速破壞或與之組合或接觸的制件或材料損傷，便無法單獨采用這種鍍層。所以防護與裝飾兩類功能在實際運用中需要同時考慮而很難絕對區分。

2、功能性電鍍

功能性電鍍主要指那些能夠使材料表面具備某種特殊功能的鍍層。目前隨著各種新型鍍層的不斷出現，實際上通過表面處理已能使材料表面通過電鍍來賦予各種不同的功能特性。與力、磁、電、聲、光以及預期化學特性的鍍層都有了很大的發展。提高表面硬度、改善摩擦或減少磨損、改良導電或降低接觸電阻、增強磁性或增加反光、抗高溫、改善焊接和膠接、防止擴散和滲透、幫助潤滑、用于磨削、增大尺寸或修復已磨損的零件等，都是采用鍍層的常見場合。

傳統的電鍍層主要應用在裝飾和防銹方面，近年來高科技的發展促使功能性的鍍層加快發展，從而也大大地拓展了電鍍的應用范圍。為了提供更多功能而應用的夾雜型鍍層，使電鍍層從單純的金屬結構進而成為一種復合結構，形成了金屬與非金屬的復合鍍層。這類鍍層可以提供增強、抗磨、自潤滑、熒光、彩色、電磁、消毒以及磨削能力等種種附加的功能特性，因而具備了廣闊的研發和應用前景。應用這種鍍層來自潤滑、產生熒光和制造磨削器具等，都是這種鍍層應用的實例。

通過半個多世紀的發展，如今電鍍層已經應用于幾乎所有的生產和生活領域。在其中，研發新的具備擁有的功能性的鍍層是發展的重點之一。為了能滿足更高的要求，就需要新的品種和新的工藝。但無論如何，科技發展和工程設計的需要、市場的需求、質量、成本和環保一直左右著表面技術的應用和發展。市場能順利開拓，便往往成為新技術研發和推廣成功的標志。

由于鍍層品種和功能的日益增多，也便于適應近年來對產品個性化、多樣化和更新換代快的消費趨勢。更柔性化的生產、利用電腦和網絡以求適應也將成為必然的趨勢。