02=第二章 電鍍的基本原理與概論

1、第二章電鍍基本原理與概念1電鍍之定義22電鍍之目的2.3各種鍍金的方法2.4電鍍的基本知識2.5電鍍基礎(chǔ)2.6鍍有關(guān)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，使金屬附著于物體表面上，其目的是在改變物體表面之特性或尺寸。回目錄2.2電鍍之目的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?；啬夸?.

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(fù)合電鍍(compositeplating局部電鍍(selectiveplating)穿孔電鍍(through-holeplating)筆電鍍(penplating)電鑄(

3、electroforming)回目錄2.4電鍍的基本知識電鍍大部份在液體(solution)下進行，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、鉆Co、錳Mn、銻Sb、鉍Bi、汞Hg、傢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)玟嚒⑩c、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo等?？捎退芤杭胺撬芤弘婂冋哂秀~、銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等金屬。電鍍的基本知識包括下

4、列幾項：溶液性質(zhì)物質(zhì)反應(yīng)電化學化學式界面物理化學材料性質(zhì)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(aqueoussolution)o表示溶質(zhì)溶解于溶液中之量為濃度(concentration)o在一定量溶劑中，溶質(zhì)能溶解之最大量值稱之溶解度(solubility)達到溶解度值之溶液稱之為飽和溶液(saturatedsolution),反之為非飽和溶液(unsaturatedsolution)。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

5、濃度(molalconcentration)。物質(zhì)反應(yīng)(reactionofmatter)在電鍍處理過程中，有物理變化及化學變化，例如研磨、干燥等為物理反應(yīng)，電解過程有化學反應(yīng)，我們必須充份了解在處里過程中各種物理及化學反應(yīng)及其相互間關(guān)系與影響。電鍍常用之化(chemicalformular)見附錄一。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(yīng)用的一支。電化學是研究有關(guān)電能與化學能交互變化作用及轉(zhuǎn)換過程。電解質(zhì)(electrolyte)例子Na

6、CI,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(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)。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)。整個反應(yīng)過程稱之為電解(electrolysis)。2.4.4.1電極電位(electrodepotentials)電位(el

7、ectrodepotential)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)o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)只=氣體常數(shù)(83143J.K-1M0L-1)T=絕對零度(K)門=原子價之改變數(shù)(電子移轉(zhuǎn)之數(shù))aMn+=金屬離子

8、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。般則活度為濃度乘上活度系數(shù)，即a=r*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)及在金屬離子活度為1時之電極電位。即E=E0E=E0+RT/nFln1/1=E0+0=E0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

9、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)。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(noblemetal)。電極電位電極電位Li+-3.045Co?Co+2-0.277Rb?Rb+-2.93Ni?Ni+2-0.250K?K+-2.924Sn?Sn+2-0.136Ba?Ba+2-2.90Pb?Pb+2-0.126Sr?Sr+2-2.90Fe?Fe+3-0.04Ca?Ca+2-2.87Pt/H2?H+0.000Na?Na+-2.715Sb?Sb+3+0.15Mg?Mg+2-2.37Bi?Bi+3+0.20Al

10、?Al+3-1.67As?As+3+3Mn?Mn+2-1.18Cu?Cu+2+0.34Zn?Zn+2-0.762Pt/OH-?O2+0.40Cr?Cr+3-0.74Cu?Cu+0.52Cr?Cr2-0.56Hg?Hg2+2+0.789Fe?Fe+2-0.441Ag?Ag+0.799Cd?Cd+3-0.402Pd?Pd+2+0.987In?In+3-0.34Au?Au+3+0.150Tl?Tl+-0.336Au?Au+1.68表2.4.4.22443NernSt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別稱之

11、為電位差所引起,此現(xiàn)象Nernst解說如下:設(shè)驅(qū)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(electrolaticsolutionpressure)為p而使溶液中的陽離子得到電子還元成金屬滲透壓(osmoticpressure)為p,則有三種情況發(fā)生：(1)PP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)PP時,金屬陽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,沒有產(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

12、價數(shù)，即電子之轉(zhuǎn)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=?pVdp=RT?pdp/p=-RTInP/PppE=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=Eo+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

13、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-?2HgE=E0-RT/nFIn玄也/aHg2+2例3：氫電極反應(yīng)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(jié)合力,則金屬會溶解失去電子形式金屬陽離子與水結(jié)合成為M+

14、n?xH20,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MgZn及Fe等浸入酸鹽類水溶液時產(chǎn)生此種電極電位MtM(aq)+n+ne-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,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o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(Hg2CI2)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PtxCr+2,Cr+3等o2.4.4.6界面電性二重層在金屬與溶液的界面處帶電粒子與表面電荷形成的吸附層，偶極子的排

15、列層以及擴散層等三層所組合的區(qū)域稱之為界面電性二重層。24.47液間電位差(liquidjunctionpotential又稱之為擴散電位差(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。2448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，必須加額外的電壓來克服，這些阻礙使電流通過，這種額外電壓消除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

16、分下列四種：1活化能過電壓(activiationovervoltage)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)需要額外電壓來克服活化能阻礙，此額外電壓之活化能過電壓，可用Tafel公式表示：gact=a+blo9ib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g(shù)act占很小一部份，幾乎可以忽略，除非電流密度很大。氫過電壓(hydrogenovervoltage)，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電壓，即gH2=Ei-Eeq=Ei-Eeq式中g(shù)吃=氫過電壓Ei=實際電壓丘6口=平衡電壓在電鍍時由于氫過電壓的

17、原因使氫氣較少產(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濃度過電壓(concentrationovervoltage)當電流變大，電極表面附近反應(yīng)物質(zhì)的補充速度及反應(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電壓。在電鍍時可增加溫度即增加擴散速率，增加濃度，攪拌或陰極移動可減少濃度過電壓，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(solutionresistaneeovervoltage)溶液的電阻產(chǎn)生IR電壓降，所以需要額外的電壓IR來克服此電阻使電流通過，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

18、，提高溫度以減少此電阻過電壓，有時此IR形成熱量太多會使鍍液溫度一直上升，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，在電極表面會形成一層鈍態(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克服，此種額外電壓稱之為鈍態(tài)膜過電壓。2449分解電壓(decompositionpote)tial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點之電壓稱之分解電壓，亦稱之實際分解電壓(praticaldecompositionpotential),然而要產(chǎn)生電流I所需之電壓為：二+IRaconcEI

19、=E0+ggTOTAL=gc+ga+gEo=Ec-Ea式中：E0=平衡電動勢Ec=陰極可逆電極電位Ea=陽極可逆電極電位g=陰極過電壓cg=陽極過電壓ag=濃度過電壓conc.1=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：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極，攪拌良好，則產(chǎn)生電流I所需之電壓為E|=Eo+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極，電極面積10ctf,以10-2Amp/

20、c進行鍍鎳。gc=0.445+0065logIga=0.375+0045logI,內(nèi)電阻R=300Q，攪拌良好ca所需之電壓為若干？解：EI=gc+ga+IR=0.445+065log(0.01*10)+0.375+0045log(001*10)+(0.01*10)*300=30.71volt2.4.5界面物理化學表面處理過程中，金屬會與水或液體接觸，例如水洗、酸浸、電鍍、涂裝、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，無法達到表面處理的目的。所以金屬與液體接觸以接口物理化學性質(zhì)對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液體表面的

21、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，到沸點時因表面分子氣化自由表面消失，故張力變?yōu)榱恪Ｒ后w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。表面處理過程如洗凈、脫脂、酸洗等界面活性劑被廣泛應(yīng)用對表面處理之光澤化、平滑化，均一化都有相當幫助。2.4.6材料性質(zhì)表面處理工作人員必須對材料特性充份了解，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、

22、比熱、溶點、降伏點、抗拉強度、延展性、硬度、導電度等?；啬夸?.5電鍍基礎(chǔ)電鍍的基本構(gòu)成兀素及工場設(shè)備電鍍使用之電流電鍍?nèi)芤航饘訇枠O與金屬陰極陽極袋電鍍架電鍍前的處理電鍍工場設(shè)備電鍍控制條件及影響因素鍍浴凈化鍍層要求項目鍍層缺陷電鍍技藝金屬腐蝕2.5.1電鍍的基本構(gòu)成元素外部電路，包含有交流電源、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)o鍍槽(platingtank)加熱或是冷卻器(heatingorcollingcoil)。鍍槽構(gòu)造,其典型鍍槽見圖:電鍍工場設(shè)備一個電鍍工場必須配備下列各項設(shè)備：

23、防酸之地板及水溝。糟及預(yù)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(shè)備。操作用之上下架桌子。檢驗、包裝、輸送工件等各項設(shè)備、儀器。通風及排氣設(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金屬沈積又再被溶解所以交流電流無法電沈積金屬。直流電源是用直流發(fā)電機或交流電源經(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。但在有些特殊情況會使用交流電流或其它種特殊電流，用來改善陽極溶解消除鈍態(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

24、等。253電鍍?nèi)芤?，又稱鍍浴(platingbath)電鍍?nèi)芤菏且环N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?nèi)芤?。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255之間鍍浴，例如鎳鍍浴。咸性鍍浴其pH值超過7之溶液，例如氰化物鍍浴、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金屬鹽：提供金屬離子之來源如硫酸銅。可分單鹽、鹽，及錯鹽。例如：單鹽：CuSO4；NiSO4復(fù)鹽：NiSO4；(NH4)2SO4醋鹽：Na2Cu(CN)3導電鹽：提供導電度，如硫酸鹽、氯鹽，可降低能量花費、鍍液熱蒸

25、發(fā)損失，尤其是滾桶電鍍更需優(yōu)良導電溶液。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I*緩沖劑，電鍍條件通常有一定pH值范圍，防止pH值變動加緩沖劑，尤其是中性鍍浴(pH58),pH值控制更為重要。錯合劑，很多情況，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。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特性之添加劑。8.9.潤濕劑(wettingagent),

26、般為界面活性劑又稱去孔劑。2.5.3.2鍍浴的準備將所需的電鍍化學品放入在預(yù)備糟內(nèi)與水溶解。去除雜質(zhì)。用過濾器清除浮懸固體，倒入一個清潔電鍍槽內(nèi)。鍍浴調(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)。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(zhì)。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(zhì)。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

27、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極籃(anodebasket)內(nèi)。陽極電流密度必須適當，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須補充金屬鹽。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、增加自由氰化物(freecyanide)的濃度，升高鍍浴溫度或升高pH值，也可將某種物質(zhì)加入陽極內(nèi)以減少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

28、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，以金氰化鉀來補充。在鍍鉻中用不溶解之鉛陽極，以鉻酸補充鉻離子。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。不溶性陽極可用在控制金屬離子過度積集在鍍糟內(nèi)，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，以減低投資成本或避免偷竊的困擾。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(nèi)物質(zhì)，所以不能使用有機物添加劑。槽內(nèi)之金屬離子必須靠金屬鹽來補充。255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(zhì)陽極泥，以防止污染鍍浴，阻止粗糙鍍層發(fā)生。陽極袋

29、是用編織布縫成陽極形狀寬大適中，長度要比陽極稍長，材料需扎得緊，足夠收集陽極泥，不妨礙鍍浴流通，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，并浸泡與鍍浴相同之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應(yīng)，如氫氣之形成于金屬陰極上。準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

30、),包括下列過程：洗凈：去除金屬表面之油質(zhì)、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。清洗：用冷或熱水洗凈過程之殘留洗凈劑或污物。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^度酸浸。酸浸完后要充份清洗。活化：促進鍍層附著性，可用各種酸溶液使金屬表面活化。.漂清：電鍍前立刻去除酸膜，然后電鍍。258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：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

31、能通過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(gòu)成夾持小鍍件。3.箱型，這種掛架可以處理許多鍍件，需配備有自動輸送機、起重機、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，此種適合手動及自動操作。選擇電鍍掛架的決定因素有1.電流量，強度，3.荷重限制，4.鍍件位置安排，

32、5.空間限制，制造難易，7.維持費用及成本。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、移動距離可有所變動。舌尖必須具備足夠的硬度、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，因有好的導電性，容易成型，有適當強度。鋼與銅導電性比銅差，但較便宜。

33、鋁掛架用在鋁陽極處理(anodizing),其優(yōu)點是輕。鎳鍍架耐腐蝕，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應(yīng)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(diào)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,其目的有下列幾項：減少電鍍金屬之浪費。限制電流進入要被電鍍之區(qū)域,減少電能損失。減少鍍浴污染。改進金屬披覆分布。減少電鍍時間。延長鍍架壽命,防止鍍糟腐蝕。鍍架有下列涂層材料可應(yīng)用：壓力膠帶,容易使用,易松脫損壞,適合短時

34、應(yīng)用或臨時使用。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、黏性好可用任何鍍浴，尤其適合使用于鉻電鍍?？諝飧稍锼芰?，不用涂底、浸泡或擦刷后空氣干燥、黏性優(yōu)良，適宜各種電鍍浴。橡皮，除鉻電鍍外其它鍍浴均可使用。蠟，不能使用于強咸及熱鍍浴。電鍍操作過程鍍架使用注意事項：鍍件需定位，與陽極保持相同距離，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。鍍件安排要適當，要使氣泡容易逸出，稍傾斜放置鍍件。空間安排，避免鍍件相互遮蔽。堅固接觸，防止發(fā)燒、孤光等現(xiàn)象發(fā)生。防止高電流密度的形成，如尖、邊緣、角等處必須適當應(yīng)用絕緣罩或漏電裝置。

35、使用陽極輔助裝置或雙極鍍架，應(yīng)小心調(diào)整以確保適當電流分布。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注意漏電，鍍浴帶出損失及帶入污染等現(xiàn)象。2.5.9電鍍控制條件及影響因素鍍液的組成。12.覆蓋性。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.陽極形狀成份。18.電極材質(zhì)及表面狀況8.過濾。19.浴電壓。9.pH值。10.時間。1.11.極化。鍍液的組成：對鍍層結(jié)構(gòu)影響最大，例如氰化物鍍浴或復(fù)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

36、大。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(jié)晶將會形成。鍍浴溫度：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致鍍層，但鍍浴需過濾清潔，否則雜質(zhì)因攪拌而染鍍件表面產(chǎn)生結(jié)瘤或麻點等缺點。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陽極溶解，移去極化作用的鈍態(tài)膜，增強鍍層光澤度、平滑度、降低鍍層應(yīng)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：幾何形狀，主要是指鍍槽、陽

37、極、鍍件的形狀。分布位置空間、陰陽極的距離、尖端放電、邊緣效應(yīng)等因素。極化作用，提高極化作用可提高均一性。電流密度，提高電流密度可改進均一性。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。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：良好的鍍浴成份，改進配方有。合理操作，表面活生化均勻。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。調(diào)節(jié)陰陽極間之距離及高度。應(yīng)用陽極形狀善電流分布。加設(shè)輔助電極、輸電裝置、絕緣屏障等改進電流分布。應(yīng)用沖擊電流、在電鍍前用較大電流進行短時間電鍍。陰陽極形狀、成份及表面狀況影響很大，如鑄鐵和高硅鋼的材料氫過電

38、小，電鍍時大量氫氣析出，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。陽極與陰極形狀也會影響鍍層。過濾，如陽極泥、沈碴等雜質(zhì)會影響鍍層如麻點、結(jié)瘤、粗糙的表面，也會降低鍍層之防蝕能力，所以必須經(jīng)常過慮或連續(xù)性過慮固體粒子。pH值會影響鍍浴性質(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，錯合離子的濃度都有相當?shù)挠绊?。時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

39、叫做極化作用，克服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：有利于鍍層細致化。有利于改進均勻性，使鍍層厚度均勻分布。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。不利陽極溶解，消耗電力、浴溫增高、鍍浴不安定。影響極化作用的因素有：電鍍浴組成，如氰化物鍍浴之極化作用大，低濃度之鍍浴極化作用較大。電流密度，電流密度愈大極化作用愈大。溫度愈高，極化作用愈小。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。導電度

40、，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，二者方式不相同，電解液的導電性比金屬導體差，其影響因素有：電解質(zhì)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，所以導電性較佳。電解液濃度，電解質(zhì)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1530%時導電度最高。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，因溫度升高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

41、高溫度來增加鍍浴的導電度以增高電流效率。電流效率，電鍍時實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。若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、鎳、鉻、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

42、不利的，應(yīng)設(shè)法提高氫過電壓。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，輸電裝置避免鍍得太厚浪費或燒焦鍍層缺陷。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。在電鍍浴中若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(zhì)及表面狀況對氫過電壓影響很大，光滑表面的過電壓較大，不同材質(zhì)

43、有不同氫過電壓，金屬鉑的氫過電壓最小。浴電壓，依鍍浴組成，極面積及形狀、極距、攪拌、溫度、電流濃度等而不同。一般在912V，有高到15V。2.5.10鍍浴凈化由于雜質(zhì)污染，操作過久雜質(zhì)累積，故必須經(jīng)常凈化鍍浴，其主要的方法有：利用過濾材去除固體雜質(zhì)。應(yīng)用活性炭去除有機物。用弱電解方法去除金屬雜質(zhì)。4可用置換、沈淀、pH調(diào)整等化學方法去除特殊雜質(zhì)。2.5.11鍍層要求項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：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有脫離現(xiàn)象，其原因有：表面前處理不良，有油污、鍍層無法與基材結(jié)合。底材表面結(jié)晶構(gòu)造不良。底

44、材表面產(chǎn)生置換反應(yīng)如銅在鋅或鐵表面析出。致密性(cohesion)，系指鍍層金屬本身間之結(jié)合力，晶粒細小，無雜質(zhì)則有很好的致密性。其影響的因素有：(1)鍍浴成份，電流密度，(3)雜質(zhì)，一般低濃度浴，低電流密度可得到晶粒細而致密。連續(xù)性(continuity)，系指鍍層有否孔隙(pore),對美觀及腐蝕影響很大。雖鍍層均厚可減少孔隙，但不經(jīng)濟，鍍層要連續(xù)，孔率要小。均一性(unformity),是指電鍍浴能使鍍件表面沈積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。美觀性(appe

45、arence),鍍件要具有美感，必須無斑點，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到鍍件物品之美觀提高產(chǎn)品附加價值。應(yīng)力(stress),鍍層形成過程會殘留應(yīng)力，會引起鍍層裂開或剝離,應(yīng)力形成的原因有：(1)晶體生長不正常,(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。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)生的原因有：(1)材質(zhì)不良，

46、(2)電鍍管理不好，(3)電鍍工程不完全，(4)電鍍過程之水洗、干燥不良，(5)前處理不完善。2.5.13電鍍技藝電鍍技藝，必須具備化學、物理、電化、電機、機械的相關(guān)技能，要能了解材料性質(zhì)，表面性質(zhì)與狀況，熟悉電鍍操作規(guī)范，對日常作業(yè)發(fā)生的現(xiàn)象及對策詳加整理牢記在心，以便迅速正確地做異常處理。平時要注意電鍍工場管理規(guī)則，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(jié)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

47、、表面下腐蝕、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(zhì)。防止金屬腐蝕的方法有：(1)正確選用材料，(2)合理設(shè)計金屬結(jié)構(gòu)，(3)耐蝕合金，(4)臨時油封包裝，(5)去除腐蝕介質(zhì)，(6)電化保護，(7)覆層保護。2.6電鍍有關(guān)之計算電鍍有關(guān)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+320K=0C+2732.密度：D=M/VM=質(zhì)量,V=體積(3)比重：S.G物質(zhì)密度/水在4oC時密度波美(baume)Be=145-145/比重比重=145/145-Be例20%H2SO4的溶液，在20C時其Be值

48、為17,求比重多少?比重=145/145-17=145/128=1.13合成物之水分比例NiSO4，7H2O中含水多少?解NiSO4，7H2O=280.877H2O=126H2O%=126/280.87*100%=44.9%比率例鉻鍍槽有400加侖的溶液含500磅鉻酸，問同樣的濃度100加侖鍍槽需含多少鉻酸?400/500=100/Xx=125需1251b鉻酸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)=2782ml需要2782ml之96%H

49、2SO4(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144mlx1N=10mlxxNx=144比N.OH之當量濃度為1.44N例211738N的HC1溶液來中和10ml之11034NNaOH溶液,求需HC1溶液多少ml？解xmlxl仃88N=10mlx1.1034Nx=94需9.4ml之11738NHC1溶液法拉第定律(FaradaysLaw)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(yīng))W=(A/(n*96500)*(I*T*CE)=(6354/(2*96500)*(5*5*60*60*100%)=318(g)可沉積318g的銅例2要在10分鐘鍍25g的鎳在NiSO鍍浴需多大電流？電流效率100。I=(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鍍件的表面積為1000cm2,在硫酸銅鍍液中通過15安培電流，電流效率為100%,求鍍銅5lm所需要的時間。銅密度為8.93g/cm3t=(n*96500*D)/(A)*(area*d)/(I*CE)=(2*9650