陽極知識
電鍍的鍍液與工藝選擇
www.95rx.cn/ 深圳氧化廠家--合航集團 2013-04-11 13:47
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(一)鍍液選擇
鍍液與工藝參數的選定，是產品進行電鍍前必要的工作。鍍液與所用的工藝條件，須由產品的要求來確定。目前能采用的工藝已經很多，不同的配方和工藝條件可以很容易地查到。選擇鍍液的配方和配套的工藝，首要的是能針對性地滿足產品的質量要求，其次便是考慮可能得以實施的環境和條件。
產品要求電鍍，一般大多是為了裝飾防護或者增強其功能。無論是何種目的，所鍍出的鍍層都必須是一層均勻的完整覆蓋，這是最基本的要求。如果被鍍件形狀復雜，或具有小的內孔、凹陷或盲孔，或者材料與表面很特殊，電鍍工藝就必須細致研究分析后才確定，以便滿足這些特殊情況。鍍液是否能具備足夠的宏觀與微觀分散能力，顯然是必須要考慮的。
通常電鍍溶液的配方大體上可以分為兩類。按照電極上離子交換時具備的形態，簡單的水合離子和加入絡合劑或鰲合劑后生成的較復雜離子。在分散能力、電鍍速度、鍍層結晶結構和特性等方面都有明顯差別。如果零件形狀并不特別復雜，鍍層也能滿足要求時，宜盡量選用較簡單的鍍液配方。這樣不僅成本低，易于控制和管理，而且更重要的是污水也較易治理。
對于一種實用的電鍍溶液，下列項目須著重考慮。
1溶液的總體濃度
離子濃度高可以提高容許的極限電流密度。但材料的成本也上升。隨之鍍液從槽內帶出的損耗和引起的污水處理成本也增加。
2添加的組分
鍍液中添加的組分不宜太多，否則難于控制和調整，實際上無法保持工藝的穩定。即便是非分解性的組分，也會帶來分析和調整的困難。組分的壽命也要考慮，會自行分解或在電解過程中發生變化、半衰期短的盡量不用。有些化合物加入后十分有效，但污水難于處理的也不宜加入，否則會遇到環境污染的限制。有毒物質更要慎加。
3溶液的工作溫度
常溫工作的電鍍溶液當然比較理想，可以節省設備投資和能源消耗。但工作溫度區間不宜太窄，否則仍避免不了要配備加溫設施，甚至配備冷卻設備。總體來講，鍍液要求加溫并不一定都會提高成本，這要看實際要保持的溫度和相應獲得的好處。綜合的效益取決于選擇協調的工藝。
4相應的配套工藝
一般地說，選用的鍍液要具備較高的操作柔性。對操作要求苛刻的鍍液并非好的鍍液。有些鍍液效果雖好，但對輔助工作要求條件很敏感，必將在生產中窮于應付。鍍液不宜過分地要求工藝配套，或者容許參數范圍過窄，以避免難于監控和調整維護。例如要求表面準備過嚴，便相應要增加成本和廢品率。
5研發與生產
電鍍在很大程度上是服務性的工藝，而其本身從化學和電化學角度也是一種較復雜的工藝系統。電鍍工藝的選擇實際上還與產品本身的設計和結構、零件的材料和加工方法、組件和部件的裝配過程、產品的貯存環境和貯存期、使用的條件與預期壽命等諸多因素息息相關。自身的特點還有工藝的穩定性和柔性、與人力資源和環境要求的協調、材料的供應和能源配備等等。因此，特別是對于新的工藝研究，必須有中間放大和開發的過程以找出問題，否則不適應和被動常會發生。
(二)穩態與介穩沉積
1穩態沉積
實現穩態沉積，可以控制恒定電價，也可以控制恒定電流。恒電位有利于針對極化和析出電位來監控，以便在一定的沉積電位下控制沉積的離子品種、合金成分、電流效率等，并可以省去隨著生產情況變化而調控電流。但是這種操作須用參比電極構成三電極系統，對于大的設備特別是電流分布復雜時生產實踐不易。恒電流操作控制相對比較容易，所以在生產上大多采用控制電流的方法。
通常習慣按照鍍液的要求，選定適宜的電流密度及可容許的偏差范圍，給足所需的電流密度并使之保持穩定。當采用常規的恒穩直流時，這種操作也比較方便。恒定的電流易于直接與法拉第沉積量相聯系。但是在這種情況下，鍍液的狀態對于沉積速度和質量而言便會是第一位的。
通常采用的鍍液多為單鹽或加入絡合劑來組成。常用的單鹽有硫酸鹽、氯化物、氟硼酸鹽等，少數情況也采用氨基磺酸、乙酸、檸檬酸等復雜一些的酸鹽。許多單鹽傾向于在一級電離中便離解為所需的金屬離子，并以水化形式存在于溶液內。
絡合型的鍍液通常是加入經選擇的絡合劑或鰲合劑。例如：氰化物、氨或強堿、焦磷酸鹽、氨三乙酸’(等，一些有機物也常被采用。這些鍍液往往要經二級電離來提供所需的金屬離子，因而放電過程的單鹽復雜。但是其極化特性和宏觀分散能力一般比單鹽要好。
這兩類鍍液維持穩定沉積的機制并不相同。用簡單鹽類的鍍液常依靠游離的酸堿來調節離子的活度，或利用同離子效應。)*值的監控對這種鍍液也很重要，為此常須加入緩沖劑。導電劑也是常有的組分，并常有同離子效應的雙重作用。絡合型或加鰲合劑的鍍液須監控其反應后的富裕量，即游離的絡合劑濃度以保持反應物的穩定和維持絡合平衡，因而操作控制要復雜一些。單鹽的溶液有時也采用復鹽，而絡合型的鍍液也可能存在兩種或更多的絡合物。
當保持電鍍溶液在恒定的溫度、不加攪拌并且給定恰當的電流密度時，如無其他附加因素或場強的影響，電鍍過程可以處于相對的定態。實際上鍍層的質量和沉積的速度取決于電鍍溶液和工藝參數的穩定。不適當的擾動將損害電鍍質量。
各種添加劑包括促進細晶、改善分散能力、實現整平提高平整度以及使鍍層光亮等目前品種甚多，專用性較強并目效果視情況而異。許多具體的產品業已商品化。這些添加劑大多是依靠在電極界面上的吸附來起作用，因而往往是復雜結構的有機物，有時是數種物質混配。這些添加劑大體上是通過試驗來尋覓，目前還沒有統一可行的理論指導來挑選。
添加劑有損耗性和無損耗性的兩類，后者僅因鍍件帶出而消耗。電解常使有機物在電極表面分解，因而添加劑應隨電鍍量的增加而補充。分解后的產物是否有害也要考慮，否則在補充添加劑的同時要定期清理鍍液。添加劑中有許多也帶有表面活性，因此往往利用表面張力的測試來監控。!!!關系也是一種監控的方法。多數情況下添加劑的消耗量要通過研發階段及中間放大過程來總結。有時在生產中不進行測試而按鍍槽的實際生產量即安培小時數來補充添加。許多商品添加劑因為希望成分保密而建議采用這種添加方法以避免化驗和監測。鍍層質量對添加劑的品種和加入量很敏感，所以要慎重選擇和監控，特別是不知道成分時，否則易出質量事故。赫爾槽測試也很有用。
2介穩沉積
電流密度的大小，在很大程度上決定電鍍的速度，所以一般都希望能用較高的電流密度和寬廣的電流密度容許范圍，這樣便能鍍得較快，并且方便操作。寬廣的電流容許范圍有利于大的和復雜形狀的鍍件取得厚度和結構較為均勻的鍍層。與此同時，也希望有較高的電流效率和電流效率的穩定性，因為這不僅是鍍速問題，也能減少能耗。
實踐上的電流密度并不等同于理論電流的極限，即在傳質控制下使電極界面處的離子濃度降低到零。實際生產中要求的是能夠在被鍍零件上鍍出好的鍍層的最高可用的電流密度。在這里，工程需要是主要的考慮。所以，在電鍍生產實踐中應用的電流密度，或者說一般意義上的極限電流密度要比理論值低很多。高于這個實用的極限一般只能用于暫時，例如鍍鉻時，短時提高起始電流以求獲得較好的覆蓋。
傳統的提高可用電流密度的方法首推攪拌。對電鍍溶液的攪動，包括機械或空氣攪拌、連續泵送、運動鍍件等方法，有助于鍍液內的傳質，從而往往可以較大幅度地提高可用的電流密度。但攪拌必須均勻，否則無法保證產品質量的均勻。同時攪拌也可以使溶液內的沉渣漂浮，易于導致鍍層變壞。
為了消除單純的攪拌所帶來的問題，同時也能在提高鍍速的同時改善鍍層結構和外觀質量，上個世紀年代興起了周期換向電流電鍍的方法。通過短時的將鍍件從陰極轉為陽極，便使鍍層進入一個溶解過程。這種方法可以改善鍍層結構，減少氣孔，同時也有拋光作用而使鍍層更為光滑細致。
通過電流的周期換向和變動以及各種不同攪拌的方法，可以看到，對于恒定電流的維持穩態的沉積時，如果利用不同場強來施加擾動，便有可能獲得較好的效益。實際上可以施加到電鍍過程的種種擾動，可以包括電場、力場、磁、熱、聲、光等各個方面。
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