電鍍工藝全面指南：原理、類型、應用及常見問題解答

發布時間：2026-02-14 分類：新聞瀏覽量：512

1. 引言

電鍍是一種歷史悠久的表面處理技術，通過電化學原理在基體材料表面沉積金屬層，以滿足防腐、裝飾或功能性需求。從19世紀誕生至今，電鍍技術已從單純的防護裝飾發展到能夠提供電、磁、光、熱等特定功能的精密工藝。

根據鍍層的功能，電鍍可分為三大類：

防護性鍍層：防止基體腐蝕（如鍍鋅）
裝飾性鍍層：賦予美觀外觀（如鍍鉻、鍍金）
功能性鍍層：提供特殊物理化學性能（如鍍銀提高導電性、鍍硬鉻增加耐磨性）

被鍍材料可以是金屬，也可以是非金屬（如塑料電鍍）。本文旨在提供一份權威、全面的電鍍知識指南，幫助讀者深入理解電鍍工藝、選擇合適方案，并解答常見問題。

2. 電鍍的基本原理

2.1 電化學基礎

電鍍是在含有欲鍍金屬離子的溶液中，以被鍍材料或制品為陰極，通過電解作用，在基體表面上獲得鍍層的方法。電鍍技術的應用已經有很長的歷史，最初的開發是為滿足人們防腐和裝飾的需要，隨著科學技術的不斷進步，電鍍技術還可以用來制取特定成分和功能的金屬覆蓋層，提供電、磁、光、熱等方面的特性。根據鍍層的功能可分為防護性鍍層、裝飾性鍍層、功能性鍍層。被鍍材料可以是金屬也可以是非金屬，以被鍍材料或制品為陰極，通過電解作用，在基體表面獲得鍍層的方法。電鍍過程需要三個必要條件：電源、鍍槽（鍍液）、電極。

在閉合回路中，直流電源不斷將電子從陽極抽送到陰極：

陽極：發生氧化反應，金屬失去電子溶解為離子進入溶液（M → M?? + ne?）
陰極：發生還原反應，金屬離子獲得電子沉積為金屬層（M?? + ne? → M）

2.2 析出電位與電極反應

金屬離子在電極上還原實現電鍍的基本條件是電極電位足夠負。析出電位指物質在電極上開始放電并從溶液中析出時所需施加的電位，必須低于欲還原金屬的平衡電位。

根據能斯特方程，電極電位受以下因素影響： $E = E^{0} + \frac{R T}{n F} \ln ? \frac{[氧化型]}{[還原型]}$ E=E0+nFRT?ln[還原型][氧化型]?

其中：

E?：標準電極電位（25℃、離子濃度1mol/L時測得）
R：氣體常數
T：溫度
n：電子轉移數
F：法拉第常數

標準電極電位反映了金屬的氧化還原能力：電位負值較大的金屬容易失去電子被氧化（如鋅），電位正值較大的金屬容易得到電子被還原（如金、銀）。

2.3 電極極化

當電流通過電極時，電極電位偏離平衡電位的現象稱為極化，主要分為兩類：

1. 電化學極化
由于電極上的電化學反應速度小于電子運動速度造成。

陰極極化：陰極還原反應速度小于外電源供給電子的速度，電極電位向負方向移動
陽極極化：金屬離子進入溶液的速度小于電子由陽極進入外導線的速度，電極電位向正方向移動

2. 濃差極化
由于溶液中離子擴散的速度小于電子運動速度造成。電極附近金屬離子濃度低于本體溶液濃度，形成濃度梯度，導致電位移動。

2.4 金屬的電沉積過程

電鍍過程分三個步驟，同時進行但速度不同，最慢的步驟為控制性環節：

液相傳質：水化金屬離子或絡合離子從溶液內部向陰極界面遷移，到達陰極雙電層溶液一側。傳質方式包括電遷移、對流和擴散，其中擴散是主要控制步驟。
電化學反應：金屬離子通過雙電層，去掉水化分子或配位體層，從陰極獲得電子變成金屬原子。例如在堿性氰化物鍍鋅中：
- Zn(OH)?2? → Zn(OH)? + 2OH?（配位數減少）
- Zn(OH)? + 2e → Zn + 2OH?（脫去配位體）
電結晶：金屬原子沿金屬表面擴散到達結晶生長點，按一定規律排列進入晶格，形成鍍層。

2.5 法拉第定律與電流效率

法拉第第一定律：電解時，電極上析出或溶解的物質的量與通過的電量成正比。 $M = K I t$ M=KIt

其中K為電化當量（通過1C電量時析出的物質質量）。

法拉第第二定律：通過相同電量時，電極上析出或溶解的物質的量相等，析出1mol任何物質所需的電量均為9.65×10?C（法拉第常數F）。

電流效率：由于存在副反應（如析氫），實際析出質量低于理論值。 $η = \frac{實際析出質量}{理論析出質量} \times 100 % = \frac{M^{'}}{K I t} \times 100 %$ η=理論析出質量實際析出質量?×100%=KItM′?×100%

陰極電流效率通常小于100%。

2.6 鍍層厚度計算

鍍層厚度計算公式： $δ = \frac{K D_{K} t η_{K} \times 100}{60 γ}$ δ=60γKDK?tηK?×100?

其中：

δ：鍍層厚度（μm）
K：電化當量（g/A·h）
D_K：陰極電流密度（A/dm2）
t：時間（min）
η_K：陰極電流效率（%）
γ：金屬密度（g/cm3）

沉積速度（μm/h）： $U = \frac{K D_{K} η_{K} \times 100}{γ}$ U=γKDK?ηK?×100?

3. 電鍍液的組成及各組分作用

3.1 主鹽

主鹽是鍍液中提供欲鍍金屬離子的鹽類，決定鍍層金屬種類。主鹽濃度需維持適當范圍：

濃度升高：沉積速度加快，但陰極極化下降，鍍層結晶變粗
濃度適當：獲得細小致密的鍍層

3.2 絡合劑

絡合劑能絡合主鹽中的金屬離子，形成絡合離子。簡單離子鍍液易獲得粗大晶粒，而絡合離子鍍液具有以下優點：

絡合離子在溶液中僅部分溶解，比簡單鹽離子穩定
產生較大的陰極極化作用，獲得細致鍍層
常用絡合劑：氰化物、焦磷酸鹽、氨三乙酸等

3.3 附加鹽（導電鹽）

能提高溶液導電率，對主鹽金屬離子不起絡合作用的堿金屬或堿土金屬鹽類：

常用導電鹽：硫酸鈉(Na?SO?)、硫酸鎂(MgSO?)、銨鹽
作用：改善深鍍能力、分散能力，獲得細致鍍層
注意：含量過高會降低其他鹽類的溶解度

3.4 陽極活化劑

能促進陽極活化的物質，提高陽極開始鈍化的電流密度，保證陽極正常溶解：

作用：使陽極電位變負（陽極去極化）
常用物質：鹵素離子、銨鹽、酒石酸鹽、硫氰酸鹽、檸檬酸鹽

3.5 添加劑

不會明顯改變電性但能顯著改變鍍層性能的物質，包括：

防針孔劑：如潤濕劑，降低表面張力
抑霧劑：減少有害氣體逸出
光亮劑：獲得光亮鍍層
整平劑：填平微觀不平表面

4. 影響電鍍質量的主要因素

4.1 pH值的影響

pH值影響：

氫的放電電位
堿性夾雜物的沉淀
絡合物或水化物的組成
添加劑的吸附程度

電鍍過程中，若pH值增大，則陰極效率高于陽極；pH值減小則反之。通過加入緩沖劑可將pH值穩定在一定范圍。

4.2 添加劑的影響

無機添加劑：在電解液中形成高分散度的氫氧化物或硫化物膠體，吸附在陰極表面阻礙金屬析出，提高陰極極化。

有機添加劑：

多為表面活性物質，吸附形成吸附膜，阻礙金屬析出
某些在電解液中形成膠體，與金屬離子絡合成膠體-金屬離子型絡合物

4.3 電流密度的影響

每個鍍液都有正常鍍層的電流密度范圍：

過低：陰極極化減小，鍍層結晶粗大，甚至無鍍層
適當：陰極極化增加，鍍層晶粒變細
過高：超過極限電流密度，鍍層惡化，出現海綿狀、枝晶狀、"燒焦"及發黑

主鹽濃度增大、鍍液溫度升高、有攪拌條件下，可允許較大電流密度。

4.4 電流波形的影響

通過影響陰極電位和電流密度的變化來影響沉積過程：

三相全波整流和穩壓直流：對鍍層組織幾乎無影響
單相半波：使鍍鉻層產生無光澤的黑灰色
單相全波：使焦磷酸鹽鍍銅及銅錫合金鍍層光亮

4.5 溫度的影響

升溫優點：加快擴散，降低濃差極化；增加鹽類溶解度，提高導電和分散能力；提高電流密度上限，增加生產效率
升溫缺點：降低電化學極化，結晶變粗；加快粒子脫水，離子和陰極表面活性增強

4.6 攪拌的影響

降低陰極極化：晶粒變粗
提高電流密度上限：提高生產率
增強整平劑效果

5. 鍍前處理工藝

鍍前處理直接影響鍍層結合力和質量，使鍍件表面有良好的光潔度，去除粗糙不平、腐蝕產物和污垢。

5.1 機械處理

磨光：利用磨料顆粒的尖角磨除工件表面的劃痕、車削刀紋、砂眼、毛刺、腐蝕產物，在磨光機上進行。

拋光：消除磨光留下的磨痕，使工件表面具有鏡面般光澤，包括化學拋光、電化學拋光、機械拋光。

噴砂處理：以壓縮空氣為動力，帶動干燥的石英砂、鋼砂或河砂形成砂流，噴射到工件表面，清除毛刺、氧化皮、焊瘤等。

5.2 除油處理

工件表面油污會造成鍍液與基體隔離，影響鍍層沉積：

溶劑除油：使用有機溶劑溶解油脂
化學除油：堿液皂化和乳化作用
電化學除油：工件作為電極，產生氣泡輔助除油

5.3 浸蝕處理

在酸、酸性鹽或堿溶液中處理工件，除去金屬表面氧化物。

6. 常見電鍍類型及應用

6.1 鍍鋅

目的：鋅的標準電極電位(-0.76V)比鐵負，對鐵為陽極性鍍層，通過犧牲陽極保護防止鋼鐵腐蝕。

工藝類型：

酸性電鍍液（硫酸鋅為主）：成本低、電流效率高、溶液穩定、毒性小，但分散能力差、結晶粗糙，適用于形狀簡單的工件（鋼絲、鋼板）
堿性電鍍液：均鍍能力好，添加硫脲可獲得光亮鍍層，但氰化物有劇毒
氰化物法：可獲得均勻、附著力好的鍍層

后處理：

去氫處理：200℃加熱2小時，消除氫脆和內應力
出光處理：提高光澤度
鈍化處理：在鉻酸及其鹽類溶液中生成鉻酸鹽薄膜，提高抗蝕能力

6.2 鍍銅

特點：銅的電位比鐵正，鋼鐵上鍍銅為陰極性鍍層，不能單獨用作防護裝飾。

主要用途：

多層電鍍的底層或中間層
鋼鐵件防滲碳
印刷線路板
塑料電鍍
電鑄模

工藝類型：

類型	優點	缺點
硫酸鹽鍍銅	成分簡單、電流效率高、溶液穩定、無有害氣體	均鍍能力較差
氰化物鍍銅	均勻、附著力好	劇毒
焦磷酸鹽鍍銅	—	—
全光亮酸性鍍銅	可獲得光亮鍍層	需添加光亮劑
氟硼酸鹽鍍銅	—	—

6.3 鍍鉻

特性：鉻是略帶藍色的銀白金屬，具有美麗光澤、耐腐蝕、硬度高、摩擦系數小、反光能力強、耐熱性好。

主要類型：

裝飾-防護性鍍鉻：賦予美觀外觀
鍍硬鉻（耐磨鉻）：提高表面硬度
乳白鍍鉻：用于汽車、飛機、船舶零件
槽孔鍍鉻：鍍后進行陽極槽孔處理，使網狀裂紋擴大，儲存潤滑油，用于內燃機、壓縮機活塞環

工藝特點：

電解液主要成分為鉻酐(CrO?)，溶于水生成鉻酸和重鉻酸
硅氟酸對鉻鍍層有活化作用，提高電流效率
三價鉻鍍液正在發展中，環保性更好

6.4 鍍鎳

特性：鎳是白色金屬，硬度高，具有磁性，易拋光獲得良好光澤，在空氣中生成鈍化膜，耐蝕性較好。

應用：

表面鍍層
多層電鍍的底層或中間層

主要鍍浴類型：

"瓦特"型鍍浴（應用最廣）
氨基磺酸鍍浴
氟硼酸鹽鍍浴

光亮鍍鎳：添加光亮劑，分類包括初級光亮劑、次級光亮劑等。

6.5 鍍銀

特性：電阻率最小，易焊接，廣泛應用于電子、通訊、電器、儀器儀表行業，降低接觸電阻，提高焊接性能。

注意事項：

銀在硫化物或鹵化物存在時易失去光澤變色，需后處理（化學鈍化、電化學鈍化、鍍貴金屬、浸有機膜）
銅及其合金鍍銀時，因銀標準電極電位(+0.799V)比銅高，會發生置換反應，需特殊表面準備：
- 浸銀：低濃度銀鹽+高濃度絡合劑
- 預鍍銀：高濃度絡合劑+低濃度銀鹽
- 預鍍鎳法

6.6 鍍金

特性：化學穩定性高，不溶于普通酸（可溶于王水），抗變色能力強，光澤持久。

應用：

首飾、餐具、工藝品
芯片、電子零部件、印制線路板、集成電路

鍍液類型：氰化物鍍液、無氰鍍液兩大類。

6.7 鍍鎘

主要用于鋼鐵表面的防腐蝕。

6.8 合金鍍

在陰極上同時沉積兩種或以上金屬，形成結構和性能符合要求的鍍層。目前可電鍍的合金約二百多種。

共沉積條件：

至少一種金屬能單獨從其鹽水溶液中沉積出來
兩種金屬的析出電位要十分接近

使析出電位接近的措施：

改變金屬離子濃度（增大電位較負金屬離子濃度，降低電位較正金屬離子濃度）
采用絡合劑（使電位較正金屬析出電位變負幅度更大）
采用適當添加劑（改變金屬析出電位）

常見合金鍍：

鋅-鎳合金：含鎳10%以上時耐蝕性比鍍鋅高3倍以上，13%左右高5倍以上
鋅-鐵合金：不易鈍化，易磷化處理，對油漆結合力好
鎳鐵合金：整平作用好，硬度韌性比鍍鎳好，節省15-50%鎳
其他：鎳-磷、鎳-鋅、鎳-錫、銅-錫、銅-鋅（黃銅）、錫-鉛、錫-鋅、錫-鎳等

7. 鍍層常見缺陷及處理方法

7.1 針孔與麻點

針孔：從鍍層表面直至底層或基體金屬的微小孔道，由于陰極表面某些點電沉積過程受障礙造成。

麻點：金屬表面上形成的小坑或小孔。

產生原因：

氣體針孔麻點：

板面吸附小氣泡，氣泡位置無法電鍍
氣泡來源：溶液中過飽和氣體、電鍍過程中析氫
氫氣泡一直滯留→針孔；間歇式滯留→麻點

非氣體針孔麻點：

基材缺陷：模具精度、成型工藝造成，分布無規則
前處理不良：殘留油滴、氧化物、掛灰、拋光膏
掛具問題：導電強度低，造成燒蝕擊穿
鍍液性能差：主鹽濃度不當、氯離子過高、光亮劑失調、表面活性劑過少
鍍液污染：雜質如鎳、磷、一價銅、灰塵、有機物
水質不潔：懸浮物、細絨、灰塵
氣源不潔：空氣攪拌帶入雜質
過濾效率低：流量和濾芯截留能力不夠
陽極問題：陽極不純、陽極袋破損
冷卻管放置不當：產生雙極性現象

解決措施：

加入適量潤濕劑（如十二烷基硫酸鈉），降低表面張力
采用攪拌（陰極移動、空氣攪拌）
加強前處理清洗
定期過濾鍍液
保持陽極清潔完整

7.2 粗糙與毛刺

麻砂：鍍層有許多密而細的微小點狀凸起物，因懸浮于鍍液中的微細固體物夾附造成。

粗糙：肉眼可見較大凸起物，原因：

鍍層形成不正常的粗大結晶：主鹽金屬離子還原速度太快，晶核形成速度小于成長速度
機械雜質沉落工件被包附

毛刺產生原因：

游離氰化鈉含量太低：銅沉積太快，鍍層帶暗紅，深鍍能力下降
銅含量太高：結晶組織變粗
游離氫氧化鈉太高或太低：
- 太高：錫析出困難，鍍層暗紅
- 太低：錫酸鹽水解生成偏錫酸沉淀，造成向上部位粗糙
電流密度過大：陰極尖端產生樹枝狀鍍層
二價錫含量過多：沉積太快引起粗糙
鍍液渾濁：微粒夾雜

7.3 "燒焦"鍍層

定義：在過高電流密度下形成的顏色黑暗、粗糙、松散的質量不佳沉積物，常含有氧化物或其他雜質。

原因：

主鹽金屬離子濃度過低
主鹽金屬離子放電困難，H?易于放電析氫
陰極界面pH過高
鍍層中夾雜較多化合物

8. 鍍層與鍍液性能測試方法

8.1 鍍液性能測試

測試項目	定義	常用方法
分散能力	沉積金屬在陰極表面分布均勻的能力	遠近陰極法（哈林槽）、彎曲陰極法、霍爾槽法
覆蓋能力（深鍍能力）	沉積金屬在陰極表面全部覆蓋的能力	直角陰極法、內孔法
電流效率	用于沉積金屬的電量占總電量的比例	庫侖計法
整平能力	鍍液填平微觀不平表面的能力	微觀輪廓測定法
電流密度范圍	獲得正常鍍層的電流密度范圍	霍爾槽試驗

8.2 鍍層性能測試

測試項目	定義	常用方法
結合力	鍍層與基體的附著強度	拉伸剝離試驗、銼刀試驗、加熱試驗（11種方法）
厚度	鍍層厚度	非破壞性：磁性法、渦流法破壞性：金相法、陽極溶解法（電量法/庫侖法）
孔隙率	單位面積鍍層孔隙平均個數	貼濾紙法、涂膏法、灌注法
耐腐蝕性	鍍層抵抗腐蝕的能力	鹽霧試驗

9. 電鍍工藝裝備

9.1 掛具與裝掛

掛具作用：

固定鍍件
保證電流均勻流經每個鍍件

9.2 局部保護

對不需電鍍的部位用非金屬材料包扎或涂覆，目的：

使電流集中在零件上，降低消耗，節約成本
提高生產效率和掛具壽命
保證零件符合圖紙要求

常用材料：聚氯乙烯膠帶等

9.3 輔助電極

改善鍍層的均鍍能力和深鍍能力。

10. 電鍍廢水處理

電鍍廢水含重金屬（Cr、Ni、Cu等）和有毒物質，必須處理達標排放。

常見處理方法：

化學沉淀法
離子交換法
膜分離技術
蒸發濃縮
生物處理

11. 各類鍍層退除方法

鍍層	退除溶液配方	溫度	備注
鍍銅層	1000ml/L硝酸 + 45g/L氯化鈉	60-70℃	工件表面不允許有水
鍍鎳層	50%硝酸	—	—
鍍鉻層	100-150ml/L鹽酸	—	—
鍍鋅層	650-680ml/L鹽酸或 450-500ml/L硝酸或氫氧化鈉	—	—
鍍銀層	50ml/L鹽酸 + 950ml/L硫酸	—	—
鍍金層	氫氧化鈉10-20g/L + 氰化鉀50-100g/L	—	—

12. 常見問題解答（FAQ）

1. 電鍍和電鑄有什么區別？

電鍍是在基體表面沉積薄層金屬（幾微米到幾十微米），電鑄是沉積厚層金屬（毫米級）并脫離基體形成獨立工件。

2. 電鍍層會脫落嗎？如何避免？

脫落通常因前處理不良、電流密度不當、鍍液污染造成。嚴格控制清洗、活化和工藝參數可避免。

3. 電鍍顏色能定制嗎？

可以。例如鍍鉻有亮鉻、黑鉻；鍍鋅可鈍化為彩色、藍白、黑色；合金鍍可獲得不同顏色（如黃銅色）。

4. 電鍍成本如何計算？

按工件面積、鍍種、厚度、批量綜合報價。主要成本包括化學品、電耗、人工、廢水處理。

5. 電鍍對人體有害嗎？

正常使用的鍍件無害。但生產過程中涉及化學品，需嚴格防護，佩戴PPE，保證通風。

6. 不銹鋼可以電鍍嗎？

可以，但需特殊活化（如閃鍍鎳）去除表面鈍化膜。

7. 電鍍層厚度一般是多少？

裝飾性鍍層0.5-5μm，功能性鍍層5-50μm，硬鉻可達100μm以上。

8. 如何測試電鍍質量？

常用厚度儀、附著力劃格試驗、鹽霧試驗、孔隙率測試。

9. 電鍍和化學鍍的區別？

電鍍需外加電源，鍍層較純；化學鍍依靠還原劑自催化，鍍層均勻（尤其適合盲孔、復雜形狀）。

10. 電鍍后還需要其他處理嗎？

視需求而定：鈍化提高耐蝕性、封閉增強防護、涂油臨時防銹、去氫處理消除氫脆。

11. 什么是氫脆？如何防止？

氫脆是氫原子滲入基體導致材料脆化的現象。通過去氫處理（如鍍鋅后200℃加熱2小時）可消除。

12. 電鍍液的pH值為什么重要？

pH影響氫的放電電位、絡合物穩定性、添加劑吸附、鍍層質量。需控制在最佳范圍。

13. 什么是陽極活化劑？

能促進陽極活化的物質，提高陽極開始鈍化的電流密度，保證陽極正常溶解，如鹵素離子。

14. 電鍍中為什么會出現針孔？

主要因氣泡吸附或表面污染，導致該處無法沉積金屬。加入潤濕劑和攪拌可改善。

15. 鍍鋅后為什么要鈍化？

在鋅層表面生成鉻酸鹽轉化膜，提高耐腐蝕性，同時可獲得不同顏色外觀。

13. 結論

電鍍作為重要的表面處理技術，在現代工業中占據核心地位。從基本的防腐裝飾到功能性應用，電鍍工藝不斷發展和創新。選擇合規、專業的電鍍供應商至關重要，需關注其資質認證、技術設備、環保合規性。

隨著環保法規日益嚴格，綠色電鍍技術（三價鉻鍍鉻、無氰電鍍、閉環水處理）成為發展方向。通過深入理解電鍍原理、工藝控制和質量管理，可獲得滿足要求的優質鍍層。

標簽：表面處理