電鍍是金屬離子在陰極上電化學(xué)還原而形成金屬結(jié)晶的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程需要消耗電能,而且需要在一定的操作條件下(PH值,溫度,電壓,電流密度等)下才能得到有用的鍍層。不同組分的電解液對(duì)電流在陰極的分布有很大的影響,因此調(diào)整或選擇一個(gè)合適或優(yōu)良的電鍍液是電鍍生產(chǎn)的一個(gè)重要問(wèn)題。例如改善均一性,提高覆蓋能力,獲得光澤鍍層等。尤其是各種有機(jī)添加劑對(duì)電鍍過(guò)程的影響,人們一般把注意力放在電解液的組成上,希望可以找到一個(gè)有寬廣作業(yè)范圍的鍍液。
即使最簡(jiǎn)單的電解過(guò)程也不是也不是純化學(xué)過(guò)程,即使是化學(xué)因素也是在一定的物理?xiàng)l件下才起作用的影響電極的因素不能僅僅從化學(xué)因素考慮,這是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程,可以從電極反應(yīng)的結(jié)果來(lái)判斷。選用各種化學(xué)物質(zhì)的目的(如絡(luò)合劑,添加劑等)也是為了改善電極過(guò)程,使之有利于鍍層的沉積。這些化學(xué)物質(zhì)有可能改變金屬離子的存在狀態(tài),但在電場(chǎng)作用下,有電流通過(guò)電解液時(shí),這是會(huì)有離子的變形,電泳現(xiàn)象等發(fā)生,還用陰離子消耗產(chǎn)生的濃差極化。但是這些離不開(kāi)物理因素。例如電鍍光亮鎳要加溫到45度,在溫度低時(shí)光亮劑作用就不明顯;相反又如酸性光亮鍍銅的添加劑一般必須在30度以下才起作用。陰極移動(dòng)可以增大電流密度范圍。以上例子說(shuō)明電鍍液可以在一定的物理因素條件下充分發(fā)揮作用。
一.電源的影響
一般電鍍業(yè)者認(rèn)為是用平穩(wěn)的直流電或至少接近平穩(wěn)是最理想的,可控硅的出現(xiàn)使大家認(rèn)識(shí)到電源波形的利弊影響。電流波形也和電解液組成和電流密度一樣是電鍍工程的一個(gè)重要因素。在電極反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)的電化學(xué)極化與濃差極化都會(huì)影響電鍍結(jié)晶的品質(zhì),成為控制反應(yīng)的因素。例如脈沖電源對(duì)不同的電鍍的影響也是不一樣的。受擴(kuò)散控制的反應(yīng),才適合采用脈沖電源。在電極反應(yīng)過(guò)程中,電極表面由于離子濃度變化形成一個(gè)擴(kuò)散層。當(dāng)反應(yīng)受擴(kuò)散控制時(shí),擴(kuò)散層會(huì)比較厚一些,使電極表面的微觀不平形成薄厚不均的擴(kuò)散層,容易出現(xiàn)反整平現(xiàn)象,使鍍層不光滑。使用脈沖電鍍后,鍍層變得相對(duì)光滑多了。容易受擴(kuò)散控制的鍍液是交換電流密度大的槽液,如銀等,實(shí)際上銅鎳等都可以利用各種波形的電源獲得滿意的鍍層。電源波形不僅對(duì)擴(kuò)散層有影響,對(duì)添加劑的吸附,改變結(jié)晶的取向,控制鍍層的應(yīng)力,減少鍍層滲氫,調(diào)整合金的比例等都有相當(dāng)?shù)淖饔?。同時(shí)采用脈沖電源的脈波電流可以減少機(jī)械,電機(jī)設(shè)備,而且效果更加顯著。如在普通鍍鎳中,采用脈沖電鍍,大大提高鍍層的光澤性和反射率。但對(duì)光亮鍍鎳影響不大,因其對(duì)光亮鍍鎳結(jié)晶優(yōu)先取向的影響不大,但可以提高亮度。酸銅采用則可改善鍍層的均勻性。
二.溫度的影響
電鍍往往在一定的溫度下進(jìn)行的,溫室是電鍍的理想溫度。一般來(lái)說(shuō),提高溫度,可以增加鍍液的導(dǎo)電性,提高鍍液的均勻性。鍍液的均勻性是由電流在陰極表面的分布情況決定的。溫度下降,粒子活潑性下降,溶液黏度增加,導(dǎo)電度降低。當(dāng)金屬還原時(shí)的電化學(xué)極化較大,它受溫度影響就越大。溫度升高時(shí)過(guò)電壓降低,反應(yīng)容易進(jìn)行;溫度降低,增加電極極化。溫度對(duì)電極的影響是很明顯的。對(duì)交換電流的影響較大,電壓的影響少小。鎳的常溫過(guò)電壓較高,可以在常溫下析出;金銅銀等因其過(guò)電壓過(guò)低,已發(fā)生燒焦粗糙等現(xiàn)象,需要添加絡(luò)合劑或添加劑來(lái)提高反應(yīng)的過(guò)電壓。但是會(huì)降低反應(yīng)的速度,這種添加了絡(luò)合劑或添加劑,導(dǎo)電鹽因總體濃度增加,粘度增大,導(dǎo)電率下降,采用適當(dāng)加溫,可以在不破壞絡(luò)合物作用的同時(shí),增加導(dǎo)電度,提高反映允許的電流密度,也可以達(dá)到提高反應(yīng)速度和鍍層均勻性。
溫度對(duì)添加的影響也很明顯,光亮鍍鎳使用的添加劑,一般需要加溫到50度左右,才會(huì)有明顯的光亮作用,因?yàn)闇囟壬?,電流密度可以升高,這對(duì)達(dá)到增光劑的吸附電位有利。又如酸性鍍銅光亮劑一般溫度超過(guò)40度其作用就完全消失,只有在30度以下,才會(huì)有理想的光澤。
電鍍的本身會(huì)產(chǎn)生歐姆熱。一度電可以轉(zhuǎn)化為熱能860千卡,并由此可以計(jì)算出槽液的生熱量和溫升:
Q=U×A×0.86×η
Q:電解熱
U:槽電壓
A:電流
η:熱交換率%
其中熱交換率因鍍液組成,掛鉤導(dǎo)電狀況不同而不同。因此有些在常溫下能工作的電鍍液,在大量連續(xù)生產(chǎn)時(shí),也有必要采取降溫措施。如酸性光亮鍍銅采取冷凍機(jī)降溫后,其品質(zhì)穩(wěn)定,可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)。