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文檔簡介

/5.2電解及電鍍電解electrolysis定義:在電解槽中,直流電通過電極和電解質(zhì),在兩者接觸的界面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),以制備所需產(chǎn)品的過程。電解(Electrolysis)是將電流通過電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)物質(zhì),(又稱電解液),在陰極和陽極上引起氧化還原反應(yīng)的過程,電化學(xué)電池在外加電壓時可發(fā)生電解過程。電解概念電流通過物質(zhì)而引起化學(xué)變化的過程。化學(xué)變化是物質(zhì)失去或獲得電子(氧化或還原)的過程。電解過程是在電解池中進行的。電解池是由分別浸沒在含有正、負離子的溶液中的陰、陽兩個電極構(gòu)成。電流流進負電極(陰極),溶液中帶正電荷的正離子遷移到陰極,并及電子結(jié)合,變成中性的元素或分子;帶負電荷的負離子遷移到另一電極(陽極),給出電子,變成中性元素或分子。簡介將直流電通過電解質(zhì)溶液或熔體,使電解質(zhì)在電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng),以制備所需產(chǎn)品的反應(yīng)過程。電解過程必須具備電解質(zhì)、電解槽、直流電供給系統(tǒng)、分析控制系統(tǒng)和對產(chǎn)品的分離回電解收裝置。電解過程應(yīng)當盡可能采用較低成本的原料,提高反應(yīng)的選擇性,減少副產(chǎn)物的生成,縮短生產(chǎn)工序,便于產(chǎn)品的回收和凈化。電解過程已廣泛用于有色金屬冶煉、氯堿和無機鹽生產(chǎn)以及有機化學(xué)工業(yè)。1807年,英國科學(xué)家H.戴維將熔融苛性堿進行電解制取鉀、鈉,從而為獲得高純度物質(zhì)開拓了新的領(lǐng)域。1833年,英國物理學(xué)家M.法拉第提出了電化學(xué)當量定律(即法拉第第一、第二定律)。1886年美國工業(yè)化學(xué)家C.M.霍爾電解制鋁成功。1890年,第一個電解氯化鉀制取氯氣的工廠在德國投產(chǎn)。1893年,開始使用隔膜電解法,用食鹽溶液制燒堿。1897年,水銀電解法制燒堿實現(xiàn)工業(yè)化。至此,電解法成為化學(xué)工業(yè)和冶金工業(yè)中的一種重要生產(chǎn)方法。1937年,阿特拉斯化學(xué)工業(yè)公司實現(xiàn)了用電解法由葡萄糖生產(chǎn)山梨醇及甘露糖醇的工業(yè)化,這是第一個大規(guī)模用電解法生產(chǎn)有機化學(xué)品的過程。1969年又開發(fā)了由丙烯腈電解二聚生產(chǎn)己二腈的工藝。電解原理介紹電解原理電解質(zhì)中的離子常處于無秩序的運動中,通直流電后,離子作定向運動(圖1)。陽離子向陰極移動,在陰極得到電子,被還原;陰離子向陽極移動,在陽極失去電子,被氧化。在水電解過程中,OH在陽極失去電子,被氧化成氧氣放出;H在陰極得到電子,被還原成氫氣放出。所得到的氧氣和氫氣,即為水電解過程的產(chǎn)品。電解時,在電極上析出的產(chǎn)物及電解質(zhì)溶液之間形成電池,其電動勢在數(shù)值上等于電解質(zhì)的理論電解電壓。此理論電解電壓可由能斯特方程計算:電解原理式中E0為標準電極電位(R為氣體常數(shù),等于8.314J/(K·mol);T為溫度(K);n為電極反應(yīng)中得失電子數(shù);F為法拉第常數(shù),等于96500C/mol;α1、α2分別為還原態(tài)和氧化態(tài)物質(zhì)的活度。整個電解過程的理論電解電壓為兩個電極理論電解電壓之差。在水溶液電解時,究竟是電解質(zhì)電離的正負離子還是水電離的H和OH離子在電極上放電,需視在該電解條件下的實際電解電壓的高低而定。實際電解電壓為理論電解電壓及超電壓之和。影響超電壓的因素很多,有電極材料和電極間距、電解液溫度、濃度、pH等。例如:在氯堿生產(chǎn)過程中,濃的食鹽水溶液用碳電極電解時,陰極上放出氫氣,同時產(chǎn)生氫氧化鈉,陽極放出氯氣;稀的食鹽水溶液電解時,陰極放出氫氣,同時產(chǎn)生氫氧化鈉,陽極放出氧氣,同時產(chǎn)生鹽酸。電解原理分析(以cucl2為例)CuCl2是強電解質(zhì)且易溶于水,在水溶液中電離生成Cu2+和Cl-。CuCl2=Cu2++2Cl-電解通電前,Cu2+和Cl-在水里自由地移動著;通電后,這些自由移動著的離子,在電場作用下,改作定向移動。溶液中帶正電的Cu2+向陰極移動,帶負電的氯離子向陽極移動。在陰極,銅離子獲得電子而還原成銅原子覆蓋在陰極上;在陽極,氯離子失去電子而被氧化成氯原子,并兩兩結(jié)合成氯分子,從陽極放出。陰極:Cu2++2e-=Cu陽極:2Cl--2e-=Cl2↑電解CuCl2溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式:CuCl2=Cu+Cl2↑(電解)電解質(zhì)概念英文:Electrolyte電解質(zhì)是指在水溶液中或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔?。例如酸、堿和鹽等。凡在上述情況下不能導(dǎo)電的化合物叫非電解質(zhì),例如蔗糖、酒精等。(單質(zhì),混合物不管在水溶液中或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ娂胺瘢疾皇请娊赓|(zhì)。)電解質(zhì)水溶液電解反應(yīng)的綜合分析在上面敘述氯化銅電解的過程中,沒有提到溶液里的H+和OH-,其實H+和OH-雖少,但的確是存在的,只是他們沒有參加電極反應(yīng)。也就是說在氯化銅溶液中,除Cu2+和Cl-外,還有H+和OH-,電解時,移向陰極的離子有Cu2+和H+,因為在這樣的實驗條件下Cu2+比H+容易得到電子,所以Cu2+在陰極上得到電子析出金屬銅。移向陽極的離子有OH-和Cl-,因為在這樣的實驗條件下,Cl-比OH-更容易失去電子,所以Cl-在陽極上失去電子,生成氯氣。說明①陽離子得到電子或陰離子失去電子而使離子所帶電荷數(shù)目降低的過程又叫做放電。②用石墨、金、鉑等還原性很弱的材料制做的電極叫做惰性電極,理由是它們在一般的通電條件下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。用鐵、鋅、銅、銀等還原性較強的材料制做的電極又叫做活性電極,它們做電解池的陽極時,先于其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。③在一般的電解條件下,水溶液中含有多種陽離子時,它們在陰極上放電的先后順序是:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+;水溶液中含有多種陰離子時,它們的惰性陽極上放電的先后順序是:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根n->F-。分析惰性電極電解反應(yīng)的一般方法步驟:①分析電解質(zhì)水溶液的組成,找全離子并分為陰、陽兩組;②分別對陰、陽離子排出放電順序,寫出兩極上的電極反應(yīng)式;③合并兩個電極反應(yīng)式得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。類型電解方式按電解質(zhì)狀態(tài)可分為水溶液電解和熔融鹽電解兩大類。水溶液電解:主要有電解水制取氫氣和氧氣;電解氯化鈉(鉀)水溶液制氫氧化鈉(鉀)和氯氣、氫氣;電解氧化法制各種氧化劑,如過氧化氫、氯酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鹽、過硫酸鹽等;電解還原法如丙烯腈電解制己二腈;濕法電解制金屬如鋅、鎘、鉻、錳、鎳、鈷等;濕法電解精制金屬如銅、銀、金、鉑等。電解此外,電鍍、電拋光、陽極氧化等都是通過水溶液電解來實現(xiàn)的。②、熔融鹽電解:主要包括:金屬冶煉,如鋁、鎂、鈣、鈉、鉀、鋰、鈹?shù)?金屬精制,如鋁、釷等;此外,還有將熔融氟化鈉電解制取元素氟等。電解所用主體設(shè)備電解槽的形式,可分為隔膜電解槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均向膜(石棉絨)、離子膜及固體電解質(zhì)膜(如β-Al2O3)等形式;無隔膜電解槽又分為水銀電解槽和氧化電解槽等。電極上發(fā)生的過程,可分簡單電子傳遞、氣體釋放、金屬腐蝕、金屬析出、氧化物生成和有機物二聚等類型用途電解廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)中,如從礦石或化合物提取金屬(電解冶金)或提純金屬(電解提純),以及從溶液中沉積出金屬(電鍍)。金屬鈉和氯氣是由電解溶融氯化鈉生成的;電解氯化鈉的水溶液則產(chǎn)生氫氧化鈉和氯氣。電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。水的電解就是在外電場作用下將水分解為H2(g)和O2(g)。電解是一種非常強有力的促進氧化還原反應(yīng)的手段,許多很難進行的氧化還原反應(yīng),都可以通過電解來實現(xiàn)。例如:可將熔融的氟化物在陽極上氧化成單質(zhì)氟,熔融的鋰鹽在陰極上還原成金屬鋰。電解工業(yè)在國民經(jīng)濟中具有重要作用,許多有色金屬(如鈉、鉀、鎂、鋁等)和稀有金屬(如鋯、鉿等)的冶煉及金屬(如銅、鋅、鉛等)的精煉,基本化工產(chǎn)品(如氫、氧、燒堿、氯酸鉀、過氧化氫、乙二腈等)的制備,還有電鍍、電拋光、陽極氧化等,都是通過電解實現(xiàn)的。電解質(zhì)在水溶液里或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物叫電解質(zhì)?;衔飳?dǎo)電的前提:其內(nèi)部存在著自由移動的陰陽離子。離子化合物在水溶液中或熔化狀態(tài)下能導(dǎo)電;共價化合物:某些也能在水溶液中導(dǎo)電(如HCl,其它為非電解質(zhì))強電解質(zhì)一般有:強酸強堿,大多數(shù)鹽,活潑金屬的氧化物、氫化物;弱電解質(zhì)一般有:(水中只能部分電離的化合物)弱酸(可逆電離,分步電離<多元弱酸>,弱堿(如NH3·H2O)。另外,水是極弱電解質(zhì)。導(dǎo)電的性質(zhì)及溶解度無關(guān)注:能導(dǎo)電的不一定是電解質(zhì)判斷某化合物是否是電解質(zhì),不能只憑它在水溶液中導(dǎo)電及否,還需要進一步考察其晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的性質(zhì)等因素。例如,判斷硫酸鋇、碳酸鈣和氫氧化鐵是否為電解質(zhì)。硫酸鋇難溶于水(20℃時在水中的溶解度為2.4×10-4g),溶液中離子濃度很小,其水溶液不導(dǎo)電,似乎為非電解質(zhì)。但溶于水的那小部分硫酸鋇卻幾乎完全電離(20℃時硫酸鋇飽和溶液的電離度為97.5%)。因此,硫酸鋇是電解質(zhì)。碳酸鈣和硫酸鋇具有相類似的情況,也是電解質(zhì)。從結(jié)構(gòu)看,對其他難溶鹽,只要是離子型化合物或強極性共價型化合物,盡管難溶,也是電解質(zhì)。氫氧化鐵的情況則比較復(fù)雜,F(xiàn)e3+及OH-之間的化學(xué)鍵帶有共價性質(zhì),它的溶解度比硫酸鋇還要小(20℃時在水中的溶解度為9.8×10-5g);而落于水的部分,其中少部分又有可能形成膠體,其余亦能電離成離子。但氫氧化鐵也是電解質(zhì)。判斷氧化物是否為電解質(zhì),也要作具體分析。非金屬氧化物,如SO2、SO3、P2O5、CO2等,它們是共價型化合物,液態(tài)時不導(dǎo)電,所以不是電解質(zhì)。有些氧化物在水溶液中即便能導(dǎo)電,但也不是電解質(zhì)。因為這些氧化物及水反應(yīng)生成了新的能導(dǎo)電的物質(zhì),溶液中導(dǎo)電的不是原氧化物,如SO2本身不能電離,而它和水反應(yīng),生成亞硫酸,亞硫酸為電解質(zhì)。金屬氧化物,如Na2O,MgO,CaO,Al2O3等是離子化合物,它們在熔化狀態(tài)下能夠?qū)щ?,因此是電解質(zhì)。需要注意的是,氯化鋁(AlCl3)是電解質(zhì),但是是共價化合物而不是離子化合物。可見,電解質(zhì)包括離子型或強極性共價型化合物;非電解質(zhì)包括弱極性或非極性共價型化合物。電解質(zhì)水溶液能夠?qū)щ?,是因電解質(zhì)可以離解成離子。至于物質(zhì)在水中能否電離,是由其結(jié)構(gòu)決定的。因此,由物質(zhì)結(jié)構(gòu)識別電解質(zhì)及非電解質(zhì)是問題的本質(zhì)。另外,有些能導(dǎo)電的物質(zhì),如銅、鋁等不是電解質(zhì)。因它們并不是能導(dǎo)電的化合物,而是單質(zhì),不符合電解質(zhì)的定義。電解質(zhì)是指在水溶液中或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔?,例如酸、堿和鹽等。凡在上述情況下不能導(dǎo)電的化合物叫非電解質(zhì),例如蔗糖、酒精等。電解生成物規(guī)律十六字要訣:陰得陽失:電解時,陰極得電子,發(fā)生還原反應(yīng),陽極失電子,發(fā)生氧化反應(yīng);陰精陽粗:精煉銅過程中,陰極使用精銅,陽極使用粗銅,最后陽極逐漸溶解,且產(chǎn)生陽極泥;陰堿陽酸:在電解反應(yīng)之后,不活潑金屬的含氧酸鹽會在陽極處生成酸,而活潑金屬的無氧酸鹽會在陰極處生成堿;陰固陽氣:電解反應(yīng)之后,陰極產(chǎn)生固體及還原性氣體,而陽極則生成氧化性強的氣體。影響因素判斷電解過程優(yōu)劣的主要標準是單位產(chǎn)品電耗,其高低取決于電解過程的電流效率和電壓效率。電流效率單位產(chǎn)品的理論耗電量及實際耗電量之比。理論耗電量可用法拉第定律計算:電解此式表明,電解時析出的物質(zhì)量q及析出物質(zhì)的原子量m、電流強度I及電解時間t成正比,而及電解過程中得失電子數(shù)n及法拉第常數(shù)F成反比。在正常情況下電流效率比較高。電壓效率電解時電解質(zhì)的理論電解電壓及實際電解電壓之比。后者即是電解槽的槽電壓。槽電壓是理論電解電壓、超電壓和輸電導(dǎo)體電壓損失之和。影響槽電壓大小的因素很多,除前述影響超電壓的因素外,還有導(dǎo)線及電極之間的接觸電壓、隔膜材料、電解槽結(jié)構(gòu)、電流密度等。槽電壓通常遠大于理論電解電壓,導(dǎo)致電壓效率很低。因此,降低超電壓和輸電導(dǎo)體的電壓損失是提高電壓效率的關(guān)鍵。多年來,人們圍繞這一問題進行了多方面的研究,不斷改善電解槽結(jié)構(gòu)和電極材料。在電極材料方面的研究,集中于電極材質(zhì)的選擇。在陽極方面由石墨電極發(fā)展為鈦電極、鈦鉑銥電極、鈦釕電極及其他非釕電極。此外,還開發(fā)了有許多特殊用途的二氧化錳電極、二氧化鉛電極等。在陰極方面,由鐵陰極發(fā)展成多孔陰極。近年來,又發(fā)展了一種新型氧氣電極過程,將燃料電池的原理應(yīng)用于電解工業(yè)中。無論是陰極或陽極,都有在電極基體表面涂加活性物質(zhì)的趨勢,目的是使電極具有催化作用(稱為電催化法),通過降低槽電壓以達到節(jié)省電能的目的。電鍍電鍍electroplating定義1:利用電解工藝,將金屬或合金沉積在鍍件表面,形成金屬鍍層的表面處理技術(shù)。定義2:利用電解在制件表面形成均勻、致密、結(jié)合良好的金屬或合金沉積層的過程。電鍍(Electroplating)就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程,是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝從而起到防止腐蝕,提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進美觀等作用。電鍍的概念電鍍時,鍍層金屬或其他不溶性材料做陽極,待鍍的工件做陰極,鍍層金屬的陽離子在待鍍工件表面被還原形成鍍層。為排除其它陽離子的干擾,且使鍍層均勻、牢固,需用含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液,以保持鍍層金屬陽離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層,改變基材表面性質(zhì)或尺寸。電鍍能增強金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬)、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、潤滑性、耐熱性、和表面美觀。電鍍的作用利用電解作用在機械制品上沉積出附著良好的、但性能和基體材料不同的金屬覆層的技術(shù)。電鍍層比熱浸層均勻,一般都較薄,從幾個微米到幾十微米不等。通過電鍍,可以在機械制品上獲得裝飾保護性和各種功能性的表面層,還可以修復(fù)磨損和加工失誤的工件。此外,依各種電鍍需求還有不同的作用。舉例如下:1.鍍銅:打底用,增進電鍍層附著能力,及抗蝕能力。2.鍍鎳:打底用或做外觀,增進抗蝕能力及耐磨能力,(其中化學(xué)鎳為現(xiàn)代工藝中耐磨能力超過鍍鉻)。3.鍍金:改善導(dǎo)電接觸阻抗,增進信號傳輸。4.鍍鈀鎳:改善導(dǎo)電接觸阻抗,增進信號傳輸,耐磨性高于金。5.鍍錫鉛:增進焊接能力,快被其他替物取代(因含鉛現(xiàn)大部分改為鍍亮錫及霧錫)。電鍍是利用電解的原理將導(dǎo)電體鋪上一層金屬的方法。除了導(dǎo)電體以外,電鍍亦可用于經(jīng)過特殊處理的塑膠上。電鍍的過程基本如下:把鍍上去的金屬接在陽極要被電鍍的物件接在陰極陰陽極以鍍上去的金屬的正離子組成的電解質(zhì)溶液相連通以直流電的電源后,陽極的金屬會氧化(失去電子),溶液中的正離子則在陰極還原(得到電子)成原子并積聚在陰極表層。電鍍后被電鍍物件的美觀性和電流大小有關(guān)系,電流越小,被電鍍的物件便會越美觀;反之則會出現(xiàn)一些不平整的形狀。電鍍的主要用途包括防止金屬氧化(如銹蝕)以及進行裝飾。不少硬幣的外層亦為電鍍。電鍍產(chǎn)生的污水(如失去效用的電解質(zhì))是水污染的重要來源。電鍍工藝目前已經(jīng)被廣泛的使用在半導(dǎo)體及微電子部件引線框架的工藝。VCP:垂直連續(xù)電鍍,目前電路板使用的新型機臺,比傳統(tǒng)懸吊式電鍍品質(zhì)為佳。電鍍的材料要求鍍層大多是單一金屬或合金,如鈦靶、鋅、鎘、金或黃銅、青銅等;也有彌散層,如鎳-碳化硅、鎳-氟化石墨等;還有覆合層,如鋼上的銅-鎳-鉻層、鋼上的銀-銦層等。電鍍的基體材料除鐵基的鑄鐵、鋼和不銹鋼外,還有非鐵金屬,如ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料,但塑料電鍍前,必須經(jīng)過特殊的活化和敏化處理。編輯本段電鍍的原理電鍍原理圖在盛有電鍍液的鍍槽中,經(jīng)過清理和特殊預(yù)處理的待鍍件作為陰極,用鍍覆金屬制成陽極,兩極分別及直流電源的負極和正極聯(lián)接。電鍍液由含有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)電的鹽類、緩沖劑、pH調(diào)節(jié)劑和添加劑等的水溶液組成。通電后,電鍍液中的金屬離子,在電位差的作用下移動到陰極上形成鍍層。陽極的金屬形成金屬離子進入電鍍液,以保持被鍍覆的金屬離子的濃度。在有些情況下,如鍍鉻,是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽極,它只起傳遞電子、導(dǎo)通電流的作用。電解液中的鉻離子濃度,需依靠定期地向鍍液中加入鉻化合物來維持。電鍍時,陽極材料的質(zhì)量、電鍍液的成分、溫度、電流密度、通電時間、攪拌強度、析出的雜質(zhì)、電源波形等都會影響鍍層的質(zhì)量,需要適時進行控制。編輯本段電鍍的要素電鍍的要素:1.陰極:被鍍物,指各種接插件端子。2.陽極:若是可溶性陽極,則為欲鍍金屬。若是不可溶性陽極,大部分為貴金屬(白金,氧化銥)。3.電鍍藥水:含有欲鍍金屬離子的電鍍藥水。4.電鍍槽:可承受,儲存電鍍藥水的槽體,一般考慮強度,耐蝕,耐溫等因素。5.整流器:提供直流電源的設(shè)備。電鍍生產(chǎn)的基本工序(磨光→拋光)→上掛→脫脂除油→水洗→(電解拋光或化學(xué)拋光)→酸洗活化→(預(yù)鍍)→電鍍→水洗→(后處理)→水洗→乾燥→下掛→檢驗包裝電鍍生產(chǎn)的工作條件電鍍工作條件是指電鍍時的操作變化因素,包括:電流密度、溫度、攪拌和電源的波形等。1.陰極電流密度任何鍍液都有一個獲得良好鍍層的電流密度范圍,獲得良好鍍層的最小電流密度稱電流密度下限,獲得良好鍍層的最大電流密度稱電流密度上限。一般來說,當陰極電流密度過低時,陰極極化作用小,鍍層的結(jié)晶晶粒較粗,在生產(chǎn)中很少使用過低的陰極電流密度。隨著陰極電流密度的增大,陰極的極化作用也隨之增大(極化數(shù)值的增加量取決于各種不同的電鍍?nèi)芤?,鍍層結(jié)晶也隨之變得細致緊密;但是陰極上的電流密度不能過大,不能超過允許的上限值(不同的電鍍?nèi)芤涸诓煌に嚄l件下有著不同的陰極電流密度的上限值),超過允許的上限值以后,由于陰極附近嚴重缺乏金屬離子的緣故,在陰極的尖端和凸出處會產(chǎn)生形狀如樹枝的金屬鍍層、或者在整個陰極表面上產(chǎn)生形狀如海綿的疏松鍍層。在生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的是在零件的尖角和邊緣處容易發(fā)生“燒焦”現(xiàn)象,嚴重時會形成樹枝狀結(jié)晶或者是海綿狀鍍層。2.電鍍?nèi)芤簻囟犬斊渌鼦l件(指電壓不變,由于離子擴散速度加快,電流會增大)不變時,升高溶液的溫度,通常會加快陰極反應(yīng)速度和離子擴散速度,降低陰極極化作用,因而也會使鍍層結(jié)晶變粗。但是不能認為升高溶液溫度都是不利的,如果同其它工藝條件配合恰當,升高溶液溫度也會取得良好效果。例如升高溫度可以提高允許的陰極電流密度的上限值,陰極電流密度的增加會增大陰極極化作用,以彌補升溫的不足,這樣不但不會使鍍層結(jié)晶變粗而且會加快沉積速度,提高生產(chǎn)效率。此外還可提高溶液的導(dǎo)電性、促進陽極溶解、提高陰極電流效率(鍍鉻除外)、減少針孔、降低鍍層內(nèi)應(yīng)力等效果。3.攪拌攪拌會加速溶液的對流,使陰極附近消耗了的金屬離子得到及時補充和降低陰極的濃差極化作用,因而在其它條件相同的情況下,攪拌會使鍍層結(jié)晶變粗。采用攪拌的電鍍液必須進行定期或連續(xù)過濾,以除去溶液中的各種固體雜質(zhì)和渣滓,否則會降低鍍層的結(jié)合力并使鍍層粗糙、疏松、多孔。4.電源電鍍生產(chǎn)中常用的電源有整流器和直流發(fā)電機,根據(jù)交流電源的相數(shù)以及整流電路的不同可獲得各種不同的電流波形。例如單相半波、單相全波、三相半波和三相全波等。實踐證明,電流的波形對鍍層的結(jié)晶組織、光亮度、鍍液的分散能力和覆蓋能力、合金成分、添加劑的消耗等方面都有影響,故對電流波形的選擇應(yīng)予重視。目前除采用一般的直流電外,根據(jù)實際的需要還可采用周期換向電流及脈沖電流。電鍍技術(shù)介紹1.無氰堿性亮銅在銅合金上一步完成預(yù)鍍及加厚,鍍層厚度可達10μm以上,亮度如酸性亮銅鍍層,若進行發(fā)黑處理可達漆黑效果,已在1萬升槽正常運行兩年。能完全取代傳統(tǒng)氰化鍍銅工藝和光亮鍍銅工藝,適用于任何金屬基材:純銅丶銅合金丶鐵丶不銹鋼丶鋅合金壓鑄件、鋁丶鋁合金工件等基材上,掛鍍或滾鍍均可。2.無氰光亮鍍銀普通型以硫代硫酸鹽為主絡(luò)合劑,高級型以不含硫的有機物為主絡(luò)合劑。全光亮鍍層厚度可達40μm以上,鍍層表面電阻~41μΩ·㎝,硬度~HV101.4,熱沖擊250℃3.無氰自催化化學(xué)鍍金主鹽采用Na3[Au(SO3)2],金層厚度可達1.5μm,已用在高密度柔性線路板和電子陶瓷上鍍金。4.非甲醛自催化化學(xué)鍍銅用于線路板的通孔鍍和非導(dǎo)體表面金屬化。革除有毒甲醛代之以廉價無毒次磷酸鹽,目前國內(nèi)外尚無商業(yè)化產(chǎn)品。已基本完成實驗室研究,沉積速度3~4μm/h,壽命達10循環(huán)(MTO)以上,鍍層致密、光亮。但有待進一步完善和進行中試考驗。5.純鈀電鍍Ni會引發(fā)皮炎,歐盟早已拒絕含Ni飾品進口,鈀是最佳的代Ni金屬。本項目完成于1997年,包括二種工藝,一是薄鈀電鍍,厚度0.1~0.2μm,已用在白銅錫上作為防腐裝飾性鍍層和防銀變色層;二是厚鈀電鍍,厚度達3μm無裂紋(目前的國際水平),因鈀昂貴,目前尚未進入國內(nèi)市場。6.三價鉻鋅鍍層藍白和彩色鈍化劑以三價鉻鹽代替致癌的六價鉻鹽。藍白鈍化色澤如鍍鉻層,通過中性鹽霧實驗24小時以上,一些特殊處理的可達到中性鹽霧試驗96小時以上,已經(jīng)歷了十年的市場考驗。彩色鈍化相較藍白鈍化,色澤鮮艷,其中性鹽霧試驗時間較藍白鈍化高出許多,可達到48至120小時。7.純金電鍍主鹽為K[Au(CN)2],屬微氰工藝。鍍層金純度99.99%,金絲(30μm)鍵合強度>5g,焊球(25μm)抗剪切強度>1.2Kg。努普硬度H<90,已用于高密度柔性線路板鍍金。8.白鋼電鍍有Pd(60)Ni(40)和Pd(80)Ni(20)兩種,已在電子產(chǎn)品中用作代金鍍層和防銀變色層。9.納米鎳應(yīng)用納米技術(shù)研發(fā)的環(huán)保型產(chǎn)品,能完全取代傳統(tǒng)氰化鍍銅預(yù)鍍和傳統(tǒng)化學(xué)鎳,適用于鐵件、不銹鋼、銅、銅合金、鋁、鋁合金、鋅、鋅合金、鈦等等,掛鍍或滾鍍均可。10.高速鍍鉻節(jié)省成本、高鍍速、高耐磨、高抗腐蝕性能。不但可提高電流效率,更可增強耐磨和抗腐蝕性能。適用于任何鍍硬鉻處理,包括;微裂紋鉻,乳白鉻,也可用于光亮鉻等。質(zhì)量好、工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、節(jié)約能源、經(jīng)濟效益顯著。11.其它技術(shù)貴金屬金、銀、鈀回收技術(shù);金剛石鑲嵌鍍技術(shù);不銹鋼電化學(xué)和化學(xué)精拋光技術(shù);紡織品鍍銅、鍍鎳技術(shù);硬金(Au-Co,Au-Ni)電鍍;鈀鈷合金電鍍;槍黑色Sn—Ni電鍍;化學(xué)鍍金;純金浸鍍;化學(xué)沉銀;化學(xué)沉錫。電鍍方式電鍍分為掛鍍、滾鍍、連續(xù)鍍和刷鍍等方式,主要及待鍍件的尺寸和批量有關(guān)。掛鍍適用于一般尺寸的制品,如汽車的保險杠,自行車的車把等。滾鍍適用于小件,如緊固件、墊圈、銷子等。連續(xù)鍍適用于成批生產(chǎn)的線材和帶材。刷鍍適用于局部鍍或修復(fù)。電鍍液有酸性的、堿性的和加有鉻合劑的酸性及中性溶液,無論采用何種鍍覆方式,及待鍍制品和鍍液接觸的鍍槽、吊掛具等應(yīng)具有一定程度的通用性。鍍層分類鍍層分為裝飾保護性鍍層和功能性鍍層兩類。裝飾保護性鍍層主要是在鐵金屬、非鐵金屬及塑料上的鍍鉻層,特別是鋼的銅-鎳-鉻層,鋅及鋼上的鎳-鉻層。為了節(jié)約鎳,人們已能在鋼上鍍銅-鎳/鐵-高硫鎳-鎳/鐵-低固分鎳-鉻層。及鍍鉻層相似的錫/鎳鍍層,可用于分析天平、化學(xué)泵、閥和流量測量儀表上。功能性鍍層這種鍍層種類很多,如:①提高及軸頸的相容性和嵌入性的滑動軸承罩鍍層,鉛-錫,鉛-銅-錫,鉛-銦等復(fù)合鍍層;②用于耐磨的中、高速柴油機活塞環(huán)上的硬鉻鍍層,這種鍍層也可用在塑料模具上,具有不粘模具和使用壽命長的特點;③在大型人字齒輪的滑動面上鍍銅,可防止滑動面早期拉毛;④用于防止鋼鐵基體遭受大氣腐蝕的鍍鋅;⑤防止?jié)B氮的銅錫鍍層;⑥用于收音機、電視機制造中釬焊并防止鋼及鋁間的原電池腐蝕的錫-鋅鍍層。適用于修復(fù)和制造的工程鍍層,有鉻、銀、銅等,它們的厚度都比較大,硬鉻層可以厚達300微米。電鍍電源電源組成主電路主要包括主變壓器、功率整流器件和一些檢測、保護裝置等。電鍍電源中的主變壓器是將交流電源電壓降低為電鍍工藝所需要的電壓值。晶閘管整流器中使用的是工頻(50Hz)變壓器,高頻開關(guān)電源中使用的是高頻(10~50kHz)變壓器。檢測裝置包括電壓表、電流互感器等。保護裝置主要是用于功率整流器件的過流保護。控制電路主要包括晶閘管或IGBT等的觸發(fā)控制電路,電源的軟啟動電路,過流、過壓保護電路,電源缺相保護電路等。電源特點1、節(jié)能效果好開關(guān)電源由于采用了高頻變壓器,轉(zhuǎn)換效率大大提高,正常情況下較可控硅設(shè)備提高效率10%以上,負載率達70%以下時較可控硅設(shè)備提高效率30%以上。2、輸出穩(wěn)定性高由于系統(tǒng)反應(yīng)速度快(微秒級),對于網(wǎng)電及負載變化具有極強的適應(yīng)性,輸出精度可優(yōu)于1%。開關(guān)電源的工作效率高、所以控制精度高,有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。3、輸出波形易于調(diào)制由于工作頻率高,其輸出波形調(diào)整相對處理成本較低,可以較方便的按照用戶工藝要求改變輸出波形。這樣對于工作現(xiàn)場提高工效,改善加工產(chǎn)品質(zhì)量有較強作用。4、體積小、重量輕體積及重量為可控硅電鍍電源的1/5-1/10,便于規(guī)劃、擴建、移動、維護和安裝。附1.材料和設(shè)備術(shù)語1陽極袋:用棉布或化纖織物制成的套在陽極上,以防止陽極泥渣進入溶液用的袋子。2光亮劑:為獲得光亮鍍層在電解液中所使用的添加劑。3阻化劑:能夠減緩化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)速度的物質(zhì)。4表面活性劑:在添加量很低的情況下也能顯著降低界面張力的物質(zhì)。5乳化劑:能降低互不相溶的液體間的界面張力,使之形成乳濁液的物質(zhì)。6絡(luò)合劑:能及金屬離子或含有金屬離子的化合物結(jié)合而形成絡(luò)合物的物質(zhì)。7絕緣層:涂于電極或掛具的某一部分,使該部位表面不導(dǎo)電的材料層。8掛具(夾具):用來懸掛零件,以便于將零件放于槽中進行電鍍或其他處理的工具。9潤濕劑:能降低制件及溶液間的界面張力,使制件表面容易被潤濕的物質(zhì)。10添加劑:在溶液中含有的能改進溶液電化學(xué)性能或改善鍍層質(zhì)量的少量添加物。11緩沖劑:能夠使溶液PH值在一定范圍內(nèi)維持基本恒定的物質(zhì)。12移動陰極:采用機械裝置使被鍍制件及極杠一起作周期性往復(fù)運動的陰極。。附2.測試和檢驗相關(guān)術(shù)語1不連續(xù)水膜:通常用于表面被污染所引起的不均勻潤濕性,使表面上的水膜變的不連續(xù)。2孔隙率:單位面積上針孔的個數(shù)。3針孔:從鍍層表面直至底層覆蓋層或基體金屬的微小孔道,它是由于陰極表面上的某些點的電沉積過程受到障礙,使該處不能沉積鍍層,而周圍的鍍層卻不斷加厚所造成。4變色:由于腐蝕而引起的金屬或鍍層表面色澤的變化(如發(fā)暗、失色等)。5結(jié)合力:鍍層及基體材料結(jié)合的強度。6起皮:鍍層成片狀脫離基體材料的現(xiàn)象。7剝離:某些原因(例如不均勻的熱膨脹或收縮)引起的表面鍍層的破碎或脫落。8桔皮:類似于桔皮波紋狀的表面處理層。9海綿狀鍍層:在電鍍過程中形成的及基體材料結(jié)合不牢固的疏松多孔的沉積物。10燒焦鍍層:在過高電流下形成的顏色黑暗、粗糙、松散等質(zhì)量不佳的沉積物,其中常含有氧化物或其他雜質(zhì)。11麻點:在電鍍或腐蝕中,及金屬表面上形成的小坑或小孔。12粗糙:在電鍍過程中,由于種種原因造成的鍍層粗糙不光滑的現(xiàn)象。13鍍層釬焊性:鍍層表面被熔融焊料潤濕的能力。附3.鍍鋅電鍍鋅:就是利用電解,在制件表面形成均勻、致密、結(jié)合良好的金屬或合金沉積層的過程。及其他金屬相比,鋅是相對便宜而又易鍍覆的一種金屬,屬低值防蝕電鍍層。被廣泛用于保護鋼鐵件,特別是防止大氣腐蝕,并用于裝飾。鍍覆技術(shù)包括槽鍍(或掛鍍)、滾鍍(適合小零件)、自動鍍和連續(xù)鍍(適合線材、帶材)。目前,國內(nèi)按電鍍?nèi)芤悍诸悾煞譃樗拇箢悾?.氰化物鍍鋅由于(CN)屬劇毒,所以環(huán)境保護對電鍍鋅中使用氰化物提出了嚴格限制,不斷促進減少氰化物和取代氰化物電鍍鋅鍍液體系的發(fā)展,要求使用低氰(微氰)電鍍液。采用此工藝電鍍后,產(chǎn)品質(zhì)量好,特別是彩鍍,經(jīng)鈍化后色彩保持好。2.鋅酸鹽鍍鋅此工藝是由氰化物鍍鋅演化而來的。目前國內(nèi)形成兩大派系,分別為:a)武漢材保所的”DPE”系列;b)廣電所的”DE”系列。都屬于堿性添加劑的鋅酸鹽鍍鋅;PH值為12.5~13。采用此工藝,鍍層晶格結(jié)構(gòu)為柱狀,耐腐蝕性好,適合彩色鍍鋅。3.氯化物鍍鋅此工藝在電鍍行業(yè)應(yīng)用比較廣泛,所占比例高達40%。鈍化后(蘭白)可以鋅代鉻(及鍍鉻相媲美),特別是在外加水溶性清漆后,外行人是很難辯認出是鍍鋅還是鍍鉻的。此工藝適合于白色鈍化(蘭白,銀白)。4.硫酸鹽鍍鋅此工藝適合于連續(xù)鍍(線材、帶材、簡單、粗大型零、部件)。成本低廉。附4.溶液跑、冒、滴、漏的原因及預(yù)防1.原因分析(1)嚴防鍍液加溫過高。當鍍液加溫過高時,鍍液會加速蒸發(fā)和分解,氣霧中含有高濃度的溶質(zhì)成分。這時會嚴重污染環(huán)境,尤其是酸、堿氣霧,氰化物和鉻霧對環(huán)境的影響和人體危害會更大。(2)嚴格防止鍍液被排風機吸走。當排風機配備不當(規(guī)格過大),鍍液液位過高(離槽沿過近),這時鍍液容易被吸走,在槽蓋未啟開之前尤為嚴重,既引起環(huán)境污染,又會造成鍍液損耗,出現(xiàn)這種情況時要及時采取措施予以解決,如降低鍍液液位,調(diào)整吸風口寬度,在室外的排風機之前的管道下方設(shè)一個集液器,以便收集吸入的鍍液或冷凝水。(3)減輕鍍液大處理時的損耗。鍍液大處理過程中若不加以注意,則鍍液的損耗量是相當大的,通常的損耗量達2%~3%,即1000L鍍液經(jīng)處理之后往往需補充20~30L純凈水,及相應(yīng)的化工材料,才能恢復(fù)到原來的液位和原來的濃度,操作時若能細心一點,機械過濾及手工過濾相配合,讓鍍液盡可能由槽底的沉淀物中濾出來,則可大大減輕鍍液的損耗,從而既節(jié)省材料的損耗,又能大大改善對環(huán)境的污染程度。(4)防止鍍槽、加溫(冷卻)管滲漏造成污染。電鍍槽或加溫(冷卻)管滲漏往往會造成嚴重污染,其滲漏原因隨制造材料及不同鍍種各有區(qū)別。二、采取措施1.預(yù)防方法:在靠近陽極的槽壁豎塊耐溫玻璃或塑料板,起到隔斷陽極板及槽襯的接

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