電鍍工藝試驗講義

1、應用化學專業(yè)實驗講義沈陽理工大學環(huán)境與化學工程學院2013年3月前言為了更好的貫徹理論聯(lián)系實際的教學原則，鞏固和加深所學專業(yè)工藝基礎理 論知識的理解，加強實際操作技能的基本訓練，提高學生分析問題的能力，培養(yǎng) 合格的腐蝕和防護應用型高級技術人才， 根據(jù)本專業(yè)大綱和專業(yè)特點，編寫了專 業(yè)工藝實驗講義.本實驗講義分三部分，上部分為電鍍與氧化工藝實驗部分，由周琦編寫；中冊為 防銹與表面涂層實驗部分，由郭賢烙編寫。下冊為涂料與涂裝工藝實驗部分，由 易翔、肖鑫編寫.由于編者水平有限，時間倉促，講義中缺點和錯誤在所難免，敬請各位讀者批評 指正，以便修改和完善.編者2013年3月目錄實驗一陰極電流效率的測定實

2、驗二電鍍分散能力的測定實驗三 覆蓋能力測定實驗四化學鍍銀實驗五 赫爾槽試驗實驗六鋁的陽極氧化和電解著色實驗一 陰極電流效率的測定一、實驗目的與內容通過實驗了解電鍍工藝測定陰極電流效率最常用的方法，銅庫侖計的構造和工作原理，并學會使用，測定 DE型鋅酸鹽鍍鋅液在不同電流密度下的陰極電流效率。二、實驗原理電鍍過程中，陰極上除沉積欲鍍金屬外，往往還發(fā)生像氫離子還原等副反應，就會消耗 掉一部分電流，這就存在電流的利用率即電流效率的問題。電流效率就是在電極上析出某物質，如鍍液，所需的電量，與通過電解槽的總電量之比,常以百分率表示，即, = X10M根據(jù)法拉第的電解定律，當直流電通過電解質溶液時，在陰極上

3、析出物質的量與通過的電量成正比，因此，析出某物質所需要的電量可根據(jù)稱量析出物質的質量由電解定律求出式中：Q通過電解質溶液的電量W一析出物質的重量g；K-析出物質的電化當量g/Ah;A-析出物質的原子量；n電極反應得失的電子數(shù)；F法拉第常數(shù)。電流效率也等于電極上實際析出物質的量（W）與根據(jù)通過的量按電解定律計算應得到該物質的量（Wo）的之比，即y k=W/W0 X 100%（3）W0 = KQ = （A/nF） Q0（4）電鍍液中電流效率的大小反映了通過鍍槽的電量的利用率。當電流密度相同時，電流效 率越高，由該鍍液的陰極沉積的速度越快，即功效就高。不同的鍍種，或同一種鍍種不同的配方電流效率都不同

4、，電流效率是評定電鍍工藝優(yōu)劣的技術指標之一。電流效率可通過實驗求出，由 （1）、（2）式或（3） （4）式可知，只要測出物質的重量及 通過電解槽的總電量就可求出電流效率.電解析出物質的重量可用稱量的方法求出，而通過的電量則需要庫侖計（或電量計）測出。所謂庫侖計就是這樣的電解槽， 其中通過的電量與電極上析出物質的重量符合電解定律 即它的電流效率為100%,因此，可以根據(jù)電極上析出物質之重量計算電解槽中通過的電量 其關系式為（2）式。要求庫侖計必須具備下述條件：電極反應中沒有副反應；電解槽中沒有漏電現(xiàn)象；電極上析出的物質能全部收集起來而無如何損失。庫侖計種類很多，最常用的是銅庫侖計和銀庫侖計，銅庫

5、侖計組成如下：CuSQ 5 H2O125g/LH2SQ（密度 1。84） 25ml/L乙醇（95%）50ml/L溶液中加入乙醇的目的是防止Cu2+Cu 2Cu+反應的發(fā)生.通過此庫侖計的電量是稱量陰極銅片質量來確定的。根據(jù)（2）式可得出庫侖計測量的電量：Q0 =（nF/A） w。= （2X26.8/63。54） w.=w./1.185 （安時）式中：W銅庫侖計陰極的增重.Q。一通過庫侖計陰極的總質量三、實驗儀器及線路1一銅庫侖計2, 3, 4被測電鍍槽K一開關A一直流電流表J整流電源或直流電源圖1電流效率測量電路圖四、實驗步驟電極準備，銅庫侖計的陰、陽極為紫銅，鍍鋅槽陰極也使用銅片，測量鍍鋅槽

6、陰 極片面積，分別做上標記，然后用清水清洗，用電吹風吹干，存放在干燥器內。取銅庫侖計陰極一片和鍍鋅陰極三片(其面積比1: 1/2: 1/3)。先用臺秤稱取其大致重量，再用分析天平分別稱重，并記錄其重量。將銅庫侖計溶液，鋅鍍液分別倒入各槽中，然后按圖1線路連接好，控制鍍鋅槽所需的電流進行電鍍，并記錄其實驗溫度。通電20分鐘后，取出銅庫侖計和鍍鋅槽的陰極片，然后斷電，用水清洗干凈，用電吹風吹干試片，最后稱重，記錄結果，即可計算出陰極電流效率.按上述步驟重做一 次，把記錄數(shù)據(jù)填好，在計算平均值。清洗臺面，收拾儀器，保持臺面整潔干凈。五、數(shù)據(jù)處理將實驗數(shù)據(jù)列入下表，進行電流效率的計算，并討論之.Y =

7、 Q/Q。X100% =( mm/Km)/ (Amcu/Kcu) x100%=gmm - Kcu)/(Amcu - Km) x100%Km=1o 220g/A - hKcu=1.185g/A - h鍍鋅陰極面積-dm2,溫度一0c槽液成分一y極試片增、量變化電流強銅度侖計陰極(g)鍍鋅槽陰極(g)T K通電前重 a通電后重 b增重Wcu=b一 a通電前重a1通電后重b1增重ba11A/dm 22A/dm 23A/dmWzn- 100% W -KCu 100%WCuWcu KznKcuKcu=1。185g/AhKzu=1.220g/Ah2.以d為槽軸，嚇為縱軸，做出陰極電流密度與陰極電流效率取兩

8、次的平均值的關 系曲線。并討論電流效率與分散能力的關系。六、思考題.若庫侖計或任一鍍鋅槽的陰極和陽極接觸，對實驗結果有何影響？.庫侖計的銅陰極片面積做得很大，為什么？.停鍍后，若不及時從鍍鋅槽取出試片，會引起rf偏低還是偏高？實驗二電鍍液分散能力的測定實驗目的和內容.通過實驗加深理解電鍍液分散能力的概念。.學會用彎曲陽極化測定 DE型 酸鹽鍍鋅溶液的分散能力。. 了解電鍍液成分對分散能力的影響。實驗原理分散能力又稱均鍍能力，它是指電鍍液所具有的使金屬在陰極表面上均勻分布的能力對電鍍不但要求結晶細致，與基體金屬結合牢固，而且要求鍍層在各處厚度均勻.但是，在電鍍中往往有凸出較厚，凹處太薄的不均勻現(xiàn)

9、象.鍍層厚度的均勻性與電鍍液的電導、電流效率及陰極極化等電化學因素 ，與電鍍時陰極的形狀、位置、電解槽形狀、大小等幾何因素及基體金屬的形狀性質有關。其中電化學因素是主要因素，因為電鍍液的電化學因素直接影響到電流的分布，亦即影響到金屬鍍層的均勻性。三、分散能力的測定方法鍍液的分散能力常以下三種方法，其中哈林槽法最為常用。1.哈林槽法，即直接測量法哈林槽是一種內腔尺寸為 150 X50 X70mm的矩形槽，測定時槽的兩端各放一個陰極， 在兩個陰極之間放入一個與陰極尺寸(50 X70mm)相同的網(wǎng)狀陽極或帶孔的陽極,(50mm,高80mm以上)，陰極到遠陰極及近陰極的距離之比為2:1。在通電一段時間

10、后用稱量法求得遠近陰極上的鍍層的質量，用下面公式計算鍍液的分散能力：圖3哈林槽T- P =式中 T-P均鍍能力即分散能力(%);M近近陰極鍍后增重(g);M遠遠陰極鍍后增重(g)。用此式計算分散能力時，最佳值為100%,最差為一100%。應用哈林槽測分散能力還有多種其它公式，寫報告時應注明采用哪種計算公式。注意：(1 )進行分散能力比較時，應用同一儀器，同一計算公式；鍍前、鍍后必須用相同方法稱量 遠、近陰極。(2)遠、近陰極應同時通電和斷電，并同時取出。對鍍層在鍍液中會發(fā)生化學溶解時，斷電后應立即將遠、近陰極從測試槽中取出。(3)測試電流應控制在保證遠、近陰極背面獲得良好的鍍層的范圍內。(4)

11、測試時，遠、近陰極在鍍液中面積必須相同數(shù)據(jù)處理記錄表試驗溫度:陰 極 名 稱陰極面積(dm2)電流(A/dm2 )電流 強度(A)稱重前(g)稱重后(g)增重 (g)鍍液分散能力 M遠 RM近T-F =x寸M近- M超近 陰 極遠 陰 極.彎曲陰極測定法彎曲陰極法是通過測量與陽極不同距離、不同相對位置的陰極上的鍍層的厚度，然后利用公式計算出鍍液的分散能力。彎曲陰極法測定分散能力時，采用的裝置見圖 4,電解槽緊貼于鍍槽一端，陰極用薄鋼板 制成，陰極規(guī)格及彎曲后的側視圖見5.測四#槽灣靦墉誨測渡裝圖極電流密度為0。 匏lA/d落幕網(wǎng)鼬璃弱彎用 豌苦嗝W 密度為1.5 A/dm2時，電鍍時間為15分

12、鐘；電流密度為 35A/dm 2 ,電鍍時間為10分鐘，沉 積速度慢的可適當延長電鍍時間。鍍畢 ，將陰極取出清洗，干燥。計算分散能力時，先測量 A、B、C、E各面中央鍍層的厚度即 0、%、Sb、Se,然后按 下式計算分散能力：Sa _1_ Sd _1_ SeT*p = 5E 自而J分散能力最好時為100%,最差時為0.利用本方法測分散能力時，使用的電流密度必須適當，尤其是 A面，鍍層必須良好，切忌形成海綿狀鍍層或其它疏松、不平整鍍層。本方法操作簡便，測定所用時間短，能較全面的反映陰極凹凸部分鍍層在去表面的分布狀況；缺點是測厚法比測重法精確度差.數(shù)據(jù)記錄與處理：電流密度：電鍍時間：電極面積：鍍層

13、厚度：A面 B面C面 D面電流強度：分散能力：To P=.梯形槽測定法利用赫爾槽試驗也能做分散能力的測定，赫爾槽結構及其裝置見赫爾槽試驗一節(jié)作赫爾槽試驗時，電流常選擇0。53A.常用的電流為1A,電鍍時間為514分鐘。赫爾槽陰極樣板在被測鍍液中鍍覆以后，按照圖6所示劃分8個部分，然后分別測出18各主格中心的鍍層厚度 d1、d2d8,最后根據(jù)下式求出分散能力：T-P=*1DD%式中dn是比選擇的任一方格的鍍層厚度，d1為第一號方格的鍍層厚度。分散能力最佳為100%,最差為0。圖6測定分散能力時.赫爾槽陰極的劃分實驗數(shù)據(jù)記錄及處理陰極面積：電流1A電鍍時間：15min鍍層厚度（）:12345678

14、分散能力： T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8四.藥品級溶液：堿性鋅酸鹽鍍鋅液ZnO 10-15g/LNaOH 100150g/lEDTA 二鈉0.51g/L 香草醛0.05-0。1g/LDE46ml/L溫度:10 -40C電流密度：1-3A/dm2四、實驗步驟本實驗采用彎曲陰極法測定鋅酸鹽鍍鋅液的分散能力。(1)試片準備：先將表面光滑的試片，經(jīng)過除油除銹干燥后在試片背后及四個端面(非工作面)涂上過氯乙烯絕緣漆，放到105- 115C的烘箱里烘干。(2)取出烘干的試片，在空氣中冷卻.(如需稱重，則在分析天平上稱重并記錄)(3)量取試片工作面積，以確定通過電鍍槽的總電流。(4)按原理

15、圖鏈接電路，電鍍 20min(5)電鍍完后，烘干試片并稱重或測鍍層厚度。(6)切斷電源，將陰極取出并放入蒸儲水中保存。(7)更換鍍液，用過的鍍液進行回收，重復以上步驟。(8)實驗完畢，倒回鍍液，清洗整理。六、思考題如何改善分散液的分散能力？用不同方法的分散能力能否進行比較？為什么？實驗三電解液覆蓋能力的測定實驗目的和內容.通過實驗加深和理解電解液覆蓋能力的概念，并學會用直角陰極及管型內壁測定DE型鋅酸鹽鍍鋅液的覆蓋能力。.了解鍍液成分對深鍍能力的影響。實驗原理覆蓋能力（也叫深鍍能力）是指電解液在鍍件的深凹部位或內孔中是否沉積鍍層的能力。它也是電解液性能的重要指標之一。電鍍時，在陰極上要沉積相出

16、金屬，陰極的電極電位必須要達到某一最小值，此時它所對應的能析出的金屬的最小電流密度稱為臨界電流密度（ 臨）。臨界電流密度的大小取決于被沉積金屬和基體金屬的本性以及電解液的組成和溫度等。如在酸性鍍銅中i臨為幾個 mA/dm 2,而在鍍銘時為1020 A/dm2。由于電流分布的不均勻，在零件的深凹部位的實際電流密度，可能大大低于臨界電流密度，因而該處就沒有發(fā)生金屬沉積。為使這些部位也能鍍上金屬，必須提高平均電流密度。電流密度分布越不均勻，則要求平均電流密度也越大.但由于受到極限電流密度的限制，它又不能限制的提高，否則尖端部位就會被燒焦.因此，電解液的覆蓋能力取決電流分布以及極限電流密度id對臨界電

17、流密度的比值id/i臨，極化值愈大，電解液的覆蓋能力愈好。此外，基體金屬的本性、結構以及表面狀態(tài)對覆蓋能力也有較大的影響.比如在鍍銘時對基體銅、饃、黃銅、鋼進行覆蓋能力的測定，測定的結果，覆蓋能力按下述次序遞減：銅饃 黃銅鋼為了改善覆蓋能力，在生產(chǎn)中常采用兩種方法：在開始電鍍的瞬間采用沖擊電流；在基 體上先鍍一層覆蓋能力好的中間鍍層?；w金屬組織不均勻或含有其它金屬雜質及化合物，則由于沉積金屬在不同基體上析出的難易程度不同，而引起金屬分布不均勻.根據(jù)實驗結果，金屬析出的過電位與氫的過電位依 基體材料大致有下列關系：氫的過電位增大Pt、Pd、Ni、Fe、Ag、Cu、Zn、Sn、Hg、Cd、Pb金

18、屬的過電位增大雖然上述次序并非永遠如此，但它表明了氫的過電位低的基體金屬，析出就困難.所以,若基體金屬材料不均勻或其表面上含有能降低氫的過電位的金屬雜質，則在此表面位置上就可能無鍍層析出。基體金屬的表面狀態(tài)對覆蓋能力有較大的影響。在基體的不潔凈部位，金屬的沉積就比較困難，甚至有可能沒有金屬鍍層。例如，基體表面有銹、不連續(xù)的薄油膜、肉眼不易察覺的 氧化膜以其表面活性物質等的污染?；w金屬的表面清潔度也會影響到金屬的沉積。因為， 在粗糙的表面上其真實面積比表現(xiàn)面積大得多，這就顯著的降低真實電流密度.若某些部位的真實電流密度小于臨界電流密度，則該處的電位就達不到金屬的析出電位，從而就不可能在該處有金

19、屬沉積。由上可知，光潔度越高，覆蓋能力越好。三、儀器、藥品、原理圖.儀器設備：電源、導線、試片、鐐子、銅管 ；.藥品：NaOH ZnO DPIIII、三乙醇胺；覆蓋能力常用 C-P表示，其測定目前尚無統(tǒng)一方法。下面介紹的角形陰極法（如直 角陰極）適用于深鍍能力差的鍍液，如鍍銘溶液。管型內壁法及凹穴法適用于一般鍍液.角形能極測定法角形陰極材料一般選用12mm的銅板。陰極長 7.5cm,寬2。5cm,在離一端2。5cm 處將極板彎折 90。，如圖10,陽極為與工業(yè)生產(chǎn)相同材料的平板 .電解槽內腔為 90.45。用玻 璃、硬聚氯乙烯等絕緣材料制成。測試裝置如圖11所示.使角形陰極測試時，將陰極做必要

20、的前處理，使壁面緊貼槽壁，需鍍部分浸入鍍液中, 受鍍面積為10mm x 5mm,電流密度按工藝要求選取 ，時間510min ,鍍后用帶小方格劃線的 有機玻璃板復上，量取鍍層占應鍍表面積的百分比。.管形內壁測量法用內徑？ 530mm,長30700mm的鋼管或銅管，對其內壁電鍍，鍍后將其剖開，觀察鍍層達到的深度，評定鍍液的覆蓋能力。為簡便起見，也可用給絕緣材料制成的管子，內徑圖12管形內壁法測定覆蓋能力裝置度與上述相同，其中插入一根與管子相同長的狹銅皮或軟鐵皮，鍍后取出，根據(jù)鍍層達到的深度評定覆蓋能力。通常用鍍層達到的深度比內徑的百分數(shù)表示.覆蓋能力好的也可將管子一頭封閉，采用單陽極電鍍，鍍后用同

21、樣方法評定覆蓋能力。測試裝置如圖12所示。由于測定鍍液覆蓋能力的方法不一，因此，寫實驗報告時除將 OP的百分比表示出來外，還應將試驗裝置交代清楚或用圖說明。、實驗步驟本實驗采用管形內壁法測鋅酸鹽鍍鋅液的覆蓋能力。.把剖開的銅管內壁仔細打磨光亮，經(jīng)除油，除銹（除去被鍍層），清洗干凈，同時把兩塊鋅陽極進行打磨并清洗干凈。.測量銅管的截面積、長度。.銅管對接好，并在其外壁纏上一層絕緣膠布，以防外壁上鍍上鋅層，然后按路線圖所示接好路線。.接通電流，進行電鍍，電流密度為 200mA/dm 2,電鍍時間為3min。.先取出銅管，后斷電，去掉絕緣膠布，將銅管鋸開，測量管內壁無鍍層的長度 （或有鍍層的長度），

22、并將測量結果記錄于表中。.評定鍍液的深鍍能力。、 實驗數(shù)據(jù)處理陽極材料：溫度：陰極材料：電流：陰極內徑：時間：陰極長度：鍍層覆蓋長度：深鍍能力：.注意事項.電源的使用。.銅管放置應位于槽的中央，處于水平狀態(tài)，槽液的深度.電流強度大小，電流應從零慢慢調到0.2A,不可超過0.2A。.思考題.如何提高鍍液的覆蓋能力？.用不同的測得的覆蓋能力值能否進行比較？為什么？.溶液中成分對深度能力有何影響？七.計算公式.深鍍能力=鍍層長度/銅管的總長度。.深鍍能力=鍍層長度/銅管的內徑.實驗四化學鍍錦、實驗目的：1。通過實驗進一步了解化學鍍饃的基本原理；2.初步掌握化學鍍饃的配制方法和工藝操作要領。二、實驗原

23、理化學鍍是采用化學的方法使金屬離子沉積到其他機體上去的方法.被鍍件浸入相應的鍍液中提供電子使金屬離子還原沉積在制件表面。還原作用僅發(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)下去，金屬本身應具有催化劑的性質?；瘜W鍍的牛1點如下：.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；.均鍍能力好；.不需要電源、鍍層表面沒有導電觸點；.可以在金屬、非金屬、半導體上產(chǎn)生金屬沉積?；瘜W鍍饃是化學鍍中應用最為廣泛的一種方法。所用還原劑有次磷酸鹽、月井、硼氫化二鈉和二甲基胺硼烷等。目前大多采用次磷酸鈉為還原劑，硼氫化二鈉和二甲基胺硼烷因價格較貴，只有少量使用。化學鍍

24、饃層的結晶細致，孔隙率低，硬度高，鍍層均勻，可焊性好，鍍液深度能力好，化學 穩(wěn)定性高，目前已廣泛應用于電子、航天、精密儀器、日用五金、電器和化學工業(yè)中.目前廣泛用于生產(chǎn)是以亞磷酸鈉為還原劑的化學鍍饃工藝，其化學鍍饃反應機理，尚無統(tǒng)一的認識，主要有三種理論，即：原子氫態(tài)理論、氫化物理論、電化學理論。.原子氫態(tài)理論該理論認為：饃的沉積是依靠鍍件表面的催化作用，使次亞磷酸根分解析出初生態(tài)原子氫。NaH2PO2 = Na+H2PO2催化表面H2PQ- +Ho - HPO 32 +H+ +2H 0H0在制件表面使Ni2+還原成金屬饃：Ni2+2H0 - Ni+2H +同時，原子態(tài)氫又與 H2PO2作用使

25、磷析出H2PQ + H0 - H 2O+OH -+P還有部分原子態(tài)氫相互作用生成氫氣析出：2H0 - H2 T由這一理論導出的次亞磷酸根的氧化和饃的還原反應可綜合為：Ni2+ +H 2PO2 - HPO 32 +3H + +Ni.氫化物理論氫化物理論認為：次亞磷酸鈉在催化表面催化脫氫生成還原能力更強的氫負離子HH2PO2 +H2O -催化表面 HPO32- +2H + +H在催化表面上，H-使Ni2+還原成金屬饃：Ni2+ + 2H - - Ni + H 2 T同時在溶液中的 H+ +H - H2 T磷來源于一種中間產(chǎn)物，如偏磷酸根(PO2 )在酸性的界面條件下，由下述反應生成：2PO2 +

26、6H +4H 2O . 2P + 3H 2 T +8H饃還原總反應可表示為：Ni2+ + H2PO2 + H2O - HPO 32-+ 3H + + Ni.電化學理論電化學理論認為：次亞磷酸根被氧化釋放出點子，使 Ni2+還原成為金屬饃。 次亞磷酸根釋放電子：H2PO 2- + H 2O . H 2PO 3 + 2H + +2e金屬饃離子Ni2+得到電子還原成 Ni：Ni2+ + 2e . Ni氫離子得到電子還原為氫氣：2H+ + 2e f Hz T次亞磷酸根得到電子析出磷：- -H2PO2 + e f P + 2OH饃還原總反應式：Ni2+ + H2PO2 + H2O - H2PO3 + 2

27、H+ + Ni電化學理論還認為：化學鍍饃過程是依靠產(chǎn)生原電池的作用，在電池負極與正極將分別發(fā)生 下述反應：負極：H2PO2 + H2O 2e f H2PO3- + 2H +正極： Ni2+ + 2e f Ni2H+ + 2e f Hz T H2PO2 + e f P + 2OH -化學鍍饃的上述三種理論，對化學鍍饃過程都能作出一定解釋，但也都不完全。在書刊和其他一些文獻中引用較多的是原子氫態(tài)理論，其次是氫化物理論，電化學理論引用較少.二、實驗用品普通鐵片或不銹鋼片一塊 燒杯若干電爐一個 鐐子一只 溫度計一只四、實驗工藝配方及條件：化學鍍饃配方及工藝條件：(配制溶液250ml為宜)硫酸饃(NiS

28、O 4 7H 2O)25 30g/L 乳酸25g/L蘋果酸10g/L次亞磷酸鈉2025g/LpH 值4。454。8溫度85-95 C沉積速度15-22師/h五、實驗方法及步驟1。將鐵片按電鍍前處理要求規(guī)范進行處理，即試樣除油除銹 -水洗-1：1鹽酸浸蝕-水洗-化學鍍饃-水洗-干燥2。在燒杯中加入乳酸，用碳酸氫鈉溶液中和至PH值為4.6左右，領取一個燒杯用熱蒸儲水溶解硫酸饃，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。進行化學鍍時，先把預先溶解好并經(jīng)過過濾的次磷酸鈉溶液加入槽內，攪拌均勻后加入蒸儲水至所需體積，最后用10 %稀硫酸或氫氧化鈉溶液調整PH值至規(guī)定范圍上限值。4。把燒杯放

29、在電爐上加熱，溫度控制在 8595c之間，把鐵片放入的同時，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。測量試片厚度，如要求鍍層厚度很厚，可以繼續(xù)化學鍍.化學鍍饃完畢，立即過濾化學鍍饃液，留待下次試驗使用。.沉積速度計算:V = Am x 10 4A , T , p式中 m為試片增重（g） , p為鍍層密度（取7。8g - cm3）A為試片表面積（cm2）T為施鍍時間（h）V為鍍層沉積速度（Wm/h）四、思考題.試片在進行化學鍍時，為什么要進行引發(fā)？.化學鍍和電鍍進行比較，化學鍍有哪些優(yōu)點？實驗五 赫爾槽試驗實驗目的和內容.掌握赫爾槽試驗的原理和方法，并學會記錄，觀

30、察與分析赫爾槽試片；.通過對DE型鍍鋅液的赫爾槽試驗，了解該獨有各組分的作用，主要雜質的影響和消 除方法，以及陰極允許電流密度范圍之確定。實驗原理赫爾槽是R - O Hull于1935年設計的形似梯形的一種電鍍工藝試驗儀，它具有結構簡單，使用方便，速度快，效果好，消耗鍍液少等特點，是電鍍工藝者必須掌握的試驗手段， 隨著電鍍技術的發(fā)展， 赫爾槽的用途和結構都有了新的發(fā)展，不僅用于研究鍍液組分的影響，添加劑的選擇，查明故障，確定電流密度范圍等，而且用于測定分散能力，深鍍能力。鍍層的其他 性能（整平性、脆性、內應力、耐蝕性等），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

31、14（a）所示，為的是陰極上各部位電流密度趨向均勻分布。但如果把陰極斜放 ，使陰極各部位與陽極的距離不同，如圖 14 （b）所示，則 陰極上的電流密度就隨各部位而異 ，赫爾槽就是應用這個原理設計的。在赫爾槽中，陰極兩端與陽極距離不同，離陽極近的一端叫近端，電流密度大，隨著遠離陽極電流密度逐漸變小，距陽極最遠的一端稱為遠端，電流密度最小，如267毫升的赫爾槽試片上近端與遠端電流密度相差50倍，因此通過一次赫爾槽試驗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，改變電鍍液的組分和工藝參數(shù)并分別做赫爾槽試驗，對陰極試片進行比較和分析從而可確定合理的配方和工作規(guī)范圖14本實驗選267ml赫爾槽

32、中加250ml鍍液進行試驗，這樣往赫爾槽中加1克物質，則相當與于每升鍍液中加了4克物質.267ml赫爾槽斜置陰極上的各點的電流密度值與該點距陽極距離的對數(shù)成反比關系可 按下式計算：ik= 1（5.1 5。24logl ）ik -陰極上的某點的電流強度（ A/d tf）;I-一試驗時電流強度（A）;l-一陽極上某點距近端的距離（cm）為了便于對比和總結各種經(jīng)驗條件選的鍍層狀況，可將試驗結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，其鍍層質量狀況不一致，如圖（A）,一般選圖16所示的符號記錄鍍層的表面狀態(tài)，如這些符號還不足以說明情況時還可配合文 字說明.（單位：mmRr*

33、*ad14田心可AE匈網(wǎng) 需 落，.-圍17餓尾部觀符號表示法三、實盼儀器及線路 圖13菠爾佗試舜津瘠圖實驗步驟(1)將背面涂有過氯乙烯清漆的陰極試片進行除油，除銹，用清水洗赫爾槽和鋅陽極,按圖5接好線路；(2)取已配好的 DE型鋅酸鹽基基礎鍍液(ZnO 12g/L NaOH 120g/L)250ml 倒入赫爾槽內，在室溫下，用1安培電流鍍5分鐘，取出試片，用水清洗，熱風吹干，將結果填入 記錄表中(下同)；(3)力口 DE添加劑1ml (即4ml/L )于(2)溶液中，攪拌均勻進行試驗；(4)力口 EDTA0。25克(即1g/L )和香草醛0.025克(0.1g/L )于溶液(3)中，攪拌均勻

34、，進行試驗，電鍍水洗干燥后，先出光，繼低銘鈍化約30mmW度。(5)在溶液(4)中，加醋酸鉛 0.04g/L ,攪拌后電鍍試驗；試片干燥后出光，鈍化約30mnW度，對比觀察記錄結果；(6)往(5)中再加醋酸鉛0.04克/升重做一次.(7 )重新取DE鍍鋅液(并非基礎液)250毫升放入赫爾槽中，加醋酸銅0。04g/L攪拌后進行試驗；(8)往(7)中再加醋酸銅 0。4g/L ,試片吹干后鈍化約 30mm高度，將(7) (8)試片進行對比；(9)將(8)倒入燒杯中，加鋅粉12克，攪拌10分鐘，靜止傾瀉過濾，濾液倒回已清洗的赫爾槽中。若陽極鋅板有置換銅，應在退鋅槽中退除，重做一次試驗，并與(7 )(8

35、)對比。試驗結果討論.DE型添加劑、EDTA香草醛等在溶液中有何作用？.DE型鍍鋅溶液最佳的工作電流密度范圍？.Pb2+ Cu2+金屬離子對鍍層質量和鈍化膜有何影響，怎樣消除？固定條件電流時間溫度電流強度試片電流密度(Dk)5.45 3 。74 2.78 2 。08 1.54 1.09 0。 72 0.40 0 。 11試片表觀描述變動條件1、基礎液2、(1)+DE3、(2) +EDTA皆草醛4、(3) +0.04g/L 醋酸鉛5、(3) +0.08g/L 醋酸鉛6、(3) +0。04g/L 醋酸銅7、(3) +0。08g/L 醋酸銅8、(7) +鋅粉處理后6.赫爾槽陰極片繪圖記錄表如下：(參

36、考用)六、赫爾槽試驗操作及注意事項.赫爾槽試驗操作首先按赫爾槽試驗裝置的要求連接好線路,量取250ml試驗鍍液，置于267ml赫爾槽中，控制鍍液溫度在指定的范圍內。放入準備好的并經(jīng)充分洗凈的陽極和陰極，分別使它們緊貼在各自的槽壁上。然后將電源正極接在陽極上 ，負極接在電源陰極上，要求接觸導電良好。 打 開電源開關，調節(jié)至試驗所需的電流強度（一般用1A或2A,鍍專&用510A）。試驗時，保持電流恒定，防止由于陽極鈍化或其它原因引起電流下降或上升。試驗時間一般為5min或10min,特殊情況下可自行決定。 試驗結束后，取出陰極樣板經(jīng)充分清洗、干燥，最后將樣板 上的鍍層繪圖記錄。陰極樣板如需保存，應

37、涂上清漆后干燥，并在樣板上注明鍍液類型，試 驗日期，試驗條件以其編號等。.試驗操作注意事項取樣和加料：赫爾槽試驗的首要問題是取得具有代表性的鍍液，如果是從生產(chǎn)鍍槽中 取樣，要將鍍液攪拌均勻后取樣，使所取鍍液的成分與鍍槽中鍍液成分一致.赫爾槽試驗加料時，固體（可溶性）可直接加入鍍液中， 攪拌至完全溶解。不宜直接加入鍍液的原料，要配置成盡可能濃的溶液，按量加入，攪拌均勻。試驗溫度控制和攪拌： 試驗鍍液的溫度，要與實際生產(chǎn)時相同， 生產(chǎn)時要加溫的鍍液， 赫爾槽試驗時鍍液也要加溫。因赫爾槽不宜直接加熱。一般是將試驗鍍液放入在杯中，加熱至高于控制溫度上限 35C,然后倒入赫爾槽中，待溫度降至操作溫度上限

38、時開始試驗，經(jīng) 510min ,溫度可能降至操作溫度的下限左右，這樣可使試驗溫度基本上控制在規(guī)定的范圍內。冬天因鍍液降溫較快，最好將赫爾槽浸在盛有熱水的容器中隔水保溫，以防止試驗鍍液 溫度降溫太快而影響試驗結果。在電鍍生產(chǎn)中，有的鍍液需要攪拌或陰極移動攪拌，而赫爾槽中的陰極不能移動，可用玻璃棒以手工輕微攪動鍍液或裝上小型攪拌裝置。試驗中是否需 要攪拌鍍液，要看具體情況，凡是不需攪拌同樣能反映生產(chǎn)中情況的試驗，一般可不必攪拌 試驗鍍液。七、鈍化時的要求（1）高銘鈍化要求空停， 鈍化膜在空氣中形成， 低銘鈍化不需要空停， 鈍化膜在鈍化液中就 能形成，但必須嚴格控制時間，時間段不能形成鈍化膜，時間長

39、可能是鍍層退掉（鈍化鍍液 強酸性）。（2 ）溫度要求：必須嚴格控制溫度.試驗六 鋁的陽極氧化和電解著色實驗目的與內容通過實驗進一步掌握鋁的硫酸陽極氧化基本原理，并了解鋁的裝飾性陽極氧化及染色和電解著色的一般工藝過程.二、實驗基本原理鋁及其合金在大氣中其表面會自然形成一層厚度為4050?薄的氧化膜。雖然能使金屬稍微有些鈍化，但由于它太薄，孔隙率大，機械強度低，不能有效地防止金屬腐蝕。用電化學方法即陽極氧化處理后，可以在其表面上獲得厚達幾十到幾百微米的氧化膜。 后者的耐蝕性 力很好。硫酸陽極氧化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 容易染色和封閉。而且具有操作簡便、穩(wěn)定

40、、成本低等特點，故應用最為廣泛 當把零件掛在陽極上，陰極用鉛棒，通入電流后，發(fā)生如下反應:陰極上：2H 2e H2陽極上：Al 3e - Al3+6OH - 3H 2O + 3O22Al3+ + 3O2- f AI2O3 + 399（卡）硫酸還可以與 Al, AI2O3發(fā)生反應2A1 + 3H2SQf Al2 （SO4） 3 + 3H2TAl 2O3 + 3H2SO4 - Al2（SO4）3 + 3H 2O鋁陽極氧化膜的“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。015um.可是具有很高的絕 緣性。硫酸對膜產(chǎn)生腐

41、蝕溶解。由于溶解的不均勻性，薄的地方（孔穴 ）電阻小，離子可能 過，反應繼續(xù)進行，氧化膜生長，又伴隨著氧化膜溶解。循環(huán)往復.控制一定的工藝條件特別是硫酸濃度和溫度可使膜的生長占主導地位必須注意，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合成氧化膜 的,與電鍍過程恰恰相反，電極反應是在氧化膜與金屬鋁的交界處進行，膜向內側面生長.鋁陽極氧化膜的生長和溶解規(guī)律可用其電壓一時間曲線來說明。見圖26、圖27。A區(qū)：在最初10秒鐘內曲線直線上升，電壓激劇增高，說明生成了無孔層電阻增大，這時成 膜占主導，阻礙了反應繼續(xù)進行。當外電壓高時，O2-能穿過薄的地方繼續(xù)反應。故無孔層的厚度取決于電壓、即

42、電壓高時，無孔層相應增厚，反之亦然。B區(qū)陽極電位達到最高值開始下降，說明無孔層達到極限（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。1一鋁 2無孔層 3多空層圖26氧化膜生長階段示意圖圖27時間一電壓曲線C區(qū)：20秒鐘后，電壓穩(wěn)定，這時膜在不斷增厚 （多孔層），無孔層則生長和溶解在達到動態(tài)平 衡溶解和生長在孔穴底部進行，時間延長孔穴變成孔隙，逐步形成一定厚度的氧化膜。硫酸氧化膜，多孔隙，有很強的化學活性，利用這一特點，人們在鋁陽極氧化膜上進行 染色或電解著色，達到耐蝕和裝飾雙重目的。有機染色是將氧化制品放入有機染色槽中，利用氧化膜的化學和物理吸附作用，將染料分子吸附于氧化膜微孔中而成色。有機染色色種多，艷麗是其優(yōu)點，但耐磨，耐曬，耐光性能差，只適合于室內裝飾和日用五金制品之裝飾。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，交通車輛等室內外防護裝飾。鋁陽極氧化膜無論著色與否，用于何場合，都必須進行封孔