第二章電鍍的基本原理與概論

其次章電鍍根本原理與概念

1電鍍之定義

2.2電鍍之目的

2.3各種鍍金的方法

2.4電鍍的根本學問

2.5電鍍根底

2.6鍍有關之計算

2.1電鍍之定義

電鍍(electroplating)被定義為一種電沈積過程(electrodepos-itionprocess),是利

用電極(electrode)通過電流，使金屬附著于物體外表上，其目的是在轉變物體外表之特性

或尺寸。

回名目

2.2電鍍之目的

電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit),轉變基材外表性質或尺寸。例如賜

予金屬光澤美觀、物品的防銹、防止磨耗、提高導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性、

熱處理之防止?jié)B碳、氮化、尺寸錯誤或磨耗之另件之修補。

回名目

2.3各種鍍金的方法

電鍍法(electroplating)無電鍍法(electrolessplating)

熱浸法(hotdipplating)熔射噴鍍法(sprayplating)

塑料電鍍(plasticplating)浸漬電鍍(immersionplating)

滲透鍍金(diffusionplating)陰極濺鍍(cathodesupptering)

真空蒸著鍍金(vacuumplating)合金電鍍(alloyplating)

復合電鍍(compositeplating局部電鍍(selectiveplating)

穿孔電鍍(through-holeplating)筆電鍍(penplating)

電鑄(electroforming)

回名目

2.4電鍍的根本學問

電鍍大部份在液體(solution)下進展，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展電鍍，由

水溶液電鍍的金屬有：銅Cu、銀Ni、倍Cr、鋅Zn、鎘Cd"、鉛Pb、金Au、銀Ag、鉗

Pt、鉆Co、錦Mn、錨Sb、物Bi、汞Hg、像Ga、錮In、

銘、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、lr、Nb、W等。

有些必需由非水溶液電鍍如鋰、鈉、鉀、被、鎂、鈣、錮、領I、鋁、La、Ti、Zr、

Ge、M。等?？捎退芤杭胺撬芤弘婂冋哂秀~、

銀、鋅、鎘、錨、銹、鎰、鉆、銀等金屬。

電鍍的根本學問包括以下幾項：

溶液性質物質反響

電化學化學式

界面物理化學材料性質

2.4.1溶液(solution)

被溶解之物質稱之為溶質(solute),使溶質溶解之液體稱之溶劑(solute)。溶劑為水

之溶液稱之水溶液(aqueoussolution)o

表示溶質溶解于溶液中之量為濃度(concentration)。在肯定量溶劑中，溶質能溶

解之最大量值稱之溶解度(solubility)。

到達溶解度值之溶液稱之為飽和溶液(saturatedsolution),反之為非飽和溶液

(unsaturatedsolution)o溶液之濃度，在工廠及作業(yè)現(xiàn)場，

使用易了解及便利的重量百分率濃度(weightpercentage)o另外常用的莫耳濃度(molal

concentration)o

2.4.2物質反響(reactionofmatter)

在電鍍處理過程中，有物理變化及化學變化，例如研磨、枯燥等為物理反響，電解

過程有化學反響，我們必需充份了解在處里過程

中各種物理及化學反響及其相互間關系與影響。

2.4.3電鍍常用之化(chemicalformula。

見附錄一。

2.4.4電化學(electrochemistry)

電鍍是一種電沉積(electrodeposition)過程，利用電解體electrolysis)在電極

(electrode)沉積金屬,它是屬于電化學之應用的一支。電化學是爭辯

有關電能與化學能交互變化作用及轉換過程。

電解質(electrolyte)例子NaCI,也就是其溶液具有電解性質之溶液

(electrolyticsolution)它含有部份之離子(ions),經(jīng)由此等離子之移動(movement)

而能導電。帶陰電荷朝向陽極(anode)移動稱之為陰離子(anion),帶正電荷朝向陰極

(cathode)移動(migrate)者稱之為陰離子cations)o這些帶電荷之

粒子(particles)稱之為離子(ions)。放出電子產(chǎn)生氧化反響之電極稱之為陽極(anode)得到電

子產(chǎn)生還元化應之電極稱之為陰極(cathode)。整個反

應過程稱之為電解(electrolysis)。

2.4.4.1電極電位(electrodepotentials)

電位(electrodepotential)為在電解池(electrolytic)中之導電體,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

勢差，單獨電極電位不能測定需參考一些標準電極(standardelectrode)0

例如氫標準電極(hydrogenstandardelectrode)以其為基準電位為0

電極電位之大小可由Nernstequation表示之:

E=Eo+RT/nFInaMn+/aM

￡=電極電位

Eo=電極標準狀態(tài)電位(volt)

1^=氣體常數(shù)(8.3143J.K-iMOL-1)

T=確定零度(K)

n二原子價之轉變數(shù)(電子移轉之數(shù))

aMn+=金屬離子之活度(activity),假設極淡薄之溶液，其活度就等于金

離子之濃度(8ncentration)C。

一般則活度為濃度乘上活度系數(shù)，即a=r*0?

金屬電極之活度,假設為純金屬即為

法拉第常數(shù)

2.4.4.2標準電極電位(standardelectrodepotential)

標準電極電位(standardelectrodepotential)是指金屬電極之活度為1(純金屬汲

在金屬離子活度為1時之電極電位。

即E=Eo

E=Eo+RT/nFIn1/1

=Eo+O=Eo

氫之標準電位在任何溫度下都定為0,做為其它電極之參考電極

(REFERENCEELECTRODE),以氫標準電極為基準0,各種金屬之標準電位見表

排列在前頭之金屬如Li較易失去電子，易被氧化，易溶解,易腐蝕，稱之為濺金屬或金屬

(basicmetal)o相反如Au金屬不易失去電子.不易氧化.不易溶解.

簡潔被還元稱之為貴金屬(noblemetal)o

電極電位電極電位

Li+-3.045Co?Co+2-0.277

Rb?Rb+-2.93Ni?Ni+2-0.250

K?K+-2.924Sn?Sn+2-0.136

Ba?Ba+2-2.90Pb?Pb+2-0.126

Sr?Sr+2-2.90Fe?Fe+3-0.04

Ca?Ca+2-2.87P1/H2?H+0.000

Na?Na+-2.715Sb?Sb+3+0.15

Mg?Mg+2-2.37Bi?Bi+3+0.20

Al?Al+3-L67As?As+3+3

Mn?Mn+2-1.18Cu?Cu+2+0.34

Zn?Zn+2-0.762PVOH-?02+0.40

Cr?Cr+3-0.74Cu?Cu++0.52

Cr?Cr+2-0.56Hg?Hg2+2+0.789

Fe?Fe+2-0.441Ag?Ag++0.799

Cd?Cd+3-0.402Pd?Pd+2+0.987

In?In+3-0.34Au?Au+3+0.150

Tl?Th-0.336Au?Au++1.68

表2.4.4.2

2.4.4.3Nern電位學說

金屬含有該金屬離子之溶液相接觸，則在金屬與溶液界面,會產(chǎn)生電荷移動現(xiàn)象，此

等電荷之移動，仍是由于金屬與溶液的界面有電位勢之差異稱之為電位差所引起,此現(xiàn)象

Nernst講解如下：

設驅使金屬失去電子變?yōu)殛栯x子溶入溶液中之電離溶解液解壓(electrolatic

solutionpressure)為p而使溶液中的陽離子得到電子還元成金屬滲透壓(osmotic

pressure)為

p,則有三種狀況發(fā)生：

(1)P>P時，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電。

(2)P<P時，金屬陽離子得到電子被還元沉積于金屬電極外表上，

金屬電極本身供給電子,因此金屬電極帶正電

(3)P=P時，沒有產(chǎn)生任何變化

設金屬與溶液的界面所形成的電極電位為E,當1mole金屬溶入于

溶液中，則界面所通過的電量為nF,n為金屬陽離子之價數(shù)，即電子之

轉移數(shù),F為法拉第常數(shù)，此時所作功等于nFE,也等于下式：

nFE=?pPVdp=RT?pPdp/p=-RTInP/P

\E=RT/nFInP/P

即金屬陽離子之活度(activity)為aMn+活度系數(shù)為K,則P=

KaMn+于是

E=-RT/nFInp/KaMn+

=-RT/nFInP/K+RT/nFInaMn+

E在標準狀態(tài)時，即aMn+=i,稱為標準電極電位E，即

Eo=-RT/nFInP/K+RT/nFIn1

=-RT/nFInP/R

所以純金屬的電極電位用上列式子表示：

非純金屬電位則為：

E=E0+RT/NfInaMn+/aM

式中為aM為不純金屬之活度

2.4.4.4電極電位在熱力學的表示法

電極反響是由氧化反響及復原反響所組成.

例如Cu?Cu+++2e-復原狀態(tài)氧化狀態(tài)可用以下二式表示之：

。Cu(R)Cu+++2e-

o氧化反響

。Cu?Cu+++2e-

八復原反響

例1：氧電極反響之電位

1/2O2+H2O+2e-?2OH.

例2:氯化汞電極反響之電位

Hg2+2+2e-?2Hg

E=EO?RT/nFIn@Hg(s)/aHg2+2

例3:氫電極反響之電位

1/2H2(g)?H++e.

E=Eo-RT/FInaH+/aH2i/2(g)

2.4.4.5電極電位之意義

(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:？金屬與溶液間之水大于金屬陽

離子M+n與電子的結合力,則金屬會溶解失去電子形式

金屬陽離子與水結合成為M+n?xH2o,此時金屬電極獲得額外電子，故帶負電這類金屬電極稱之陰電性，如Mg.Zn.

及Fe等浸入酸..鹽類水溶液

時產(chǎn)生此種電極電位MtM/aa)+n+ne-?金屬與溶液的水親合力小于金屬離子M+n與電

子結合力時,金屬離子會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，溶液帶負電。

(2)金屬M與難溶性的鹽MX相接觸，同時MX又與陰離子之KX相接觸，即(MxMX,KX)

如化汞電極(Hg2cl2)o

(3)不溶性金屬，如Pt,與含有氧化或還元系離子的溶液相接觸，例如PtxFe++.FE++或Ptx

Cr+2,Cr+3等0

2.4.4.6界面電性二重層

在金屬與溶液的界面處帶電粒子與外表電荷形成的吸附層，偶極子的排列層以及

集中層等三層所組合的區(qū)域稱之為界面電性二重層。

2.4.4.7液間電位差(liquidjunctionpotential

又稱之為集中電位差(diffusionpotential),系由陰離子與陽離子之移動度不同而形

成之電位差，通常溶液之濃度差愈大，陰陽離子移動度差愈大，則液間電位差愈大。

2.4.4.8過電壓(overvoltage)

當電流通過時，由于電極的溶解、離子化、放電、及擴散等過程中有一些阻

礙，必需加額外的電壓來抑制，這些阻礙使電流通過，這種額外電壓消退阻礙者稱之

為過電壓。此種現(xiàn)象稱之為極化(polarization)。此時陰極、陽極實際電位與平衡電位之

差即為陰極過電壓、陽極過電壓。

過電壓可分以下四種：

1.活化能過電壓(activiationovervoltage)

任何反響，不管吸熱或放熱反響皆有最低能障需抑制，此能障稱為活化能，在電

解反響需要額外電壓來抑制活化能阻礙，此額外電壓之活化能過電壓，可用Tafel公式

表示:

=a+b

gactlogi

b為系數(shù)，i為電流，gact為活化能過電壓其電流i愈大gact愈大，電鍍中gact

占很小一部份，幾乎可以無視，除非電流密度很大。

氫過電壓(hydrogenovervoltage),在酸性水溶液中陰極反響產(chǎn)生出氣體，

此額外之電壓稱氫過電壓，即gH2=Ei-Eeq=Ei-Eeq式中

g中一氫過電壓

日=實際電壓

￡64=平衡電壓

在電鍍時由于氫過電壓的緣由使氫氣較少產(chǎn)生，而使很多金屬

可以在水溶液中電鍍。

例如鋅、銀、鋁、鐵、鎘、錫、鉛。

2.濃度過電壓(concentrationovervoltage)

當電流變大，電極外表四周反響物質的補充速度及反響生成物逸散之速度不夠

快，必需加上額外之電壓，以消退此阻礙，此額外電壓稱濃度過電壓。在電鍍時可增

加溫度即增加集中速率，增加濃度，攪拌或陰極移動可削減濃度過電壓，電流密度因

而提高，電鍍的速率也可增加。

3.溶液電阻過電壓(solutionresistanceovervoltage)

溶液的電阻產(chǎn)生舊電壓降，所以需要額外的電壓IR來抑制此電阻使電流通過，此

額外電壓IR稱之溶液電阻過電壓。在電鍍時可增加溶液導電度，提高溫度以削減此電阻

過電壓，有時此IR形成熱量太多會使鍍液溫度始終上升，造成鍍液蒸發(fā)損失需冷卻或補

充液。

4.電極鈍態(tài)膜過電壓(passivityovervoltage)

電解過程，在電極外表會形成一層鈍態(tài)膜，如A1的氧化物膜，錯離子形成之阻力

膜，此等膜具有電阻需要額外電壓加以抑制，此種額外電壓稱之為鈍態(tài)膜過電壓。

2.4.4.9分解電壓（decompositionpotential

電壓愈大，電流愈大，反響速率也愈大，其電壓與電流的關系如下圖。

E點之電壓稱之分解電壓，亦稱之實際分解電壓(praticalde8mpositionpotential),然而要

產(chǎn)生電流I所需之電壓為:

E「E（）+gTOTAL

g=g+2+g?+IR

&TOTAL&c&a&cone

E=Ec-Ea

o

式中：

E=平衡電動勢

o

Ec=陰極可逆電極電位

Ea=陽極可逆電極電位

g=陰極過電壓

c

g=陽極過電壓

a

=濃度過電壓

dgcone.

仁電流強度

R=電阻

例1:使用銅做陽極，硫酸銅溶液鍍銅，其欲產(chǎn)生電流I所需之電壓為：

E產(chǎn)E°+gc+ga+gconc.+lR

E產(chǎn)gc+ga+g^IR

因Ec=EaEa=0

例2:硫酸鋅鍍鋅使用鋅做陽極，攪拌良好，則產(chǎn)生電流I所需之電壓為

E產(chǎn)E0+ga+gc+gconc+IR

E產(chǎn)ga+gC+IR

因Ea=Ec?E0=0

又因攪拌良好？gc°nc=o

例3:鎮(zhèn)鹽水溶液使用銀做陽極，電極面積10cm2,以10-2Amp/c近進展鍍銀。

gc=0.445+0.065loglga=0.375+0.045logl,內電阻R=300Q,攪拌良好

所需之電壓為假設干？

解：

Ei=gc+ga+,R

=0.445+0.65log(0.01*10)+0.375+0.045log(0.01*10)+(0.01*10)*300=30.71volt

2.4.5界面物理化學

外表處理過程中，金屬會與水或液體接觸，例如水洗、酸浸、電鍍、涂裝、法瑯等。

要使金屬與液體作用，需金屬外表完全浸濕接觸，假設不能完全接觸，則外表處理

將不完全，無法到達外表處理的目的。所以金屬與液體接觸以接口物理化學性質對外

表處理有格外重要的意義。

2.4.5.1外表張力及界面張力

液體外表的分子在外表上方?jīng)]有引力，處于擔憂定狀態(tài)稱之自由外表，故具有

力，此力稱之為外表張力。液體之外表張力大小因液體的種類和溫度而異，溫度愈高

外表張力愈小，到沸點時因外表分子氣化自由外表消逝，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。

2.4.5.2界面活性劑

溶液中參加某種物質，能使其表回張力馬上減小，具有此種性質的物質稱之為界

面活性劑。外表處理過程如洗凈、脫脂、酸洗等界面活性劑被廣泛應用對外表處理之

光澤化、平滑化，均一化都有相當幫助。

2.4.6材料性質

外表處理工作人員必需對材料特性充份了解，外表處理的材料大多是金屬，所以

首先要知道各種金屬的一般性質。例如色澤、比重、比熱、溶點、降伏點、抗拉強度

、延展性、硬度、導電度等。

回名目

2.5電鍍根底

電鍍的根本構成元素及工場設備電鍍使用之電流

電鍍溶液金屬陽極與金屬陰極

陽極袋電鍍架

電鍍前的處理電鍍工場設備

電鍍把握條件及影響因素鍍浴凈化

鍍層要求工程鍍層缺陷

電鍍技藝金屬腐蝕

2.5.1電鍍的根本構成元素

外部電路，包含有溝通電源、整流器、導線、可變電阻、電流計、電壓計。

陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。

電鍍液(bathsolution)o

陽極(anode)。

鍍槽(platingtank)

加熱或是冷卻器(heatingorcollingcoil)。

2.5.1.1鍍槽構造，其典型鍍槽見圖：

2.5.1.2電鍍工場設備

一個電鍍工場必需配備以下各項設備：

@防酸之地板及水溝。

@糟及預備糟。

@攪拌器。

@整流器或發(fā)電機。

@導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具。

@安培表、伏特表、安培小時表、電阻表。

@泵、過濾器及橡皮管。

@電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備。

@操作用之上下架桌子。

@檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器。

@通風及排氣設備。

2.5.2電鍍使用之電流

在電鍍中，一般都僅使用直流電流。溝通電流因在反向電流時金屬沈積又再被

溶解所以溝通電流無法電沈積金屬。直流電源是用直流發(fā)電機或溝通電源經(jīng)整流器產(chǎn)

生。直流電流是電子向一個方向流通，所以可以電沈積金屬。但在有些特別狀況會使

用溝通電流或其它種特別電流，用來改善陽極溶解消退鈍態(tài)膜、鍍層光層、降低鍍層

內應力、鍍層分布、或是用于電解清洗等。

2.5.3電鍍溶液，又稱鍍浴(platingbath)

電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其它化學物之導電溶液，用來電沈積金屬。其主

要類別可分酸性、中性及咸性電鍍溶液。強酸鍍浴是pH值低于2的溶液，通常是金屬

鹽加酸之溶液，例如硫酸銅溶液。弱酸鍍浴是pH值在2?5.5之間鍍浴，例如銀鍍浴。

咸性鍍浴其pH值超過7之溶液，例如氧化物鍍浴、錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍

浴。

2.5.3.1鍍浴的成份及其功能

1.金屬鹽：供給金屬離子之來源如硫酸銅?？煞謫嘻}、鹽，及錯鹽。

例如：單鹽：CuSO4；NiSO4

復鹽：NiSO4；(NHJSO4

醋鹽：Na2Cu(CN)3

2.導電鹽：供給導電度，如硫酸鹽、氯鹽，可降低能量花費、鍍液熱蒸發(fā)損失，尤其是

滾桶電鍍更需優(yōu)良導電溶液。

3.陽極溶解助劑。陽極有時會形成鈍態(tài)膜，不易補充金屬離，則需加陽極溶解助劑。例如

鍍銀時加氯鹽。

4.緩沖劑，電鍍條件通常有肯定pH值范圍，防止pH值變動加緩沖劑，尤其是中性鍍

浴(pH5?8),pH值把握更為重要。

5.錯合劑，很多狀況，錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優(yōu)良，防止置換沈積，如鐵上鍍銅，則

需用錯合劑，或是合金電鍍用錯合劑使不同之合金屬電位拉近才能同時沈積得到合

金鍍層。

6.安定劑，鍍浴有些會因某些作用，產(chǎn)生金屬鹽沈淀，鍍浴壽命減短，為使鍍浴安定所加

之藥品稱之為安定劑。

7.鍍層性質改進添加劑，例如小孔防止劑、硬度調整劑、澤劑等轉變鍍層的物理化學特

性之添加劑。

8.

9.潤濕劑(wettingagent),一般為界面活性劑又稱去孔劑。

2.5.3.2鍍浴的預備

?@將所需的電鍍化學品放入在預備糟內與水溶解。

@去除雜質。

@用過濾器去除浮懸固體，倒入一個清潔電鍍槽內。

@鍍浴調整，如pH值、溫度、外表張力、光澤劑等。

@用低電流電解法去除雜質。

2.5.3.3鍍浴的維持

?@定期的或經(jīng)常的分析鍍浴成份，用化學分析法或

Hull試驗(Hullcelltest)o

@維持鍍浴在操作范圍成份，添加各種藥品。

@去除鍍浴可能被污染的來源。

@定期凈化鍍液，去除累積雜質。

@用低電流密度電解法間歇的或連續(xù)的減低無機物污染。

@間歇或連續(xù)的過濾鍍浴浮懸雜質。

@經(jīng)常檢查鍍件、查看缺點。

2.5.4金屬陽極

金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極，溶解性陽極用于電鍍上是為補充溶液中電鍍

所消耗的金屬離子，是用一種金屬或合金鑄成、

滾成、或沖制成不同外形裝入陽極籃(anodebasket)內。陽極電流密度必需適當，電流密度

太高會形成鈍態(tài)膜，因而使陽極溶解太慢或停

止溶解，形成不溶解陽極，產(chǎn)生氧氣，消耗鍍液金屬離子而必需補充金屬鹽。為了減小陽極

電流密度，可多放些陽極，或用波形陽極

增加面積，或降低電壓。在酸性鍍浴可以用增加攪拌、增高鍍浴溫度、增加氯離子濃度、

降低pH來提高陽極容許電流密度。

而堿性鍍浴可用增加攪拌、增加自由氧化物(freecyanide)的濃度，上升鍍浴溫度

或上升pH值，也可將某種物質參加陽極內以削減因

高電流密度的陽極鈍態(tài)形成。電鍍使用不溶解陽極用來做傳導電流，鍍浴金屬離子需用金

屬鹽來補充，如金鍍浴中用不溶解之不銹鋼作

為陽極，以金氧化鉀來補充。在鍍輅中用不溶解之鉛陽極，以輅酸補充輅離子。不溶解陽

極有二個條件，一是良好的導電體，二是不受

鍍液之化學作用污染鍍浴及不受侵蝕。不溶性陽極可用在把握金屬離子過度積集在鍍糟

內，在貴金屬電鍍，如黃金電鍍，用不銹鋼做陽

極，可以代替金陽極，以減低投資本錢或避開偷竊的困擾。不溶解陽極將引起強力的氧

化，形成腐蝕問題及氧化鍍槽內物質，所以不能

使用有機物添加劑。槽內之金屬離子必需靠金屬鹽來補充。

2.5.5陽極袋(anodebag)

陽極袋是一種有多細孔薄膜袋子，用來收集陽極不溶解金屬與雜質陽極泥，以防止污染

鍍浴，阻擋粗糙鍍層發(fā)生。陽極袋是用編織布

縫成陽極外形寬大適中，長度要比陽極稍長，材料需扎得緊，足夠收集陽極泥，不阻礙鍍

浴流通，將陽極袋包住陽極并縛在陽極掛鉤上。

在放進電電鍍浴之前，陽極袋要用熱水含潤濕劑中洗去漿水及其它污物，然后再用水清洗，

并浸泡與鍍浴一樣之pH的水溶液中，使用前需

再清洗。酸性鍍浴的陽極袋可用棉織物，也可使用人造纖維。在高溫操作咸性鍍浴可用乙

稀隆材料陽極袋。

2.5.6金屬陰極

金屬陰極是鍍浴中的負電極，金屬離子還元成金屬形成鍍層及其它的還元反響，如

氫氣之形成于金屬陰極上。預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。

2.5.7電鍍之前處理

電鍍前之處理，稱之前處理(pretreatment),包括以下過程：

1.洗凈：去除金屬外表之油質、脂肪、研磨劑，及污泥?？捎脟娚湎磧簟⑷軇┫磧?、浸

沒洗凈或電解洗凈。

2.清洗：用冷或熱水洗凈過程之殘留洗凈劑或污物。

3.酸浸：去除銹垢或其它氧化物膜，要留意防止基材被腐蝕或產(chǎn)生氫脆?？杉右种苿┮员?/p>

開過度酸浸。酸浸完后要充份清洗。

4.活化：促進鍍層附著性，可用各種酸溶液使金屬外表活化。

5..漂清：電鍍前馬上去除酸膜，然后電鍍。

2.5.8電鍍掛架(rack)

電鍍掛架是用在吊掛鍍件及導引電流之掛架，其主要部份有:

1.鉤，使電流接觸導電棒。2.脊骨，支持鍍件并傳導電流。3.舌尖，使電流接觸鍍件。4.

掛架涂層，絕緣架框部份，限制及導引電流通向鍍件。

電鍍掛架需有足夠的強度、尺寸、及導電性能通過的電流量足以維持電鍍操作。其打算尺

寸的條件有1.鍍件重量，2.電鍍的面積，3.每個掛架

之鍍件數(shù)，4.鍍槽的尺寸，5.電鍍操作所需之最大電流，鍍架上之附屬設備如絕緣罩或關

心電極，7.鍍件及掛架最大重量。電鍍掛架根本型式

有1.直脊骨型，是以垂直中心支持，用舌尖夾持鍍件，適小鍍件可用手來操作。2.混合脊

骨型，經(jīng)常用在自動電鍍上，是用方型框架聯(lián)合平行

及垂直骨架所構成夾持小鍍件。3.箱型，這種掛架可以處理很多鍍件，需配備有自動輸送

機、起重機、吊車等設備。4.T型，系垂直中心支持，

聯(lián)結很多垂直的穿插棒，此種適合手動及自動操作。選擇電鍍掛架的打算因素有1.電流量，2.

強度，3.荷重限制，4.鍍件位置安排，5.空間限制，

6.制造難易，7.維持費用及本錢。電鍍掛架之電流總量為全部鍍件的有效面積乘于操作過

程中之最大電流密度，有效面積系指要被電鍍部份的

面積。鍍件應在不重要的部份如反面、孔洞、幽蔽處聯(lián)接電流。掛架之鍍件數(shù)目應依據(jù)設

計的重量限制、鍍槽尺寸、良好電流分布空間、直流

電源之電量等打算。一般人力操作之鍍架安全限制重量是251b。由尺寸、外形、移動距離

可有所變動。舌尖必需具備足夠的硬度、導電度、不

發(fā)生燒焦、孤光、過熱等現(xiàn)象。鍍件重量能維持地心引力良好的接觸，否則用彈簧聯(lián)接。

要能夠簡潔快速上下架，并確保電流接觸。銅是最廣

泛應用的掛架材料，因有好的導電性，簡潔成型，有適當強度。鋼與銅導電性比銅差，但

較廉價。鋁掛架用在鋁陽極處理(anod⑵ng),其優(yōu)點是

輕。銀鍍架耐腐蝕，可做補助電極。磷銅因它具有良好導電性，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強材料制成如

硬的拉銅。電鍍架同時附帶有補助陽極加強供給電流稱之為雙極鍍架。除了補助陽極外，

還有補助陰極，漏電裝置、絕緣罩等附加在電鍍掛架

上以調整電流密度或引導電流進入低電流之隱蔽

區(qū)域。電鍍掛架在某些地方加以涂層絕緣，其目的有以下幾項：

1.削減電鍍金屬之鋪張。

2.限制電流進入要被電鍍之區(qū)域，削減電能損失。

3.削減鍍浴污染。

4.改進金屬披覆分布。

5.削減電鍍時間。

6.延長鍍架壽命，防止鍍糟腐蝕。

鍍架有以下涂層材料可應用：

1.壓力膠帶，簡潔使用，易松脫損壞，適合短時應用或臨時使用。

2.乙稀塑料，良好黏性，可用于酸咸各種鍍液。尼奧普林，直接浸泡不需打底、熱烘干、

黏性好可用

3.任何鍍浴，尤其適合使用于將電鍍。

4.空氣枯燥塑料，不用涂底、浸泡或擦刷后空氣枯燥、黏性優(yōu)良，適宜各種電鍍浴。

5.橡皮，除輅電鍍外其它鍍浴均可使用。

6.蠟，不能使用于強咸及熱鍍浴。

電鍍操作過程鍍架使用留意事項：

1.鍍件需定位，與陽極保持一樣距離，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，要使氣泡簡潔逸出，稍傾斜放置鍍件。

3.空間安排，避開鍍件相互遮擋。

4.結實接觸，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、角等處必需適當應用絕緣罩或漏電裝置。

6.使用陽極關心裝置或雙極鍍架，應留神調整以確保適當電流分布。

7.鍍架應經(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

作中隨時留意漏電，鍍浴帶出損失及帶入污染等現(xiàn)象。

2.5.9電鍍把握條件及影響因素

1.鍍液的組成。12.掩蓋性。

2.電流密度。13.導電度。

3.鍍液溫度。14.電流效率。

4.攪拌。15.氫過電壓。

5.電流波形。16.電流分布。

6.均一性。17.金屬電位。

7.陽極外形成份。18.電極材質及外表狀況。

8.過濾。19.浴電壓。

9.pH值。

10.時間。

1.u.極化。

2.鍍液的組成：對鍍層構造影響最大，例如氧化物鍍浴或復鹽鍍浴的鍍層，要比酸性單鹽

的鍍層細致。其它如光澤劑等添加劑都影響很大。

3.電流密度：電流密度提高某一限度時，氫氣會大量析出，電流效率低，產(chǎn)生陰極極化作

用，樹枝狀結晶將會形成。

4.鍍浴溫度：溫度上升，極化作用下降，使鍍層結晶粗大，可提高電流密度來抵消。

5.攪拌：可防足氫氣停滯件外表形成針孔，一般攪拌可得到較細致鍍層，但鍍浴需過濾清

潔，否則雜質因攪拌而染鍍件外表產(chǎn)生結瘤或麻點等缺點。

6.電流型式：應用交通電流，周期反向電流(PR)電流、脈沖電流等特別電流可改進陽極

溶解，移去極化作用的鈍態(tài)膜，增加鍍層光澤度、平滑度、降低鍍層應力、或提高鍍

層均一性。

7.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：

1.幾何外形，主要是指鍍槽、陽極、鍍件的外形。分布位置空間、陰陽極的距離、尖端

放電、邊緣效應等因素。

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均一性。

4.鍍浴導電性，導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。

所以要得到均勻鍍層的方法有：

1.良好的鍍浴成份，改進配方有。

2.合理操作，外表活生化均勻。

3.合理鍍裝掛，以得到最正確電流均勻分布，防止析出氣體累積于盲孔或低洼局部。

4.調整陰陽極間之距離及高度。

5.應用陽極外形善電流分布。

6.加設關心電極、輸電裝置、絕緣屏障等改進電流分布。

7.應用沖擊電流、在電鍍前用較大電流進展短時間電鍍。

8.陰陽極外形、成份及外表狀況影響很大，如鑄鐵和高硅鋼的材料氫過電小，電鍍時大量

氫氣析出，造成掩蓋性差、起泡、脫皮等缺陷，不銹鋼材料，鋁、鎂及合金類易氧

化的材料，不易得附差性良好鍍層。外表狀況如有油污、銹皮等鍍層不行能附著良好，外

表粗糙也難得到光澤鍍層。陽極與陰極外形也會影響鍍層。

9.過濾，如陽極泥、沈硝等雜質會影響鍍層如麻點、結瘤、粗糙的外表，也會降低鍍層

之防蝕力量，所以必需經(jīng)常過慮或連續(xù)性過慮固體粒子。

10.pH值會影響鍍浴性質，如氫氣的析出、電流效率、鍍層硬度及內應力，添加劑的吸

取，錯合離子的濃度都有相當?shù)挠绊憽?/p>

11.時間為把握鍍層厚度的主要因素，電流效率高，電流密度大所需電鍍時間就少。

12.極化(polarization)電鍍時電極電位發(fā)生變化產(chǎn)生一逆電動勢，阻礙電流叫做極化作

用，抑制極化作用的逆電動勢所需增加電壓稱之過電壓。

極化作用對電鍍的影響：

1.有利于鍍層細致化。

2.有利于改進均勻性，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，會產(chǎn)生起泡、脫皮現(xiàn)象。

4.不利陽極溶解，消耗電力、浴溫增高、鍍浴擔憂定。

影響極化作用的因素有：

1.電鍍浴組成，如氟化物鍍浴之極化作用大，低濃度之鍍浴極化作用較大。

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。

5.掩蓋性是指在低電流密度下仍能鍍上之力量，好的掩蓋性，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掩蓋性，而掩蓋性不好的則均一性

肯定也不好。

6.導電度，提高鍍浴導電度有利于均一性，鍍液的電流系由帶電離子輸送，金屬導體是由

自由電子輸送電流，二者方式不一樣，電解液的導電性比金屬導體差，其影響因素有：

7.電解質的電離度、離子之活度，電離度愈大其導電性愈好，強酸強咸電離度都大；

所以導電性好，簡潔離子如鹽梭根離子較簡單離子如磷酸根離子活度大，所以導電性較

佳。

8.電解液濃度，電解質濃度低于電離度時，濃度增加可提高導電度，如濃度已大于電離度

時，濃度增加反而導電性會降低。例如硫酸之水溶液在15?30%時導電度最高。

9.溫度，金屬的導電度與溫度成反比，但是電解液的導電度與溫度成正比，因溫度上升了

離子的活度使導電性變好，同時溫度也可提高電離度，因可提高導電度，所以電鍍時常

提高溫度來增加鍍浴的導電度以增高電流效率。

10.電流效率，電鍍時實際溶解或析出的重量與理論上應浴解或析出的重量的百分比數(shù)為電

流效率?？煞譃殛枠O電流效率及陰極電流效率。電流密度太高，陽極產(chǎn)生極化，使陽極

電流效率降低。假設陰極電流密度太大也會產(chǎn)出氫氣減低電流效率。氫過電壓，電鍍金

屬中，鋅、銀、輅、鐵、鎘、錫、鉛的電位都比氫的電位要負，因此在電鍍時,

氫氣會優(yōu)先析出而無法電鍍出這些金屬，但由于氫過電壓很大，所以才能電鍍這些金

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)生也會造成氫脆的危害，同時電流效率也較差，氫

氣也會形成針孔，所以氫氣的析出對電鍍都是不利的，應設法提高氫過電壓。

11.電流分布，為了提高均一性，電流分布將設法改善。如用相像陰極外形的陽極，管子的

中間插入陽極，將陽極伸入電流不易到達的地方，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

裝置避開鍍得太厚鋪張或燒焦鍍層缺陷。

12.金屬電位；通常電位越負則化學活性愈大，電位負的金屬可把電位正的金屬置換析出，如

鐵、鋅可以把銅從硫酸銅液液析出置換出來產(chǎn)生沒有附差性的沈積層。在電鍍浴中假設

同時有幾種金屬離子，則電位正的金屬離子先被還元析出。相反地電位負的金屬先溶解。

電極材質及外表狀況對氫過電壓影響很大，光滑外表的過電壓較大，不同材質有不同氫

過電壓，金屬鉗的氫過電壓最小。

13.浴電壓，依鍍浴組成，極面積及外形、極距、攪拌、溫度、電流濃度等而不同。一般

在9?12V,有高到15VO

2.5.10鍍浴凈化

由于雜質污染，操作過久雜質累積，故必需經(jīng)常凈化鍍浴，

其主要的方法有：

1.利用過濾材去除固體雜質。

2.應用活性炭去除有機物。

3.用弱電解方法去除金屬雜質。

4.可用置換、沈淀、pH調整等化學方法去除特別雜質。

2.5.11鍍層要求工程

依電鍍的目的鍍層必需具備某些特定的性質，鍍層的根本

要求有以下幾項：

1.密著性(adhesion),系指鍍層與基材之間結合力，密著性不佳則鍍層會

有脫離現(xiàn)象，其緣由有：

(1)外表前處理不良，有油污、鍍層無法與基材結合。

(2)底材外表結晶構造不良。

(3)底材外表產(chǎn)生置換反響如銅在鋅或鐵外表析出。

2.致密性(cohesion),系指鍍層金屬本身間之結合力，晶粒細小，

無雜質則有很好的致密性。其影響的因素有：(1)鍍浴成份，

2.電流密度，(3)雜質，一般低濃度浴，低電流密度可得到

晶粒細而致密。

3.連續(xù)性(continuity),系指鍍層有否孔隙(pore),對美觀及腐蝕

影響很大。雖鍍層均厚可削減孔隙，但不經(jīng)濟，鍍層要連續(xù)

,孔率要小。

4.均一性(uniformity),是指電鍍浴能使鍍件外表沈積均勻厚度的

鍍層之力量。好的均一性可在凹處難鍍到地方亦能鍍上，對美

觀、耐腐蝕性很重要。試驗鍍浴之均一性有Haring電解槽試驗

法、陰極彎曲試驗法、Hull槽試驗法。

5.美觀性(appearence),鍍件要具有美感，必需無斑點，氣脹缺陷

,外表需保持光澤、光滑?？蓱貌僮鳁l件或光澤劑改進光澤度

及粗糙度，也有由后處理之磨光加工到達鍍件物品之美觀提高產(chǎn)

品附加價值。

6.應力(stress),鍍層形成過程會殘留應力，會引起鍍層裂開或剝離

,應力形成的緣由有：

(1)晶體生長不正常，(2)雜質混入，(3)前處理使基材外表變質妨

磚結晶生長。

7.物理、化學機械特性如硬度、延性、強度、導電性、傳熱性、

反射性、耐腐蝕性、顏色等。

2.5.12鍍層缺陷

鍍層的缺陷主要有：

（1）密著性不好，（2）光澤和平滑性不佳，（3）均一性不良，（4）變色，（5）斑點，（6）粗糙，（7）

小孔。

缺陷產(chǎn)生的豫由有：

（1）材質不良，（2）電鍍治理不好，（3）電鍍工程不完全，（4）電鍍過程之水洗、枯燥不良，（5）

前處理不完善。

2.5.13電鍍技藝

電鍍技藝，必需具備化學、物理、電化、電機、機械的相關技能，要能了解材料性質，表

面性質與狀況，生疏電鍍操作標準，對日常

作業(yè)發(fā)生的現(xiàn)象及對策詳加整理牢記在心，以便快速正確地做特別處理。尋常要留意電鍍

工場治理規(guī)章，尤其前后處理工程的每一步

驟都不能疏忽，否則前功盡棄。

2.5.14金屬腐蝕

金屬腐蝕，是由于化學及電化學作用的結果，可分為化學腐蝕與電化學腐蝕，按腐蝕還境

可分為高溫氣體腐蝕、土壤腐蝕等。又依腐蝕

破壞情形可分為全面腐蝕及局部腐蝕。局部腐蝕又可分為斑狀腐蝕、陷壞腐蝕、晶間腐蝕、穿

晶腐蝕、外表下腐蝕、和選擇性腐蝕，如

黃銅脆鋅。影響腐蝕的因素有：（1）金屬的本性，（2）溫度，（3）腐蝕介質。防止金屬腐蝕的

方法有：（1）正確選用材料，（2）合理設計金屬構造，

（3）耐蝕合金，（4）臨時油封包裝，（5）去除腐蝕介質，（6）電化保護，（7）覆層保護。

2.6電鍍有關之計算

電鍍有關之計算，茲用一些范例或公式表示之：

1.溫度之換算：

0C=5/9*（0F-32）

0F=1.80C+32

0K=0C+273

2.密度：

D=M/VM=質量，V=體積

⑶比重：

5?=物質密度/水在4oC時密度

4.波美（baume"）

Be'=145-145/比重

比重=145/145-Be'

例20%H2sO4的溶液，在20c時其Be”值為17,求比重多少？

比重二145/145-17=145/128=1.13

(5)合成物之水分比

例NiSCU,7H2。中含水多少？

解NiSCU,7H2O=280.87

7H2O=126

H2O%=126/280.87*100%=44.9%

(6)比率

例將鍍槽有400加侖的溶液含500磅鋁酸，問同樣的濃度

100加侖鍍槽需含多少倍酸？

400/500=100/X

x=125

???需1251b倍酸

(7)溶液的重量換成容積

例96%的H2SO4,比重1.854求制配1公升標準硫酸溶液

需多少ml96%H2SO4?

一公升之標準酸液之硫酸銅重量=98/2=49克

49克/((1.8354克)/(ml*0.96))=27.82ml

，需要27.82ml之96%H2SO4

(8)中和

例1用14.4ml的1N的HC1溶液中和310ml的NaOH溶液，

求NaOH溶液之當量濃度

解14.4mlxlN=10mlxxN

x=1.44

???比N.OH之當量濃度為1.44N

例21.1738N的HC1溶液來中和10mlZl.1034NNaOH溶液,

求需HC1溶液多少ml?

解xmix1.1788N=10mlx1.1034N

x=9.4

???需9.4ml之1.1738NHC1溶液

(9)法拉第定律(Faraday”sLaw)

例1計算以5安培電流經(jīng)過5小時，銅沈積重量，其

電流放率為100%

沉積重量=(原子量/(原子價*96500))*(電流*時間*電流效應)

W=(A/(n*96500))*(l*T*CE)

=(63.54/(2*96500))*(5*5*60*60*100%)=31.8(g)

，可沉積31.8g的銅

例2要在10分鐘鍍2.5g的銀在NiSO鍍浴需多大電流?

電流效率100%。

l=((n*96500)/(A))*((W)/(t*CE))

=((2*96500)/(58.69))*((2.5)/(10*60*100%))=13.7

；?需電流13.7安培

例3鍍件的外表積為1000cm2,在硫酸銅鍍液中通過15

安培電流，電流效率