第5章-電鍍與化學(xué)鍍(1).ppt.ppt

1、第五章電鍍和化學(xué)鍍。電鍍是指一種表面處理方法，在該方法中，通過(guò)在含有預(yù)鍍金屬的鹽溶液中進(jìn)行電解，將鍍液中的預(yù)鍍金屬的陽(yáng)離子沉積在基底金屬的表面上。涂層功能：防護(hù)涂層、裝飾涂層、功能涂層。電鍍基礎(chǔ)知識(shí)，電鍍液，主鹽：指電鍍液中能在陰極上沉積所需鍍層金屬以提供金屬離子的鹽。包括主鹽、絡(luò)合劑、附加鹽、緩沖劑、陽(yáng)極活化劑和添加劑。絡(luò)合劑是一種能與主鹽中的金屬離子絡(luò)合形成絡(luò)合物的物質(zhì)。配合物是簡(jiǎn)單化合物相互作用形成的一種“分子化合物”。加鹽：加鹽是除了電鍍液中的主鹽以外的一些堿金屬或堿土金屬鹽，主要用于提高電鍍液的電導(dǎo)率，對(duì)主鹽中的金屬離子沒(méi)有絡(luò)合作用。陽(yáng)極活化劑：電鍍液中能促進(jìn)陽(yáng)極活化的物質(zhì)稱(chēng)為陽(yáng)極活

2、化劑。陽(yáng)極活化劑的作用是增加陽(yáng)極鈍化的電流密度，以保證陽(yáng)極被活化并能正常溶解。緩沖劑：用于穩(wěn)定溶液酸堿度的物質(zhì)。添加劑：添加劑是指能夠顯著改善涂層性能而不顯著改變涂層導(dǎo)電性的物質(zhì)。添加劑根據(jù)其在鍍液中的作用可分為增白劑、流平劑、潤(rùn)濕劑和抑霧劑。電鍍反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)：待鍍部分為陰極，陰極與DC電源的陰極相連，金屬陽(yáng)極與DC電源的陽(yáng)極相連，陽(yáng)極和陰極都浸在鍍液中。當(dāng)電流通過(guò)電鍍槽時(shí)，電解質(zhì)溶液中發(fā)生電解反應(yīng)，金屬不斷地沉淀在陰極上并溶解在陽(yáng)極上。因此，金屬沉淀(或溶解)的量必須與通過(guò)的電荷量相關(guān)。M=kq m=成套m電極上形成的產(chǎn)品質(zhì)量。Q-電量。K-每單位電能可在電極上形成的產(chǎn)品質(zhì)量，稱(chēng)為產(chǎn)品的

3、電化學(xué)當(dāng)量；電流。T-電源準(zhǔn)時(shí)。電鍍時(shí)，陰極上實(shí)際沉淀物質(zhì)的質(zhì)量不等于法拉第定律的計(jì)算結(jié)果，實(shí)際值總是小于計(jì)算值。這是因?yàn)樵陔姌O上有不止一個(gè)反應(yīng)。例如，在鍍鎳期間，Ni22e=Ni22e=H2的副反應(yīng)發(fā)生在陰極上，這消耗了部分電荷(量)并降低了電流效率。電流效率是實(shí)際沉淀物質(zhì)的質(zhì)量與理論計(jì)算的沉淀物質(zhì)的質(zhì)量之比，即(m/m)100=(m/kIt)100，電流效率：指電鍍液均勻分布金屬涂層厚度的能力，也稱(chēng)為電鍍均勻性。電鍍液的分散能力越好，沉積在不同陰極位置的金屬層厚度越均勻。根據(jù)法拉第電解定律，陰極各部分沉積的金屬量(金屬厚度)取決于流經(jīng)該部分的電流。因此，涂層厚度是否均勻本質(zhì)上是電流是否均勻

4、分布在陰極涂層的表面上。電鍍液的分散能力：指電鍍液在被鍍零件的深凹部沉積金屬鍍層的能力。電鍍液的覆蓋能力：分散能力和覆蓋能力不同。前者是金屬在陰極表面均勻分布的問(wèn)題，其前提是陰極表面有涂層；而后者指的是金屬是否沉積在陰極表面的深凹槽中的問(wèn)題。在液相傳質(zhì)、電化學(xué)反應(yīng)、電結(jié)晶和金屬電沉積過(guò)程中，鍍液中的水合金屬離子或絡(luò)合離子從溶液內(nèi)部遷移到陰極界面，并到達(dá)陰極雙電層溶液一側(cè)；水合金屬離子或復(fù)合離子穿過(guò)雙電層，其周?chē)乃戏肿踊蚺潴w層被除去，從陰極獲得電子以產(chǎn)生金屬原子(吸附原子酸堿度的影響：影響電鍍質(zhì)量的因素鍍液的酸堿度會(huì)影響氫的放電電位、堿性?shī)A雜物的沉淀、絡(luò)合物或水合物的組成以及添加劑的吸附程度

5、。在電鍍過(guò)程中，如果酸堿度增加，陰極效率高于陽(yáng)極效率，而酸堿度降低，反之亦然。通過(guò)加入適當(dāng)?shù)木彌_液，可以將酸堿度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。添加劑的影響：鍍液中的光亮劑、流平劑、潤(rùn)濕劑等添加劑能明顯改善鍍層結(jié)構(gòu)。原因是它們?cè)陔娊赓|(zhì)中形成高度分散的氫氧化物或硫化物膠體，這些膠體被吸附在陰極表面以防止金屬沉淀并改善陰極極化。無(wú)機(jī)添加劑，有機(jī)添加劑，原因是這些添加劑大多是表面活性物質(zhì)，它們會(huì)吸附在陰極表面形成吸附膜，這阻礙了金屬的沉淀，從而改善了陰極極化。此外，一些有機(jī)添加劑在電解液中形成膠體，與金屬離子絡(luò)合形成膠體-金屬離子絡(luò)合物，阻礙金屬離子的放電，提高陰極極化。任何電鍍?nèi)芤罕仨氂幸粋€(gè)能產(chǎn)生正常鍍層的電流

6、密度范圍。當(dāng)電流密度過(guò)低時(shí)，陰極極化小，涂層結(jié)晶粗糙，甚至沒(méi)有涂層。隨著電流密度和陰極極化的增加，涂層的晶粒越來(lái)越細(xì)。當(dāng)電流密度過(guò)高并超過(guò)極限電流密度時(shí)，鍍層質(zhì)量開(kāi)始惡化，甚至出現(xiàn)海綿、枝晶、“燒”和發(fā)黑。電流密度、電流波形和電流波形的影響通過(guò)陰極電位和電流密度的變化影響陰極沉積過(guò)程，進(jìn)而影響涂層的微觀結(jié)構(gòu)甚至成分，改變涂層的性能和外觀。電解質(zhì)溫度的升高可以加速擴(kuò)散，降低濃差極化；此外，提高溫度可以加速離子的脫水過(guò)程。離子和陰極表面活性的增強(qiáng)也降低了電化學(xué)極化，這導(dǎo)致晶體變粗。另一方面，溫度的升高可以增加鹽的溶解度，從而增加電導(dǎo)率和分散能力；還可以增加電流密度的上限，從而提高生產(chǎn)效率。溫度和攪

7、拌的影響，攪拌可以降低陰極極化，使晶粒粗化，但它可以增加電流密度，從而提高生產(chǎn)率。此外，攪拌還可以增強(qiáng)流平劑的效果。電鍍過(guò)程一般包括三個(gè)階段：電鍍前預(yù)處理、電鍍和電鍍后處理。預(yù)鍍處理的第一步是使表面粗糙度達(dá)到一定的要求，拋光和拋光；第二步是脫脂、溶劑溶解、化學(xué)和電化學(xué)；第三步，除銹，機(jī)械除銹，酸洗，電化學(xué)除銹；第四步是活化處理，即弱酸腐蝕。3.電鍍金屬和鍍鋅：鍍鋅主要用于鋼鐵等黑色金屬的防腐。鍍鋅工藝可采用酸性和堿性電鍍液，陽(yáng)極采用純鋅。酸性電鍍液價(jià)格便宜，電流效率高，電鍍速度快，但其缺點(diǎn)是電鍍能力差。堿性電鍍液雖然價(jià)格高，但具有良好的電鍍能力。鍍銅：鍍銅用作保護(hù)性裝飾涂層系統(tǒng)的底層，也可用于

8、提高基材和涂層之間的附著力。此外，鍍銅也可用于防止鋼零件、印刷電路板、塑料電鍍和電鑄的滲碳。鍍鎳：鍍鎳可用作表面涂層，或作為多層電鍍的底層或中間層。電鍍合金，即在陰極上同時(shí)沉積兩種或兩種以上金屬以形成結(jié)構(gòu)和性能符合要求的鍍層的過(guò)程，稱(chēng)為電鍍合金。合金鍍層具有許多單一金屬鍍層所不具備的特殊性能，如外觀、顏色、硬度、磁性、半導(dǎo)體性、耐腐蝕性和裝飾性。此外，通過(guò)電鍍合金可以制備高熔點(diǎn)和低熔點(diǎn)金屬的合金以及具有優(yōu)異性能的非晶合金涂層。使用電鍍銅錫合金、電鍍銅鋅合金、電鍍鉛錫合金和電刷鍍。與鍍?cè)∠啾?，電刷鍍具有設(shè)備簡(jiǎn)單、攜帶方便、不需要大型鍍?cè)≡O(shè)備的優(yōu)點(diǎn)；工藝簡(jiǎn)單，操作方便，電鍍筆可以觸及的所有地方都可

9、以用刷子電鍍，適用于現(xiàn)場(chǎng)維修和現(xiàn)場(chǎng)不拆卸零件的緊急修理；涂層種類(lèi)繁多，與基體材料結(jié)合力強(qiáng)，力學(xué)性能好；沉積速度很快，但必須在高電流密度下操作。缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大，鍍液和陽(yáng)極包材消耗高。電刷鍍用于修復(fù)表面、強(qiáng)化表面以及用其他技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改性。首先是基本原則。其次，電刷鍍?cè)O(shè)備輕便或可移動(dòng)，體積小，重量輕，便于現(xiàn)場(chǎng)使用或現(xiàn)場(chǎng)緊急維修。不需要鍍槽和懸掛工具，設(shè)備數(shù)量大大減少。占用空間也小，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的要求大大降低。一套設(shè)備可完成各種涂層的刷鍍。電鍍筆(陽(yáng)極)主要由高純度細(xì)石墨制成，這是一種不溶性陽(yáng)極。石墨的形狀可以根據(jù)需要制成各種樣式，以適應(yīng)待鍍工件的表面形狀。當(dāng)刷一些電鍍槽時(shí)，金屬材料也可以用作陽(yáng)極。

10、設(shè)備的電耗和耗水量遠(yuǎn)低于鍍?cè)?，可?jié)約能源和資源。特殊DC電源整流電路：提供穩(wěn)定的DC輸出，輸出電壓可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，一般范圍為0-30V，輸出電流為0-150A。正負(fù)極性轉(zhuǎn)換裝置：陽(yáng)極或陰極過(guò)載保護(hù)電路可任意選擇。它用于電刷鍍工藝。當(dāng)電流超過(guò)額定值時(shí)，可迅速切斷主電源，以確保電源和部件不會(huì)因短路而燒壞。電流表：用于動(dòng)態(tài)測(cè)量電刷鍍的功耗，從而精確控制鍍層厚度。電鍍筆、陽(yáng)極材料：具有良好的導(dǎo)電性，可連續(xù)通過(guò)高電流密度，不污染電鍍液，易于加工。高純石墨、鉑銥合金、不銹鋼、可溶性陽(yáng)極陽(yáng)極形狀：圓柱形、圓棒形、新月形、矩形、半圓形、細(xì)棒形、扁棒形等。陽(yáng)極包裹：絕緣手柄熱沉鍍筆的使用與保護(hù)。當(dāng)液體供應(yīng)和收集裝置

11、刷鍍時(shí)，根據(jù)被鍍部件的尺寸，可以使用不同的方式向鍍筆供應(yīng)液體，例如浸漬、傾倒和泵送。流動(dòng)的溶液通常被收集在容器中，例如日常使用的塑料桶和塑料托盤(pán)，用于回收。第三章。電刷鍍?nèi)芤?，鍍液的特性大多?shù)電刷鍍?nèi)芤菏墙饘儆袡C(jī)絡(luò)合物的水溶液，它在水中有相當(dāng)大的溶解度和良好的穩(wěn)定性。鍍液中金屬離子的含量通常比鍍液中高幾倍到幾十倍。性能穩(wěn)定，可以在較寬的電流密度和溫度范圍內(nèi)使用，并且在使用過(guò)程中不需要調(diào)整金屬離子的濃度。不易燃、不易爆、無(wú)毒。大多數(shù)鍍液接近中性，腐蝕性低，可保證人工操作的安全性，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。除了一些鍍液，如金和銀，有毒的絡(luò)合劑和添加劑不使用?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)出無(wú)氰鍍金液。熔池凝固技術(shù)和固體制劑的成功

12、發(fā)展給熔池的運(yùn)輸和儲(chǔ)存帶來(lái)了極大的方便。預(yù)處理液電清洗液：電清洗液的作用是通過(guò)電化學(xué)方法去除電鍍零件表面的油污。以磷酸三鈉為主要成分的氫氧化鈉、碳酸鈉等。這種溶液是堿性的，可以去除任何金屬材料表面的油脂并對(duì)其進(jìn)行凈化。電清洗處理通常采用陰極脫脂，即將工件連接到電源的負(fù)極，將電鍍筆連接到電源的正極。油膜被從工件表面(陰極)沉淀的大量氫氣撕裂。同時(shí)，由于電清洗液對(duì)油的乳化和皂化作用以及擦拭作用用電清洗鑄鐵材料表面時(shí)，可以在清洗液中加入10%的水基清洗劑，效果會(huì)更好?；罨海夯罨幚淼膶?shí)質(zhì)是工件表面的電解腐蝕和化學(xué)腐蝕?；罨旱淖饔檬峭ㄟ^(guò)化學(xué)腐蝕和電解腐蝕去除被鍍零件表面的氧化膜和銹斑，從而暴露金屬

13、本身。通常，活化溶液是酸性水溶液，其具有很強(qiáng)的去除金屬氧化物的能力。活化溶液分為強(qiáng)活化溶液和弱活化溶液。強(qiáng)活化液分為硫酸型活化液和鹽酸型活化液。硫酸活化液中可使用多種金屬，作用溫和，正負(fù)極均可使用；鹽酸型活化液比硫酸型活化液作用更強(qiáng)，也適用于各種金屬，只能反極性作用。檸檬酸活化液是一種弱活化液，極性相反，作用溫和，能溶解石墨和碳化物。一些有色金屬只有用弱活化溶液活化后才能刷鍍。刷鍍液?jiǎn)我唤饘馘円汉辖疱円簭?fù)合金屬鍍液、鈍化液和退鍍液鈍化液：用于在鋁、鋅、鎘等金屬表面形成鈍化氧化膜的溶液，可提高表面耐蝕性。常用的是鉻酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽溶液。退鍍液：用于去除被鍍零件表面不合格涂層和多余涂層的溶液。

14、退鍍通常通過(guò)電化學(xué)方法進(jìn)行，并在反向電流下操作(被鍍部分連接到正電極)。退鍍液種類(lèi)繁多，成分復(fù)雜，主要由不同的酸、堿、鹽、緩蝕劑、緩沖劑和氧化劑組成。4.電刷鍍工藝，工藝特點(diǎn)由于鍍筆與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，散熱條件好，使用高電流密度電刷鍍時(shí)工件不易過(guò)熱。涂層的形成是一個(gè)間歇的結(jié)晶過(guò)程，鍍液中的金屬離子被釋放和還原，并且僅在鍍筆接觸工件的那些部分結(jié)晶。因此，涂層中存在大量的超細(xì)晶粒和高密度，這是強(qiáng)化涂層的重要原因。鍍液可以用鍍筆及時(shí)輸送到工件表面，大大縮短了金屬離子的擴(kuò)散過(guò)程，不易造成金屬離子短缺。此外，鍍液中金屬離子的含量高，這允許使用比鍍?cè)「叩枚嗟碾娏髅芏?，因此沉積速度快。手動(dòng)操作方便靈活，特

15、別是對(duì)于復(fù)雜的型材，電鍍筆可以觸摸，也可以電鍍，非常適合大型設(shè)備不拆卸的現(xiàn)場(chǎng)維修。鍍前預(yù)處理和表面修整：被鍍工件的表面必須光滑，所以被鍍工件表面的毛刺、錐度、不圓度和疲勞層必須用切削機(jī)床修復(fù)，或用砂布和金相砂紙打磨，以獲得正確的幾何形狀，暴露母材的正常結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，修整后電鍍工件的表面粗糙度Ra應(yīng)小于5m。對(duì)于被鍍零件表面的腐蝕坑和劃痕，可以用油石、細(xì)銼、氣動(dòng)手指或碎砂輪進(jìn)行開(kāi)槽和整形，使腐蝕坑和劃痕與基體表面平滑過(guò)渡。一般來(lái)說(shuō)，改造后的寬度是原來(lái)腐蝕坑寬度的兩倍以上。窄而深的劃痕應(yīng)適當(dāng)加寬，使電鍍筆能接觸到槽和坑的底部。表面清洗：表面清洗是指用化學(xué)和機(jī)械方法清洗被鍍零件表面的油污和銹斑。當(dāng)

16、電鍍件表面有大量油污時(shí)，先用汽油、煤油、丙酮或乙醇等有機(jī)溶劑去除大部分油污，然后用化學(xué)脫脂溶液去除殘留的油污，再用清水清洗。如果表面有厚銹，可以拋光活化處理：活化處理用于去除脫脂后可能形成的氧化膜，使電鍍部分表面輕微腐蝕，呈現(xiàn)出金屬的晶體結(jié)構(gòu)，從而保證金屬離子能夠還原在基材的新表面，并與基材牢固結(jié)合，形成結(jié)合強(qiáng)度好的涂層?；罨瘯r(shí)，一般采用陽(yáng)極活化(鍍筆與負(fù)極相連)。電刷鍍電刷鍍被鍍零件的底涂層由于電刷鍍層在不同金屬上的結(jié)合強(qiáng)度不同，有些電刷鍍層不能直接沉積在鋼上，所以對(duì)于一些特殊的鍍層類(lèi)型，電刷鍍層應(yīng)作為過(guò)渡層使用，厚度一般為0.001毫米0.01毫米。特殊的鎳或鈷鍍液。它用于一般金屬，特別是不銹鋼、鉻、鎳等材料和高熔點(diǎn)金屬作底層，使母材與鍍層有良好的結(jié)合力。堿性鍍銅液。堿銅的結(jié)合比特種鎳差，但鍍液對(duì)疏松材料(如鑄鋼、鑄鐵)和軟金屬(如錫、鋁)的腐蝕比特種鎳小，所以常被用作鑄鋼、鑄鐵、錫、鋁的基底層。低氫脆鎘鍍液。對(duì)氫特別敏感的超高強(qiáng)度鋼，通過(guò)使用低氫脆的鎘作為