電鍍鎳及無電鍍鎳實(shí)驗(yàn)

1、文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .電鍍鎳與無電鍍鎳實(shí)驗(yàn)楊聰仁教授編撰一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠傻吞间摰碾婂?、無電鍍鎳來了解電鍍、無電鍍之原理及差異，并可認(rèn)識(shí)電鍍、無電鍍鎳之施鍍方式與鍍層特性。二、實(shí)驗(yàn)原理2.1 電鍍技術(shù)電鍍是將鍍件做為陰極 ，浸于含欲鍍金屬離子之電解液中，另一端置適當(dāng)陽極，通入直流電后，在鍍件表面析出金屬膜的表面處理。電鍍目的在于表面改質(zhì)，提高附加經(jīng)濟(jì)價(jià)值，例如裝飾性用途，鍍貴重金屬、光澤鎳、鋁等；提高表面硬度，增加耐磨耗性，如鍍硬鉻；增加抗蝕性，如鍍錫、鉛；增加導(dǎo)電性，如鍍銀、銅等。為了達(dá)到需求性質(zhì)，皮膜色澤、硬度、均一性、被覆力、厚度、焊接性等，

2、皆是考慮因素，此外，為達(dá)到適當(dāng)管理與鍍?cè)》€(wěn)定性，如何分析、補(bǔ)充，都是應(yīng)考慮的操作要點(diǎn)。電鍍作業(yè)步驟，依序?yàn)?(1)研磨， (2)前處理， (3)電鍍， (4)后處理， (5)干燥等，就欲鍍對(duì)象之材質(zhì)、形狀、加工后情況，選擇適當(dāng)處理方式。當(dāng)電解液受外加電壓作用時(shí)，電解質(zhì)的陽離子向陰極移動(dòng)，而陰離子向陽極移動(dòng)，此現(xiàn)象稱為電解 (Electrolysis)，在電解時(shí)，通入之電流量與析出金屬量，需遵守法拉第電解定律，即第一電解定律與第二電解定律：第一定律：在陰極析出之金屬量與通入之電量呈正比。第二定律：在不同電解液中，通入相同電量時(shí)，各溶液析出物質(zhì)質(zhì)量與其電化當(dāng)量成正比關(guān)系。以1秒鐘通過 1安培電流，

3、在陰極析出之物質(zhì)重量，稱為該物質(zhì)之電化當(dāng)量，單位為毫克 /庫侖，為使用方便起見，亦可用克 /安培一小時(shí)為單位，表一為常見金屬之電化當(dāng)量。名 稱鋅鎘銅銅鎳鎳錫錫鉻鉻銀金化合價(jià)221223243613電化毫克 /庫倫 0.3390.5820.6580.3290.3040.2030.6150.3070.180.08961.1180.681當(dāng)量克 /安培 -小時(shí)1.222.0972.3721.1861.0950.7302.2141.1070.6470.3244.0252.452電解時(shí)，實(shí)際析出重量與依電解定律計(jì)算理論值之比例，用百分率表示，稱為電流效率，即1文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版

4、本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .式中 m：實(shí)際析出重量 (克)，I：通入之電流 (安培 )t：時(shí)間 (小時(shí) )C：電化當(dāng)量 (克 /安培一小時(shí) )根據(jù)電解定律和電化當(dāng)量，電流效率公式，可以導(dǎo)出電鍍層厚度之公式為：式中 ：鍍層厚度 (毫米 )：金屬比重Dk：電流密度 (安培 /平方公寸 )電極電位 (Electrode Potential)當(dāng)金屬 (陽極 )置入電解液中，溶解的金屬陽離子，受電解液中的極性分子吸引，往電解液方向移動(dòng)。 但是金屬中的自由電子亦有吸引陽離子的作用， 使金屬陽離子聚積在金屬與電解液界面附近，形成電雙層

5、(Electrical double layer)，產(chǎn)生了電壓，即金屬的電極電位。金屬的電極電位，可視為金屬釋出電子能力的電化學(xué)位能， 金屬釋出電子傾向愈大，其電化學(xué)位能愈高， 金屬的電極電位絕對(duì)值無法測(cè)定， 通常以相對(duì)于氫標(biāo)準(zhǔn)電極零電位比較而得。M n+ + ne-ME0H+ + e-1/2H2E0=0 伏特HH 2按照能斯特方程式 (Nernst equation)在25時(shí)，并假設(shè)金屬為標(biāo)準(zhǔn)熱力狀態(tài)(aM =1)離子濃度的改變?yōu)橛绊戨姌O電位的主要因素，將溶液稀釋的話(即降低 aM n 值 )，會(huì)使得E值向負(fù)方向移動(dòng)，也就是金屬更容易溶解，當(dāng)aM n = 1，E = E0 = 標(biāo)準(zhǔn)電極電位，

6、 E0值為較大之負(fù)值時(shí)，代表金屬易溶解成陽離子，此類金屬如鉀、鈉、鋁，活性大或容易氧化。極化與過電壓極化的成因當(dāng)有電流流過電極時(shí)，電極上發(fā)生一系列的化學(xué)過程，例如析出氣體、金屬離子沈積、金屬或氣體的溶解、產(chǎn)生氧化膜等等，過程的每一步都或多或少地存在著阻力或障礙 (barrier)，為了使電極過程能夠繼續(xù)不斷地進(jìn)行，就需要消耗自身較多的能量或額外增加一定的電壓去克服這些阻力，越過能量障礙高度 (height of energy barrier)，表現(xiàn)在電極電位上就會(huì)出現(xiàn)與可逆電極電位的偏離。2文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .

7、word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .任何電極反應(yīng)至少包括下列三個(gè)步驟：1.反應(yīng)物擴(kuò)散到電極表面2.反應(yīng)物在電極 -溶液交界處進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)3.產(chǎn)物離開電極的擴(kuò)散這三步中若有某一過程受阻而緩慢，那這一過程將影響整個(gè)電極過程的電極電勢(shì)。如果反應(yīng)緩慢是由 1，3步造成的，則將產(chǎn)生濃度極化 (concentration polarization)。如果緩慢是由第二步造成，則將產(chǎn)生活性極化(activation polarization)。極化對(duì)電鍍的影響可說利弊互見，可得到結(jié)晶細(xì)致鍍層，且鍍層均上性較好，但是陰極氫氣析出加速，降低電流效率與鍍層附著性，陽極因極化而溶解不正常，浪費(fèi)電力，也影響鍍液安定

8、性。(3)影響極化作用的因素電解液濃度低時(shí)，極化作用較強(qiáng)，這是因?yàn)闈舛鹊偷碾娊庖海灰籽a(bǔ)充陰極區(qū)域陽離子缺乏的緣故。電流密度提高時(shí)，極化作用增強(qiáng)，因?yàn)殡x子擴(kuò)散速度和放電速度，更落后電子運(yùn)動(dòng)速度所致。升高電解液溫度，可降低極化作用。加速攪拌，使離子擴(kuò)散加快，降低極化作用。氫的過電壓電解時(shí)電極電位發(fā)生改變，并產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流通過，此現(xiàn)象稱為極化，由于極化所增加電壓稱為過電壓 (over voltage)。由于極化作用，氫的實(shí)際析出電位，往往高出其標(biāo)準(zhǔn)電位，此超出之?dāng)?shù)值，即氫的過電壓，由于鋅、鎳、銘、鐵、鎘、錫、鉛等之還原電位，都比氫的電位要小，亦即在電解時(shí)，氫要比這些金屬優(yōu)先析出，那么這

9、些金屬便無法析鍍出來，但是由于氫的過電壓，使得這些金屬可以析鍍，而且減少氫的析出，可降低氫脆影響，提高電流效率，增加鍍層附著性。氫的過電壓值，受下列因素影響：(1)電極材料與表面特性表三、各種電極材料的氫過電壓材料過電壓材料過電壓材料過電壓(伏 )(伏)(伏)電鍍鉑0.030黃銅0.640石墨0.779光滑鉑0.068碳0.700鉻0.8263文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .金0.390鋅0.746錫1.077電解鐵0.557鎳0.747鉛1.030銅0.584銀0.762鎘1.13

10、4(2)電解液溫度升高，則氫過電壓減少。(3)隨電流密度增加，和電解時(shí)間增長而增高(4)降低氫離子濃度，可提高氫的過電壓。鍍鎳沿革鎳是銀白色金屬，在空氣和堿液中有良好的化學(xué)安定性，抗蝕性比銅佳，化性比鋼鐵不活潑，適合鍍于銅或鐵表面 。鎳電鍍始于 1842年， Bottger由硫酸鎳銨沈積出鎳層，1869年 Adams使用氯化鎳銨，1878年Weston在鍍液添加硼酸， 1882年Vander mersch提議在鍍液中加入硫酸，1906年Bancreft記述添加氯化物的重要性， 1916年Watts的鎳電鍍液含硫酸鎳、氯化鎳和硼酸，電流密度由 0.5 A/dm2提高至 4.0 A/dm2，成為典

11、型的鍍鎳液， 也是電鍍鎳的轉(zhuǎn)淚點(diǎn)， 1938 年Cambi與Piontelli 提出銨基磺酸鹽鍍?cè)。?而氟硼酸鎳鍍液在 1909年時(shí)，Kern曾提出報(bào)告，1939年Wesley及Carey使用純氯化鎳鍍液。光澤鎳電鍍填加劑的專利，首先由Schlotter得到 ( 1,972,693 (1934)，使用苯二磺酸鎳與奈三磺酸鹽， Wetslerg則以硫酸鈷、蟻酸鈉和甲醛之添加，在 1936年得到專利 ( 2,026,718)，至此以后光澤劑之開發(fā)甚為迅速，添加物種類繁多。電鍍液的組成(1)欲鍍上金屬之離子欲鍍上金屬之離子在電鍍液中或以簡單的水合離子 (hydrated ion)形態(tài)存在，通常用 M

12、 n+表示，或以錯(cuò)合離子 (complex ion)形態(tài)存在，離子濃度一般為 1.03.0M。在合適電流密度條件下， 簡單的水合離子適合于形狀簡單的鍍件， 電鍍時(shí)金屬沈積速度快， 生產(chǎn)率高。但對(duì)于形狀復(fù)雜的鍍件，為了使其厚度均勻，通常采用金屬錯(cuò)離子，使金屬在鍍件上的沈積速度減慢， 以得到細(xì)致的光亮平滑的鍍層。 實(shí)際中采用何種形式的欲鍍金屬離子，應(yīng)視鍍件表面狀態(tài)及鍍層質(zhì)量要求而定。 一般情況下， 以簡單金屬水合物離子形態(tài)存在的電鍍液比較穩(wěn)定， 不易變質(zhì)，而以金屬錯(cuò)合離子形態(tài)存在的電鍍液則較不穩(wěn)定，容易分解。(2)電解質(zhì)合適的電鍍液導(dǎo)電性是通過調(diào)整電解質(zhì)的濃度來實(shí)現(xiàn)的。電解質(zhì)在電鍍液中同時(shí)還有控制

13、 pH 值的功能，尤其是在陽極析出氧氣或陰極析出氫氣時(shí)，電解質(zhì)對(duì) pH值的變化能起緩沖之作用，即減少 pH值的變化量。這是因?yàn)椴徽撌顷帢O析出氫氣，使陰極附近的pH 值增大，還是陽極析出氧氣使陽極附近 pH值減少，都會(huì)造成氫離子濃度的改變而影響某些電解質(zhì)的電離度或電解質(zhì)形成金屬氫氧化物沈淀，故需使氫離子濃度變化很小， pH值維持不變。4文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .(3)錯(cuò)合劑 (Complexing agents)為了使某些金屬沈積電位更負(fù)， 尤其是防止鍍液中的金屬離子被陰極金屬還

14、原， 需加入錯(cuò)合劑。例如，在鐵基材上鍍銅時(shí)會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：Cu2+ + FeFe2+Cu如果在電鍍液中加入錯(cuò)合劑(CN-)，則可使 Cu2+/Cu的電極電位低于 Fe2+/Fe的電極電位，使反應(yīng)不能進(jìn)行。在合金電鍍時(shí)，為了控制鍍層中的合金成分，也加入錯(cuò)合劑。常用的錯(cuò)合劑有：氰化物、氫氧化物、甲基硫離子 (sulfamate ion)等。(4)有機(jī)添加劑 (Organic additive)電鍍液中常含有各種不同的有機(jī)添加劑， 用以改善鍍層的結(jié)構(gòu)和性能。 有機(jī)添加劑對(duì)鍍層作用的原理至今仍了解很少， 添加劑的種類和加入量主要由經(jīng)驗(yàn)確定。 有些添加劑參加電極反應(yīng)并改善金屬離子在陰極上電沈積的電位，

15、有些添加劑則被金屬鍍層吸附且有時(shí)包含在鍍層內(nèi)部。根據(jù)有機(jī)添加劑在鍍層中的作用，可分為以下幾類：(a)光亮劑 (Brightner) ：加入光亮劑是為了提高金屬鍍層的反光性能。要使金屬鍍層反光性能好則須使其表面的微觀粗糙度 (micros-copicroughness)大大低于入射光的波長。因此加入光亮劑實(shí)質(zhì)上是減小沈積顆粒的粒度，使鍍層光亮。對(duì)于鍍鎳而言，加入光亮劑后，陰極電位升高，使金屬鎳沈積更為困難，為了繼續(xù)沈積就必須采用更高的電位。(b)結(jié)構(gòu)改善劑 (Structure modifier)這類添加劑用于改善金屬鍍層結(jié)構(gòu)，并可能改變晶格的類型和取向。也用于調(diào)整鍍層的應(yīng)力等。(c)整平劑 (

16、Flattening agent)能減小鍍層微觀凹凸不平幅度，使鍍層表面平整光滑。許多光亮劑同時(shí)具有整平作用。將一定的光亮劑和整平劑結(jié)合使用可以在很寬的電流密度范圍內(nèi)獲得平整的鍍層。(d)潤濕劑 (Wetting agent)當(dāng)電極上有氣體析出時(shí)，為加速氣體的排出，常加入潤濕劑。潤濕劑的加入實(shí)質(zhì)上是降低氣體與鍍液間的表易形成面張力， 使氣泡更和長大。 若不加潤濕劑，則由于陰極氫氣析出困難，會(huì)使氫氣析出與金屬沈積并列進(jìn)行，從而使鍍層氫含量較高，引起材料的氫脆 (hydrogen embrittlement)。瓦茲浴 (The Watts bath)瓦茲浴的基本配方組成為:NiSO ? 6H2O3

17、30 g/l445 g/lNiCl ? 6H O2H3BO337 g/l5文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .H O(30%)0.5 ml22溫度60 pH3.5電流密度5.0 A/cm2鎳陽極在電鍍過程易鈍化， 使用氯化鎳可促進(jìn)陽極之腐蝕與溶解，氯化物亦可提高陰極電流效率，使鍍層平滑，硼酸的主要作用為緩沖劑，硼酸為弱酸，H3323BOH BO + H+ , K A = 5 10-10 ，大多數(shù)呈未解離之分子狀態(tài)，會(huì)與陰極表面附近之Ni(OH) 2生成Ni(OH) 22H3BO3錯(cuò)化合物

18、，減少膠狀氫氧化鎳的形成。 瓦茲浴的 pH值可在 2.05.2之間 ， pH 5.25.8通常用于鍍暗鎳 (dull nickel) ， 2.44.8則適于鍍光澤鎳， pH值太高，易于生成氫氧化鎳沈淀，對(duì)于鋼鐵鍍件而言，易生成鐵鹽的沈淀，pH值太低的話，陰極會(huì)產(chǎn)生氫氣，降低電流效率，鍍層也易產(chǎn)生微孔；鍍層硬度也與 pH值有關(guān)，溶液之 pH值較高時(shí)，鍍層硬度較大。在析鍍過程中，需經(jīng)常測(cè)定 pH值，因?yàn)?pH值會(huì)逐漸升高，必須以適量稀硫酸調(diào)整。所使用之陽極鎳，有三種型式，即 (1)去極化輥壓陽極， (2)含碳陽極，與 (3)各種形狀之電解鎳塊 (置于陽極籃中 )，去極化陽極 (depolarize

19、d anode)含仔細(xì)調(diào)整過的適量氧化鎳(0.251.10%)與硫 (約0.003%)，在電流密度高時(shí)，仍可均勻地溶解 ;在光澤鎳電鍍時(shí)，使用含碳量 0.260.32%，Si 0.280.35%，Cu 0.20%(max)，F(xiàn)e 0.05%(max)之含碳陽極，陽極沈渣對(duì)電流之流通沒有影響， 適宜之電流密度約為 3 A/dm 2，pH值為 4.5至5.0；置于鈦籃之鎳塊可為電解級(jí)純度，或含活化成份 (如硫 )之鎳。在瓦茲浴中加入潤濕劑， 可降低溶液表面張力， 減少氫氣在鍍面之吸附， 操作之電流密度為 24 A/dm2(或2040 A/ft 2)，圖一為假設(shè)陰極電流效率為 95%時(shí)，各電流密度之

20、鎳析鍍速率。圖一、電流密度對(duì)析鍍速率之曲線圖鍍鎳缺陷，產(chǎn)生原因及解決方法：6文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .缺 陷 特征產(chǎn)生原因排除方法(1)鍍層剝落，附著不良pH值太高 ;鍍前處理不良 ; 有機(jī)雜質(zhì)過多。調(diào)整 pH值; 改善前處理 ;過濾除去雜質(zhì)。(2)鍍層粗糙電流密度太高。降低電流密度。(3)陽極鈍化氯鹽含量少 ;陽極電流密度高。補(bǔ)充氯化物 ;加大陽極面積或降低電流密度。(4)鍍層呈黑色條紋電解液中含鋅雜質(zhì)。加碳酸鎳，沈淀后過濾。(5)局部無鍍層零件相互重迭 ;pH 值不準(zhǔn)確 ;

21、 吊掛情形不當(dāng)，氣 調(diào)整排列方式，或抖動(dòng)；調(diào)整pH值；改變吊掛方體無法順利逸出 ; 前處理不良。法，使產(chǎn)生之氣體順利排出；加強(qiáng)鍍前處理。(6)鍍層明亮，有縱向條紋電解液含鐵雜質(zhì)超過0.1克/升。加入過氧化氫，使鐵氧化物除去。(7)鍍層粗糙，孔隙度高電解液有雜質(zhì)，氣體停滯表面。加強(qiáng)過濾鍍液，適當(dāng)抖動(dòng)鍍件。(8)鍍件麻點(diǎn)電解液中存在有機(jī)雜質(zhì)。用活性碳過濾除去。(9)析鍍速率慢電解液溫度低。保持在 18以上2.2 無電鍍鎳無電鍍法亦可稱為自身催化鍍法 (Autocatalytic Plating) ，先在工作物表面形成具有催化力的金屬面，或是利用工作物表面本身的催化作用，以化學(xué)還原方法，使金屬離子成

22、金屬狀態(tài)析出。無電鍍法可用來產(chǎn)生鎳、鈷、鈀、鉑、銅、金、銀和含這些金屬合金的鍍層。使用的還原劑為次磷酸鈉、 甲醛、聯(lián)胺、硼氫化物及胺基硼烷， 其中應(yīng)用最早且最為廣泛者，為使用次磷酸鈉的無電鍍鎳，所得的鎳層并不是純鎳，而是含磷3 至 15%的鎳磷合金。無電鍍法具有下列特性，使得其應(yīng)用更為有利：鍍層的均一性良好， 不論工作物之幾何形狀如何復(fù)雜， 各部份析鍍的厚度近乎一致；可以鍍到任何所希望的厚度。鍍層的孔隙度比電鍍法的鍍層還要小。不需電鍍?cè)O(shè)備。包含玻璃、陶瓷及塑料等非導(dǎo)體，經(jīng)過適當(dāng)前處理后，便可施行無電鍍法。鍍層具有獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)、機(jī)械性質(zhì)或磁性。無電鍍鎳之沿革1846 年時(shí)， A. Wurtz

23、發(fā)現(xiàn)次磷酸鎳水溶液，當(dāng)加熱至100，有一部份還原成金屬鎳析出， 1911 年 P. Breteau研究此反應(yīng)，說明此反應(yīng)為自身催化反應(yīng)，而且反應(yīng)產(chǎn)物7文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .有磷的成分，1920 年 L. Frederich 觀察鎳鹽與次磷酸鈉在鈀觸媒存在下與不存在時(shí)的反應(yīng)；同期 (1916 年 12 月)，法國 F. A. Roux 獲得美國專利編號(hào) 1,207,218 的許可，其內(nèi)容為在檸檬酸銨促進(jìn)下，鎳在金屬表面的沉積 (尤其是鋁金屬面 )。1946 年與 1947 年

24、間，在美國國家標(biāo)準(zhǔn)局服務(wù)的A. Brenner 和 G. Riddell ，為了研究鋼鐵鍍鎳的去極劑， 與使用不溶性內(nèi)部陽極做鎳鎢合金管內(nèi)面電鍍時(shí)，發(fā)現(xiàn)了次磷酸鈉異乎尋常的還原力，使得電鍍的電流效率超過 100，獲得美國專利，編號(hào)為2,532,283(1950)，從此工業(yè)界開始注意其實(shí)用價(jià)值， 1947 年通過美國運(yùn)輸公司 (General American Transportation Corporation)的工程部，為了降低運(yùn)送濃氫氧化鈉 (72%)槽車內(nèi)部襯里的制造成本，預(yù)估使用電鍍鎳襯里的費(fèi)用，覺得不劃算，公司的研究開發(fā)部，建議使用無電鍍鎳，襯里厚度可以較薄，鍍層孔隙度很小，而且使用

25、期限較長，于是1948年初，正式研究工作開始， 試驗(yàn)工業(yè)化生產(chǎn)的可行性，1952 年 8 月成立試驗(yàn)工廠， 1953年末期建立兩座大型生產(chǎn)工廠，該公司開發(fā)出來的專利程序，注冊(cè)商標(biāo)為Kanigen(是Katalytic Nickel Generation 的縮寫 )，經(jīng)過該公司大力推動(dòng)，工業(yè)界不斷改良，無電鍍鎳技術(shù)出現(xiàn)了不少專利。Brenner 與 Riddell 是公認(rèn)無電鍍鎳的發(fā)明者，通過美國運(yùn)輸公司則為工業(yè)界第一家應(yīng)用此技術(shù)的廠商。無電鍍鎳原理無電鍍鎳可用一些基本反應(yīng)式來說明反應(yīng)的進(jìn)行；首先次磷酸根(還原劑 )被氧化成亞磷酸根離子，釋出的電荷，可使鎳離子還原， 金屬鎳沉積在具催化作用的活化

26、表面上，而析出的鎳，又繼續(xù)催化反應(yīng)的進(jìn)行，所以析出反應(yīng)連鎖進(jìn)行，鍍層呈層狀結(jié)構(gòu)，厚度可任意控制。析鍍的反應(yīng)機(jī)構(gòu)，可以下列方程式表示：222H(Ni)(1) Ni( 觸媒 ) PO2H PO2H232H(2)POOHPOH(Ni) 代表吸附在 Ni 表面，活性很強(qiáng)的氫原子2H(Ni)H2(3)Ni 22H(Ni)Ni 2H(4)22 H(Ni)POHH2O(5)H PO22 3Ni 27H(Ni)Ni 35H 2H2O (6)H POP第(1)式中，次磷酸根的脫氫反應(yīng)速率較慢，而第(2)式與第 (3)式的反應(yīng)速率最快；8文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔

27、來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .在相同 pH 值時(shí)，第 (5) 式、第 (6)式的反應(yīng)速率較第 (4)式緩慢，無電鍍鎳層是鎳與鎳磷合金 (包含 NiP、NiP2、Ni 6P5、Ni 2P、Ni 5P2 及 Ni 3P，而以 Ni 3P 居多 )的共析層，并非純鎳，鎳的含量為93-97%左右，余者為磷量。圖二、次磷酸根在酸性溶液中的解離過程圖三、次磷酸根在堿性溶液中的解離過程圖四、次磷酸根水解產(chǎn)生氫氣的過程在無電鍍鎳中之重要因素為觸媒作用(Catalytic Action) ，鈀、鉑等周期表中第八族元素，其原子表面極易吸收氫原子，再較高溫度時(shí)，次磷酸根離子極不

28、穩(wěn)定，放出氫原子，被觸媒金屬吸收，引發(fā)無電鍍鎳反應(yīng)。在較酸性情況下，鎳析鍍速率緩慢，相對(duì)磷含量較高，一般酸型無電鍍鎳液之pH 值在4.64.8 之間，超過 5.0 析鍍速率快，鍍液易傾向瞬間分解；堿型鍍液之pH 值則控制在8.5 與 9.5 之間，在 10.0 以上鍍液不穩(wěn)定。析鍍速率與操作溫度有關(guān)，在65以下析鍍速率緩慢，超過95以上易分解，通常操作溫度范圍8090間較適當(dāng)。鍍液組成實(shí)用的無電鍍鎳溶液，為包括下列主要成份的水溶液：1.提供鎳離子的鹽類，如氯化鎳(NiCl 2 6H2O)，硫酸鎳 ( NiSO4 6H2O)。2.次磷酸鹽，通常為含一結(jié)晶水的次磷酸鈉(Na(H 2PO2) H 2

29、O)，作為還原劑與鎳磷合金中，磷的提供者。3.有機(jī)鉗合劑 (Chelating agents)，避免鎳離子與亞磷酸根離子生成沉淀，同時(shí)可作為防止pH 值迅速下降的緩沖劑，一般為含羥基的羧酸，如羥基醋酸、羥基丙酸、檸檬酸等。4.促進(jìn)劑，活化次磷酸根離子，加速鎳沉積速率，此類化合物為堿金屬鹵化物，不飽合的短鍵二羧酸鹽，如琥珀酸鈉( Sodium Succinate)，己二酸鈉 (Sodium adipate)。5.安定劑，用來遮蔽或吸收溶液中的亞磷酸鎳細(xì)粒，防止鍍鎳液分解，如有機(jī)或無機(jī)之硫代復(fù)合物，像硫尿 (thiourea)，和一些含硫重金屬鹽，硫化鉛或硫化錫，都有安定作用。pH 調(diào)整劑，調(diào)節(jié)溶

30、液的 pH 值，使 pH 值在連續(xù)操作時(shí)保持一定， 常用之酸，如硫酸，常用之堿，如碳酸鈉、氨水。7.潤濕劑，增加欲鍍物被溶液潤濕的情形，如醇的硫酸鹽，脂肪酸的磺酸鹽等。8.光澤劑 (Brighteners)，如苯磺酸鈉、硒鹽、鎘離子或鉛離子等，與一般電鍍鎳光澤劑相同；無電鍍鎳，通常是半光澤，使用此類填加劑，可增加其光澤度。9文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .常用的鍍?cè)∮袃煞N，包括堿型鍍?cè)?(pH 810)和酸型鍍?cè)?(pH 46)，其中以酸型鍍?cè)≥^為廣泛使用， 所有鍍?cè)』旧辖栽醋?B

31、renner-Riddell 浴之組成，只是各成份量和緩沖劑、鉗合劑之選擇，略有更改。鍍液之安定性與壽命無電鍍鎳溶液本身是一種介穩(wěn)定狀態(tài) (Metastable State)，有外來刺激因素時(shí)，容易引發(fā)瞬間分解，快速地消耗鍍?cè)勖?并且在與溶液接觸的所有表面上， 包括鍍槽槽壁，生成鎳磷合金，其發(fā)生情形為 (1)在鍍?cè)「鞑糠?，都有溫和且均勻的冒泡現(xiàn)象，并非局限于工作表面； (2)隨后有更激烈的氣體發(fā)生，使鍍?cè)〕錆M泡沫； (3)最后生成黑色沉積物。瞬間分解的原因，可分述如下：局部過熱；次磷酸鈉的填加過于迅速；次磷酸鈉的濃度太高；堿的加入速率太快；在槽的內(nèi)壁或加熱線圈上，有過量的鎳沉積；鍍?cè)≡诮ㄔ?/p>

32、的過程， pH 值甚高，造成鎳化合物的沉淀；用鈀將工作表面活化后，沒有完全除去鈀；新鍍?cè)〉牟话捕ㄐ裕诲冊(cè)∝?fù)載量太低；鍍?cè)∵^度使用，產(chǎn)生亞磷酸鎳沉淀。針對(duì)這些原因的某些對(duì)策很明顯，即控制鍍?cè)〉牟僮鳒劐儯S持在適當(dāng)范圍；次磷酸鈉和其它鍍?cè)〕煞菀罴踊蜓a(bǔ)充時(shí)，不可直接加入高溫鍍?cè)≈校?最好使浴溫冷卻到約50，或冷卻至室溫，才進(jìn)行大量填加，若要直接填加的話，需先配成稀釋液，一邊攪拌，一邊加入，如果是分次填加各成份時(shí)，需俟前一種成份充分混合后，才可再行填加其它成份，此外，設(shè)備要經(jīng)常清洗，槽內(nèi)或加熱線圈不能有沉積物累積的情形?；衔锏暮浚豢沙^操作限制范圍，一個(gè)良好且安定的鍍?cè)。瑫?huì)因過量的亞磷酸鹽存在

33、而降低反應(yīng)速率或分解；次磷酸鹽增加，不僅造成浪費(fèi)，也使得鍍?cè)」δ苎杆偻嘶?pH 的調(diào)整也很重要，尤其當(dāng)鍍?cè)]有良好緩沖液保護(hù)時(shí)，更需注意；隨著鍍液的操作， pH 逐漸降低，鍍鎳速率也下降，所以盡量避免低負(fù)載量的鍍?cè)〔僮?，一般?0文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .作負(fù)載量為每加侖50 到 100 平方吋。鍍后處理剛析鍍完的無電鍍鎳層是非晶形構(gòu)造，系磷溶解在微細(xì)晶狀鎳粒內(nèi)，呈層狀排列，經(jīng)過 400熱處理一小時(shí)后，有 Ni3P晶相析出，使得鍍層表面硬度提高，具耐磨效果。若為防蝕目的，可利

34、用析鍍時(shí)的非晶形狀態(tài)，若底材光滑時(shí)，厚度為 5 m的鍍層就有防蝕力，底材粗糙時(shí)，鍍層厚度要加大，才能有同等防蝕力。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料3.1 電鍍低碳鋼片 (2cmx5cmx0.1cm)、電鍍槽、瓦茲浴、鎳電極板，直流整流器、加熱槽、溫度計(jì)、微小硬度計(jì)、電子天平。3.2 無電鍍低碳鋼片 (2cm2cm0.1cm)，10% H2SO4溶液，無電鍍鎳液，攪拌器，2公升之加熱燒杯，可變電壓器、溫度計(jì)、酸堿度計(jì)、微小硬度計(jì)、熱處理爐，慢速切割機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)方法4.1 電鍍鎳1.將低探鋼片以砂紙研磨至#1200，并加以拋光至鏡面。研磨時(shí)應(yīng)與予倒角處理，去除試片之尖銳突起處。2.以游標(biāo)尺量測(cè)試片之長、寬、高，

35、計(jì)算其表面積，并稱重之。3.以量得之表面積及所須之電流密度，求出需施加之電流。4.制備電鍍液NiSO4? 6H2O330 g/lNiCl ? 6H2O45 g/lH3BO337 g/lH2O2 (30%)0.5 ml溫度60 pH3.55.0電流密度A/cm 25.將直流電源供應(yīng)器之正極端以導(dǎo)線與鎳板相接并將整塊鎳陽極浸入鍍液中。6.電源供應(yīng)器之負(fù)極端則與欲鍍之碳鋼片相連接，相同的也將碳鋼片浸入鍍液中并與鎳陽極平行分隔一段距離。11文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .7.開啟直流電源供應(yīng)器，將電壓值調(diào)至最大。壓下【cc set】鈕，切換至電流調(diào)整，旋動(dòng)電