應(yīng)用化學(xué)4.2(20150928)1

1、2022-6-231下一頁最后頁第四章第四章 金屬的表面精飾金屬的表面精飾4.2 電鍍過程電鍍過程目錄總目錄1、概述2022-6-2322022-6-2332022-6-2342022-6-2352022-6-2372022-6-2382022-6-2392022-6-23102022-6-2311一一 .鍍層的主要性能鍍層的主要性能化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性 不會(huì)發(fā)生變色、腐蝕等不良化學(xué)變不會(huì)發(fā)生變色、腐蝕等不良化學(xué)變化化平整程度平整程度光潔度光潔度機(jī)械性能機(jī)械性能:具體包括以下幾個(gè)部分具體包括以下幾個(gè)部分2022-6-2312 鍍層與基底金屬的鍍層與基底金屬的： l 1、含義：含義：結(jié)合力是指金

2、屬鍍層從單位表面積基底金屬(或中間鍍層)上剝離所需要的力。結(jié)合強(qiáng)度的大小意味著鍍層黏附在基底金屬上的牢固程度。顯然，具有較強(qiáng)的結(jié)合力是金屬鍍層起作用的。l2：結(jié)合力的大小是由沉積金屬結(jié)合力的大小是由沉積金屬原子和基底金屬的本質(zhì)所決定的原子和基底金屬的本質(zhì)所決定的，（1）如果沉積層的生長(zhǎng)是基底結(jié)構(gòu)的延續(xù)，或沉積金屬進(jìn)入基底金屬的晶格并形成合金，則結(jié)合力一般都比較大。（2）若鍍件基底表面存在氧化物或鈍化膜，或鍍液中的雜質(zhì)在基底表面上發(fā)生吸附都會(huì)削弱鍍層與基底金屬的結(jié)合強(qiáng)度。2022-6-2313（2） 鍍層的硬度鍍層的硬度l1、硬度是指鍍層對(duì)所引起的局部表面形變的。抵抗力愈強(qiáng)，硬度愈大。l2、硬度

3、的大小與（1）鍍層的物質(zhì)種類；（2）電鍍過程中鍍層的致密性；（3）鍍層的厚度等有關(guān)。l3、鍍層的硬度與抗磨性、柔韌性等均有一定的聯(lián)系。通常硬度大則抗磨損能力較強(qiáng)，但柔韌性較差，因此硬度試驗(yàn)在某種程度上可以代替其他較難進(jìn)行的性能測(cè)試。2022-6-2314鍍層的脆性（柔韌性）l1、含義：含義：指其指其至發(fā)生破裂之前的至發(fā)生破裂之前的。脆性大，鍍層易破裂。如果鍍層經(jīng)受拉伸、。脆性大，鍍層易破裂。如果鍍層經(jīng)受拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等形變而不容易破裂，則這種鍍層壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等形變而不容易破裂，則這種鍍層被稱為較好的柔韌性或不脆性。被稱為較好的柔韌性或不脆性。l2、脆性作為衡量鍍層質(zhì)量的重要指標(biāo)之一

4、，脆性作為衡量鍍層質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，其重要性主要體現(xiàn)在：其重要性主要體現(xiàn)在：(1)應(yīng)力腐蝕破裂是鍍層在空應(yīng)力腐蝕破裂是鍍層在空氣或其他腐蝕介質(zhì)中遭受破壞的常見機(jī)理，而氣或其他腐蝕介質(zhì)中遭受破壞的常見機(jī)理，而脆性是脆性是決定鍍層抵抗應(yīng)力腐蝕破裂的主要指標(biāo)決定鍍層抵抗應(yīng)力腐蝕破裂的主要指標(biāo)；(2)當(dāng)鍍層當(dāng)鍍層所保護(hù)的所保護(hù)的零部件零部件在使用條件下在使用條件下可能產(chǎn)生機(jī)械變形可能產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，時(shí)，對(duì)鍍層的脆性要求對(duì)鍍層的脆性要求更加嚴(yán)格更加嚴(yán)格。2022-6-2315鍍件基底和鍍層之間的應(yīng)力鍍件基底和鍍層之間的應(yīng)力l1、一般情況下，金屬電沉積得到的鍍層內(nèi)部通常處于，這種應(yīng)力是存在下出現(xiàn)在，稱為

5、。l2、：內(nèi)應(yīng)力分為張應(yīng)力和壓應(yīng)力。壓應(yīng)力壓應(yīng)力是基底反抗鍍層拉伸的收縮力是基底反抗鍍層拉伸的收縮力。亦即，當(dāng)，而當(dāng)沉積層的體積傾向于膨脹時(shí)表現(xiàn)出壓應(yīng)力。2022-6-2316l3、鎳、鉻和鐵等沉積層通常是張應(yīng)力占優(yōu)勢(shì)，而鋅、鉛和鎘等沉積層通常是壓應(yīng)力占優(yōu)勢(shì)。 不過電沉積條件會(huì)改變產(chǎn)生張應(yīng)力或壓應(yīng)力的趨勢(shì)。 4當(dāng)鍍層的于鍍層與基底之間的結(jié)合力時(shí)，鍍層將起；當(dāng)鍍層的張應(yīng)力大于鍍層的抗拉強(qiáng)度時(shí)，鍍層將從而降低其抗腐蝕性。此外，內(nèi)應(yīng)力的存在還可能增大鍍層的脆性和空隙率等。所以要盡量減小內(nèi)應(yīng)力，以便提高鍍層的質(zhì)量。2022-6-2317下一頁最后頁上一頁第一頁第四章第四章 金屬的表面精飾金屬的表面精飾

6、二二. 影響鍍層質(zhì)量的因素影響鍍層質(zhì)量的因素1.鍍液的性能鍍液的性能 理想的鍍液應(yīng)具有的性能理想的鍍液應(yīng)具有的性能沉積金屬離子（沉積金屬離子（一般為絡(luò)離子一般為絡(luò)離子）陰極極化較大陰極極化較大，以獲得晶粒度小，致密，有良好附著力的鍍層。以獲得晶粒度小，致密，有良好附著力的鍍層。穩(wěn)定性好不易變質(zhì)且導(dǎo)電性好。穩(wěn)定性好不易變質(zhì)且導(dǎo)電性好。在保證鍍層質(zhì)量的前提下，金屬電沉積的速度較在保證鍍層質(zhì)量的前提下，金屬電沉積的速度較大，裝載容量也較大。大，裝載容量也較大。成本低，毒性小，符合清潔生產(chǎn)的要求。成本低，毒性小，符合清潔生產(chǎn)的要求。2022-6-2318鍍液的組成：l一般是由一般是由主鹽、導(dǎo)電鹽（又稱

7、為支持電解質(zhì)）、主鹽、導(dǎo)電鹽（又稱為支持電解質(zhì)）、絡(luò)合劑和一些添加劑絡(luò)合劑和一些添加劑等組成。等組成。是指沉積的金屬離子鹽（如是指沉積的金屬離子鹽（如CuSO4），主），主鹽對(duì)鹽對(duì)鍍層的影響鍍層的影響體現(xiàn)在主鹽體現(xiàn)在主鹽濃度高濃度高，鍍層，鍍層較粗較粗糙糙，但允許的，但允許的電流密度大電流密度大；主鹽濃度低，允許；主鹽濃度低，允許通過的電流密度小，通過的電流密度小，影響沉積速度影響沉積速度。一般電鍍。一般電鍍過程要求在高的濃度下進(jìn)行，考慮到溶解度等過程要求在高的濃度下進(jìn)行，考慮到溶解度等因素，因素，2022-6-2319) 的作用是增加電鍍液的導(dǎo)電能力，調(diào)節(jié)溶液的pH值，這樣不僅可降低槽壓、提

8、高鍍液的分散能力，更重要的是某些導(dǎo)電鹽的添加有助于改善鍍液的物理化學(xué)性能和陽極性能。使金屬離子的陰極還原極化得到了提高，有利于得到細(xì)致、緊密、質(zhì)量好的鍍層，但成本較高。對(duì)于Zn，Cu，Cd（鎘），Ag，Au等的電鍍，常見的絡(luò)合劑是氰化物；但對(duì)于Ni，Co（鈷）金屬的電鍍因這些元素的水合離子電沉積時(shí)極化較大，因而可不必添加絡(luò)合劑。在復(fù)鹽電解液的電鍍過程中，因氰化物的毒性，已成為發(fā)展的方向。2022-6-2320l添加劑能顯著地改善鍍層的性能。l添加劑對(duì)鍍層的影響體現(xiàn)在添加劑能吸附于電極表面，可改變電極溶液界面雙電層的結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高陰極還原過程超電勢(shì)、改變Tafel曲線斜率等目的，而且即使是同一種

9、表面活性劑，隨其濃度的不同，其影響情況也不一樣。的，例如對(duì)于Zn，Ni和Cu等的電鍍，最有效的光亮劑是含硫化合物，如萘二磺酸、糖精、明膠、1,4 -丁炔二醇等。2022-6-2321(3) 電鍍液對(duì)溶劑要求電鍍液對(duì)溶劑要求l電鍍液溶劑必須具有下列性質(zhì)：(1)電解質(zhì)在其中是可溶的；(2)具有較高的介電常數(shù)，使溶解的電解質(zhì)完全或大部分電離成離子。從而有較高的導(dǎo)電能力。l電鍍中用的溶劑有水、有機(jī)溶劑和熔鹽體系等。2022-6-2322下一頁最后頁上一頁第一頁第四章第四章 金屬的表面精飾金屬的表面精飾2.電鍍工藝因素對(duì)鍍層的影響電鍍工藝因素對(duì)鍍層的影響電流密度（電流密度（i）:電流密度存在一個(gè)最適宜范

10、圍。電流密度存在一個(gè)最適宜范圍。 電流密度太大會(huì)電流密度太大會(huì)出現(xiàn)枝狀晶體和針孔等。鍍層不平整，太小則影響出現(xiàn)枝狀晶體和針孔等。鍍層不平整，太小則影響裝載容量。裝載容量。電解液溫度（電解液溫度（T）存在一適宜溫度區(qū)間。存在一適宜溫度區(qū)間。2022-6-2323有利于增加鹽的溶解度和溶液導(dǎo)電能力，能提高陰極和陽極電流效率，消除陽極鈍化，降低濃差極化和電化學(xué)極化，增加鍍速，生成較大的晶粒。，結(jié)晶生長(zhǎng)的速度超過了形成結(jié)晶活性的生長(zhǎng)點(diǎn)，因而導(dǎo)致形成粗晶和孔隙較多的鍍層。因而鍍層的硬度、抗拉強(qiáng)度降低。2022-6-2324下一頁最后頁上一頁第一頁第四章第四章 金屬的表面精飾金屬的表面精飾：其它因素：其它

11、因素電解液的電解液的攪拌攪拌有利于減少濃差極化，利于得到致密有利于減少濃差極化，利于得到致密的鍍層，減少氫脆。同時(shí)，電解液的的鍍層，減少氫脆。同時(shí)，電解液的pH值值、沖擊電沖擊電流流和和換向電流，超聲波換向電流，超聲波等的使用都對(duì)鍍層質(zhì)量亦有等的使用都對(duì)鍍層質(zhì)量亦有一定影響。一定影響。陽極陽極陽極氧化（陽極氧化（電勢(shì)與電流密度的關(guān)系電勢(shì)與電流密度的關(guān)系）： 活化區(qū)（即金屬溶解區(qū)）活化區(qū)（即金屬溶解區(qū)）鈍化區(qū)（表面生成鈍化區(qū)（表面生成鈍化膜）鈍化膜）過度化區(qū)（表面產(chǎn)生高價(jià)金屬離子或析過度化區(qū)（表面產(chǎn)生高價(jià)金屬離子或析出氧氣）。出氧氣）。 調(diào)整電勢(shì)調(diào)整電勢(shì)和電流和電流i,使其在活化區(qū)。使其在活化區(qū)

12、。陽極選擇：陽極選擇：與陰極沉積的物種相同，不易鈍化。與陰極沉積的物種相同，不易鈍化。但但是應(yīng)該有適宜的活性。是應(yīng)該有適宜的活性。2022-6-2325下一頁最后頁上一頁第一頁第四章第四章 金屬的表面精飾金屬的表面精飾三三. 電鍍生產(chǎn)工藝電鍍生產(chǎn)工藝鍍前處理：鍍前處理：機(jī)械加工、酸洗、除油、機(jī)械加工、酸洗、除油、磨光、拋光等。磨光、拋光等。電鍍電鍍: 注意電鍍液的配方，電流密度的選注意電鍍液的配方，電流密度的選 擇以及溫度，擇以及溫度，PH等的調(diào)節(jié)。需要說明的是，等的調(diào)節(jié)。需要說明的是，單單鹽電解液鹽電解液適用于適用于形狀簡(jiǎn)單、外觀要求又不高形狀簡(jiǎn)單、外觀要求又不高的的鍍層，鍍層，絡(luò)鹽電解液絡(luò)

13、鹽電解液分散能力高，電鍍時(shí)電流密分散能力高，電鍍時(shí)電流密度低和主要適用于表面形狀較復(fù)雜的鍍層。應(yīng)度低和主要適用于表面形狀較復(fù)雜的鍍層。應(yīng)用見下表：用見下表：2022-6-23262022-6-2327鍍后處理鍍后處理 通常有水洗和烘干以除去吸附在鍍件表通常有水洗和烘干以除去吸附在鍍件表面的鍍液。另外，還有些特殊處理，如鈍化面的鍍液。另外，還有些特殊處理，如鈍化處理（如鍍處理（如鍍Zn,Cd）和防變色處理等。）和防變色處理等。 關(guān)于鍍銅的鍍后處理，我們的做法有兩關(guān)于鍍銅的鍍后處理，我們的做法有兩種：種：1. 3%左右的苯并三氮唑的弱堿性液；左右的苯并三氮唑的弱堿性液；2、5%左右的硅酸鈉溶液。左右的硅酸鈉溶液。2022-6-2328中礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院 應(yīng)化系下一頁最后頁上一頁第一頁第四章第四章 金屬的表面精飾金屬的表面精飾四四.幾種典型的電鍍過程幾種典型的電鍍過程單金屬單金屬電鍍電鍍 單金屬電鍍是最簡(jiǎn)單的一種電鍍類型。單金