电镀过程包括阴极过程和阳极过程，但在实际应用中，人们往往只重点关注阴极过程，而忽视阳极过程。这主要是因为电镀工艺的产物是在阴极上生成。一些电镀企业对电镀中的阳极过程极不重视，导致常常发生阳极面积不足、阳极杠生锈严重、可溶性阳极补充不足等问题，影响电镀产品的质量。因此，较为全面地了解电镀阳极和阳极过程，对全面提高电镀工艺水平和产品质量十分必要。

阳极是电化学体系中形成电流回路的电极之一。理论上，电镀过程中电子由电源负极流入电镀阴极，与电解液发生能量交换，从电镀阳极流出回到电源正极。因此，电镀过程中阳极的功能之一是导电。阳极与阴极(生产实际中由挂具和被电镀的产品构成)通过与电源连接构成的回路来实现电镀过程。没有阳极与阴极形成的电场，就不会有阴极过程。因此，导电是阳极的首要功能，无论是可溶性阳极还是不溶性阳极或半溶性阳极，导电是其最为基本的功能。

阳极的另一个功能则是提供欲镀金属的离子。这个功能主要是针对可溶性阳极或半溶性阳极而言。对于不溶性阳极，则不具备这个功能。但不管是哪一种阳极，都会对电解液的稳定性和镀层的质量产生一定的影响。

理想的阳极过程，即金属可以成功地进行电化学溶解而进入电解液的过程。基于电极动力学的研究，我们可以在工艺实践中选择合适的阳极材料、电流密度和某些阳极活性剂，以确保阳极在电沉积过程中的正常溶解。但即便在传统电镀过程中，也并不总是可以找到理想的阳极，有时也会采用其他方法来加以改善。如镀铬中使用的不溶性阳极，其电镀过程是完全依靠往镀液中添加铬酸来补充金属离子。究其原因是有些阳极过程不能完全匹配阴极过程的需要。当我们以阴极过程的正常进行为前提条件时，阳极不可能总是与阴极过程相适应，有时是因为电流密度达不到正常溶解的程度，有时则是因为溶解过程不是按需要的价态提供金属离子，或者溶解太快以致大大超过阴极过程的需要。当阳极过程影响到阴极过程的正常工作时，就须采取措施予以调整，以确保整个电沉程过程正常进行。

到目前为止，理想的阳极是指既可以导电又可以提供金属离子的电极。但并非所有镀种都适用既导电又溶解的理想阳极。在正常情况下，维持镀液离子平衡的阳极随着自身的溶解，其面积会减少。这会导致阳极电流密度升高，阳极溶解出现困难，同时电力线分布发生改变，导电性变差。因此，目前通常都采用阳极篮内加装可溶解的阳极块料或球料来解决，这种方法可以使阳极在提供金属离子的同时，其面积基本不发生变化。

然而，当阳极出现过度溶解时，大量阳离子进入镀液，镀液平衡被打破，会使得电镀过程无法正常进行。如碱性无氰镀锌中的锌阳极，其不但会发生电化学溶解，还会有化学溶解，这会使得镀液中的锌离子含量快速上升，以致电镀过程无法正常进行。

另外还有一类电解液，其金属离子是以高价态参与电极还原过程。如酸性镀同的铜离子，其是二价阳离子。而如果用纯铜做阳极时，则会以一价铜离子的形式进入镀液，这对整个电镀过程是不利的。因此，阳极在不同的电镀液中有着不同的工作模式，且发生着不同的阳极过程。

2.1可溶性阳极

可溶性阳极是在电沉积过程中可以在工作液中正常溶解消耗的阳极。在大多数络合剂型的工作液或阳极过程能与阴极过程协调的简单盐溶液中使用的阳极，大多数是可溶性阳极。如所有的氰化物镀液，镀镍、镀锡等，都是采用可溶性阳极。

然而，并不是任意金属材料都可以用作阳极材料。对于可溶性阳极的材料，首先要求的是纯度，一般都要求其纯度在99.9%以上，有些镀种还要求其纯度达到99.99%;其次是其加工的状态，对于高纯度的阳极，通常是经过电解精炼了的。有些镀种直接采用电解阳极，如氰化物镀铜的电解铜板阳极，镀镍的电解镍板阳极等。但有时也会要求对阳极进行适当的加工，如锻压、热处理等，以利于正常溶解。

当前常用的做法是采用阳极篮装入经过再加工的阳极块或球，或者在阳极篮中使用特制的活性阳极材料，如酸性镀铜用的阳极球(图1)、用于镀镍的阳极镍饼(图2)等。阳极篮通常是由钛材制造(图3),其本身是不溶解的，在起导电作用的同时，保证阳极面积大于阴极面积。另外也可以在篮框内装进阳极球等，使之溶解而补充金属离子。

图1 用于酸性镀铜的磷铜阳极球

图2 用于镀镍的阳极镍饼

图3 钛极阳极篮

除使用阳极篮以外，可溶性阳极一般还需要加阳极套。阳极套的材料对于不同镀液采用不同的材料，通常是耐酸或耐碱的人造纺织品。

2.2 不溶性阳极

不溶性阳极主要用于无法使用可溶性阳极的镀液，如镀铬过程。镀铬过程中不能使用可溶性阳极的原因主要有两个：一是阳极的电流效率大大超过阴极，接近100%,而镀铬的阴极电流效率只有13%左右，如果采用可溶性阳极，镀液中的铬离子会很快增加至超过工艺规范，导致镀液不能正常工作;二是如果采用可溶性阳极，其优先溶解的是低阻力的三价铬，而镀铬主要是六价铬在阴极上还原的过程，过多的三价铬会导致无法得到合格的镀层。

不溶性阳极因镀种的不同而采用不同的材料，最常用的是钛阳极(图4),其在电解液中既能导电，又不发生电化学和化学溶解。其他可用作不溶性阳极的材料还有石墨、碳棒、铅或铅合金、钛合金、不锈钢等。

图4 钛材阳极板

2.3 半溶性阳极

半溶性阳极是指处于一定程度的钝态的阳极，其电极的极化程度更大一些，这样可以使低价态溶解的阳极变成高价态溶解的阳极，从而提供镀液所需要价态的金属离子。如铜锡合金中的合金阳极，为使合金中的锡以四价锡的形式溶解，使阳极表面生成钝化膜，通常通过采用较大的阳极电流密度来予以实现。实验证明，当镀铜锡合金的阳极电流密度在4A/dm²时，阳极将处于半钝化状态，这时阳极表面会生成一层黄绿色钝化膜。电流进一步加大，则阳极表面的膜会变成黑色，这时阳极完全钝化，不再溶解，只有水的电解，大量氧气在阳极上析出。对于靠电流密度来控制阳极半钝化状态的镀种，须随时注意阳极面积的变化，避免因阳极面积的缩小而引起电流密度上升的情况发生，最终导致阳极完全钝化。

另一种保持阳极半钝态的方法是在阳极中添加合金成分，使阳极的溶解电位发生变化。如酸性光亮镀铜用的磷铜阳极。这种磷铜阳极材料中含有0.1%~0.3%的磷，可使铜阳极在电化学溶解的电位提高，避免了阳极以一价铜的形式溶解，影响镀层质量。

2.4 混合阳极

混合阳极是指在同一个电解槽内既有可溶性阳极，又有不溶性阳极，又称联合阳极。它是以不溶性阳极作为调整阳极面积的措施，可使可溶性阳极的溶解电流密度保持在正常溶解的范围，同时也是合金电镀中常用的手段。当合金电镀中的主盐消耗过快时，可以采用主盐金属为阳极，而合金中的其他成分则可以通过添加其金属盐的方法来补充。采用阳极篮的阳极也是一种混合阳极。阳极篮的面积相对比较固定，因此即使阳极篮内的可溶性阳极面积有所变化，由于阳极篮具有的导电作用，电镀过程也能继续进行。

混合阳极除了根据电化学行为的不同进行分类以外，还可以根据其物理加工方式和外形进行分类。根据加工方式的不同，可以分为铸造阳极和锻造阳极两类;根据外形则有条形阳极、棒形阳极、球形阳极、角形阳极等。这些阳极都需采用阳极篮才能发挥作用。

2.5 辅助阳极

对于凹槽或深孔的制品，这些部位的镀层厚度一般都会有比较严格的要求。当常规电沉积法无法达到质量要求时，就会采用辅助阳极的方法。

图5 用于内腔电镀的辅助阳极示例

辅助阳极是在挂具上对应产品的凹槽、深孔部位上，专门设置一个与阴极绝缘而另有导线与阳极相连接的小型不溶性阳极。这种辅助阳极对于腔内电力线难以到达的部位的电镀有着重要的辅助作用。辅助阳极可用来弥补因距离阳极太远、电阻过大而引起的电流偏低区域的电力线分布。通过辅助阳极的这种改善电力线分布的功能，可以使镀层达到需要的厚度。辅助阳极中还有一种仿形阳极，就是根据有凹槽结构的电镀件的凹槽形态，制作与凹槽形态相同或相似的突起阳极，并在电镀过程中靠近作为阴极的产品进行电镀，以达到凹槽部位镀层均匀的目的。辅助阳极和仿形阳极都是不溶性阳极。

理想的阳极是指极化很小的阳极，即保证金属离子按需要的价态和所消耗掉的离子的量来向电解液补充金属离子。但阳极过程往往又是极易发生极化的过程，这个极化我们通常称之为钝化。完全钝化的阳极不再有金属离子进入镀液，这时阳极就只发生水电解反应：

阳极过程中发生的钝化对电沉积过程是不利的。要保持电解槽仍然通过原来的电流强度，就须提高槽电压，这就使得电能的消耗增加。为防止阳极钝化的发生，通常需要频繁洗刷阳极、搅拌电解液液或添加阳极活化剂等。

阳极的纯度和物理状态对电沉积过程有重要影响。纯度较低的阳极中的杂质在溶解过程中会成为加速其化学溶解的因素。这种不均匀的溶解，会使得阳极材料成块地从阳极上脱落，成为阳极泥渣进入电解液中，并最终沉积到阴极上，引起镀层麻点和粗糙等缺陷问题。利用阳极溶解的这种特性，可以主动地往阳极中掺杂，并让其均匀分布，从而制成溶解性好或需要的价态溶解的活性阳极。如酸性光亮镀铜中的磷铜阳极，镀多层镍中含硫活性阳极等。

意外阳极过程通常是指人们不希望发生的阳极过程。金属的腐蚀和氧化都是阳极过程，而我们在大多数时候是不希望金属发生腐蚀或氧化(生锈)的。

(1)漏电或误用导致的阳极过程

在电镀过程中，出现意外阳极过程的情况有两种：一种是电镀工作槽中有其他材料与阳极电源意外连接而成为阳极，进而参与到电镀体系的反应中，从而出现意外。如不锈钢等加热器、临时搅拌器的金属杆、金属热交换器管路等。这些器件成为阳极后，会改变电场电力线分布，严重的会引起器件腐蚀，导致事故的发生。如某些电镀企业采用氟利昂制冷剂直接冷却镀液以获得高的效率，在金属铜盘管外包铅。结果由于盘管经常与阳极相碰而带电，成为阳极的一部分，在微孔内导致铜管溶解而出现孔蚀。制冷剂在工作时，由于压力作用，喷入至镀液中，造成镀液报废，部分镀液通过管路进入冷机，进而还导致冷冻机报废;另一种则是将其他金属材料当成阳极材料置入镀液中，使得其他金属离子大量溶入镀液，导致镀液报废，无法使用。

(2)双极现象中的阳极过程

另一种意外是所谓的“双极现象”。这是指电镀作业中，在电场存在的前提下，离开阴极的挂具表现为断电状态，但实际上仍处在镀液中，在电场中会表现为双极现象(图6):断电后的挂具朝向镀槽中阳极的一面，仍然表现为阴极，但仍发生还原反应;而挂具电源朝向电镀槽中其他与阴极相连接的挂具一面，这时因为在电场中的电位高于阴极而局部呈现阳极状态，发生阳极过程。这种双极现象在光亮镀种中危害很大。如在光亮镀镍或光亮镀铜中，若提出某一挂具时不小心作业，就极大可能出现这种双极现象，从而使同一挂具上的产品出现一边发亮一边发暗的情况。

图6 电镀过程中双极现象示意图

双极现象除了在光亮镀种中影响光亮性能外，还会由于阳极的钝化引起挂具上的产品表面也发生钝化，影响产品性能。因此，在镀槽中只提取某一挂产品时，应该断电后再进行操作，避免双极现象的产生。

理想的阳极是既能导电又可以提供金属离子的阳极。但以创新思维来看待不溶性阳极，就可以设想通过设计将其作为载体，从而实现理想阳极的功能。这样的功能性阳极应该具有以下功能：

(1)热交换器或物理波源用的不溶性阳极这种不溶性阳极在导电的同时，向电解液交换热量(加温或降温)、发出超声波或其他物理波等。将热交换器采用钛材或不锈钢等制造，令其在镀槽中工作的同时，也承担阳极的作用。这样可减少镀槽因加装换热设备等带来的空间拥挤，提高镀槽体积效率，降低设备综合成本。同时，有利于改善一次电流分布。

(2)向镀液自动添加光亮剂或镀液成分的阳极将不溶性阳极制成中间有一定容量空间的板式容器，然后在容器内装入用于往镀槽添加的镀液添加剂，从而使得这种不溶性阳极成为自动补加系统的其中一个部件。这种中空阳极像一个箱子，其阳极腔内可装入镀液成分(图7)。阳极上的喷嘴开关与控制中心连接，当镀液中成分监测的传感器接收到成分波动达到补加量时，就会有信号送到喷嘴开关，使得喷嘴打开，镀液成分流入至镀液中，镀液成分可以是电镀添加剂、镀液主盐等。

图7 可以自动补加镀液成分的阳极

电镀技术的创新空间很大，不只是阳极，其他电镀装备、工具工装都有很大的创新空间，值得去认真开拓。


作者介绍：刘仁志，教授级高级工程师，武汉风帆表面工程有限公司董事、武汉风帆电化科技股份有限公司技术顾问、中国计量大学材料与化学学院兼职教授。《表面工程与再制造》杂志特约专栏作者、新浪微博科技博客。自1980年起在国内外表面处理专业杂志发表技术论文100多篇，参加和主持过多项电镀工艺的开发和应用推广工作，包括非金属电镀、尼龙纤维电镀、激光电镀、钢丝线锯金刚石复合镀、微波陶瓷电镀等课题。申请并获得了20多项涉及多个专业的中国专利。有《现代电镀手册》《电子电镀技术》《非金属电镀与精饰》《实用电铸技术》《量子电化学与电镀技术》等20多种电镀技术专业著作出版。是国内著名电镀技术专家。