電鍍的鍍液與工藝選擇

 (一)鍍液選擇 

鍍液與工藝參數的選定，是產品進行（háng）電鍍前必（bì）要的工作。鍍液與所用的工藝（yì）條件，須由產品的（de）要求來確定。目前能采用的工藝已（yǐ）經很（hěn）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（hé）配套的工藝（yì），首要的是能針對性地滿（mǎn）足產品（pǐn）的質量要求，其（qí）次便是考（kǎo）慮可能得以實施的環境和（hé）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（néng）。無論是何（hé）種目的，所鍍出的（de）鍍層都必須是一（yī）層均勻的完整覆蓋（gài），這是最基本的（de）要（yào）求。如果被（bèi）鍍件形狀複（fù） 雜，或具有小的內孔、凹陷或盲孔，或者材料與表麵很特殊，電鍍工藝（yì）就必須細致（zhì）研究分析後（hòu）才確定，以便滿（mǎn）足這些特殊情（qíng）況。鍍液（yè）是否能具備足夠的（de）宏觀（guān）與（yǔ）微觀分 散（sàn）能力，顯然是必須要考慮的。

 通常電鍍溶液的配方（fāng）大體上可以分為兩類。按照電（diàn）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鼇合劑後生成（chéng）的較複雜（zá）離子。在分散能力、電（diàn）鍍速 度、鍍層結晶結構和特性等方麵（miàn）都有明顯差別。如果零件形狀並不（bú）特別複（fù）雜，鍍層也（yě）能滿（mǎn）足要求時，宜盡量選用較簡單的鍍液配方。這樣不僅成本低（dī），易於控製和管 理，而且更重要的是汙水也較易治理。

 對（duì）於（yú）一種（zhǒng）實用的電鍍（dù）溶液，下列項目須著重考慮。

 1溶液（yè）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（liào）的成本（běn）也上升。隨之鍍液從槽（cáo）內帶出的損耗和引起的汙水處理成本也增加。

  2添加的組分

 鍍液中添加的組分不宜（yí）太多（duō），否則難於控（kòng）製和調整，實際上無法保持工藝的穩定。即便是非分解性的組（zǔ）分，也會帶來分析和調整的（de）困難。組分（fèn）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（bú）用。有些化（huà）合物加入後十分有效，但汙水（shuǐ）難於處理的也不宜加入，否則會遇到環境汙染的（de）限製。有（yǒu）毒物質更要（yào）慎（shèn） 加。

 3溶液的工作（zuò）溫度

 常溫（wēn）工作的電鍍（dù）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（zhǎi），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（dù） 液要求加溫並（bìng）不一（yī）定都會提高成本，這要看（kàn）實際要保持的溫度和相應獲得的好處（chù）。綜合的效益取決於選擇協調的工藝。

 4相（xiàng）應的配套工藝

 一般地說，選用的鍍液要具備較高（gāo）的操（cāo）作柔性。對操作要求苛刻的鍍液並非好的鍍液。有些鍍液效果（guǒ）雖好（hǎo），但對輔助工作（zuò）要求（qiú）條（tiáo）件很敏感，必將在生產中窮於應付。 鍍（dù）液不宜過分地要求工藝配套，或者容許參數範圍過窄，以避免難於監控和調整維（wéi）護。例如要（yào）求表麵（miàn）準備過嚴，便相應要增（zēng）加成本和廢品率（lǜ）。

 5研（yán）發與生產

 電鍍在（zài）很大程度上是服務性的工藝，而其（qí）本身從化學和電化學角度也是一種較複雜的工藝係統。電鍍工藝（yì）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（hé）部件的裝配過程、產品（pǐn）的貯存（cún）環（huán）境和貯（zhù）存期、使用的條件與預期壽命等諸（zhū）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（yuán）和（hé）環境（jìng） 要求的協調、材料的供應和能源配備等等。因（yīn）此，特別是對於新的工（gōng）藝研究，必須有中間放大和開發（fā）的過程以找出問題，否則不（bú）適應和被動常會發生。

 (二)穩態與介穩沉積

 1穩態（tài）沉積

 實現穩態沉積，可以（yǐ）控製恒定電價，也（yě）可以控製恒（héng）定電流（liú）。恒電位有（yǒu）利於針對極（jí）化和析出電（diàn）位來（lái）監控，以便（biàn）在一定的沉積電位下控製沉積的離子品種、合金成分、電 流效率等，並可以省去隨（suí）著生產情況變（biàn）化而調控電流。但是（shì）這種操（cāo）作須用參比電極構成三電極係（xì）統，對於大的設備（bèi）特別是電流分布複雜時生產實踐不易。恒（héng）電流操作 控製相對比較容易，所以在生產上大（dà）多采用（yòng）控製電流的方法。

 通常習慣按照鍍（dù）液的要求，選定適宜的電流密度（dù）及可容許的偏差範圍，給足所需的電流密（mì）度並使之保持穩定。當采用常規的恒穩直流時，這種操作也比較方便。恒定的（de）電流易於直接與法拉第沉積量相聯（lián）係。但（dàn）是在這種情況下，鍍（dù）液的狀態對於（yú）沉積（jī）速度和質量而言便會是第一位的。

 通常采用的鍍液多為單（dān）鹽或加入（rù）絡合劑來組成。常用的單鹽有硫酸鹽、氯化（huà）物、氟硼酸鹽等，少數情況也采用氨基磺酸、乙酸、檸檬酸等複雜一些的酸（suān）鹽。許多單鹽（yán）傾向於在一級電（diàn）離中便離解為所需的金屬離子，並以水化形式存在於溶液內（nèi）。

 絡合型的鍍液通常是加入經選擇的絡合劑或鼇合劑。例如：氰化物、氨或強（qiáng）堿、焦（jiāo）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（lái）提供（gòng）所需的金屬離（lí）子，因而放電過程的單鹽複雜。但是其極（jí）化特（tè）性和宏觀（guān）分散（sàn）能力一般比單鹽要好。

 這兩類鍍液維持穩定沉積的（de）機製並不相同。用簡單（dān）鹽類的鍍液常依靠遊離的酸堿來調節離子的活（huó）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 須加入緩衝劑。導電劑也是常有（yǒu）的組分，並常有同離子效應的雙重作用（yòng）。絡合型（xíng）或加鼇合劑的鍍液須監控其反應（yīng）後的富（fù）裕（yù）量，即遊離的絡合劑濃度以保持反應（yīng）物的穩 定和維（wéi）持絡合（hé）平衡，因而（ér）操作控製要複雜一些。單鹽的溶液有時也采用複鹽，而絡合型的鍍液也可能存（cún）在兩種或更多的絡（luò）合物。

 當保持電（diàn）鍍溶液在恒定的溫度、不加攪拌並且給定（dìng）恰當的電流密度時，如無其他附加因素或場強的影響，電鍍過程可以處於相對（duì）的定（dìng）態。實際上鍍層的質量和沉積的速（sù）度取決於（yú）電鍍溶液和工（gōng）藝參數的穩定。不適當的擾動將損害電鍍質量。

 各種添（tiān）加劑（jì）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（guāng）亮等目前品種甚多（duō），專用性較強並目效果視情況而異。許多具體的產（chǎn）品業已商品化。這 些添（tiān）加劑大多是依靠在電極界麵上的吸附來起作用，因而（ér）往往是複雜結構的有機物，有時是數種物質混配。這些添加劑大體上是通過試驗（yàn）來尋覓，目前（qián）還沒有統一可（kě） 行的理論指導（dǎo）來（lái）挑選。

 添加劑有損耗性和無損耗性的兩類，後（hòu）者（zhě）僅（jǐn）因鍍（dù）件帶出而消耗。電解（jiě）常使有機（jī）物在電（diàn）極表麵（miàn）分解，因而添加劑應隨電鍍量的增加而補充。分解後的產物（wù）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麵活性，因此往往利用表麵張力的測試來監控（kòng）。!!!關係也是一種監控的方法。多數情 況下添加劑（jì）的消（xiāo）耗量要通過研發階段及中間放大（dà）過程來（lái）總結。有時在（zài）生產中不進行測試（shì）而按鍍（dù）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（yīn）為希望成 分保密而建議采用這種添加方法（fǎ）以避（bì）免化驗和監測。鍍層質量對添加劑的（de）品種和加入量很敏感，所（suǒ）以（yǐ）要慎重選（xuǎn）擇和監控，特別是不知（zhī）道成分時，否則易出質量事故。 赫爾槽（cáo）測試也很有用。

2介穩（wěn）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（néng）用較高的電流密度和寬廣的電流密度容許（xǔ）範圍，這樣便能鍍得較快，並且方便操作。寬廣的電（diàn）流（liú） 容許範圍有利於大的和（hé）複雜形狀的鍍（dù）件取（qǔ）得厚度和結構較為均勻的鍍層（céng）。與此同（tóng）時，也希望有較高的（de）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（jiàn）上的電流密度並不等同於理論電流的極限，即在傳質控製下使電極界麵處的離子（zǐ）濃度降低到零。實際生（shēng）產中要求的是能夠在被鍍零件上鍍出好的鍍層的最（zuì）高可用 的電流密度。在這裏（lǐ），工（gōng）程需要是主要的考慮（lǜ）。所以，在電鍍生產實踐（jiàn）中（zhōng）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。高於這個實用的極 限一（yī）般隻能用於暫時（shí），例如鍍鉻時，短時提（tí）高起始電流（liú）以求獲得較好的覆蓋。

 傳統的提高可用電流（liú）密度的方法首推攪拌。對電鍍溶液的攪動，包括機械（xiè）或空氣攪拌、連續泵（bèng）送、運動（dòng）鍍件等方法，有助於鍍（dù）液內的傳質（zhì），從而往往可以較大幅度（dù）地 提高可用的電流密度。但攪拌必須均勻，否則無法保證產（chǎn）品質量的（de）均勻。同時（shí）攪拌也可以使溶液內的沉（chén）渣漂浮，易於導致鍍層變壞。

為了消除（chú）單純的攪拌所帶來（lái）的問題（tí），同時也（yě）能在提高鍍速的同時改善鍍層結構和外觀質量，上個世（shì）紀年代興起了周期換向電流電鍍的（de）方法。通過短時的將（jiāng）鍍件從（cóng）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（céng）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（xiàng）和變動以及（jí）各種不同攪拌的（de）方法，可以看到，對（duì）於恒定電流的維持穩（wěn）態的沉積時，如果（guǒ）利用不同場強來施加擾動，便有可（kě）能獲得較好的效益。實際上可以施加（jiā）到電鍍過程的（de）種種擾動，可以包（bāo）括電場、力場、磁、熱、聲、光等各個方麵。

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