第二章 電鍍理論基礎(chǔ)(4學時)

1、第二章 電鍍理論基礎(chǔ)1. 電極過程電極過程 1.1 陰極反應(yīng)陰極反應(yīng)(掌握) 1.2 陽極反應(yīng)陽極反應(yīng)（自學） 1.3 槽電壓槽電壓（了解）2. 金屬的電結(jié)晶金屬的電結(jié)晶 4. 電解液的分散能力、覆蓋能力和整平能力電解液的分散能力、覆蓋能力和整平能力 3. 電鍍合金的電化學條件電鍍合金的電化學條件 陰極主反應(yīng)陰極主反應(yīng)：Ni2+ + 2e = Ni Cu(CN)32- + e = Cu + 3CN-陰極副反應(yīng)陰極副反應(yīng)：2H+ 2e = H21.1 1.1 陰極反應(yīng)過程陰極反應(yīng)過程（掌握）（掌握）Q3: 如何使形成的鍍層致密、如何使形成的鍍層致密、鍍層鍍層均勻、均勻、鍍層鍍層與基體結(jié)合牢固？與

2、基體結(jié)合牢固？Q2: 為什么會發(fā)生副反應(yīng)？為什么會發(fā)生副反應(yīng)？Q1: 問問題題電極反應(yīng)（相界面上）aR bO + ne 當電極反應(yīng)處于平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)，正反應(yīng)速度與逆反應(yīng)速度相正反應(yīng)速度與逆反應(yīng)速度相等等，凈反應(yīng)速度等于零。平衡狀態(tài)下的電極電位為平衡電位平衡電位Ee（Nernst公式）abeROnFRTEEln0 例例1 簡單金屬離子簡單金屬離子的還原反應(yīng)的還原反應(yīng) Ni2+ + 2e = Ni2lg23 . 20NieaFRTEE例例2 絡(luò)合金屬離子絡(luò)合金屬離子的還原反應(yīng)的還原反應(yīng)， Cu(CN)32- + e = Cu + 3CN-3)(023lg3 . 2CNCNCueaaFRTEEl

3、平衡電位平衡電位EeEe和金屬析出電位和金屬析出電位E E析析 如果有外加電流外加電流流入電極，電極電位將偏離電極電位將偏離Ee，稱為電極反應(yīng)“極化極化”。極化的程度稱為“過電位過電位”(超電壓) = E - Ee 陽極極化陽極極化：電位向正方向偏離， a = E - Ee 0 陰極極化陰極極化：電位向負方向偏離， c = E - Ee 0，正反應(yīng)大于逆反應(yīng)速度， 電極反應(yīng)表現(xiàn)為氧化反應(yīng)電極反應(yīng)表現(xiàn)為氧化反應(yīng)。Ea陰極極化陰極極化 c反應(yīng)速度i = i - i 0，正反應(yīng)小于逆反應(yīng)速度， 電極反應(yīng)表現(xiàn)為還原反應(yīng)電極反應(yīng)表現(xiàn)為還原反應(yīng)。Ec 電極反應(yīng)aR bO + ne析出電位析出電位E析析 使

4、金屬離子還原反應(yīng)速度達到一定數(shù)值，因而工件上有鍍層沉積出來的陰極電位稱為金屬的析出電位金屬的析出電位 E析析 (或放電電位放電電位、沉積沉積電位電位)。 E析析 = Ee - |c析析| 只有只有當當陰極電位陰極電位Ec，負移到金屬負移到金屬析出電位以負，即析出電位以負，即 Ec E析析， 則被鍍金屬析出時，陰極副反應(yīng)一定能發(fā)一定能發(fā)生u E 析析 E析析2兩種金屬同時沉積的條件為：兩種金屬同時沉積的條件為： （1） Ec E析析1 和和 Ec Ec1EaEc2Ec1Ec陰極反應(yīng)電阻ccrciER可知，對相同的可知，對相同的 Ec，陰極反應(yīng)極化性能愈強，陰極反應(yīng)極化性能愈強(Rrc愈大愈大)，

5、則則 ic愈小，即陰極電流密度的不均勻度愈小。愈小，即陰極電流密度的不均勻度愈小。電解液陰極極化性能愈強，溶液歐姆電阻電壓降對陰極電流密度ic分布的影響愈小 ic ic2 ic1 Ec - Ec體系I的陰極極化性能比體系II強對相同的Ec， ic1 ic2 結(jié)論：陰極反應(yīng)的極化性能愈強，結(jié)論：陰極反應(yīng)的極化性能愈強， 陰極電流密度的分布愈均勻陰極電流密度的分布愈均勻 用一個公式將距離差異、溶液導電性、陰極用一個公式將距離差異、溶液導電性、陰極極化性能的影響綜合起來極化性能的影響綜合起來liliililiRIRIEEcccccscsccc21212211221121)(ccccccccciEii

6、iEiEE)(2121cccccciElliEllii111112121ccii= 1= 1，電流分布完全均勻電流分布完全均勻；21ccii愈大愈大, ,電流分布愈不均勻電流分布愈不均勻Q： 影響電流分布有哪些因素？影響電流分布有哪些因素？- 4 因素因素影響鍍層厚度分布影響鍍層厚度分布的第二因素 -陰極電流效率陰極電流效率 c c變化變化近陰極和遠陰極上近陰極和遠陰極上鍍層金屬重量之比鍍層金屬重量之比2211221121ccccIIQQMM c 隨隨 ic 的變化有三種類型的變化有三種類型l 陰極電流效率陰極電流效率c c ，不隨陰極電流密度變化，不隨陰極電流密度變化 如如 酸性鍍銅電解液酸

7、性鍍銅電解液，即c1 =c2 -鍍層厚度分布與電流分布相同鍍層厚度分布與電流分布相同l 陰極電流效率陰極電流效率c ，隨陰極電流密度升高而下降，隨陰極電流密度升高而下降如如 氰化物電解液氰化物電解液，即即 c1 c2 -鍍層厚度分布比陰極電流密度的分布更不均勻鍍層厚度分布比陰極電流密度的分布更不均勻分析分析211221121)11 (cccccccciElliiMM影響分影響分散能力散能力的因素的因素電化學電化學因因 素素幾幾 何何因因 素素)(cciE溶液導電溶液導電性性 ( )陰極極陰極極化性能化性能 c的變化的變化陰極到陽陰極到陽極距離極距離 (l1)距離差異距離差異 ( l)對鍍層厚對

8、鍍層厚度均勻分度均勻分布有利布有利溶液導電性好溶液導電性好陰極極化陰極極化性能強性能強 c c隨隨icic增增大而減小大而減小增加陰極到增加陰極到陽極距離陽極距離減小距離差異減小距離差異第二章 電鍍理論基礎(chǔ)4. 電解液的分散能力、覆蓋能力和整平能力電解液的分散能力、覆蓋能力和整平能力 4.1 什么是分散能力什么是分散能力 4.2 改善分散能力的途徑改善分散能力的途徑 4.3 分散能力的數(shù)值表示分散能力的數(shù)值表示 4.4 電解液的覆蓋能力電解液的覆蓋能力 4.5 整平能力整平能力4.2 改善分散能力的途徑(理解)1. 前面的分析是在簡化條件下得出的 對實際電鍍工件，除考慮距離差異，還需考慮還需考

9、慮：u“邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)”和“尖端效應(yīng)尖端效應(yīng)”： 在在陰極邊緣和尖端陰極邊緣和尖端，電力線比較集中和密集電力線比較集中和密集，電流密度比較大，即使沒有距離差異，電流分布也不會完全均勻。u 電流電流屏蔽屏蔽： 深孔和凹下部位深孔和凹下部位，電流難以到達，電流難以到達注意注意2. 2. 調(diào)整幾何因素方法，除增加陰極到陽極距離調(diào)整幾何因素方法，除增加陰極到陽極距離( (很有限很有限) )，減小，減小距離差異距離差異( (選擇陽極形狀、數(shù)量、位置選擇陽極形狀、數(shù)量、位置) )外，外，還采用還采用：l 象形陽極象形陽極：陽極和陰極形狀互補，陽極和陰極形狀互補，陰陽極間距離基本相同。l 防護陰極防護陰極

10、：對某些電流易集中部位，如尖角和棱邊，使用防護陰極防護陰極分掉部分電流，避免邊緣效應(yīng)避免邊緣效應(yīng)，防止這些部位鍍層太厚和燒焦。l 輔助陽極輔助陽極：電流不易到達深凹和內(nèi)孔部位深凹和內(nèi)孔部位，用輔助陽極輔助陽極將電流導入（對工件不需要電鍍的部位，用絕緣材料覆蓋。鍍槽和掛具設(shè)計也會影響分散能力，第六章）調(diào)整幾何因素調(diào)整幾何因素改善分散能力改善分散能力象形陽極象形陽極選擇陽極形狀和位置選擇陽極形狀和位置調(diào)整幾何因素調(diào)整幾何因素改善分散能力改善分散能力A：鍍件邊緣 C：工件B B：導線保護陰極：導線保護陰極防護陰極防護陰極A：鍍件 B B：環(huán)狀輔助陽極：環(huán)狀輔助陽極C：絕緣物 D：圓形輔助陽極輔助陽極

11、輔助陽極Haring 槽試驗槽試驗Haring槽-長15cm，寬7cm，高5cm。陽極板置于槽中部，兩塊陰極分置槽兩端。遠陰極遠陰極到陽極的距離l2 和近陰極近陰極到陽極距離l1之比KA2A1-+遠陰極遠陰極C2近陰極近陰極C1陽極陽極AHaring槽槽12llK （兩陰極到陽極的距離差異）為什么？為什么？一般一般 K = 2 (分散能力較差的電解液分散能力較差的電解液)，或或K = 5 ( (分散能力較好的電解液分散能力較好的電解液) )。4.3 分散能力的數(shù)值表示(掌握)測量（步驟）方法測量（步驟）方法1. 按工藝電鍍，用電流表測量電流表測量通過近陰極和遠陰極的電流電流 I1和和 I2 。

12、（J-電流分布；M- 鍍層金屬分布）2121MMMIIJ2. 鍍后稱量稱量近陰極和遠陰極鍍層重量 M1，M2，3. 計算分散能力計算分散能力T.P%1002.MKMKPT（T.P范圍在 -100% (當M2 = 0，分散能力最差)到 +100% (當當M2 = M1，分散能力最好，分散能力最好)）還有其它一些計算公式還有其它一些計算公式 計計算算T.P的的公公式式和和T.P的的變變化化范范圍圍 計 算 公 式 T.P 變化范圍 KMK - +80% (K = 5) - +50% (K = 2) KMK1 KKM1 - +100% 0 +100%-100% +100%2MKMK注意注意：用用Ha

13、ring槽測量分散能力，所得數(shù)值既與測量時所槽測量分散能力，所得數(shù)值既與測量時所 取取K值有關(guān)，又與所用計算公式有關(guān)。值有關(guān)，又與所用計算公式有關(guān)。 所以，比較各種電解液的分散能力，應(yīng)當取相同所以，比較各種電解液的分散能力，應(yīng)當取相同K 值、相同公式進行計算值、相同公式進行計算覆蓋能力覆蓋能力電解液電解液使工件深凹部位和內(nèi)孔深凹部位和內(nèi)孔中鍍上金屬的能力叫做覆蓋能力覆蓋能力，又稱為深鍍能力深鍍能力。4.4 電解液的覆蓋能力（掌握）覆蓋能覆蓋能力的影力的影響因素響因素金屬離子析出電位金屬離子析出電位析出電位正析出電位正，則金屬沉積的臨界臨界電流密度電流密度小小，容易沉積容易沉積，在深孔和凹槽中容

14、易形成鍍層。電解液的分散能力電解液的分散能力電解液的分散能力好電解液的分散能力好，工件表面電流分布電流分布比較均勻，深孔和凹槽內(nèi)的電流密度就不至于太小深孔和凹槽內(nèi)的電流密度就不至于太小?；w金屬種類、組織不均勻、含雜質(zhì)分布基體金屬種類、組織不均勻、含雜質(zhì)分布不同基體金屬表面不同基體金屬表面，同種金屬沉積的難易程度不同。析氫愈容易，金屬離子還原反應(yīng)愈困難。析氫愈容易，金屬離子還原反應(yīng)愈困難。工件表面狀態(tài)工件表面狀態(tài)表面粗糙粗糙將降低真實的電流密度，表面不清潔不清潔( (銹或油污銹或油污) )會使金屬沉積困難。電解液電解液的性能的性能基體金基體金屬性質(zhì)屬性質(zhì)改善覆改善覆蓋能力蓋能力的方法的方法施加

15、沖擊電流施加沖擊電流 在開始通電的瞬間，以高于正常陰極電流密度數(shù)在開始通電的瞬間，以高于正常陰極電流密度數(shù)倍甚至數(shù)十倍的大電流通過鍍件，倍甚至數(shù)十倍的大電流通過鍍件，造成比較大的陰極極化，工件表面迅速形成一薄鍍層，將工件表面完全覆蓋，然后將電流降低到正常陰極電流密度進行電鍍。然后將電流降低到正常陰極電流密度進行電鍍。增加預(yù)鍍工序增加預(yù)鍍工序 預(yù)鍍層可以與正常鍍層相同，也可以是正常鍍層也可以是正常鍍層容易在其上析出的金屬層。容易在其上析出的金屬層。保證鍍前處理質(zhì)量保證鍍前處理質(zhì)量 提高表面光潔度，徹底除油除銹，提高表面光潔度，徹底除油除銹，以避免工件表面局部鍍不上。覆蓋能力的覆蓋能力的定量評定定

16、量評定-內(nèi)孔法內(nèi)孔法用一根空心圓管作陰極，用一根空心圓管作陰極，(內(nèi)徑內(nèi)徑d=10 mm，長50或100 mm)材質(zhì)-低碳鋼 或銅，黃銅。管兩端距陽極 50mm。按選用工藝電鍍1015 min，將管子縱向切開，測量內(nèi)孔測量內(nèi)孔中鍍層長度中鍍層長度 l，電解液的覆蓋能力電解液的覆蓋能力(C.P)-深徑比深徑比(鍍?nèi)肷疃萳 與管內(nèi)徑d之比)dlPC.內(nèi)孔法測覆蓋能力測覆蓋能力整平整平能力能力電解液電解液使陰極工件表面使陰極工件表面微觀粗糙（如微觀粗糙（如劃痕和劃痕和縫隙縫隙）不平）不平程度減小，獲得平整鍍層的能力程度減小，獲得平整鍍層的能力稱稱整平能力整平能力( (也稱微觀分散能力也稱微觀分散能力

17、) )（微觀）整平能（微觀）整平能力和力和( (宏觀宏觀) )分散能力的差別分散能力的差別 分散能力分散能力好好的氰化物鍍銅鍍液的氰化物鍍銅鍍液使使鍍層鍍層厚度均勻，卻不能填平工件表面厚度均勻，卻不能填平工件表面劃劃痕或小縫隙痕或小縫隙；反之，；反之，分散能力差的單鹽電解液鍍銅分散能力差的單鹽電解液鍍銅卻能填平表面卻能填平表面劃痕和縫隙劃痕和縫隙。電解液的整平能電解液的整平能力力只有只有在在加入加入整平劑整平劑才能獲得才能獲得在微觀不平基體表面擴散層厚度擴散層厚度 不同不同，峰處較小，谷處較大，這就造成了不同的整平類型不同的整平類型。 電解液電解液4.5 整平能力（掌握）整平能力整平能力三種類

18、型三種類型幾何整平: i峰 = i谷即峰處和谷處的陰極電流密度相等，峰處和谷處鍍層厚度峰處和谷處鍍層厚度相同相同。原因原因：電沉積過程受電子轉(zhuǎn)移步驟控制電沉積過程受電子轉(zhuǎn)移步驟控制，擴散層擴散層厚度對電沉積過程無影響厚度對電沉積過程無影響；電解液中又沒有整平劑沒有整平劑。負負整平：整平： i谷谷 i峰峰即谷處的陰極電流密度小于峰處，峰處的鍍層厚度比谷處峰處的鍍層厚度比谷處大，大，加劇了微觀不平程度。原因：電沉積過程受濃差極化原因：電沉積過程受濃差極化控制，控制，擴散層厚度決定電沉積速度擴散層厚度決定電沉積速度；電解液中又無整平劑無整平劑。真整平真整平(電化學整平電化學整平)： i峰峰 i谷谷 即谷處的陰極電流密度將大于峰處，峰處的鍍層厚度比峰處的鍍層厚度比谷處小，谷處小，鍍層減小或消除基體的微觀不平程度。 Q 如何獲得真整平？如何獲得真整平？ -加入整平劑加入整平劑獲得獲得真整平的真整平的兩個條件：兩個條件：l 金屬離子還原反應(yīng)金屬離子還原反應(yīng)-受電子轉(zhuǎn)移步驟控制受電子轉(zhuǎn)移步驟控制l 整平劑消耗整平劑消耗(