1. 1電鍍定義
電鍍(electroplating)是一種電離子沉積過程(electrodepos- ition process),是利用電極(electrode)通過電流,使金屬附著在物體表面上,其目的為改變物體表面的特性或尺寸。
1. 2電鍍目的
是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit),改變基材表面性質(zhì)或尺寸。例如賦予金屬表面的光澤美觀、物品防銹、防止磨耗;提高導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性;熱處理的防滲碳、氮化;尺寸或磨耗的零件修補。
1. 3各種鍍金方法
電鍍法(electroplating) 無電鍍法(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) 陰極濺鍍(cathode supptering)
真空離子電鍍(vacuum plating) 合金電鍍 (alloy plating)
復合電鍍(composite plating 局部電鍍(selective plating)
穿孔電鍍(through-hole plating) 筆電鍍(pen plating)
電鑄(electroforming)
1.4 電鍍基本知識
電鍍大部分是在液體(solution)下進行,而且大多是在水溶液(aqueous solution)中電鍍,大約有30種的金屬可由水溶液進行電鍍,例如: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等等。
有些金屬必須由非水溶液進行電鍍,例如:鋰、鈉、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo等等??捎伤芤杭胺撬芤旱碾婂兘饘儆校恒~、銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等等。
還包括以下幾項:溶液性質(zhì) 物質(zhì)反應 化學式 電化學 界面物理化學 材料性質(zhì)
1.4.1 溶液
被溶解之物質(zhì)稱為溶質(zhì)(solute),使溶質(zhì)溶解之物質(zhì)稱為溶劑(solute)。溶劑為水之溶液稱之水溶液(aqueous solution)。表示溶質(zhì)溶于溶液中之量為濃度(concentration)。在一定量的溶劑中,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(saturated solution),反之為非飽和溶液(unsaturated solution)。溶液之濃度,在生產(chǎn)和作業(yè)管理中,使用易了解和方便的重量百分比濃度(weight percentage)和常用的摩爾濃度(molal concentration)。
1.4.2 物質(zhì)反應(reaction of matter)
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,電解過程有化學反應,我們必須充分了解在處理過程中的各種物理和化學反應的相互關(guān)系及影響。
1.4.3 電鍍常用之化學式
1.溫度之換算: 0℃=5/9(0oF-32) 0oF=1.80℃=32 0K=0℃=273
2.密度: D=M/V M=質(zhì)量 V=體積
3.比重: S.G=物質(zhì)密度/水的密度(4℃時)
4.波美: (Baume′) Be′=145-145/比重 比重=145/145- Be′
例如:20%H2SO4溶液,在20℃是其Be′值是17,求該種液體比重是多少?
答:該種液體比重=145/145-17=145-128=1.13
5.合成物之水分比: 例如,NiSO4,7H2O中含水多少?
答:NiSO4,7H2O=280.87 7H2O=126 H2O%=126/280.87*100%=44.9%
6.比率:例如, 鍍鉻槽有400加侖溶液含500磅鉻酸,問同樣的濃度,100加侖鍍鉻液需要含多少鉻酸?
400/500=100/X X=125 答:需要量125磅鉻酸。
7.溶液的重量換算成容積: 例如,96%H2SO4 ,比重1.854 求配制1公升標準硫酸溶液需要多少毫升96%H2SO4 ?一公升的標準酸液的硫酸重量=98/2=49克 49克/((1.8354克)/(ml×0.96))=27.82ml
答:需要27.82ml的96%H2SO4
8.中和: 例1,用14.4ml的1N的溶液中和310ml的NaOH溶液,求NaOH溶液之當量濃度? 14.4ml×1N=10ml×xN x=1.44
答:NaOH溶液之當量濃度為1.44N
例2, 1.1738N的HCl溶液中和10ml的1.1034N NaOH溶液, 求需HCl溶液多少毫升? xml×1.1738N=10ml×1.1034N x=9.4ml
答:需要9.4ml的1.1738N的HCl溶液。
9.法拉第定律(Faraday′s Law)
例1, 計算用5安培電流經(jīng)過5小時,銅沉積重量,其電流放電率為100%
沉積重量=(原子量/(原子價×96500))×(電流×時間×電流效應) W=(A/(n×96500))×(I×T×CE)
W=(63.54/(2×96500))×(5×5×60×60×100%)=31.8g
答:可沉積31.8g的銅。
例2, 要在10分鐘鍍2.5克的鎳在NiSO4 鍍液需要多大電流?
設(shè)電流效率為100%, I=((n×96500)/(A))×((W)/(T×CE))
=((2×96500)/(58.69))×((2.5)/(10×60×100%))=13.7A
答:需要13.7A電流
例3, 鍍件表面積為1000cm2,在硫酸銅鍍液中通過15A電流,電流效率100%,求鍍銅51m所需要的時間。銅密度為8.93g/cm3
t=((n×96500×D)/(A))×((area×d)/(I×CE))=
((2×96500×8.93)/(63.45))×((1000×5×10-4)/(15×100%))
=900秒=15分鐘 答:所需時間為15分鐘。
例4, 鍍件表面積為1.5m2,平均電流為1500A,15分鐘鍍得平均鋅鍍層251m,鋅的密度為7.14g/m3,鋅的原子量為65.38,求電流效率? CE=WAct/WThen×100%
=((1.5m2×251m×7.14g/m3)/(( 65.38)/(2×96500))×1500×15×60))×100%=59% 答:其電流效率為59%
例5, 酸性鍍錫溶液做連續(xù)性銅片鍍錫,銅片0.9m寬,銅片的進行速度500m/min,電流密度5000A/m2,上下兩面欲鍍上0.41m錫厚,電流效率100%,錫的密度7.31g/cm3,原子量118.7,求電鍍槽需要多少m長?
槽長L=((n×96500×D)/(A))×((S×d)/(DI×CE))=
((2×96500×7.31g/cm3)/(118.7))×((500m/min×0.41m)/(5000A/m2×100%))
=8m 答:所需要的長度為8米。
例6, 使用不溶性陽極鍍鉻,電流效率為18%,通過電流為1000A/小時,不考慮帶出損失,求需要補充多少CrO3,以維持鍍液中鉻的濃度?鉻原子量為52,氧原子量為16
W=((A/(n×96500))×(I×t×CE)=((52/(6×96500))×(1000×18%)
WCro3=58.1×CrO3/Cr=58.1×100/52=112g
答:需要補充CrO3 112g