电镀镀种及特点-易镀表面处理

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金属想防腐、耐磨？电镀和表面处理是关键！这里涵盖镀锌、镍等多种镀种，还有铝、镁等合金处理，讲清每种工艺特点、适用场景，一看就懂。我们不妨来了解电镀镀种及特点吧！
一、镀锌

镀锌是应用最广泛的一个镀种，一般用于黑色金属防腐。对钢铁零件来说，锌镀层是一个典型的阳极性镀层。在腐蚀性介质中，金属锌比铁容易失去电子，当镀层有孔隙或因划痕而露出基体金属时，锌镀层将作为阳极遭受腐蚀，从而保护钢铁零件。所以，通常称锌镀层为“防护性镀层”。但是，在温度高于70℃的水中，金属锌的电位较正，此时锌镀层失去对黑色金属的防护性能。

锌不耐氯离子的腐蚀，所以在海水中锌的腐蚀严重；在淡水中比较稳定，可以用锌镀层来防止水管或蓄水池等淡水设施的腐蚀。

另外要注意的是，当镀锌层接触到酚醛漆类、醇酸类、酚醛塑料、潮湿的木材、胶合板等，会发生气氛腐蚀，原因是这些物质干燥老化过程中释放出一些分子量较小的脂肪酸、氨、酚等大大加速了锌层的大气腐蚀速度，这种腐蚀的机理也是电化学腐蚀、其腐蚀产物很疏松，孔隙很多。

锌层抗蚀能力与表面的状态有关，对于相同厚度锌层，经钝化处理后，其抗腐蚀能力可以提高5 －7 倍。转化膜刚刚形成时，较易划伤，随着逐渐脱水而老化变硬，深色膜（草绿、橄榄绿、棕黑、黑色）成膜后24小时内搬运必须小心。

对于要求符合欧盟RoHS指令的镀锌层必须用三价铬钝化代替传统铬酸盐钝化。

如：Fe/Ep .Zn15 .c1A ( c 为铬酸盐转化膜，1A为等级，盐雾出现白色腐蚀性最短时间为6h)

Fe／Ep .Zn15 .c1B （微彩虹色、24h）

Fe/Ep .Zn25 .c2C （彩虹色72h）

Fe／Ep .Zn25 .c2D （深色96h）

电镀工作者很难保证提供色调准确的铬酸盐转化膜、弹性零件电镀后需驱氢消除“氢脆”。

二、镀镉（有毒镀层）

镉镀层主要用作钢铁零件的防护层，在一般大气和工业大气条件下，相对钢铁基体而言，镉镀层是阴极性镀层；而在不含工业性杂质的潮湿大气或海洋性大气条件下，镉镀层属于阳极性镀层。

镉在较高温度下并同时存在某种应力时，能使钢或钛合金产生“镉脆”因此，镀镉层的使用温度一般规定在230℃以下。由于镉的价格较贵，而且镉的污染危害极大，因此，镉镀层只用于某些无线电零件、电子仪器的底板及其某些军工产品上，特别是用于与铝接触的钢零件或与其它金属接触的铝基体以及湿热地区，海上作业使用的精密仪表的零件上。

镀镉的后处理类似镀锌，抗盐雾性能提高。

三、镀铜

一般作为中间镀层使用，因纯铜活性较强，且不能得到致密钝化膜，极易变色，建议不作表镀层。

四、镀镍

镍镀层在空气中的稳定性很高，这主要是由于镍具有很强的钝化能力，在表面能迅速地生成一层极薄的钝化膜，所以能抗大气、碱和某些酸的腐蚀。镍在有机酸中很稳定，在硫酸和盐酸中溶解很慢，在浓硝酸中接近钝化，易溶于稀硝酸中。

镍层因钝化而失去锡钎焊能力，即可焊性差，特别是光亮镀层，可焊性尤其差。

镍层对钢铁基体而言,属阴极镀层，只有当镀层完整无缺时，镍镀层才能使铁零件受到机械保护作用，但是,镍镀层的孔隙率较高,只有当镀层的厚度达到25µm 以上才是无孔的，所以，一般不用镍镀层做防护镀层。除非基体光洁度特别高（Ra＜0.06＝时,镀Ni5µm即可, 一般采用多层电镀法, 如铜镍、铜／镍／铬、双层镍、三层镍等），光亮镀镍层硬度高、脆性大，铆接时易产生掉皮，在210℃左右烘烤2小时可适当降低其脆性及镀层应力。

对钢铁基体件特别是螺纹及滚花件建议不采用镍层，否则极易发黄；如果必须用镍作表镀层，应留足涂覆量（单边≥15µm），对盐雾要求高的钢件，可以镀铜后镀锌代替镀铜镀镍，并要求注明使用条件。

镍镀层除作表镀层外，一般用作镀金的底镀层，以提高镀金层的抗蚀性，如果铜基体上直接镀金：或者镀银镀金，镀层极易变色；镍镀层还用作其它镀层如锡（铅）、装饰铬的底层。镍镀层作为银的底镀层，可提高银镀层的结合力。

五、镀铬

铬具有强烈的钝化能力，表面很容易生成一层极薄的钝化膜，在钢铁零件表面镀铬，铬镀层是阴极性镀层，对钢铁件无电化学保护作用，只有当镀层厚度超过20µm时，才起机械保护作用。

铬镀层耐热性好，在500℃以下，其颜色和硬度均无明显变化，温度高于700℃时才开始变软。

镀铬主要用于装饰性电镀及功能性方面。装饰铬是在光亮底镀层如Ni 上镀很薄的铬层（0.3µm），而功能性方面主要是考虑耐磨性和注塑模的脱模方便性。

和其它镀种相比，镀铬过程具有以下特点：

1．镀铬电解液主要成份不是金属铬盐，而是铬酸，其阴极效率极低（ηk= 8－16％），也就是说大部份电能都消耗在析氢等副反应上了，同时，在铬酸电解液中，阴极过程也相当复杂。目前一些专业厂家采用三价铬盐电镀的，但全球屈指可数。另外一些高效率的电镀工艺也只能达到18－27％，专用性较强。

2、另外，作为一种污染性大的镀种，建议用户尽量少采用，一般用镀镍或化学镀镍来代替，因为六价的铬元素有比较强的致癌作用，三价铬毒性就只有它的百分之一，单质态铬应该说对人体是安全的。

六、化学镀镍

化学镀是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应产生金属沉积的过程，它也被称为自催化镀或无电解镀，实现化学镀应具备下述条件。

1 ．溶液中还原剂被氧化的电位要显著低于金属离子被还原的电位，以使金属有可能在基材上被沉积出来。

2 ．配好的溶液不产生自发分解，当与催化表面接触时，才会发生金属沉积过程。

3 ．调节溶液的PH 、温度时，可以控制金属的还原速度,即可以调节镀覆速度。

4．被还原析出的金属应具有催化活性、这种镀层才能增厚。

5．反应生成物不妨碍镀覆过程的正常进行、即溶液有足够的使用寿命。

与电镀相比，化学镍具有镀层厚度均匀、不需要直流电源、能在非导体上沉积，但成本比电镀镍高得多，因为镀液寿命有限，主要用于不宜电镀的场合，如塑料的金属化、铝（合金）的处理、或代替铬镀层作耐磨镀层。

对铜合金、钢铁基体而言，最好不采用化学镀镍，因为化学镍的塑性、韧性较电镀层差得多，尤其是变形零件，既费钱又坏事，建议采用电镀镍或镀铜镀镍。

镀层特点：

1．所得镀层为含一定数量磷的镍磷合金，其含磷量随溶液成份和操作条件的不同而在3％--14％之间变化。

2．镀层为非晶态的层状结构，进行热处理时，随着Ni3P 的结晶化，其层状结构逐渐消失，含磷量高于8％时，镀层为非磁性；含磷量低于8％时，其磁性能也与电镀镍层有很大差异。

3．抗蚀性高，特别是含磷量较高时，在许多浸蚀介质中均比电镀镍耐蚀得多。但要注意的是，对铝合金钢铁件来说，并不是说化学镀镍后就有耐蚀性方面的保障，因为化学镍对它们而言仍是阴极性的，只要有孔隙存在就会出现电化腐蚀。

4 ．硬度高，这种镀层的显微硬度约为500--600Hk ，经400℃热处理后，其硬度可达1000Hk，可用来代替硬铬。

5．易于钎焊，但熔焊性比镍镀层差。

七、镀锡或锡铅

锡无毒、可焊、延展性好。在一般条件下，锡镀层对钢铁基体而言，是阴极性镀层；但在密封的罐头里即有机酸条件下是阳极性镀层。即使它是阴极性镀层，只要镀层达到了基本上没有孔隙的厚度，锡就有很好的防护作用。因此，薄钢板镀锡是锡镀层的主要用途。

锡镀层具有良好的可焊性，加入铅可进一步改善焊接的润湿特性。尤其是63SnPb镀层，其焊接润湿性最好，但由于铅的毒性，一般尽量减少使用，目前全球倾向使用锡银、锡铜、锡铋代替锡铅，但主流仍是含Pb5--10％的锡铅层最适应回流焊及250℃波峰焊，锡铅镀层对盐雾浸蚀抵抗较强，一般汽车端子都采用锡铅镀层，在插拨时，锡铅镀层表层氧化物被破坏，可以保证相当好的电接触性能，但这种插拨次数较镀金镀银就少得多，一般局限在几十次。

不同基体上的处理方法是不一样的，就钢铁基体而言，可以直接镀锡铅，但最好镀铜（镀镍）后镀锡铅；黄铜件必须镀1－2µm的阻挡层如铜、镍再镀锡铅；青铜件或紫铜件则可以直接镀锡铅。

不同的镀层组合及厚度以及储存环境有着不同的可焊性保持期，对黄铜基体而言，典型的涂复可以是Ep.Ni2/(90)SnPb8,应该可以保证2 年的使用期，如果用户不采用回流焊，可以将锡铅镀层设定为10--15µm。

锡铅镀件不宜接触手汗，不宜存放在潮湿地方，否则易变色，不过，当厚度高于12µm时，表面的变色并不影响可焊性，但是用户可能会因外观变化退货。

八、镀银

银有良好的导热导电性，焊接性能好，银镀层具有较高的化学稳定性，与水和大气中的氧均不起作用，但易溶于稀硝酸和热的浓硝酸。在含有卤化物、硫化物的空气中，银层表面很快变色，破坏其外观及反光性能，并改变电性能。

银对钢铁或铜金属，银镀层是阴极性镀层，钢铁件镀银，极易因孔隙存在而产生铁锈黄，弹簧件最好用青铜丝代替钢丝制作。

银原子容易扩散和沿材料表面滑移，因此不宜作为镀金的底层，否则即使2µm厚的金属也可能在1年的时间内产生黑斑，这是银原子扩散到表面或沿孔隙形成硫化物等的结果。另外，银镀层在潮湿的大气中易产生“银须”造成短路，因此一般不用于印制电路板电镀。

电子工业、仪器仪表业、无线电产品都广泛采用镀银以减少金属表面的接触电阻，提高金属的焊接能力。镀银层及镀金层等的焊接过程与锡铅镀层的焊接过程是不一样的。银、金镀层是不熔化的，焊接时熔融焊料在其表面润湿、铺展、合金化；而锡铅镀层在焊接时，镀层先被熔化，然后与熔融焊料一起对底层（底镀层）重新润湿、扩散、合金化。

镀银一般选择5-15µm的镀层。廉价商品中采用Cu/Ep .Ni2Ag2的工艺，如果无镍底,银层太薄变色更快；有镍底层，银层厚度并不是变色的原因,而是银的本性所决定。

镀银件在运输和储存过程中,遇到大气中的二氧化硫、硫化氢、卤化物、有机硫化物等介质时，很快生成氯化银、硫化银、氧化银等难溶物质，使其光泽消失。并逐渐变成淡黄色-蓝紫色－黑褐色。镀银层变色与银镀层本身的纯度、镀层周围介质的性质、浓度、温度、湿度等因素有关，但更重要的是电磁波的辐射。

目前常用的防银变色的方法有化学钝化法、电解钝化法、涂覆有机保护膜法、电镀贵金属法。

镀银零件的包装最好先用蜡纸包装－聚乙烯袋装－抽真空－避光保存。

解决银镀层的抗硫问题，仍然是全球性的课题，

九、镀金

金具有很高的化学稳定性，只溶于王水，不溶于其它酸，金镀层耐蚀性强，导电性好，易于焊接，耐高温，硬金具有一定的耐磨性。

对钢、铜、银及其合金基体而言，金镀层为阴极性镀层，镀层的孔隙率影响其防护性能。

就镀金零件的变色而言，并非金层发生了变化，而是腐蚀性气氛通过金镀层孔隙对底层或底镀层造成了浸蚀，如银打底镀金件发生变色黑点，镍打底件盐雾试验腐蚀，或在含SO2、H2S、H2O、NO2等气氛中腐蚀，在过去的20年中，全球曾风行过Pd-Ni合金上闪镀金，但近年由于Pd价猛升，又回复到镀镍打底镀硬金的老路

金镀层性能：

1.金镀层成分

根据可焊性及耐磨性的要求进行平衡，一般而言，选择2 型C 级能兼顾二者要求。

合金元素一般是Ni或者Co ，金镍合金色泽浅白、金钴合金色泽偏深，合金元素含量高则镀层硬度高,耐磨性好，相反可焊性略有降低，但一般还是能满足波峰焊要求。

2.厚度(GJB1941-94)

各类型金镀层主要表面上沉积的金层厚度最小值应符合标准的厚度，或合同要求，主要表面系指制件表面用直径20mm的球体能接触到的所有表面以及订货文件上所规定的主要表面。

非主要表面的镀层厚度也应保证镀层外观的连续性和一致性。孔内壁及不可直视的内表面上的镀层厚度，会小于（甚至远小于）主表面镀层厚度，因此，需要时须在订货文件中提及。

3.结合力

镀层结合力选用弯曲试验、切割试验和烘烤试验中任意一种方法进行测试，采用弯曲试验是将一个直径与镀件厚度相等的棒上反复弯曲180℃，应看不到镀层之间或镀层与基体的分离现象。有裂纹而镀层不分离亦为合格。

烘烤试验是制件在镀金并清洗掉镀液之后，即进行加热，在190±10℃保持1h，借助四倍放大镜观察镀层，应无剥落、起皮或起泡现象。

若镀件基体为锌合金时，加热湿度可成为150±10℃。

4．耐蚀性和孔隙率

耐蚀性和孔隙率本身是同一个问题的表象和实质，正是因为孔隙的存在才造成耐蚀性降低。

GJB1941－94要求“金镀层厚度不小于1µm时，其耐蚀性和孔隙率应达到下列要求。

4.1 耐盐雾腐蚀

经96h连续中性盐雾试验后, 零件的工作部位不生锈, 无腐蚀( 允许表面有可试去的盐类沉积物) 。

4.2耐蚀性

经96h湿热试验后，表面不腐蚀。

4.3 耐硝酸腐蚀

试样在20±2℃浓硝酸中浸泡5min，表面不发绿。

4.4孔隙率（GB12305.3中的方法）

经孔隙率试验后，金镀层的孔隙率每平方厘米不多于一个点，就孔隙率而言，由基体表面光洁度及镀层厚度所决定，一般而言，光滑基体上金镀层达到2µm 以上才能基本清除孔隙，在不同粗糙度的基体上，相同镀层的孔隙率差异很大。我们对抛光基体的高频产品（镀金厚度0.25-0.35µm）抽样作48h 盐雾合格, 而粗糙度1.6-3.2基体上镀金0.5-0.6µm 的车制针、孔却不合格，因为镀层是被还原的金属原子在基体表面上扩散、排列、结晶而形成，粗糙的表面，容易吸附杂质造成镀层微观上不连续，同时还有还原金属结晶时“搭桥”包藏异物，也造成孔隙，所以，这镀层厚度多少能满足用途（耐候性方面）是不能一概而论的，粗糙度0.1基体上Ep .Ni2Au0.3, 可能优于粗糙度0.6 基体上Ep .Ni3Au0.8 , 所以, 镀金零件基体粗糙度应Ra≤0.6,薄镀层(0.3µm以下)Ra≤0.2 。

5．外观

镀金层的色泽与光泽有密切的联系，不同的光线和镀层光亮度下色泽感受差异很大，光亮度层显得鲜艳，不同的镀金类别色泽也有较大差异。

常规镀金工艺为柠檬酸体系微氰镀纯金，有时加入少量的酒石酸锑钾，镀层含金为99.9% 以上, 色泽为鲜艳的柠檬黄; 该类镀层可焊性最好, 但致密性较差易吸附手汗、水汽而发红；另外,耐磨性较差。

金钴合金含钴0.2％左右。颜色金黄，在镀件光洁度较差的地方和电流密度高区金层略偏红；有时因不同批次电镀加工镀层含钴量不同，颜色会略有偏差。

金镍合金层含镍0.5%左右，颜色青黄色，在镀件电流密度低区或因镀层中含镍量增加而色泽偏浅，在镀件光亮度较低时色泽会泛青白。

纯金的努氏硬度为90Hk，而金镍金钴为130－190Hk，零件焊线孔的深浅及有无工艺孔将严重影响其色泽的一致性，因此，孔径2mm以下的焊线孔（尾孔）深度最好小于1.5倍孔径；同时要确保基体光洁度。

6．说明事项

6.1 用户对镀层有无以下要求，请注明。

A . 所需金镀层的类型、硬度级别和厚度。

B . 所需的表面状态：亮或暗。

C . 所需底镀层和中间层。

D . 主要表面的位置。

E . 耐热性要求的耐热温度和试验方法。

F . 表面粗糙度参数和测试方法。

G . 可焊性要求及其试验方法。

H . 耐磨性要求

6.2底镀层（中间镀层或闪镀层）

6.2.1 银，一般不用作底镀层，特殊用途或当订购方要求时除外。

6.2.2 含锌、铍、锑、铅的铜合金制件一般用镍打底，标准厚度大于1.27µm，在锌、铅、钢和其他金属制件上镀金，通常要求足够厚度的铜或镍作底层以便给基体金属提供充分的防能保护。

6.2.3 为尽量减少扩散，在用于高温的铜和铜合金制件上，在沉积金属前应先镀标准厚度至少1.27µm的镍作底层。

十、铝合金表面处理

铝自然条件下表面会生成一层致密的氧化物，在大气中有良好的耐蚀性。但是大气湿度和盐份及其它杂质种类的多少，对其影响较大。例如：腐蚀率在田园地区为0.0011mm／年，海上为0.11mm／年，工业地区为0.08mm／年，化工厂区可以达0.5mm／年。在碳酸盐、铬酸盐和硫酸物等中性水溶液中，耐蚀性良好，但在氯化物的水溶液中则变坏。在酸性水溶液中，随氯离子浓度的增加，腐蚀更快。在浓硝酸（80％以上）中，由于形成致密的氧化膜，几乎不受腐蚀。在醋酸等有机酸中，一般有良好的耐蚀性，在碱性水溶液中，由于氧化膜的破坏而受到腐蚀，但在氨水中则因氧化膜再生而不受腐蚀。

自然形成的氧化膜只有几十埃到几百埃，不足以防止恶劣环境下的腐蚀，同时由于硬度不高也不能防止摩擦而造成破坏，因此，铝及铝合金制品需根据其不同用途而采取不同的保护措施。

1 ．阳极氧化

在硫酸或铬酸、醋酸、磷酸等溶液中，铝作阳极，通电后在铝表面生成氧化膜（Al2O3层）的过程。

由于铝材质不同，有的能生成均匀厚度的氧化膜、有的却不能。材质不同不仅指合金成分不同，而且还包括状态。氧化膜的厚度在5--20µm。

氧化膜的性能与合金成份的关系

一般使用的阳极氧化工艺的硫酸法，纯铝及低成分铝合金的氧化膜硬度最高，而且均一，光泽性也好，性能接近的有不含铜的铝合金如Al－Mg－Si系、Al-Mg系，Al-Mg-Mn 系; 而Al-Cu-Mg系, Al-Cu-Fe-Ni系，Al-Cu 系，Al-Cu-Mg-Zn系氧化膜的硬度，耐磨性较差，压铸SiAl合金氧化膜的均一性最差。

机加工铝件氧化前由于有油污，特别是一些滚花零件，必须使用强碱蚀才能去除，强碱蚀后，表面亮度变为亚光型；如果要求氧化染色后有丰满艳丽的色泽，必须精密加工后采取不消光去油工艺，因此零件不得有严重油污及滚花嵌入油屑。

阳极氧化膜的多孔性也会降低膜的抗蚀性，因此采用纯水或镍盐进行封孔处理，对压铸硅铝件，这些方法难以取得完全效果，所以一般采用浸清漆的办法。

2 ．化学氧化处理法

化学氧化与自然氧化膜相比，厚度要大100－200倍，而与阳极氧化膜相比，则具有膜的生成速度快，处理设备简单、生产成本较低、膜层导电，一般采用黄色和白色两种转化膜。

3 ．化学镀镍

目的是提高耐蚀性和耐磨性，由于基体与镀层延展性及热膨胀系数不同，所以不宜在变形件及冷热冲击太大的地方使用，因为化学镀镍层对铝合金而言是阴极性镀层，一旦变形和冷热冲击形成孔隙必然引起电化腐蚀。因此在非海洋性气氛中，才有好的防护作用。

4 ．化学预镀镍／镀锌（或镀镉）

可以提高铝件的抗蚀性，尤其是深色钝化，可以达到很高的耐盐雾能力，镀锌、镉彩钝化可以达到中性盐雾72小时，镉黑色、绿褐色钝化可达到500h以上的中性盐雾试验。

十一、钢铁件氧化

俗称发兰，是在含氧化剂的高温强碱溶液（138－143℃）下取得Fe3O4 膜层，厚度约为0.6-1.5µm 、有一定孔隙，耐蚀能力较差，氧化后一般浸油、肥皂水或浸清漆提高其耐蚀性。膜层的颜色取决于钢铁零件的表面状态、合金成份，经抛光的表面氧化后，色泽光亮美观；铸钢和含硅较高的特种钢，氧化膜呈褐色或黑褐色，有些合金钢不能发色。

十二、镁合金的氧化

镁合金具有密度小，比强度大等特点，是重要的航空及宇航结构材料之一，但镁合金的化学活性高，在空气中自然形成碱式碳酸盐膜防护性很差，因此，镁合金作为结构材料时，必须采取可靠的表面防护措施。

镁合金的表面防护方法有化学氧化和电化学氧化两种，化学氧化可获约0.5-3µm 的薄镀层；电化学氧化可获得10－40µm的厚膜层。由于化学氧化膜薄而软，电化学氧化膜质脆而多孔，所以，镁合金氧化除作装饰及中间工序防护外，很少单独使用，为提高镁合金的耐蚀性，一般在氧化后都要进行喷涂油漆，树脂或塑料等有机层。

同样的化学氧化液对不同成分的镁合金形成的膜层颜色是不同的，如ZM5、ZM3、MB2、MB8在同种溶液中氧化20分钟可能得到的颜色分别是黑色、咖啡色、军绿色、金黄色。

镁合金的电镀极其困难，特别是一次合格还很低，而返工工艺不成熟。

十三、锌合金的表面处理

锌合金压铸件的特点是材料成本低、用压力铸造的方法可以制造出公差小，形状复杂的零件，生产效率高，加工费用低。已广泛用于代替铜合金和钢铁材料制造的受力不大而形状复杂的结构件和装饰件。

锌合金根据牌号不同，含铝在3.5--12% 之间，另外还可能含铜和镁，电镀件需采用含铝4％左右的合金，不恰当的模具设计和压铸工艺会导致压铸件表面层产生缺陷，如缝隙（冷隔）、皮下起泡、半球形气孔、裂纹等。在两半铸模的贴合面常会留下毛刺、飞边和被缝。这些缺陷应尽量减少，以便于机械清理，也避免清理过程中过多地损伤铸件表面的致密层，因为致密层的厚度仅0.05--0.1mm，它一旦被破坏，露出孔隙多的内层，电镀就很困难。

由于锌合金电位很负，其上的电镀层一般均为阴极性镀层，而锌合金抗蚀性又差，所以镀层一般厚度在0.03mm以上, 所以应充分考虑尺寸的配合。

十四、镀三元合金

1.表示方法：

EP·CuSnZn

2.特性

2.1镀层为银白色。

2.2镀层不含铅，因此常用作表镀层与装饰性电镀的底镀层。

2.3镀层不含镍，不会使皮肤过敏。

2.4镀层具有较强的抗腐蚀能力，可焊性较好，摩擦系数低。可作代镍工艺用于装饰及电子用途。

2.5镀层在干燥的条件下具有很好的化学稳定性，但在潮湿的环境中镀层很容易变色。

3.使用规定

在焊接性能要求很高的零件并不适合镀三元合金。