電鍍工藝基礎(chǔ)理論

H:\精品資料\建筑精品網(wǎng)原稿ok（刪除公文）\建筑精品網(wǎng)5未上傳百度電鍍工藝基礎(chǔ)理論一、電鍍概述簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),電鍍指借助外界直流電的作用,在溶液中進(jìn)行電解反應(yīng),使導(dǎo)電體例如金屬的表面沉積一金屬或合金層。我們以硫酸銅的電鍍作例子:

硫酸銅鍍液主要有硫酸銅、硫酸和水,甚至也有其它添加劑。硫酸銅是銅離子(Cu2+)的來(lái)源,當(dāng)溶解于水中會(huì)離解出銅離子,銅離子會(huì)在陰極(工件)還原(得到電子)沈積成金屬銅。這個(gè)沉積過(guò)程會(huì)受鍍?cè)〉臓顩r如銅離子濃度、酸堿度(pH)、溫度、攪拌、電流、添加劑等影響。陰極主要反應(yīng):Cu2+(aq)+2e-→Cu(s)電鍍過(guò)程中的銅離子濃度因消耗而下降,影響沉積過(guò)程。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題,能夠兩個(gè)方法解決:1.在浴中添加硫酸銅;2.用銅作陽(yáng)極。添加硫酸銅方法比較麻煩,又要分析又要計(jì)算。用銅作陽(yáng)極比較簡(jiǎn)單。陽(yáng)極的作用主要是導(dǎo)體,將電路回路接通。但銅作陽(yáng)極還有另一功能,是氧化(失去電子)溶解成銅離子,補(bǔ)充銅離子的消耗。陽(yáng)極主要反應(yīng):Cu(s)→Cu2+(aq)+2e-

由于整個(gè)鍍液主要有水,也會(huì)發(fā)生水電解產(chǎn)生氫氣(在陰極)和氧氣(在陽(yáng)極)的副反應(yīng)陰極副反應(yīng):2H3O+(aq)+2e-→H2(g)+2H2O(l)陽(yáng)極副反應(yīng):6H2O(l)→O2(g)+4H3O+(aq)+4e-結(jié)果,工件的表面上覆蓋了一層金屬銅。這是一個(gè)典型的電鍍機(jī)理,但實(shí)際的情況十分復(fù)雜。電鍍?yōu)橐环N電解過(guò)程,提供鍍層金屬的金屬片作用有如陽(yáng)極,電解液一般為鍍著金屬的離子溶液,被鍍物作用則有如陰極。陽(yáng)極與陰極間輸入電壓后,吸引電解液中的金屬離子游至陰極,還原后即鍍著其上。同時(shí)陽(yáng)極的金屬再溶解,提供電解液更多的金屬離子。某些情況下使用不溶性陽(yáng)極,電鍍時(shí)需添加新群電解液補(bǔ)充鍍著金屬離子。電鍍一般泛指以電解還原反應(yīng)在物體上鍍一層膜。其當(dāng)前使用種類有:一般電鍍法(electroplating)、復(fù)合電鍍(compositeplating)、合金電鍍(alloyplating)、局部電鍍(selectiveplating)、筆鍍(penplating)等等。由于電鍍表面具有保護(hù)兼裝飾效用;故廣被應(yīng)用。也有少部分的電鍍提供其它特性,諸如高導(dǎo)電性、高度光反射性或降低毒性,最常使用的電鍍金屬為鎳、鉻、錫、銅、銀及金。點(diǎn)擊觀看電沉積原理Flash圖二、電鍍的原理和概念2.1電鍍的定義和目的電鍍(electroplating)被定義為一種電沉積過(guò)程(electrode-positionprocess),是利用電極(electrode)經(jīng)過(guò)電流,使金屬附著于物體表面上,其目的是在改變物體表面之特性或尺寸。

電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit),改變基材表面性質(zhì)或尺寸。例如賦予金屬光澤美觀、物品的防銹、防止磨耗、提高導(dǎo)電度、潤(rùn)滑性、強(qiáng)度、耐熱性、耐候性、熱處理之防止?jié)B碳、氮化、尺寸錯(cuò)誤或磨耗之另件之修補(bǔ)。2.2電鍍基礎(chǔ)知識(shí)電鍍大部份在液體(solution)下進(jìn)行,又絕大部份是由水溶液(aqueoussolution)中電鍍,約有30種的金屬可由水溶液進(jìn)行電鍍,由水溶液電鍍的金屬有:銅Cu、鎳Ni、鉻Cr、鋅Zn、鎘Cd、鉛Pb、金Au、銀Ag、鉑Pt、鈷Co、錳Mn、銻Sb、鉍Bi、汞Hg、鎵Ga、銦In、鉈、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W等;有些必須由非水溶液電鍍?nèi)玟?、鈉、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo等;既可由水溶液又可由非水溶液電鍍的有銅、銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等金屬。電鍍的基本知識(shí)包括:溶液性質(zhì);物質(zhì)反應(yīng);電化學(xué);化學(xué)反應(yīng)方程式;界面物理化學(xué);材料性質(zhì)等。電鍍與其它鍍覆方法電沉積過(guò)程的比較2.2.1溶液(solution)被溶解之物質(zhì)稱為溶質(zhì)(solute),使溶質(zhì)溶解之液體稱之溶劑(solute)。溶劑為水的溶液稱之水溶液(aqueoussolution)。表示溶質(zhì)溶解于溶液中的量為濃度(concentration)。在一定量溶劑中,溶質(zhì)能溶解之最大量值稱為溶解度(solubility)。

達(dá)到溶解度值的溶液稱為飽和溶液(saturatedsolution),反之為非飽和溶液(unsaturatedsolution)。溶液濃度,在工廠及作業(yè)現(xiàn)場(chǎng),使用易了解及便利的重量百分率濃度(weightpercentage)。另外常見(jiàn)的莫耳濃度(molalconcentration)。

2.2.2物質(zhì)反應(yīng)(reactionofmatter)在電鍍處理過(guò)程中,有物理變化及化學(xué)變化,例如研磨、干燥等為物理反應(yīng),電解過(guò)程有化學(xué)反應(yīng),我們必須充份了解在處里過(guò)程中各種物理及化學(xué)反應(yīng)及其相互間關(guān)系與影響。

2.2.3電鍍常見(jiàn)之方程式(chemicalformular)

見(jiàn)附錄一。

2.2.4電化學(xué)(electrochemistry)電鍍是一種電沉積(electrodeposition)過(guò)程,利用電解體electrolysis)在電極(electrode)沉積金屬,它是屬于電化學(xué)應(yīng)用的一類。電化學(xué)是研究有關(guān)電能與化學(xué)能交互變化作用及轉(zhuǎn)換過(guò)程。電解質(zhì)(electrolyte)例子NaCl,也就是其溶液具有電解性質(zhì)的溶液(electrolyticsolution)它含有部份離子(ions),經(jīng)由這些離子移動(dòng)(movement)而能導(dǎo)電。帶負(fù)電荷朝向陽(yáng)極(anode)移動(dòng)稱為陰離子(anion),帶正電荷朝向陰極(cathode)移動(dòng)(migrate)者稱為陽(yáng)離子cations)。這些帶電荷粒子(particles)稱之為離子(ions)。放出電子產(chǎn)生氧化反應(yīng)的電極稱為陽(yáng)極(anode),得到電子產(chǎn)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極(cathode)。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程稱為電解(electrolysis)。

電極電位(electrodepotentials)電位(electrodepotential)為在電解池(electrolytic)中的導(dǎo)電體,電流經(jīng)由它流入或流出。電極電位(electrodepotential)是電極與電解液之間的電動(dòng)勢(shì)差,單獨(dú)電極電位不能測(cè)定需參考一些標(biāo)準(zhǔn)電極(standardelectrode)。

標(biāo)準(zhǔn)電極電位(standardelectrodepotential)標(biāo)準(zhǔn)電極電位(standardelectrodepotential)是指金屬電極活度為1(純金屬)及在金屬離子活度為1時(shí)的電極電位。氫的標(biāo)準(zhǔn)電位在任何溫度下都定為0,作為其它電極的參考電極(REFERENCEELECTRODE),以氫標(biāo)準(zhǔn)電極為基準(zhǔn)0,各種金屬的標(biāo)準(zhǔn)電位不同。排列在前頭的金屬如Li較易失去電子,易被氧化、溶解、腐蝕,可稱為濺金屬或金屬(basicmetal)。相反如Au金屬不易失去電子,不易氧化,不易溶解,容易被還原稱為貴金屬(noble/preciousmetal)。

Nernst電位學(xué)說(shuō)金屬含有該金屬離子的溶液相接觸,則在金屬與溶液界面會(huì)產(chǎn)生電荷移動(dòng)現(xiàn)象。這種電荷移動(dòng),仍是由于金屬與溶液的界面有電位勢(shì)差即電位差所引起,此現(xiàn)象Nernst解釋如下:設(shè)驅(qū)使金屬失去電子變?yōu)殛?yáng)離子溶入溶液中的電離溶解液解壓(electrolaticsolutionpressure)為Ps,而使溶液中的陽(yáng)離子得到電子還元成金屬滲透壓(osmoticpressure)為Po,則有三種情況發(fā)生:(1)Ps>Po時(shí),金屬被氧化,失去電子,溶解成金屬離子于溶液中,因此金屬電極本體接收電子而帶負(fù)電;(2)Ps<Po時(shí),金屬陽(yáng)離子得到電子被還原并沉積于金屬電極表面上,金屬電極本身供給電子,因此金屬電極帶正電;(3)Ps=Po時(shí),沒(méi)有產(chǎn)生任何變化。

電極電位在熱力學(xué)的表示法電極反應(yīng)是由氧化反應(yīng)及還原反應(yīng)所組成。例如Cu?Cu+++2e-還原狀態(tài)氧化狀態(tài)可用下列二式表示:

Cu???Cu+++2e-氧化反應(yīng)Cu?Cu+++2e-還原反應(yīng)例1:氧電極反應(yīng)的電位1/2O2+H2O+2e-?2OH-例2:氯化汞電極反應(yīng)的電位Hg2+2+2e-?2HgE=E0-RT/nFlnaHg(s)/aHg2+2例3:氫電極反應(yīng)的電位1/2H2(g)?H++e-E=E0-RT/FlnaH+/aH21/2(g)

電極電位的意義(1)電解電位分類為三種:M/M+n即金屬含有該金屬離子的相接觸有二種形式:(1)金屬與溶液間水的結(jié)合力大于金屬陽(yáng)離子M+n與電子的結(jié)合力,則金屬會(huì)溶解失去電子形式金屬陽(yáng)離子與水結(jié)合成為M+n?xH2O,此時(shí)金屬電極獲得額外電子,故帶負(fù)電。這類金屬電極稱為陰電性,如Mg、Zn及Fe等浸入酸、鹽類的水溶液時(shí),就會(huì)產(chǎn)生這種電極電位。即MtM(aq)+n+ne-。金屬與溶液的水結(jié)合力小于金屬離子M+n與電子結(jié)合力時(shí),金屬離子會(huì)游向金屬電極得到電子而沉積在金屬電極上,于是金屬電極帶正電,溶液帶負(fù)電。(2)金屬M(fèi)與難溶性的鹽MX相接觸,同時(shí)MX又與陰離子KX相接觸,即(MxMX,KX)如氯化汞電極(Hg2Cl2)。(3)不溶性金屬如Pt,與含有氧化或還原系離子的溶液相接觸,例如PtxFe++、FE++或PtxCr+2、Cr+3等。

界面電性二重層在金屬與溶液的界面處帶電粒子與表面電荷形成的吸附層,偶極子的排列層以及擴(kuò)散層等三層所組合的區(qū)域稱為界面性二重層。

液間電位差(liquidjunctionpotential)又稱為擴(kuò)散電位差(diffusionpotential),系由陰離子與陽(yáng)離子的移動(dòng)度不同而形成電位差,一般溶液濃度差愈大,陰陽(yáng)離子移動(dòng)度差愈大,則液間電位差愈大。

過(guò)電壓(overvoltage)當(dāng)電流經(jīng)過(guò)時(shí),由于電極的溶解、離子化、放電、及擴(kuò)散等過(guò)程中有一些阻礙,必須加額外的電壓來(lái)克服,這些阻礙使電流經(jīng)過(guò),這種額外電壓消除阻礙者稱為過(guò)電壓。此種現(xiàn)象稱之為極化(polarization)。此時(shí)陰極、陽(yáng)極實(shí)際電位與平衡電位之差即為陰極過(guò)電壓、陽(yáng)極過(guò)電壓。過(guò)電壓可分下列四種:

1.活化能過(guò)電壓(activiationovervoltage)任何反應(yīng),不論吸熱或放熱反應(yīng)皆需克服最低能量障,該能障稱為活化能,在電解反應(yīng)需要額外電壓來(lái)克服活化能阻礙,這個(gè)額外電壓的活化能過(guò)電壓,其電流i愈大,gact愈大,電鍍中g(shù)act占很小一部份,幾乎能夠忽略,除非電流密度很大。氫過(guò)電壓(hydrogenovervoltage),在酸性水溶液中陰極反應(yīng)產(chǎn)生H2氣體,這個(gè)額外電壓稱為氫的過(guò)電壓,即gH2=Ei-Eeq式中g(shù)H2=氫過(guò)電壓Ei=實(shí)際電壓,Eeq=平衡電壓。在電鍍時(shí)由于氫過(guò)電壓的原因使氫氣較少產(chǎn)生,而使許多金屬能夠在水溶液中電鍍。例如鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛。

2.濃度過(guò)電壓(concentrationovervoltage)當(dāng)電流變大,電極表面附近反應(yīng)物質(zhì)的補(bǔ)充速度及反應(yīng)生成物逸散之速度不夠快,必須加上額外的電壓,以消除此阻礙,此額外電壓稱濃度過(guò)電壓。在電鍍時(shí)可增加溫度即增加擴(kuò)散速率,增加濃度,攪拌或陰極移動(dòng)可減少濃度過(guò)電壓,電流密度因而提高,電鍍的速率也可增加。

3.溶液電阻過(guò)電壓(solutionresistanceovervoltage)

溶液的電阻產(chǎn)生IR電壓降,因此需要額外的電壓IR來(lái)克服此電阻使電流經(jīng)過(guò),此額外電壓IR稱之溶液電阻過(guò)電壓。在電鍍時(shí)可增加溶液導(dǎo)電度,提高溫度以減少此電阻過(guò)電壓,有時(shí)此IR形成熱量太多會(huì)使鍍液溫度一直上升,造成鍍液蒸發(fā)損失需冷卻或補(bǔ)充液。

4.電極鈍態(tài)膜過(guò)電壓(passivityovervoltage)

電解過(guò)程,在電極表面會(huì)形成一層鈍態(tài)膜,如Al的氧化物膜、絡(luò)合離子形成阻力膜,這些膜具有電阻,需要額外電壓加以克服,該額外電壓稱為鈍態(tài)膜過(guò)電壓。

分解電壓(decompositionpotential)電壓愈大,電流愈大,反應(yīng)速率也愈大,其電壓與電流的關(guān)系如圖所示。E點(diǎn)之電壓稱之分解電壓,亦稱實(shí)際分解電壓(praticaldecompositionpotential),然而要產(chǎn)生電流I所需之電壓為:EI=E0+gTOTALgTOTAL=gc+ga+gconc.+IRE0=Ec-Ea式中:E0=平衡電動(dòng)勢(shì)Ec=陰極可逆電極電位Ea=陽(yáng)極可逆電極電位gc=陰極過(guò)電壓ga=陽(yáng)極過(guò)電壓gconc.=濃度過(guò)電壓I=電流強(qiáng)度R=電阻例１:使用銅做陽(yáng)極,硫酸銅溶液鍍銅,其欲產(chǎn)生電流I所需電壓為:EI=E0+gc+ga+gconc.+IREI=gc+ga+gconc+IR因Ec=EaEa=0例２:硫酸鋅鍍鋅使用鋅做陽(yáng)極,攪拌良好,則產(chǎn)生電流I所需電壓為EI=E0+ga+gc+gconc+IREI=ga+gc+IR因Ea=Ec?E0=0又因攪拌良好?gconc=0例３:鎳鹽水溶液使用鎳做陽(yáng)極,電極面積10c㎡,以10-2Amp/c㎡進(jìn)行鍍鎳。gc＝0.445＋0.065logIga＝0.375＋0.045logI,內(nèi)電阻R＝300Ω,攪拌良好所需電壓為多少?解:EI=gc+ga+IR=0.445+0.65log(0.01*10)+0.375+0.045log(0.01*10)+(0.01*10)*300=30.71volt

2.2.5界面物理化學(xué)表面處理過(guò)程中,金屬會(huì)與水或液體接觸,例如水洗、酸浸、電鍍、涂裝、琺瑯等。要使金屬與液體作用,需金屬表面完全浸濕接觸,若不能完全接觸,則表面處理將不完全,無(wú)法達(dá)到表面處理的目的。因此金屬與液體接接口物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)表面處理有十分重要的意義。

表面張力及界面張力液體表面的分子在表面上方?jīng)]有引力,處于不安定狀態(tài)稱為自由表面,故具有力。此力稱為表面張力。液體表面張力大小因液體的種類和溫度而異,溫度愈高表面張力愈小,到沸點(diǎn)時(shí)因表面分子氣化自由表面消失,故張力變?yōu)榱?。液體和固體與別的液體交接的面也有如表面張力之作用力,稱之界面張力。

界面活性劑溶液中加入某種物質(zhì),能使其表回張力立即減小,具有此種性質(zhì)的物質(zhì)稱為界面活性劑。表面處理過(guò)程如洗凈、脫脂、酸洗等界面活性劑被廣泛應(yīng)用對(duì)表面處理的光澤化、平滑化,均一化都有相當(dāng)幫助。

2.2.6材料性質(zhì)表面處理工作人員必須對(duì)材料特性充份了解,表面處理的材料大多是金屬,因此首先要知道各種金屬的一般性質(zhì)。例如色澤、比重、比熱、溶點(diǎn)、降伏點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、延展性、硬度、導(dǎo)電度等。

2.3電鍍基礎(chǔ)

電鍍的基本構(gòu)成元素及工場(chǎng)設(shè)備/電鍍使用的電流電鍍?nèi)芤?、金屬?yáng)極與金屬陰極、陽(yáng)極袋電鍍架電鍍前的處理電鍍工場(chǎng)設(shè)備電鍍控制條件及影響因素鍍?cè)艋儗右箜?xiàng)目鍍層缺陷電鍍技藝金屬腐蝕

2.3.1電鍍的基本構(gòu)成元素外部電路,包含有交流電源、整流器、導(dǎo)線、可變電阻、電流計(jì)、電壓計(jì)。陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。電鍍液(bathsolution)。陽(yáng)極(anode)。鍍槽(platingtank)加熱或是冷卻器(heatingorcollingcoil)。

電鍍工作設(shè)備一個(gè)電鍍工作間必須配備下列各項(xiàng)設(shè)備:

防酸地板及水溝。

電鍍?cè)慵邦A(yù)備糟。

攪拌器。

整流器或發(fā)電機(jī)。

導(dǎo)電棒、陽(yáng)極棒、陰極棒、掛具。

安培表、伏特表、安培小時(shí)表、電阻表。

泵、過(guò)濾器及橡皮管。

電鍍槽用蒸氣、電器或煤氣/天然氣加熱設(shè)備。

操作用上下架桌子。

檢驗(yàn)、包裝、輸送工件等各項(xiàng)設(shè)備、儀器。

通風(fēng)及排氣設(shè)備。

2.3.2電鍍使用電流在電鍍中,一般都僅使用直流電流。交流電流因在反向電流時(shí)金屬沉積又再被溶解,因此交流電流無(wú)法電沉積金屬。直流電源是用直流發(fā)電機(jī)或交流電源經(jīng)整流器產(chǎn)生。直流電流是電子向一個(gè)方向流通,因此能夠電沉積金屬。但在有些特殊情況會(huì)使用交流電流或其它種特殊電流,用來(lái)改進(jìn)陽(yáng)極溶解消除鈍態(tài)膜、鍍層光層、降低鍍層內(nèi)應(yīng)力、鍍層分布、或是用于電解清洗等。

2.3.3電鍍?nèi)芤?又稱鍍液或鍍?cè)?platingbath)電鍍?nèi)芤菏且环N含有金屬鹽及其它化學(xué)物的導(dǎo)電溶液,用來(lái)電沉積金屬。其主要類別可分酸性、中性及咸性電鍍?nèi)芤?。?qiáng)酸鍍液是pH值低于２的溶液,一般是金屬鹽加上酸溶液,例如硫酸銅溶液。弱酸鍍液是pH值在2～5.5之間鍍?cè)?例如鎳鍍?cè)　A性鍍液為pH值超過(guò)７的溶液,例如氰化物鍍?cè)?、錫酸鹽的錫鍍?cè)〖案鞣N焦磷酸鹽鍍?cè)　?/p>

鍍?cè)〉某煞菁捌涔δ芙饘冫}:提供金屬離子的來(lái)源,如硫酸銅?？煞謫嘻}、鹽,及錯(cuò)鹽(絡(luò)合鹽)。例如:單鹽:CuSO4,NiSO4復(fù)鹽:NiSO4:(NH4)2SO4

錯(cuò)鹽/絡(luò)合鹽:Na2Cu(CN)3導(dǎo)電鹽:提供導(dǎo)電度,如硫酸鹽、氯鹽,可降低能量花費(fèi)、鍍液熱蒸發(fā)損失,特別是滾桶電鍍更需優(yōu)良導(dǎo)電溶液。陽(yáng)極溶解助劑:陽(yáng)極有時(shí)會(huì)形成鈍態(tài)膜,不易補(bǔ)充金屬離,則需加陽(yáng)極溶解助劑。例如鍍鎳時(shí)加氯鹽。緩沖劑:電鍍條件一般有一定pH值范圍,防止pH值變動(dòng)加緩沖劑,特別是中性鍍?cè)?pH5～8),pH值控制更為重要。絡(luò)合劑:很多情況下絡(luò)合鹽的鍍層比單鹽的鍍層優(yōu)良,可防止置換沉積,如鐵上鍍銅,則需用絡(luò)合劑,或是合金電鍍用絡(luò)合劑以使不同金屬電位拉近,才能同時(shí)沉積得到合金鍍層。安定劑:鍍液有些會(huì)因某些作用,產(chǎn)生金屬鹽沉淀,鍍?cè)勖鼫p短,為使鍍?cè)“捕ㄋ拥乃幤贩Q為安定劑。鍍層性質(zhì)改良添加劑:例如小孔防止劑、硬度調(diào)節(jié)劑、澤劑等改變鍍層的物理化學(xué)特性的添加劑。潤(rùn)濕劑(wettingagent):一般為界面活性劑又稱去孔劑。

鍍?cè)〉臏?zhǔn)備將所需的電鍍化學(xué)品放入在預(yù)備糟內(nèi)與水溶解。去除雜質(zhì)。用過(guò)濾器清除浮懸固體,倒入一個(gè)清潔電鍍槽內(nèi)。鍍?cè)≌{(diào)整,如pH值、溫度、表面張力、光澤劑等。用低電流電解法去除雜質(zhì)。

鍍?cè)〉木S持定期的或經(jīng)常的分析鍍?cè)〕煞?用化學(xué)分析法或Hull試驗(yàn)(Hullcelltest)。維持鍍?cè)≡诓僮鞣秶煞?添加各種藥品。去除鍍?cè)】赡鼙晃廴镜膩?lái)源。定期凈化鍍液,去除累積雜質(zhì)。用低電流密度電解法間歇的或連續(xù)的減低無(wú)機(jī)物污染。間歇或連續(xù)的過(guò)濾鍍?cè)「译s質(zhì)。經(jīng)常檢查鍍件、查看缺點(diǎn)。

2.3.4金屬陽(yáng)極金屬陽(yáng)極分為溶解性及不溶解性陽(yáng)極,溶解性陽(yáng)極用于電鍍上是為補(bǔ)充溶液中電鍍所消耗的金屬離子,是用一種金屬或合金鑄成、滾成、或沖制成不同形狀裝入陽(yáng)極籃(anodebasket)內(nèi)。陽(yáng)極電流密度必須適當(dāng),電流密度太高會(huì)形成鈍態(tài)膜,因而使陽(yáng)極溶解太慢或停止溶解,形成不溶解陽(yáng)極,產(chǎn)生氧氣,消耗鍍液金屬離子而必須補(bǔ)充金屬鹽。為了減小陽(yáng)極電流密度,可多放些陽(yáng)極,或用波形陽(yáng)極增加面積,或降低電壓。在酸性鍍液可用增加攪拌、增高鍍?cè)囟取⒃黾勇入x子濃度、降低pH來(lái)提高陽(yáng)極容許電流密度。而堿性鍍液可用增加攪拌、增加自由氰化物(freecyanide)的濃度,升高鍍液溫度或升高pH值,也可將某種物質(zhì)加入陽(yáng)極內(nèi)以減少因高電流密度的陽(yáng)極鈍態(tài)形成。電鍍使用不溶解陽(yáng)極用來(lái)做傳導(dǎo)電流,鍍液金屬離子需用金屬鹽來(lái)補(bǔ)充,如金鍍液中用不溶解的不銹鋼作為陽(yáng)極,以金氰化鉀來(lái)補(bǔ)充。在鍍鉻中用不溶解的鉛陽(yáng)極,以鉻酸補(bǔ)充鉻離子。不溶解陽(yáng)極有二個(gè)條件,一是良好的導(dǎo)電體,二是不受鍍液的化學(xué)作用、不污染鍍液及不受侵蝕。不溶性陽(yáng)極可用來(lái)控制金屬離子過(guò)度積集在鍍?cè)銉?nèi),在貴金屬電鍍中,如金電鍍,用不銹鋼做陽(yáng)極,能夠代替金陽(yáng)極,以減低投資成本或避免偷竊的困擾。不溶解陽(yáng)極將引起強(qiáng)力的氧化,形成腐蝕問(wèn)題及氧化鍍槽內(nèi)物質(zhì),因此不能使用有機(jī)物添加劑。槽內(nèi)金屬離子必須靠金屬鹽來(lái)補(bǔ)充。

2.3.5陽(yáng)極袋(anodebag)陽(yáng)極袋是一種有多細(xì)孔薄膜袋子,用來(lái)收集陽(yáng)極不溶解金屬與雜質(zhì)陽(yáng)極泥,以防止污染鍍?cè)?阻止粗糙鍍層發(fā)生。陽(yáng)極袋是用編織布縫成陽(yáng)極形狀寬大適中,長(zhǎng)度要比陽(yáng)極稍長(zhǎng),材料需扎得緊,足夠收集陽(yáng)極泥,不妨礙鍍液流通,將陽(yáng)極袋包住陽(yáng)極并縛在陽(yáng)極掛鉤上。在放進(jìn)電鍍液之前,陽(yáng)極袋要用含潤(rùn)濕劑的熱水,洗去漿水及其它污物,然后再用水清洗,并浸泡與鍍液相同pH的水溶液中,使用前需再清洗。酸性鍍液的陽(yáng)極袋可用棉織物,也可使用人造纖維。高溫操作的堿性鍍液可用乙烯材料陽(yáng)極袋。

2.3.6金屬陰極金屬陰極是鍍液中的負(fù)極,金屬離子還原成金屬形成鍍層及其它的還原反應(yīng)如氫氣形成,都發(fā)生于金屬陰極上。準(zhǔn)備鍍件做電鍍需做下面各種步驟:研磨、拋光、電解研磨、洗凈、除銹等。

2.3.7電鍍前處理電鍍前處理,稱前處理(pretreatment),包括下列過(guò)程:1.洗凈:去除金屬表面的油質(zhì)、脂肪、研磨劑,及污泥?？捎脟娚湎磧?、溶劑洗凈、浸沒(méi)洗凈或電解洗凈。2.清洗:用冷或熱水洗凈過(guò)程之殘留洗凈劑或污物。3.酸浸:去除銹垢或其它氧化物膜,要注意防止基材被腐蝕或產(chǎn)生氫脆?？杉右种苿┮员苊膺^(guò)度酸浸。酸浸完后要充份清洗。4.活化:促進(jìn)鍍層附著性,可用各種酸溶液使金屬表面活化。5.清洗:電鍍前馬上去除酸膜,然后電鍍。

2.3.8電鍍掛架(rack)電鍍掛架是用在吊掛鍍件及導(dǎo)引電流之掛架,其主要部份有:1.鉤,使電流接觸導(dǎo)電棒。2.脊骨,支持鍍件并傳導(dǎo)電流。3.舌尖,使電流接觸鍍件。4.掛架涂層,絕緣架框部份,限制及導(dǎo)引電流通向鍍件。電鍍掛架需有足夠的強(qiáng)度、尺寸、及導(dǎo)電性能經(jīng)過(guò)的電流量足以維持電鍍操作。其決定尺寸的條件有1.鍍件重量,2.電鍍的面積,3.每個(gè)掛架的鍍件數(shù),4.鍍槽的尺寸,5.電鍍操作所需之最大電流,6.鍍架上之附屬設(shè)備如絕緣罩或輔助電極,7.鍍件及掛架最大重量。電鍍掛架基本型式有1.直脊骨型,是以垂直中央支持,用舌尖夾持鍍件,適小鍍件可用手來(lái)操作。2.混合脊骨型,經(jīng)常見(jiàn)在自動(dòng)電鍍上,是用方型框架聯(lián)合平行及垂直骨架所構(gòu)成夾持小鍍件。3.箱型,這種掛架能夠處理許多鍍件,需配備有自動(dòng)輸送機(jī)、起重機(jī)、吊車等設(shè)備。4.Ｔ型,系垂直中央支持,聯(lián)結(jié)許多垂直的交叉棒,此種適合手動(dòng)及自動(dòng)操作。選擇電鍍掛架的決定因素有1.電流量,2.強(qiáng)度,3.荷重限制,4.鍍件位置安排,5.空間限制,6.制造難易,7.維持費(fèi)用及成本。電鍍掛架之電流總量為全部鍍件的有效面積乘于操作過(guò)程中的最大電流密度,有效面積系指要被電鍍部份的面積。鍍件應(yīng)在不重要的部份如背面、孔洞、幽蔽處聯(lián)接電流。掛架上的鍍件數(shù)目應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)的重量限制、鍍槽尺寸、良好電流分布空間、直流電源之電量等決定。一般人力操作的鍍架安全限制重量是25磅。尺寸、形狀、移動(dòng)距離可有所變動(dòng)。舌尖必須具備足夠的硬度、導(dǎo)電度、不發(fā)生燒焦、孤光、過(guò)熱等現(xiàn)象。鍍件自重應(yīng)能維持良好的接觸,否則用彈簧聯(lián)接。要能夠容易迅速上下,并確保電流接觸。銅是最廣泛應(yīng)用的掛架材料,因有好的導(dǎo)電性,容易成型,有適當(dāng)強(qiáng)度。鋼與銅導(dǎo)電性比銅差,但較便宜。鋁掛架用在鋁陽(yáng)極處理(anodizing),其優(yōu)點(diǎn)是輕。鎳鍍架耐腐蝕,可做補(bǔ)助電極。磷銅因它具有良好導(dǎo)電性,易彎曲及易制造易焊接故廣泛用做舌尖。電鍍掛架之脊骨用較堅(jiān)強(qiáng)材料制成如硬的拉銅。電鍍架同時(shí)附帶有補(bǔ)助陽(yáng)極加強(qiáng)供應(yīng)電流稱之為雙極鍍架。除了補(bǔ)助陽(yáng)極外,還有補(bǔ)助陰極,漏電裝置、絕緣罩等附電鍍掛架上以調(diào)整電流密度或引導(dǎo)電流進(jìn)入低電流之隱蔽區(qū)域。電鍍掛架在某些地方加以涂層絕緣,其目的有下列幾項(xiàng):1.減少電鍍金屬之浪費(fèi)。2.限制電流進(jìn)入要被電鍍之區(qū)域,減少電能損失。3.減少鍍?cè)∥廴尽?.改進(jìn)金屬披覆分布。5.減少電鍍時(shí)間。6.延長(zhǎng)鍍架壽命,防止鍍?cè)愀g。鍍架有下列涂層材料可應(yīng)用:1.壓力膠帶,容易使用,易松脫損壞,適合短時(shí)應(yīng)用或臨時(shí)使用。2.乙稀塑料,良好黏性,可用于酸咸各種鍍液。3.尼奧普林,直接浸泡不需打底、熱烘干、黏性好可用任何鍍?cè)?特別適合使用于鉻電鍍。4.空氣干燥塑料,不用涂底、浸泡或擦刷后空氣干燥、黏性優(yōu)良,適宜各種電鍍?cè)　?.橡皮,除鉻電鍍外其它鍍?cè)【墒褂谩?.蠟,不能使用于強(qiáng)咸及熱鍍?cè)?。電鍍操作過(guò)程鍍架使用注意事項(xiàng):1.鍍件需定位,與陽(yáng)極保持相同距離,使電鍍層均勻,防止鍍液之帶出(drag-out)損失及帶入(drag-in)污染鍍液。2.鍍件安排要適當(dāng),要使氣泡容易逸出,稍傾斜放置鍍件。3.空間安排,避免鍍件相互遮蔽。4.堅(jiān)固接觸,防止發(fā)燒、孤光等現(xiàn)象發(fā)生。5.防止高電流密度的形成,如尖、邊緣、角等處必須適當(dāng)應(yīng)用絕緣罩或漏電裝置。6.使用陽(yáng)極輔助裝置或雙極鍍架,應(yīng)小心調(diào)整以確保適當(dāng)電流分布。7.鍍架應(yīng)經(jīng)常清洗,維持良好電流接觸,去除舌尖附著之金屬。涂層有損壞需之即修理、操作中隨時(shí)注意漏電,鍍?cè)С鰮p失及帶入污染等現(xiàn)象。

2.3.9電鍍控制條件及影響因素1.鍍液的組成。

2.電流密度。

3.鍍液溫度。

4.攪拌。

5.電流波形。

6.均一性。

7.陽(yáng)極形狀成份。

8.過(guò)濾。

9.pH值。

10.時(shí)間。11.極化。

12.覆蓋性。

13.導(dǎo)電度。

14.電流效率。

15.氫過(guò)電壓。

16.電流分布。

17.金屬電位。

18.電極材質(zhì)及表面狀況。

19.浴電壓。1.鍍液的組成:對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)影響最大,例如氰化物鍍液或復(fù)鹽鍍液的鍍層,要比酸性單鹽的鍍層細(xì)致。其它如光澤劑等添加劑都影響很大。電流密度:電流密度提高某一限度時(shí),氫氣會(huì)大量析出,電流效率低,產(chǎn)生陰極極化作用,樹(shù)枝狀結(jié)晶將會(huì)形成。鍍液溫度:溫度升高,極化作用下降,使鍍層結(jié)晶粗大,可提高電流密度來(lái)抵消。攪拌:可防足氫氣停滯件表面形成針孔,一般攪拌可得到較細(xì)致鍍層,但鍍?cè)⌒柽^(guò)濾清潔,否則雜質(zhì)因攪拌而染鍍件表面產(chǎn)生結(jié)瘤或麻點(diǎn)等缺點(diǎn)電流型式:應(yīng)用交通電流,周期反向電流(PR)電流、脈沖電流等特殊電流可改進(jìn)陽(yáng)極溶解,移去極化作用的鈍態(tài)膜,增強(qiáng)鍍層光澤度、平滑度、降低鍍層內(nèi)應(yīng)力、或提高鍍層均一性。均一性(throwingpower),或稱之投擲力,好的均一性是指鍍層厚度分布均勻。均一性的影響因素有:幾何形狀,主要是指鍍槽、陽(yáng)極、鍍件的形狀。分布位置空間、陰陽(yáng)極的距離、尖端放電、邊緣效應(yīng)等因素。2.極化作用:提高極化作用可提高均一性。3.電流密度:提高電流密度可改進(jìn)均一性。4.鍍?cè)?dǎo)電性:導(dǎo)電生提高而不降低陰極極化作用太多則可提高均一性。5.電流效率:降低電流效率可提高均一性。

因此,要得到均勻鍍層的方法有:

1.良好的鍍液成份,備有改進(jìn)配方。

2.合理操作,表面活化均勻。

3.合理鍍裝掛,以得到最佳電流均勻分布,防止析出氣體累積于盲孔或低洼部分。

4.調(diào)節(jié)陰陽(yáng)極間的距離及高度。

5.應(yīng)用陽(yáng)極形狀善電流分布。

6.加設(shè)輔助電極、輸電裝置、絕緣屏障等改進(jìn)電流分布。

7.應(yīng)用沖擊電流、在電鍍前用較大電流進(jìn)行短時(shí)間電鍍。陰陽(yáng)極形狀、成份及表面狀況影響很大,表面狀況如有油污、銹皮等鍍層不可能附著良好,表面粗糙也難得到光澤鍍層。陽(yáng)極與陰極形狀也會(huì)影響鍍層。過(guò)濾,如陽(yáng)極泥、沉碴等雜質(zhì)會(huì)影響鍍層如麻點(diǎn)、結(jié)瘤、粗糙的表面,也會(huì)降低鍍層之防蝕能力,因此必須經(jīng)常過(guò)慮或連續(xù)性過(guò)慮固體粒子。pH值會(huì)影響鍍?cè)⌒再|(zhì),如氫氣的析出、電流效率、鍍層硬度及內(nèi)應(yīng)力,添加劑的吸收,絡(luò)合離子的濃度都有相當(dāng)?shù)挠绊憽r(shí)間為控制鍍層厚度的主要因素,電流效率高,電流密度大所需電鍍時(shí)間就少。極化(polarization)電鍍時(shí)電極電位發(fā)生變化產(chǎn)生一逆電動(dòng)勢(shì),阻礙電流叫做極化作用,克服極化作用的逆電動(dòng)勢(shì)所需增加電壓稱之過(guò)電壓。

極化作用對(duì)電鍍的影響:

1.有利于鍍層細(xì)致化。

2.有利于改進(jìn)均勻性,使鍍層厚度均勻分布。

3.氫氣析出增加,降低電流效率和鍍層之附著力,會(huì)產(chǎn)生起泡、脫皮現(xiàn)象。

4.不利陽(yáng)極溶解,消耗電力、液溫增高、鍍液不安定。

影響極化作用的因素有:

1.電鍍?cè)〗M成,如氰化物鍍液之極化作用大,低濃度之鍍液極化作用較大。

2.電流密度,電流密度愈大極化作用愈大。

3.溫度愈高,極化作用愈小。

4.攪拌使離子活性增大而降低極化作用。

覆蓋性是指在低電流密度下仍能鍍上之能力,好的覆蓋性,在鍍件低凹處仍能鍍上金屬。它與均一性意義不同,但一般好的均一性則也有好的覆蓋性,而覆蓋性不好的則均一性一定也不好。導(dǎo)電度,提高鍍液導(dǎo)電度有利于均一性,鍍液的電流由離子輸送,金屬導(dǎo)體是由自由電子輸送電流,二者方式不相同,電解液的導(dǎo)電性比金屬導(dǎo)體差,其影響因素有:電解質(zhì)的電離度、離子活度,電離度愈大其導(dǎo)電性愈好,強(qiáng)酸強(qiáng)咸電離度都大;因此導(dǎo)電性好,簡(jiǎn)單離子如鹽梭根離子較復(fù)雜離子如磷酸根離子活度大,因此導(dǎo)電性較佳。電解液濃度,電解質(zhì)濃度低于電離度時(shí),濃度增加可提高導(dǎo)電度,如濃度已大于電離度時(shí),濃度增加反而導(dǎo)電性會(huì)降低。例如硫酸溶液在15～30％時(shí)導(dǎo)電度最高。溫度,金屬的導(dǎo)電度與溫度成反比,可是電解液的導(dǎo)電度與溫度成正比,因溫度升高了離子的活度使導(dǎo)電性變好,同時(shí)溫度也可提高電離度,因可提高導(dǎo)電度,因此電鍍時(shí)常提高溫度來(lái)增加鍍液的導(dǎo)電度以增高電流效率。電流效率,電鍍時(shí)實(shí)際溶解或析出的重量與理論上應(yīng)浴解或析出的重量的百分比數(shù)為電流效率?？煞譃殛?yáng)極電流效率及陰極電流效率。電流密度太高,陽(yáng)極產(chǎn)生極化,使陽(yáng)極電流效率降低。若陰極電流密度太大也會(huì)產(chǎn)出氫氣減低電流效率。氫過(guò)電壓,電鍍金屬中,鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛的電位都比氫的電位要負(fù),因此在電鍍時(shí),氫氣會(huì)優(yōu)先析出而無(wú)法電鍍出這些金屬,但由于氫過(guò)電壓很大,因此才能電鍍這些金屬。然而某些基材如鑄鐵或高硅鋼等之氫過(guò)電壓很小,也就較難鍍上,需先用銅鍍層打底而后再鍍上這些金屬。氫氣的產(chǎn)生也會(huì)造成氫脆的危害,同時(shí)電流效率也較差,氫氣也會(huì)形成針孔,因此氫氣的析出對(duì)電鍍都是不利的,應(yīng)設(shè)法提高氫過(guò)電壓。電流分布,為了提高均一性,電流分布將設(shè)法改進(jìn)。如用相似陰極形狀的陽(yáng)極,管子的中間插入陽(yáng)極,將陽(yáng)極伸入電流不易到達(dá)的地方,使用雙極(bipolar)電極將電流分布到死角深凹處,使難鍍到地方也能鍍上。在高電流密度區(qū)如尖角、邊緣則可用遮板,輸電裝置避免鍍得太厚浪費(fèi)或燒焦鍍層缺陷。金屬電位;一般電位越負(fù)則化學(xué)活性愈大,電位負(fù)的金屬可把電位正的金屬置換析出,如鐵、鋅能夠把銅從硫酸銅液液析出置換出來(lái),產(chǎn)生沒(méi)有附差性的沉積層。在電鍍?cè)≈腥敉瑫r(shí)有幾種金屬離子,則電位正的金屬離子先被還元析出。相反地電位負(fù)的金屬先溶解。電極材質(zhì)及表面狀況對(duì)氫過(guò)電壓影響很大,光滑表面的過(guò)電壓較大,不同材質(zhì)有