電鍍實(shí)驗(yàn)講義

1、實(shí)驗(yàn)一 鋁及其鋁合金陽極氧化一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握鋁及其合金的硫酸陽極氧化的基本原理，并了解鋁的裝飾性陽極氧化及染色的一般工藝過程。二、基本原理 鋁及其合金在大氣中其表面會(huì)自然形成一層厚度為4050Å的氧化膜，此膜雖然能使金屬稍微有些鈍化，但由于它太薄，孔隙率大，機(jī)械強(qiáng)度低，不能有效地防止金屬腐蝕。用電化學(xué)方法即陽極氧化處理后，可以在表面上獲得厚達(dá)幾十到幾百微米的氧化膜，后者的耐蝕能力很好。硫酸陽極化法所得的氧化膜厚度在520微米之間，硬度較高，孔隙率大，吸附性強(qiáng)，容易染色和封閉，而且具有操作簡便、穩(wěn)定、成本低等特點(diǎn)，故應(yīng)用最為廣泛。當(dāng)把零件掛在陽極，陰極用鋁片或鉛板，通

2、入電流后，發(fā)生如下反應(yīng)：陰極上： 2H2e H2陽極上： AL-3e AL 6OH3H2O + 3O2AL+ 3O-AL2O3 + 399卡硫酸還可以與AL， AL2O3 發(fā)生反應(yīng)：AL + 3H2SO4AL2(SO4)3 + 3H2AL2O3 + 3H2SO4AL2(SO4)3 + 3H2O鋁陽極氧化膜的生成是在“生長”和“溶解”這對矛盾中發(fā)生和發(fā)展的。通電后的最初數(shù)秒鐘首先生成無孔的致密層（叫無孔層或阻擋層），它雖只有0.010.015µm,可是具有良好的絕緣性，硫酸對膜產(chǎn)生腐蝕溶解，由于溶解的不均勻性，薄的地方（孔穴）電阻小，離子可以通過，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。氧化膜生長，又伴隨著氧化

3、膜溶解循環(huán)往復(fù)?？刂埔欢ǖ墓に嚄l件，特別是硫酸濃度和溫度可使膜的生長占主導(dǎo)地位。必須注意氧化膜的生成和成長過程是由于氧離子穿過無孔層與鋁離子結(jié)合成氧化膜的，與電鍍過程恰恰相反，電極反應(yīng)是在氧化膜與金屬鋁的交界處進(jìn)行，膜向內(nèi)側(cè)面生長。鋁陽極氧化膜的生長和溶解規(guī)律可用其電壓時(shí)間曲線來說明：見圖一、圖二。A區(qū)：在最初10秒內(nèi)曲線直線上升，電壓激劇增高，說明生成了無孔層電阻增大，這時(shí)成膜占主導(dǎo)，阻礙了反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)外電壓高時(shí), O2-能穿過薄的地方繼續(xù)反應(yīng)。故無孔層的厚度取決于電壓。即電壓高時(shí)，無孔層相應(yīng)增厚，反之亦然。 A B C 圖一 氧化膜生長階段示意圖 1.鋁 2.無孔層 3.多孔層B區(qū)：

4、陽極電位達(dá)到最高值開始下降，說明無孔層達(dá)到極限（一定電壓下），由于硫酸腐蝕溶解造成孔穴，電阻下降，電壓降低。 12 - 10 - 電壓 8 - （伏） 6 - 4 - A B C 2 - 時(shí)間（秒） 10 20 30 40 50 圖二 電壓曲線 C區(qū)：20秒鐘后，電壓穩(wěn)定，這時(shí)膜在不斷增厚（多孔層），無孔層則生長和溶解達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，溶解和生成在孔穴底部進(jìn)行，時(shí)間延長孔穴變成孔隙，逐漸形成一定厚度的氧化膜。硫酸氧化膜，多孔隙，有很強(qiáng)的化學(xué)活性，利用這一點(diǎn)，人們在鋁陽極氧化膜上進(jìn)行染色或電解著色，達(dá)到耐蝕和裝飾雙重目的。有機(jī)染色是將氧化制品放入有機(jī)染色槽中，利用氧化膜的化學(xué)和物理吸附作用，將染料分

5、子吸附于氧化膜微孔中而成色，有機(jī)染色色種多，艷麗是其優(yōu)點(diǎn)，但耐磨，耐曬，耐光性能差，只適合于室內(nèi)裝飾和日用五金制品裝飾。電解著色是將氧化制品浸入含有金屬鹽的水溶液中，通入低壓交流電，由于氧化膜的阻擋層具有整流作用，金屬離子在鋁陰極的阻擋層上還原成金屬膠態(tài)粒子，由于金屬鹽種類不同，或由于金屬沉積量不同，膠態(tài)粒子大小和粒度分布不同，對光波產(chǎn)生選擇性吸收和散射作用而顯示出不同顏色。電解著色膜耐曬、耐熱、耐光、耐磨性好，耐蝕性高。廣泛用作建筑鋁材，交通車輛等室內(nèi)外防護(hù)裝飾。鋁陽極氧化膜無論著色與否，用于何場合，都必須進(jìn)行封孔處理，以達(dá)到防蝕，抗沾污等目的。常用的封孔法有沸水法和常溫法兩類。沸水法是將鋁

6、制品侵入純水中煮沸約30分鐘，氧化膜與水反應(yīng)生成ALOH2O，體積膨脹而將孔封閉。當(dāng)水溫低于80時(shí)，可能生成ALO3H2O，這是不穩(wěn)定的，可逆性的水化物，耐蝕性差，所以沸水法一定要在95100下進(jìn)行。為節(jié)省能源，提高封閉質(zhì)量和速度，八十年代研制出常溫快速封閉劑。它是利用金屬的水能作用、氧化膜的水化作用以及形成表面絡(luò)合物等三種作用的綜合，可在常溫下迅速達(dá)到封孔之目的，其速度可提高12倍。質(zhì)量亦明顯提高，湖南大學(xué)研制的GKC-F封閉劑已在國內(nèi)普及應(yīng)用。三、儀器及線路圖 A + E - 1 K 2 3E直流電源 A電流表 V電壓表 K單刀開關(guān)I陰極鉛板 2陽極鋁片 3氧化槽 R電阻四、藥品及溶液配方

7、：化學(xué)除油: Na2CO3 1020g/L Na3PO4 1020g/L Na2SiO 1020g/L OP-10乳化劑 ml/L T 6080 t 510min化學(xué)拋光： H3PO4(d=1.70) 800ml/L H2SO4(d=1.84) 120ml/L HNO3(d=1.46) 80ml/L T 90110 t 2080s陽極氧化液： H2SO4 200g/l染色液: 茜素黃 0.3g/l 茜素紅 0.5g/l T 5070 t 13min封 閉： 蒸餾水煮沸 t 510min腐蝕液： 鹽酸HCl 50ml K2Cr2O7 6g 蒸餾水 75ml五、實(shí)驗(yàn)步驟1、鋁片或鋁合金片經(jīng)化學(xué)除油

8、熱水洗冷水洗化學(xué)拋光熱水洗冷水洗后存放于盛蒸餾水的容器中。2、按圖接好線路，將氧化液倒入氧化槽中，掛上鉛陽極。3、取兩塊鋁片（或鋁合金片）計(jì)算面積，掛入陽極，通電后始終保持1A/dm2的電流密度，氧化15分鐘，記錄槽溫和槽電壓的變化。4、氧化后的陽極片清洗干凈放入蒸餾水中（不要用手摸試片），然后取一片放入染色液中進(jìn)行染色，然后用熱水封閉。5、取另一片試片用冷風(fēng)吹干，然后將腐蝕液12滴滴在試片已陽極氧化和未經(jīng)陽極氧化（自然氧化）的部位，記錄從橙色變成綠色的時(shí)間，以此判斷天然的氧化膜和陽極氧化膜的耐蝕性。變色越慢，耐蝕性越好。6、實(shí)驗(yàn)后，拆除線路，將電解氧化液、著色液倒回相應(yīng)的瓶中。六、注意事項(xiàng)1

9、、陽極氧化時(shí)掛具與試片必須接觸良好，每次實(shí)驗(yàn)前，接觸點(diǎn)的氧化膜必須清除掉，確保每個(gè)電極都發(fā)生電極反應(yīng)。2、氧化后的試片不得用熱水洗和用手摸。3、染色時(shí)染色液的溫度要保持50-70 ，如溫度過低，則染色過淺，封閉時(shí)會(huì)出現(xiàn)退色現(xiàn)象（常稱為流色）。七、問題討論1、影響氧化膜質(zhì)量的因素有哪些？1、 氧化膜的著色方法有幾種？所得膜層顏色為何不同？實(shí)驗(yàn)二 陰極電流效率的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解電鍍工藝中測定陰極電流效率的常用方法；2、 掌握用庫侖計(jì)測陰極電流效率的方法；3、 了解電流效率隨電流密度的變化規(guī)律。二、基本原理： 在電鍍過程中，陰極上主要發(fā)生沉積欲鍍金屬的反應(yīng)，除此以外，還經(jīng)常伴有一些副反應(yīng)，

10、如氫氣的析出，有機(jī)化合物的還原，高價(jià)金屬離子還原為低價(jià)金屬離子等。因此通過電鍍槽的總電量就不能全部用于金屬的沉積，而是有一部分消耗于副反應(yīng)而浪費(fèi)掉了，所以存在一個(gè)電流效率的問題。所謂電流效率（）就是電極上析 出某物質(zhì)所需要的電量（Q）與通過電解槽的總電量（Q0）之比，常以百分比表示，即= Q/Q0×100% （1） 根據(jù)法拉第電解定律，當(dāng)直流電通過電解質(zhì)溶液時(shí)，在陰極上析出物質(zhì)的質(zhì)量與通過的電量成正比。因此，析出某物質(zhì)所需要的電量（Q）可根據(jù)稱量析出物的質(zhì)量求出： Q=m/k=(n/A)·m （2） 式中：Q 通過電解質(zhì)溶液的電量 m 析出物質(zhì)的質(zhì)量 k 析出物質(zhì)的電化當(dāng)量

11、 n 電板反應(yīng)得失電子數(shù) F 法拉第電解常數(shù)（96500庫侖/克當(dāng)量或26.8安·時(shí)/克當(dāng)量） A 析出物質(zhì)的原子量 所以，電流效率也可以表示為電極上實(shí)際析出物質(zhì)的質(zhì)量（m）與根據(jù)法拉第電解定律計(jì)算應(yīng)得到該物質(zhì)的質(zhì)量（m0）之比，即= m/m0×100% （3）m0=kQ0=(A/nF)Q0 （4） 電鍍中，電流效率的大小反應(yīng)了通過電解槽的電量的利用率。當(dāng)電流密度相同時(shí)，電流效率越高，則該鍍液的陰極沉積速度越快，反之則相反。不同鍍種，則電流效率不同，如鍍銀的電流效率接近 100%，鍍鋅、鍍鎘的電流效率為8090%，鍍鉻的電流效率最小，只有13%左右，同一種鍍種用不同的配方，

12、電流效率也不一樣。因此電流效率也是評定電鍍工藝性能優(yōu)劣的指標(biāo)之一。 電流效率可通過實(shí)驗(yàn)求出，由（1）（2）式或（3）（4）式可知，只要測出電極上析出物質(zhì)的質(zhì)量及通過電解槽的總電量就可以求出電流效率。三、實(shí)驗(yàn)方法及內(nèi)容：（一）庫侖計(jì)法1、庫侖計(jì)的種類： 庫侖計(jì)是一種特殊形式的電解槽，其中通過的電量與電極上析出某一產(chǎn)物的質(zhì)量之間符合法拉第電解定律，即在電解槽中通過法拉第電量（96500庫侖或26.8安時(shí)），電極上析出的物質(zhì)為1克當(dāng)量，也就是說，該電極反應(yīng)的電流效率為100%，因此可以根據(jù)電極上析出物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算出電解槽中通過的電量。 為了提高測量的精確度，要求庫侖計(jì)具備以下條件：a. 電極反應(yīng)中沒

13、有副反應(yīng)，全部電量都用于所要求的某一電極反應(yīng)；b. 電解槽中沒有漏電現(xiàn)象；c. 電極上析出的物質(zhì)能全部收集起來而無任何損失。庫侖計(jì)按測量生成物的方法以及精確度不同可分為多種，如：（1）碘庫侖計(jì)，也叫滴定庫侖計(jì)，它是用硫代硫酸鈉滴定點(diǎn)庫侖計(jì)中電解生成的碘含量的方法來測量電量。此法精確度高，但操作復(fù)雜，不常用。（2）氣體庫侖計(jì)，也叫容量庫侖計(jì)，即根據(jù)電極上析出氣體的體積來計(jì)算電量，如電解15%的KOH或NaOH溶液。這種庫侖計(jì)主要用來測微小的電量。（3）重量庫侖計(jì)，根據(jù)電極上析出金屬的重量來計(jì)算電量，如銀庫侖計(jì)和銅庫侖計(jì)。精密的銀庫侖計(jì)的精確度可達(dá)0.005%，銅庫侖計(jì)的精確度可達(dá)00.05%。雖

14、然銅庫侖計(jì)不十分精確，但使用比較方便，故它仍然得到了最廣泛應(yīng)用。2、銅庫侖計(jì)法測定電流效率（1）銅庫侖計(jì)的組成：銅庫侖計(jì)是根據(jù)電解槽中陰極上沉積出來的金屬銅的質(zhì)量來計(jì)算通過電解槽的電量，它通常是采用有機(jī)玻璃容器或塑料容器，其中放有三個(gè)極片，靠邊緣的兩個(gè)為陽極，是純銅；中間的一個(gè)是陰極，為銅片或預(yù)先鍍了銅的鋼片。銅庫侖計(jì)的電解液成分如下： CuSO4 ·5H2O 125g/L H2SO4(d=1.84g/cm3) 25ml/L 乙醇 50ml/L溶液中加入乙醇的目的是為了防止放生下面的反應(yīng)：Cu+Cu2+2Cu+，此反應(yīng)消耗了少量的陰極上形成的金屬銅，從而使電流效率下降。隨著測量線路中

15、通過的電流大小不同，陰極尺寸的大小也應(yīng)不同，選擇陰極尺寸的原則是使陰極電流密度維持在0.22A/d之間。通過庫侖計(jì)的電量是由稱量陰極增加的質(zhì)量來確定的。根據(jù)（2）式得：Q0=(nF/A)·m0=(2×26.8/63.54)· m0= m0/1.185(安時(shí))式中：m0 庫侖計(jì)陰極銅的增加的質(zhì)量Q0 通過庫侖計(jì)陰極的總電量（2）測定線路圖： RAAAAAAAAAAAAAAAAAA A 。+ 。- . . K E直流電源 R滑線電阻 A直流電流表K開關(guān) 1銅庫侖計(jì) 2電鍍槽（3）實(shí)驗(yàn)用品： 庫侖槽計(jì) 1個(gè) 電鍍槽 1個(gè) 直流電流表 1塊 滑線變阻器 1個(gè) 直流電源 1

16、臺(tái) 導(dǎo)線 若干 分析天平 1架 銅陰極（銅片或鍍銅鋼片） 1片 銅陽極（純銅片） 2片 陰極試片 若干 陽極試片 2片庫侖計(jì)溶液、電解液、除油液、除銹液、砂紙、濾紙、吹風(fēng)等。（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 測定酸性鍍鋅液在電流為0.5，1，1.5A時(shí)的電流效率。 測定堿性鋅酸鹽無氰鍍鋅液在電流為0.5，1，1.5A時(shí)電流效率鍍鋅液配方如下：酸性鍍鋅液：ZnSO47H2O 215g/L KAL(SO4)212H2O 45g/L AL2(SO4)318H2O 20g/L NaSO410H2O 50g/L堿性鋅酸鹽鍍鋅液： ZnO 15g/L NaOH 120g/L DPE-III 5ml/L N(CH2-CH2

17、OH)3 25ml/L（5）實(shí)驗(yàn)步驟： 配好被測鍍液； 將所有試片用砂紙打磨光亮，除去砂塵，然后再進(jìn)行除油，除銹，并用自來水沖洗干凈，再用吹風(fēng)機(jī)吹干, 將處理好的陰極試片，先用托盤天平粗稱，然后分別在分析天平上稱量。稱量后，計(jì)算IK=？（IK=DKS浸） 按原理圖接好線路，把陰極試片分別放入庫侖計(jì)和電鍍槽中（帶電下槽），并記下時(shí)間，同時(shí)再次核對一下電流是否正確； 通電20min，帶電取出槽中的陰極試片，進(jìn)行清洗，用吹風(fēng)機(jī)吹干，稱量，把記錄表中的數(shù)據(jù)填好，再計(jì)算電流效率； 如此測量23次，分別求出電流效率后取其平均值。（6）數(shù)據(jù)處理：計(jì)算公式： =Q/Qº×100%=(mZn

18、/KZn)/( mCu/KCu×100%=(mZn×KCu)/(mCu×KZn) ×100%KZn=1.220g/A·hKCu=1.185g/A·h 數(shù)據(jù)記錄：槽液成分：_電流強(qiáng)度:_ 陰極面積：_電鍍時(shí)間：_ 實(shí)驗(yàn)溫度：_電流密度（A/d）次數(shù)電解槽陰極質(zhì)量（g）陰極增加質(zhì)量（g）電流效率(%)電流效率平均（%）鍍前鍍后1電鍍槽庫侖計(jì)2電鍍槽庫侖計(jì)根據(jù)求出的電流效率與電流密度的關(guān)系進(jìn)行作圖，并對曲線進(jìn)行分析討論。（二）儀器法 DD-1型電鍍參數(shù)測試儀1、 實(shí)驗(yàn)原理：電流效率可用沉積一定量金屬的理論耗電量Qº與實(shí)驗(yàn)耗電量的比

19、值來表示，即=Q/Qº×100% (1)也可由同電量下金屬實(shí)際析出質(zhì)量（m）與理論上的金屬析出質(zhì)量（mº）之比：即=m/mº×100/% (2)當(dāng)通電時(shí)，陰極上金屬的理論沉積量：mº=k·Iº·tº (3)式中：k 電化當(dāng)量 Iº 金屬沉積時(shí)的電流強(qiáng)度 tº 通電時(shí)間如果實(shí)際析出的金屬用電解法以電流效率100%溶解時(shí)，則：m=K·I·t （4）式中： K 電化當(dāng)量 I 金屬溶解時(shí)電流 t 溶解時(shí)間把公式（3）（4）代入（2）得=It/（Iºt&#

20、186;）×100% （5）DD 1 型電鍍參數(shù)測試儀就是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)的，把電鍍與溶解的電流恒定為同一值，這樣只要記錄下電鍍時(shí)間和溶解度層所需的時(shí)間即可求出電流效率。這就大大簡化了實(shí)驗(yàn)過程，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。使用該儀器測量電流效率時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：（1）必須采用和鍍層不同的金屬做基體，因?yàn)椴煌慕饘僭谕浑娊庖褐械碾娢徊煌?dāng)鍍層溶解到露出基體金屬時(shí)電位開始上升并有一個(gè)突躍，直到鍍層完全溶解后電位隨之穩(wěn)定。以電位突躍記為溶解終點(diǎn)。（2）為減少終點(diǎn)判斷誤差，要使用面積較小的研究電極（不大于1c）。（3）必須選用適當(dāng)?shù)碾娊庖号浞剑员ＷC鍍層陽極溶解的電流效率為100%，并基本上不溶解

21、基體金屬。各種電解液配方見下表：鍍層金屬電解液編號(hào)基體金屬鎘鉻銅鎳銀錫鋅鉛鋼A1A2A4A5A6A3A8A9銅及銅合金A1A2A7A3A3A9鎳A1A2A4A6A3A8A9鉛A1A2A4A8A8 A1：KI 100g/L （有I2的痕跡） A2: Na2SO4 100g/L A3: HCL 73g/L (將比重1.18的鹽酸175ml沖稀到11L) A4： 酒石酸鉀鈉 80g/L,NH4NO3·100g/L A5： NH4NO4 800g/L, 硫脲 5g/L A6: NaNO3 100g/L, HNO3 3mL/L A7: 硫氰酸鉀 180g/L A8： NaCL 200g/L A

22、9: CH4COONa 200g/L, CH3COONH4 200g/L1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1） 測量酸性鍍鋅液在不同電流密度下的電流效率；（2） 測量堿性鍍鋅液在不同電流密度下的電流效率。2、實(shí)驗(yàn)用品： DD-1型電鍍參數(shù)測試儀 1臺(tái) 電解池 2個(gè) 鋅電極（S=1cm2） 1支 銅電極（S=1cm2） 1支 秒表 1塊 導(dǎo)線 若干堿性、酸性鍍鋅液，鍍層陽極溶解液3、實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 熟悉儀器面板各旋鈕及接線柱分布圖；（2） 根據(jù)測量要求置儀器有關(guān)開關(guān)位置；打開電源開關(guān)，“予控 工作”檔置“予控”；“控I 控”檔置“控I”；“復(fù)位 掃描”檔置“復(fù)位”；電極選擇開關(guān)置“總”或“1”；測量選擇開關(guān)置“

23、陰極”。（3） 調(diào)節(jié)“電平”使電流表指示在所欲恒定電流值；（4） 將電極用砂紙打磨光亮，除油擦洗干凈放入電解池中，陽極接“輔助”和“參比”兩接線柱上，陰極接“研究1”；（5） 將“予控 工作”檔置“工作”，同時(shí)記錄時(shí)間to，電鍍時(shí)間一般在1020min內(nèi)，停鍍時(shí)把“予控 工作”檔扳回“予控”；（6） 取出電極用蒸餾水洗凈后放入進(jìn)行陽極溶解的電解池中，把被測電極與輔助電極的接線夾對換，這樣被測電極（原陰極）就變成了陽極，而原來的陽極變成了陰極（注意：不可扳動(dòng)“測量選擇”開關(guān)，否則由于儀器線路的阻值的改變，電流發(fā)生很大變化，影響測量結(jié)果）。依照上述沉積時(shí)的步驟操作，記下時(shí)間t（以電壓表指示的電壓發(fā)

24、生突躍后并轉(zhuǎn)為穩(wěn)定時(shí)作為溶解的終點(diǎn)時(shí)間），把測量所得to與t1代入式（6）可計(jì)算出電流效率；（7） 整理數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)三 電鍍鎳工藝一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解鍍鎳層的性質(zhì)和用途并掌握鍍鎳的原理；2、學(xué)會(huì)配制鍍鎳液并掌握鍍鎳工藝。二、實(shí)驗(yàn)原理：鎳是白色微黃的金屬，具有鐵磁性。通常在其表面存在一層鈍化膜，因而具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性。鍍鎳的應(yīng)用面很廣，可分為防護(hù)裝飾性和功能性兩方面。作為防護(hù)裝飾性鍍層鎳可以鍍覆在低碳鋼、鋅鑄件、某些鋁合金、銅合金表面，保護(hù)基體材料不受腐蝕，并通過拋光暗鎳鍍層，達(dá)到裝飾的目的。鎳在城市的大氣中易變暗，所以光亮鎳鍍層上往往再鍍一薄層鉻，使其抗蝕性更好，

25、外觀更美。另外，也有在光亮鎳鍍層上鍍一層金或一薄層仿金鍍層，并覆以透明的有機(jī)覆蓋層，從而獲得金色裝飾層。塑料經(jīng)處理后也可鍍鎳，使塑料零件金屬化，即輕又美。在鎳鍍層的功能性方面，最另人注目的是修復(fù)電鍍，在被損的、被腐蝕的，或加工過度的零件上鍍比實(shí)際需要更厚的鍍層，然后經(jīng)過機(jī)械加工，使其達(dá)到規(guī)定的尺寸。鎳的交換電流密度值很小，所以鎳離子在陰極上還原時(shí)出現(xiàn)較大的電化學(xué)極化，這對形成細(xì)晶的鎳鍍層具有決定性的作用。鍍鎳液中存在的陽離子有Ni2、Na、H和Mg2，由于Na、Mg2的電極電位很低，鍍鎳的陰極過程實(shí)際上只是Ni2和H的竟相放電。其電極反應(yīng)為：Ni2 2e Ni 2H 2e H2實(shí)際鍍鎳的過程中

26、，鎳不但優(yōu)先析出，而且有較高的電流效率。電鍍鎳時(shí)的陽極反應(yīng)主要是金屬鎳的溶液：Ni 2e Ni2鎳具有較高的鈍化能力，若陽極極化較大，則可能導(dǎo)致陽極析氧：2H2O 4e 4H O2活性很強(qiáng)的新生氧使其鈍化更為嚴(yán)重。陽極鈍化問題已被很好解決。在通常的瓦特鍍鎳液中加入適當(dāng)?shù)墓饬羷?，可以直接鍍得光亮的鍍層，鍍后不需拋光，但抗蝕性較差，由于第二類光亮劑的使用，使鍍層應(yīng)力增大，光亮的鎳鍍層具有層狀的結(jié)構(gòu)。為了提高鎳鍍層的抗蝕性，發(fā)展了半光亮鍍鎳。半光亮鍍鎳溶液采用不含硫的光亮劑，如香豆素，1，4-丁炔二醇等，并采用甲醛、醋酸和甲酸等作為穩(wěn)定劑，所以鍍層中基本上不含硫（含硫量抵于0.005%），鍍層電位較

27、正，約在3060mV之間，抗蝕性較高。半光亮鎳具有柱狀的結(jié)構(gòu)。由于半光亮鎳鍍液中所用的光亮劑多數(shù)含不飽和的碳鏈，所以半光亮鎳鍍層的平整性較好；又由于在半光亮鍍鎳溶液中所加光亮劑含量很低，通常，半光亮鎳鍍層比光亮鎳鍍層具有較低的內(nèi)應(yīng)力。三、實(shí)驗(yàn)配方及用品:1、 實(shí)驗(yàn)配方及工藝條件（以半光亮鎳為例）硫酸鎳 240280g/L氯化鎳 4560g/L硼酸 3040g/L丁炔二醇 0.20.3g/L醋酸 13mL/L十二烷基硫酸鈉 0.010.02g/LpH 44.5溫度（） 4550陰極電流密度(A/dm2) 342、實(shí)驗(yàn)儀器及用品直流電源 一臺(tái)托盤天平 一臺(tái)分析天平 一臺(tái) pH計(jì) 一臺(tái)鐵架臺(tái) 一個(gè)攪

28、拌器 一套抽濾器 一套電鍍槽 一個(gè)電爐子 兩個(gè)玻璃棒 兩支量筒（10ml） 一個(gè)燒杯 若干導(dǎo)線 若干鋼鐵片 一片鎳板 兩塊砂紙 若干鑷子 一把四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、鍍液配制：（1）將計(jì)算量的硫酸鎳和氯化鎳用熱蒸餾水（或去離子水）溶解，加入0.51ml/L的雙氧水（30%），攪拌半小時(shí)，然后加入12g/L活性炭，攪拌半小時(shí)，靜止數(shù)小時(shí)（最好隔夜）。（2）過濾溶液，加入事先用沸水溶解好的硼酸。（3）將所需的添加劑分別按下列要求配制成溶液 丁炔二醇：用熱水配成0.3g/L溶液；醋酸：用熱水配成2 mL/L溶液； 十二烷基磺酸鈉：用沸水配成0.02g/L溶液。（1） 將配制好的添加劑分別按需要量加入硫酸鎳

29、和氯化鎳的溶液中，再加蒸餾水至所需體積，充分?jǐn)嚢琛?2、鎳陽極的處理：鎳陽極在通電溶解過程中有不溶性物質(zhì)進(jìn)入鍍液，可用滌綸布袋或陽極框，以減少鍍層粗糙和毛刺的產(chǎn)生。3、鐵片的前處理：先將鐵片進(jìn)行打磨，水洗，然后除油、除銹。4、連接好線路，保持溫度在4550下，電流密度為3 A/dm2，電鍍5min。5、實(shí)驗(yàn)完畢，斷電。五、結(jié)果討論：可另選幾個(gè)試片，適當(dāng)改變時(shí)間、電流密度進(jìn)行電鍍，比較鍍層狀況。實(shí)驗(yàn)四 化學(xué)鍍鎳工藝一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 了解化學(xué)鍍的原理及特點(diǎn)，2、 掌握化學(xué)鍍鎳的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理：化學(xué)鍍是采用化學(xué)的方法使金屬離子沉積到其他機(jī)體上去的方法。被鍍件浸入相應(yīng)的鍍液中提供電子使金屬離子還

30、原沉積在制件表面。Mn+neM0還原作用僅僅發(fā)生在催化表面。一旦在制件表面開始有金屬沉積，則被沉積的金屬為了能繼續(xù)沉積下去，金屬本身應(yīng)具有催化劑的性質(zhì)?；瘜W(xué)鍍的特點(diǎn)如下：1、 鍍層具有良好的耐蝕性、耐磨性和磁性能，且鍍層硬度高，孔隙少等優(yōu)點(diǎn)；2、 均鍍能力好；3、 不需要電源，鍍層表面沒有導(dǎo)電觸點(diǎn)；4、 可以在金屬、非金屬、半導(dǎo)體上產(chǎn)生金屬沉積。化學(xué)鍍可以做為單獨(dú)的加工工藝，用來改善材料的表面性能和用于不適合電鍍制件的表面金屬沉積?；瘜W(xué)鍍鎳是化學(xué)鍍中應(yīng)用最為廣泛的一種方法。所用還原劑有次磷酸鹽、肼、硼氫化鈉和二甲基胺硼烷等。目前大多采用次磷酸鈉作為還原劑，硼氫化鈉和二甲基胺硼烷因價(jià)格較貴，只有

31、少量使用。化學(xué)鍍鎳層的結(jié)晶細(xì)致，孔隙率低，硬度高，鍍層均勻，可焊性好，鍍液深度能力好，化學(xué)穩(wěn)定性高，目前已廣泛用于電子、航天、機(jī)械、精密儀器、日用五金、電器和化學(xué)工業(yè)中。三、實(shí)驗(yàn)用品： 普通鐵試片或不銹鋼片 一塊 燒杯 若干電爐 一個(gè)鑷子 一支溫度計(jì) 一支四、實(shí)驗(yàn)工藝配方及條件: 酸性化學(xué)鍍鎳溶液的組成和工藝條件： 硫酸鎳 2530g/l次亞磷酸鈉 2025g/l乳酸 25g/l蘋果酸 10g/lPH 4.44.8T() 8595沉積速度(m/h) 1522五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1、 將鐵試片按電鍍前處理要求規(guī)范進(jìn)行處理，即除油去氧化膜活化。2、 在燒杯中加入乳酸，用碳酸氫鈉溶液中和至PH值為4.

32、6左右,另取一個(gè)燒杯用熱蒸餾水溶解硫酸鎳，溶解后在不斷攪拌下注入前述溶液中，所得混合液過濾入槽。3、 進(jìn)行化學(xué)鍍時(shí)，先把預(yù)先溶解好并經(jīng)過濾的次磷酸鈉溶液加入槽內(nèi)，攪拌均勻后加入蒸餾水至所需體積，最后用10%稀硫酸或氫氧化鈉溶液調(diào)整pH值至規(guī)定范圍上限值。4、 把燒杯放在電爐上加熱，溫度控制在8595之間，把鐵試片放入的同時(shí)，用鐵絲引發(fā)，直至有大量氣泡冒出后可停止引發(fā)，鍍30min后取出試片。5、 測量試片的厚度，如要求鍍層厚度很厚，可以繼續(xù)化學(xué)鍍。六、思考題： 1、試片在進(jìn)行化學(xué)鍍時(shí)，為什么要進(jìn)行引發(fā)？ 2、化學(xué)鍍和電鍍進(jìn)行比較，化學(xué)鍍有哪些優(yōu)點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)五 梯形槽實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握梯形槽

33、實(shí)驗(yàn)原理與方法，并學(xué)會(huì)記錄，觀察與分析梯形槽試片。2、通過對鍍液的梯形槽試驗(yàn)，了解該鍍液各組分的作用，主要雜質(zhì)的影響和消除方法，以及陰極允許電流密度范圍的確定。二、實(shí)驗(yàn)原理： 梯形槽是一種電鍍工藝實(shí)驗(yàn)儀，它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，速度快，效果好，消耗鍍液少等特點(diǎn)，是電鍍工作者必須掌握的實(shí)驗(yàn)手段，能測定鍍液和鍍層的許多主要性能。在電鍍中，陰極和陽極總是平行放置的。如圖 （a）所示，為的是陰極上各部位電流密度趨向均勻分布，但如果把陰極上斜放，使陰極各部位與陽極的距離不同，如圖 （b）所示，則陰極上的電流密度就隨各部位而異。梯形槽就是應(yīng)用這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。 陽極 (a) 陰極 陽極 (b) 陰極 在梯

34、形槽中，陰極兩端與陽極距離不同，離陽極近的一端叫近端，電流密度最大，隨著遠(yuǎn)離陽極，電流密度逐漸減小，距陽極最遠(yuǎn)的一端稱為遠(yuǎn)端，電流密度最小。如267ml的梯形槽，試片近端與遠(yuǎn)端兩端電流密度相差50倍，因此通過一次梯形槽實(shí)驗(yàn)，就可以直接從陰極試片上觀察到不同電流密度下鍍層的狀況。改變鍍液的組分和工藝參數(shù)并分別做梯形槽實(shí)驗(yàn)，對陰極試片進(jìn)行比較和分析從而可確定合理的配方和工作規(guī)范。為了便于對比和總結(jié)各種實(shí)驗(yàn)條件下的鍍層狀況?？蓪?shí)驗(yàn)結(jié)果用繪圖方式記錄下來。但是在同一距離處赫爾槽陰極試片隨著高度的不同，其鍍層質(zhì)量狀況也不一致，如圖（A），一般選以圖(C)所示的符號(hào)記錄鍍層的表面狀態(tài)，如這些符號(hào)還不足以

35、說明情況時(shí)，還可以配合文字說明。 15mm 10mm 25mm (A) 100mm (B) A B C D 光亮 半光亮 發(fā)暗 起條紋 起泡麻點(diǎn) 脆裂 燒焦粗糙 露底 100mm10mm 燒焦 發(fā)暗 光亮 露底 三、實(shí)驗(yàn)儀器與線路： P- R B + V K A B-直流電源 P-直流電流表 V-直流電壓表 R-可變電阻 K-陰極 A-陽極 C-梯形槽四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將背面涂有過氯乙烯清漆的陰極試片進(jìn)行除油.除銹 。用清水洗赫爾槽和鋅陽極，按圖五接好線路；2、取已配好的DE型鋅酸鹽基礎(chǔ)鍍液（ZnO 12g/l, NaOH 120g/l）250m 倒入赫爾槽內(nèi)，在室溫下，用1安培電流鍍5分鐘，取

36、出試片，用水清洗，熱風(fēng)吹干，將結(jié)果填入記錄表中（下同）；3、加DE添加劑1ml (即4ml/l )于（2）溶液中，攪拌均勻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；1、 加EDTA 0.25克 （即1g/l ）和香草醛0.025克 （ 0.1g/l ）于溶液(3)中，攪拌均勻，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電鍍后水洗干燥后，先出光，然后低鉻鈍化約30mm高度2、 在溶液 （4）中，加醋酸鉛0.04g/l ，攪勻后電鍍實(shí)驗(yàn)：試片干燥后出光。鈍化約30mm高度，對比觀察記錄結(jié)果；3、 往（5）中在加醋酸鉛0.04克/升 重做一次；4、 重新取DE鍍鋅液（并非基礎(chǔ)液）250毫升放入赫爾槽中，加醋酸銅0.4g/l攪勻后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；5、 往（7）中再加醋酸

37、銅0.4g/l，試片吹干后鈍化約30mm高度，將（7）（8）試片進(jìn)行對比；6、 將（8）倒入燒杯中，加鋅粉12克，攪拌10分鐘，靜止傾瀉過濾，濾液倒回已洗凈的赫爾槽中，若陽極鋅板有置換銅，應(yīng)在退鋅槽中退除，重做一次實(shí)驗(yàn)，并與（7）（8）對比。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論：1、DE添加劑、EDTA香草醛等在溶液中有何作用？2、DE型鍍鋅溶液最佳的工作電流密度范圍？3、Pb+、cu+ 金屬離子對鍍層質(zhì)量和鈍化膜有何影響，怎樣消除？4、赫爾槽陽極試片繪圖記錄表如下：（參考用）固定條件試片電流密度試片表現(xiàn)描變動(dòng)條件電流： 時(shí)間： 溫度： 電流強(qiáng)度：5.45 3.74 2.78 2.08 1.54 1.09 0.7

38、2 0.40 0.111基礎(chǔ)液2（1）+DE3（2）+EDTA+香草醛4.（3）+0.04g/l醋酸鉛5.（3）+0.08g/l醋酸鉛6.（3）+0. 4g/l醋酸銅7.（3）+0. 8g/l醋酸銅8.（7）+鋅粉處理后注意：鈍化時(shí)的要求：（1） 高鉻鈍化要求空停，鈍化膜在空氣中形成，低鉻鈍化不需要空停，鈍化膜在鈍化液中就能形成，但必須嚴(yán)格控制時(shí)間，時(shí)間短不能形成鈍化膜，時(shí)間長可能使鍍層退掉（鈍化液強(qiáng)酸性）。（2） 溫度要求：必須嚴(yán)格控制溫度。實(shí)驗(yàn)六（一）鍍層厚度的測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)和了解磁性測厚儀的工作原理。2、掌握磁性測厚儀的使用方法。3、進(jìn)一步了解堿性鍍鋅液中各成分的作用。二、全

39、自動(dòng)磁性測厚儀的工作原理： 該測厚儀是靠磁性吸引的原理工作的，旋轉(zhuǎn)的渦簧能破壞磁鐵與被測磁性基體之間的吸附。渦簧旋轉(zhuǎn)的大小與涂層厚度有直接的關(guān)系。測厚儀上的平衡桿使其在任何方位測量都沒有誤差，如垂直面或頭頂上的面。該測厚儀不用電源或電池，是自動(dòng)型式的。三、測量方法：先用小刷或軟布除去全自動(dòng)磁性測厚儀前部磁頭和待測件表面的油污。逆時(shí)針向前旋轉(zhuǎn)刻度輪至停止，把測厚儀放在被測表面上，此時(shí)，磁鐵將吸附到被測表面，按動(dòng)按鈕，刻度輪自動(dòng)后轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵提起時(shí)，刻度輪就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)讀數(shù)即所測膜厚。注意：（）旋轉(zhuǎn)刻度輪時(shí)不要碰按鈕。 （）不要反向旋轉(zhuǎn)刻度輪，以防損壞測厚儀。最后的膜后應(yīng)是幾次讀數(shù)的平均值（一般表

40、面至少測三次，粗糙面至少測五次），這個(gè)平均值與公差的關(guān)系如下式：X=平均值±公差 （公差為5%）可測量范圍：a. 平板上最小的可測面積是 20mm； 最小的基體厚度為 0.5mm。b. 曲面上最小的曲率半徑凸面為 5mm； 凹面為 25mm。維護(hù)與保養(yǎng)：必須將測厚儀遠(yuǎn)離永久磁鐵或電磁鐵，用完放回盒中，不需專門的維護(hù)，該測厚儀經(jīng)久耐用，但也應(yīng)和其他儀器一樣輕拿輕放。四、實(shí)驗(yàn)步驟及方法：1、陰、陽極試片前處理陰極片： 普通鐵片 陽極片： 鋅片2、鍍鋅：Dk=1A/dm² t=20min 矩形槽3鈍化（低鉻鈍化）4測量5結(jié)束實(shí)驗(yàn)五、注意事項(xiàng)：1、電源使用；2、陽、陰極試片在溶液中

41、不能接觸；3、全自動(dòng)磁性測厚儀注意事項(xiàng)：（1） （2）。實(shí)驗(yàn)六（二） 鍍層孔隙率的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解測定鍍層孔隙率的幾種方法；2、通過實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)用貼濾紙法測定鍍層的孔隙率。二、實(shí)驗(yàn)原理: 鍍層的孔隙是指鍍層表面一直至基體金屬（或中間鍍層）的細(xì)小孔道，所以鍍層孔率是反映鍍層表面致密程度的一種性能。檢驗(yàn)鍍層孔隙率對于要求鍍層致密完整的功能性鍍層（如防滲碳、氮化等），是衡量質(zhì)量的重要指標(biāo)。 同時(shí)，鍍層孔隙的多少，直接影響鍍層在各種腐蝕環(huán)境中的耐腐性能，特別是陰極性鍍層更為顯著。因此，鍍層孔隙率檢驗(yàn)也可作為實(shí)驗(yàn)室的間接評估鍍層耐蝕性方法。 測定鍍層孔隙率，大都用化學(xué)法，如貼濾紙法、涂膏法、浸漬法

42、等；也可用電解顯象法（或稱電圖象法）或顯微鏡法等等。貼濾紙法是將浸有測試溶液的濕潤濾紙貼于經(jīng)預(yù)處理的被測試樣表面，濾紙上的相應(yīng)試液滲入鍍層孔隙中與中間鍍層或基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點(diǎn)在濾紙上顯示。然后以濾紙上有色斑點(diǎn)的多少來評定鍍層孔隙率。本法適用于檢驗(yàn)鋼鐵件或銅合金機(jī)體上的銅、鎳、鉻、錫等單金屬鍍層和多鍍層的孔隙率。測量孔隙率所用的試液成分通常由腐蝕劑及指示劑組成。腐蝕劑要求只與基體金屬或中間鍍層作用而不腐蝕表面鍍層，一般采用氮化物等；指示劑則要求與被腐蝕的金屬離子產(chǎn)生特征顯色作用，常用鐵氰化鉀等。試液的選擇應(yīng)按被測試樣基體金屬（或中間鍍層）種類及鍍層性質(zhì)而定，配制時(shí)所用化學(xué)試劑均為化學(xué)純級(jí)，溶劑為蒸餾水。 本實(shí)驗(yàn)是在鋼鐵件上鍍鎳，測量鎳鍍層的孔隙率。三、實(shí)驗(yàn)藥品及用品: 1、試液成分鐵