第二章-電鍍基本原理與概念

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 第二章 電鍍基本原理與概念2.1 電鍍之定義             電鍍(electroplating)被定義為一種電沈積過(guò)程(electrodepos- ition process)， 是利用電極(electrode)通過(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。 2.2 電鍍之目的           電鍍的目的是在基材上鍍上

2、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)。  2.3 各種鍍金的方法   電鍍法(electroplating)無(wú)電鍍法(electroless plating) 熱浸法(hot dip plating) 熔射噴鍍法(spray plating) 塑料電鍍(plastic plating)浸漬電鍍(immersion plating) 滲透鍍金(diffusion plating)陰極

3、濺鍍(cathode supptering)真空蒸著鍍金(vacuum plating)合金電鍍 (alloy plating)復(fù)合電鍍 (composite plating局部電鍍 (selective plating) 穿孔電鍍 (through-hole plating)筆電鍍(pen plating)電鑄 (electroforming)      2.4 電鍍的基本知識(shí)               

4、;  電鍍大部份在液體 (solution) 下進(jìn)行，又絕大部份是由水溶 液 (aqueous solution) 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

5、溶液電鍍?nèi)玟嚒⑩c、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo等。可油水溶液及非水溶液電鍍者有銅、銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等金屬。  電鍍的基本知識(shí)包括下列幾項(xiàng)： 溶液性質(zhì)物質(zhì)反應(yīng)電化學(xué)化學(xué)式界面物理化學(xué)材料性質(zhì)  2.4.1 溶液(solution)            被溶解之物質(zhì)稱之為溶質(zhì)(solute)，使溶質(zhì)溶解之液體稱之溶 劑(solute)。溶劑為水之溶液稱之水溶液(aqueous solution)。   &#

6、160;        表示溶質(zhì)溶解于溶液中之量為濃度(concentration)。 在一定量溶劑 中，溶質(zhì)能溶解之最大量值稱之溶解度(solubility)。            達(dá)到溶解度 值之溶液稱之為飽和溶液(saturated solution)，反之為非飽和溶 液(unsaturated solution)。 溶液之濃度，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(weight percent

7、age)。 另外常用的莫耳濃度(molal concentration)。  2.4.2 物質(zhì)反應(yīng)(reaction of matter)           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。  2.4.3 電鍍常用之化(chemical formular) 見附錄一。  2.4.4 電化學(xué)(electrochemistry)   &

8、#160;      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)之應(yīng)用的一支。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)之溶液 (electrolyticsolution)它含有部份之離子(ions),經(jīng)由此等離子之移動(dòng) (movement)而能導(dǎo)電。帶陰電荷朝向陽(yáng)極(a

9、node)移動(dòng)稱之為陰離子(anion),帶正電荷朝向陰極(cathode)移動(dòng)(migrate)者稱之為陰離子 cations)。這些帶電荷之粒子(particles)稱之為離子(ions)。放出電 子產(chǎn)生氧化反應(yīng)之電極稱之為陽(yáng)極(anode),得到電子產(chǎn)生還元化應(yīng) 之電極稱之為陰極(cathode)。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程稱之為電解(electrolysis)。      2.4.4.1 電極電位(electrode potentials)           

10、 電位(electrode potential)為在電解池(electrolytic)中之導(dǎo)電體,電流 經(jīng)由它流入或流出。 電極電位(electrode potential)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)。            例如氫標(biāo)準(zhǔn)電極(hydrogen standard electrode)以其為基準(zhǔn)電位為0          電

11、極電位之大小可由Nernst equation表示之:   E=E0+RT/nF ln aMn+/aM   E=電極電位 E0=電極標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)電位(volt)   R=氣體常數(shù)(8.3143 J.K-1MOL-1)   T=絕對(duì)零度( K)   n=原子價(jià)之改變數(shù)(電子移轉(zhuǎn)之?dāng)?shù))   aMn+=金屬離子之活度(activity),若極稀薄之溶液,其活度就等于金屬  離子 之濃度(concentration)C。  一般則活度為濃度乘上活度系數(shù),即a = r

12、*c。   金屬電極之活度,若為純金屬即為1 。   法拉第常數(shù)    2.4.4.2 標(biāo)準(zhǔn)電極電位(standard electrode potential)                標(biāo)準(zhǔn)電極電位(standard electrode potential)是指金屬電極之活度為 1(純金屬)及在金屬離子活度為1時(shí)之電極電位。即 E=E0  E=E0+RT/nF ln 1/

13、1  =E0+0= E0                 氫之標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電極為基準(zhǔn)0,各種金屬之標(biāo) 準(zhǔn)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(basic metal)。相反如Au金屬不易失去電子.不易氧化.不易溶解.容易被還元稱之為貴金屬(noble metal)。  電極 電位

14、 電極 電位                                Li+ -3.045                  

15、;   Co ?                     Co+2 -0.277    Rb?                     Rb+ -2.

16、93                     Ni ?                       Ni+2 -0.250  K?   &#

17、160;                   K+ -2.924                     Sn ?         

18、;             Sn+2 -0.136  Ba?                     Ba+2 -2.90            &#

19、160;        Pb ?                      Pb+2 -0.126  Sr ?                

20、0;    Sr+2 -2.90                      Fe ?                      Fe+3 -0.04&

21、#160; Ca ?                    Ca+2 -2.87                     Pt/H2?      &#

22、160;                    H+ 0.000  Na ?                    Na+ -2.715      &

23、#160;             Sb ?                      Sb+3 +0.15  Mg ?           

24、0;       Mg+2 -2.37                    Bi ?                      

25、 Bi+3 +0.20  Al ?                     Al+3 -1.67                     As ?   

26、0;                  As+3 +3  Mn ?                   Mn+2 -1.18         

27、0;          Cu ?                      Cu+2 +0.34  Zn ?               &

28、#160;    Zn+2 -0.762                  Pt/OH-?                   O2 +0.40  Cr ?    

29、60;                Cr+3-0.74                     Cu ?            

30、           Cu+ +0.52  Cr ?                     Cr+2 -0.56              

31、0;     Hg ?                       Hg2+2 +0.789  Fe ?                   

32、;  Fe+2 -0.441                  Ag ?                       Ag+ +0.799  Cd ?   &#

33、160;                Cd +3 -0.402                Pd ?                &#

34、160;       Pd+2 +0.987  In ?                     In+3 -0.34                 

35、0;  Au ?                        Au+3 +0.150  Tl ?                     Tl+ -

36、0.336                    Au ?                       Au+ +1.68       &#

37、160;       表2.4.4.2  2.4.4.3 Nernst 電位學(xué)說(shuō)              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(huì)產(chǎn)生 電荷移動(dòng)現(xiàn)象,此等電荷之移動(dòng),仍是由于金屬與溶液的界面有電位勢(shì)之差別稱之為電位差所引起,此現(xiàn)象Nernst解說(shuō)如下:            設(shè)驅(qū)使金屬失

38、去電子變?yōu)殛?yáng)離子溶入溶液中之電離溶解液解壓 (electrolatic solution pressure)為p而使溶液中的陽(yáng)離子得到電子 還元成金屬滲透壓(osmotic pressure)為p,則有三種情況發(fā)生:  (1) P>P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) P<P時(shí),金屬陽(yáng)離子得到電子被還元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) P=P時(shí),沒(méi)有產(chǎn)生任何變化設(shè)金屬與溶液的界面所形成的電極電位為E,當(dāng)1 mole金屬溶入于溶液中,則界面所通過(guò)的電量為nF , n為金

39、屬陽(yáng)離子之價(jià)數(shù),即電子之轉(zhuǎn)移數(shù),F為法拉第常數(shù),此時(shí)所作功等于nFE,也等于下式:   n F E= ? ppVdp= RT ? pp dp/p=-RTln P/P  E=RT/nF ln P/P    即金屬陽(yáng)離子之活度(activity)為 aMn+活度系數(shù)為K,則P=  KaMn+于是  E= - RT/nF ln p/KaMn+  =- RT/nF ln P/K +RT/nF ln aMn+    E在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí),即aMn+=1,稱為標(biāo)準(zhǔn)電極電位E ,即  E0=- RT/ nF ln

40、P/K + RT/nF ln 1  =-RT/nF ln P/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/Nf ln aMn+ / 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(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.         

41、60;    例如Cu ? Cu+2e- 還原狀態(tài) 氧化狀態(tài) 可用下列二式表示之 :  Cu(R) Cu+2e-   氧化反應(yīng)   Cu? Cu+2e-   還原反應(yīng)    例1: 氧電極反應(yīng)之電位   1/2O2+H2O+2e-? 2OH- 例2: 氯化汞電極反應(yīng)之電位   Hg2+2+2e-? 2 Hg   E=E0- RT/nF ln aHg(s) /aHg2+2 例3:

42、 氫電極反應(yīng)之電位   1/2H2(g) ? H+e-  E=E0-RT/F ln aH+/aH21/2(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(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)電這類金屬電極稱之陰電性,如Mg.Zn.及Fe等浸入酸.鹽類水溶液時(shí)產(chǎn)生此種電極電位Mt M(aq)+n+ ne

43、- 金屬與溶液的水親合力小于金屬離子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o  (2)金屬M(fèi)與難溶性的鹽MX相接觸,同時(shí)MX又與陰離子之KX 相接觸,即(M x MX,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Pt x Fe+ .FE+或Pt x Cr+2,Cr+3等o    2.4.4.6  界面電性二重層          在

44、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)域稱之為界面 電性二重層。     2.4.4.7液間電位差（liquid junction potential）             又稱之為擴(kuò)散電位差(diffusion potential)，系由陰離子與陽(yáng) 離子之移動(dòng)度不同而形成之電位差，通常溶液之濃度差愈大 ，陰陽(yáng)離子移動(dòng)度差愈大，則液間電位差愈大。      2

45、.4.4.8過(guò)電壓（overvoltage）             當(dāng)電流通過(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 阻礙使電流通過(guò)，這種額外電壓消除阻礙者稱之為過(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

46、化能過(guò)電壓（activiation overvoltage）           任何反應(yīng)，不論吸熱或放熱反應(yīng)皆有最低能障需克服 ，此能障稱為活化能，在電解反應(yīng)需要額外電壓來(lái)克服活化能阻礙，此額外電壓之活化能過(guò)電壓，可用Tafel公式表示：  g act=a+b log i  §                

47、0;           b為系數(shù)，i為電流， g act為活化能過(guò)電壓其電流i愈大 g act愈大，電鍍中 g act占很小一部份，幾乎可以忽略，除非電流密度很大。  氫過(guò)電壓（hydrogen overvoltage），在酸性水溶液中陰極反應(yīng)產(chǎn)生  H2氣體，此額外之電壓稱氫過(guò)電壓，即  g H2=Ei-Eeq  式中  g 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

48、較少產(chǎn)生，而使許多金屬  可以在水溶液中電鍍。  例如鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛。 2.濃度過(guò)電壓（concentration overvoltage）        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，必須加上額外之電壓，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（solution resistance ove

49、rvoltage）          溶液的電阻產(chǎn)生IR電壓降，所以需要額外的電壓IR來(lái)克服此電 阻使電流通過(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（passivity overvoltage）          電解過(guò)程，在電極表面會(huì)形成一層鈍態(tài)膜，如A1的氧化物膜 ，錯(cuò)離子

50、形成之阻力膜，此等膜具有電阻需要額外電壓加以克服 ，此種額外電壓稱之為鈍態(tài)膜過(guò)電壓。      2.4.4.9分解電壓（decomposition potential）          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，亦稱之實(shí)際分解電壓(praticaldecomposition potential)，然而要產(chǎn)生電流I所需之電壓為：  EI=E0+g TOTAL  g TOTAL= g c + g

51、a + g conc. + IR  E0=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  g c=陰極過(guò)電壓  g a=陽(yáng)極過(guò)電壓  g conc.= 濃度過(guò)電壓  I=電流強(qiáng)度  R=電阻 例:使用銅做陽(yáng)極，硫酸銅溶液鍍銅，其欲產(chǎn)生電流I所需之電壓為：  EI=E0+g c+g a+g conc.+IR  EI=g c+g a+g conc+IR  因Ec=Ea Ea=0 例:硫酸鋅鍍鋅使用鋅做陽(yáng)

52、極，攪拌良好，則產(chǎn)生電流I所需之電壓為  EI=E0+g a+g c+g conc+IR  EI=g a+g c+IR  因Ea=Ec ? E0=0  又因攪拌良好 ? g conc=0 例: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。   g c 0.4450.065logI g a 0.3750.045logI，內(nèi)電阻R300，攪拌良好所需之電壓為若干？   解：  EI=g c+g a+IR  =0.445+0.65log(0.01*10)+0.375

53、+0.045log(0.01*10)+(0.01*10)*300  =30.71volt 2.4.5 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。所以金屬與液體接觸以 接口物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)表面處理有十分重要的意義。     2.4.5.1表面張力及界面張力    

54、60;      液體表面的分子在表面上方?jīng)]有引力，處于不安定狀態(tài)稱之自由表面，故具有力，此力稱之為表面張力。液 體之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。     2.4.5.2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)稱之為界面活性劑

55、。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)表面處理之光澤化、平滑化，均一化都有相當(dāng)幫助。  2.4.6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，所以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。 2.5電鍍基礎(chǔ)  電鍍的基本構(gòu)成元素及工場(chǎng)設(shè)備電鍍使用之電流電鍍?nèi)芤航饘訇?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2.5.1電鍍的基本構(gòu)成元

56、素o 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)。o 陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。 電鍍液(bath solution)。 陽(yáng)極(anode)。 鍍槽( plating tank ) 加熱或是冷卻器(heating or colling coil )。    2.5.1.1  鍍槽構(gòu)造,其典型鍍槽見圖:   2.5.1.2電鍍工場(chǎng)設(shè)備 一個(gè)電鍍工場(chǎng)必須配備下列各項(xiàng)設(shè)備： 防酸之地板及水溝。  電鍍?cè)慵邦A(yù)備糟。  攪拌器。  整流器或發(fā)電機(jī)。  導(dǎo)電

57、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。  電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設(shè)備。  操作用之上下架桌子。 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。  2.5.2電鍍使用之電流              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)金屬沈積又再被溶解所以交流電流無(wú)法電沈積金屬。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

58、子向一個(gè)方向流通，所以可以電沈積金屬。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 善陽(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。2.5.3電鍍?nèi)芤海址Q鍍?cè)。╬lating bath）              電鍍?nèi)芤菏且环N含有金屬鹽及其它化學(xué)物之導(dǎo)電溶液，用來(lái)電沈積金屬。其主要類別可分酸性、中性及咸性電鍍?nèi)芤?。?qiáng)酸鍍?cè)∈莗H值低于的溶液 ，通常是金屬鹽加酸之溶液，例如硫酸銅溶液。弱酸 鍍?cè)∈莗H值在25.5之間鍍?cè)。珂囧冊(cè)　?/p>

59、咸性鍍?cè)∑鋚H值超過(guò)之溶液，例如氰化物鍍?cè)?、錫酸鹽之錫鍍?cè)〖案鞣N焦磷酸鹽鍍?cè)　?#160;    2.5.3.1鍍?cè)〉某煞菁捌涔δ?#160; 1. 金屬鹽：提供金屬離子之來(lái)源如硫酸銅。可分單鹽、鹽，及錯(cuò)鹽。 例如：?jiǎn)嘻}：CuSO4；NiSO4 復(fù)鹽：NiSO4；(NH4)2SO4 醋鹽：Na2Cu(CN)3  2. 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，尤其是滾桶電鍍更需優(yōu)良導(dǎo)電溶液。 3. 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。 4. 緩沖劑，電鍍條件通常有一定pH值范圍，防止p

60、H值變動(dòng)加緩沖劑，尤其是中性鍍?cè)?pH58)，pH值控制更為重要。 5. 錯(cuò)合劑，很多情況，錯(cuò)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(cuò)合劑，或是合 金電鍍用錯(cuò)合劑使不同之合金屬電位拉近才能同時(shí)沈積得到合金鍍層。 6. 安定劑，鍍?cè)∮行?huì)因某些作用，產(chǎn)生金屬鹽沈淀，鍍?cè)勖鼫p短，為使鍍?cè)“捕ㄋ又幤贩Q之為安定劑。 7. 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)特性之添加劑。 8. 潤(rùn)濕劑(wetting agent)，一般為界面活性劑又稱去孔劑。     2.5.3.2鍍?cè)〉臏?zhǔn)備  · 將所需

61、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)。     2.5.3.3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)(Hull cell test)。 維持鍍?cè)≡诓僮鞣秶煞荩砑痈鞣N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

62、查鍍件、查看缺點(diǎn)。   2.5.4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(anode basket)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

63、浴可以 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?cè)】捎迷黾訑嚢?、增加自由氰化?free cyanide)的濃度，升高鍍?cè)囟然蛏遬H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?cè)〗饘匐x子需用金屬鹽來(lái)補(bǔ)充，如金鍍?cè)≈杏貌蝗芙?之不銹鋼作為陽(yáng)極，以金氰化鉀來(lái)補(bǔ)充。在鍍鉻中用不溶解 之鉛陽(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

64、好的導(dǎo)電體，二是不受鍍液之化學(xué)作用污染鍍?cè)〖安皇?侵蝕。不溶性陽(yáng)極可用在控制金屬離子過(guò)度積集在鍍?cè)銉?nèi)，在貴金屬電鍍，如黃金電鍍，用不銹鋼做陽(yáng)極，可以代替金 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)，所以不能使用有機(jī)物添加劑。槽內(nèi)之金屬離子必須靠金屬鹽來(lái)補(bǔ)充。 2.5.5陽(yáng)極袋（anode bag） 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)。柚勾植阱儗影l(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?cè)×魍?，將?yáng)極袋包住陽(yáng)極并縛在陽(yáng)極掛鉤上。在放進(jìn)電

65、電鍍?cè)≈?，?yáng)極袋要用熱水含潤(rùn)濕劑中洗去漿水及其它污物，然后再用水清洗，并浸泡與鍍?cè)∠嗤畃H的水溶液中，使用前需再清洗。酸性鍍?cè)〉年?yáng)極袋可用棉織物，也可使用人造纖維。在高溫操作咸性鍍?cè)】捎靡蚁÷〔牧详?yáng)極袋。  2.5.6    金屬陰極 金屬陰極是鍍?cè)≈械呢?fù)電極，金屬離子還元成金屬形成鍍層及其它的還元反應(yīng)，如氫氣之形成于金屬陰極上。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。  2.5.7電鍍之前處理 電鍍前之處理，稱之前處理(pretreatment)，包括下列過(guò)程：洗凈：去除金屬表面之油質(zhì)、脂肪、研磨劑，及污泥?？?/p>

66、用噴射洗凈、溶劑洗凈、浸沒(méi)洗凈或電解洗凈。1. 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。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.漂清：電鍍前立刻去除酸膜，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(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)電性能通過(guò)的電流量足以維持電鍍操作。

67、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(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)常用在自動(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，這種掛架可以處理許多鍍件，需配備有自動(dòng)輸送機(jī)、起重機(jī)、吊車等設(shè)備。4.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

68、.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(yīng)在不重要的部份如背面、孔洞、幽蔽處聯(lián)接電流。掛架之鍍件數(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。一般人力操作之鍍架安全限制重量是251b。由尺寸、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。要能夠容易迅速上下架，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(an

69、odizing)，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、絕緣罩等附加在電鍍掛架上以調(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，

70、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)?，尤其適合使用于鉻電鍍。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

71、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。2.5.9電鍍控制條件及影響因素 1.鍍液的組成。12.覆蓋性。 2.電流密度。13.導(dǎo)電度。 3.鍍液溫度。14.電流效率。 4.攪拌。15.氫過(guò)電壓。 5.電流波形。16.電流分布。 6.均一性。17.金屬電位。 7.陽(yáng)極形狀成份。18.電極材質(zhì)及表面狀況。 8.過(guò)濾。19.浴電壓。 9.pH值。 10.時(shí)間。

72、 11.極化。 1. 鍍液的組成：對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)影響最大，例如氰化物鍍?cè)』驈?fù)鹽鍍?cè)〉腻儗?，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。2. 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，樹枝狀結(jié)晶將會(huì)形成。3. 鍍?cè)囟龋簻囟壬?，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。 4. 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)。 5. 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、

73、降低鍍層內(nèi)應(yīng)力、或提高鍍層均一性。 6. 均一性(throwing power)，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。 所以要得到均勻鍍層的方法有：1.良好的鍍?cè)〕煞荩倪M(jìn)配方有。2.合理操作，表面活生化均勻。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

74、.調(diào)節(jié)陰陽(yáng)極間距離及高度。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。7. 陰陽(yáng)極形狀、成份及表面狀況影響很大，如鑄鐵和高硅鋼的材料氫過(guò)電小，電鍍時(shí)大量氫氣析出，造成覆蓋性差、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。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。 8. 過(guò)濾，如陽(yáng)極泥、沈碴等雜質(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，所以必須經(jīng)常過(guò)慮或連續(xù)性過(guò)慮固體粒子。 9. pH值會(huì)影響鍍?cè)⌒?/p>

75、質(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，錯(cuò)合離子的濃度都有相當(dāng)?shù)挠绊憽?0. 時(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。 11. 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、浴溫增高、鍍?cè)〔话捕?。影響極化作用的因素有：1.電鍍?cè)〗M成，如氰化物鍍?cè)≈畼O化作用大，低濃度之鍍?cè)O化

76、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。12. 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。13. 導(dǎo)電度，提高鍍?cè)?dǎo)電度有利于均一性，鍍液的電流系由帶電離子輸送，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：1.電解質(zhì)的電離度、離子之活度，電離度愈大其導(dǎo)電性愈好，強(qiáng)酸強(qiáng)咸電離度 都大；所以導(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，所以導(dǎo)電

77、性較佳。2.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。例如硫酸之水溶液在1530時(shí)導(dǎo)電度最高。3.溫度，金屬的導(dǎo)電度與溫度成反比，但是電解液的導(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，所以電鍍時(shí)常提高溫度來(lái)增加鍍?cè)〉膶?dǎo)電度以增高電流效率。 14. 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。15. 氫過(guò)電壓，電鍍金

78、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，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(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，所以氫氣的析出對(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)法改善。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

79、裝置避免鍍得太厚浪費(fèi)或燒焦鍍層缺陷。17. 金屬電位；通常電位越負(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、鋅可以把銅從硫酸銅液液析出置換出來(lái)產(chǎn)生沒(méi)有附差性的沈積層。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。18. 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)有不同氫過(guò)電壓，金屬鉑的氫過(guò)電壓最小。 19. 浴電壓，依鍍?cè)〗M成，極面積及形狀、極距、攪拌、溫度、電流濃度等而不同。一般在912，有高到15。2.5.10鍍?cè)艋?由于雜質(zhì)污染，操作過(guò)久雜質(zhì)累積，故必須經(jīng)常凈化鍍?cè)?，其主要的方法有?. 利用過(guò)濾材

80、去除固體雜質(zhì)。2. 應(yīng)用活性炭去除有機(jī)物。3. 用弱電解方法去除金屬雜質(zhì)。4. 可用置換、沈淀、pH調(diào)整等化學(xué)方法去除特殊雜質(zhì)。2.5.11鍍層要求項(xiàng)目 依電鍍的目的鍍層必須具備某些特定的性質(zhì)，鍍層的基本 要求有下列幾項(xiàng)： 1. 密著性(adhesion)，系指鍍層與基材之間結(jié)合力，密著性不佳則鍍層會(huì)有脫離現(xiàn)象，其原因有： (1)表面前處理不良，有油污、鍍層無(wú)法與基材結(jié)合。 (2)底材表面結(jié)晶構(gòu)造不良。 (3)底材表面產(chǎn)生置換反應(yīng)如銅在鋅或鐵表面析出。 2. 致密性(cohesion)，系指鍍層金屬本身間之結(jié)合力，晶粒細(xì)小，無(wú)雜質(zhì)則有很好的致密性。其影響的因素有：(1)鍍?cè)〕煞荩?2)電流密度

81、，(3)雜質(zhì)，一般低濃度浴，低電流密度可得到晶粒細(xì)而致密。 3. 連續(xù)性(continuity)，系指鍍層有否孔隙(pore)，對(duì)美觀及腐蝕影響很大。雖鍍層均厚可減少孔隙，但不經(jīng)濟(jì)，鍍層要連續(xù)，孔率要小。 4. 均一性(uniformity)，是指電鍍?cè)∧苁瑰兗砻嫔蚍e均勻厚度的鍍層之能力。好的均一性可在凹處難鍍到地方亦能鍍上，對(duì)美觀、耐腐蝕性很重要。試驗(yàn)鍍?cè)≈恍杂蠬aring電解槽試驗(yàn)法、陰極彎曲試驗(yàn)法、Hull槽試驗(yàn)法。 5. 美觀性(appearence)，鍍件要具有美感，必須無(wú)斑點(diǎn)，氣脹缺陷，表面需保持光澤、光滑?？蓱?yīng)用操作條件或光澤劑改良光澤度及粗糙度，也有由后處理之磨光加工達(dá)到鍍件物品之美觀提高產(chǎn)品附加價(jià)值。6. 應(yīng)力(stress)，鍍層形成過(guò)程會(huì)殘留應(yīng)力，會(huì)引起鍍層裂開或剝離，應(yīng)力形成的原因有：(1)晶體生長(zhǎng)不正常，(2)雜質(zhì)混入，(3)前處理使基材表面變質(zhì)妨磚結(jié)晶生長(zhǎng)。7. 物理、化學(xué)機(jī)械特性如硬度、延性、強(qiáng)度、導(dǎo)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(diǎn)，(6)粗糙，(7)小孔。缺陷產(chǎn)生的原因有：(1)材質(zhì)不良，(2)電鍍管