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，是產品進行電鍍前必要的工作。鍍液與所（suǒ）用的工藝條（tiáo）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（kě）以 很（hěn）容易地查到。選擇（zé）鍍液的配方和配套的工（gōng）藝，首要（yào）的是能針對性地滿足產品的質量要求，其（qí）次便是考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（shì）為了裝飾防（fáng）護或者增強其功（gōng）能。無論是何（hé）種目的，所（suǒ）鍍出的鍍層都必須是一層均勻的（de）完（wán）整覆蓋，這是最基本的要求。如果被鍍件形狀複 雜，或具有小的內孔、凹陷或（huò）盲孔，或者材料與（yǔ）表（biǎo）麵很特殊，電鍍工藝（yì）就必須細致研究分析後才確定，以便滿足這些（xiē）特殊情況。鍍液是否能具備足夠的宏觀與微觀分 散能力，顯（xiǎn）然是必須要考慮的。

 通常電鍍溶液的配方大體上可以分為（wéi）兩類。按照電極上離子交換時具備的形態，簡（jiǎn）單的水合離子和加入絡合劑或鼇合劑後生成的較複雜（zá）離子。在分散（sàn）能力、電鍍速 度、鍍層結晶結構和特性（xìng）等方麵都有明顯（xiǎn）差別。如果零件形（xíng）狀並不特別（bié）複雜（zá），鍍層也能滿足要求時，宜盡量選用較簡（jiǎn）單的鍍液（yè）配方（fāng）。這樣不僅成本低（dī），易於控製和管 理，而（ér）且更重要的是汙水也較（jiào）易治理。

 對於一種實用的電鍍溶液，下列項目須（xū）著重考慮。

 1溶液的總體濃度

 離（lí）子濃度高可（kě）以（yǐ）提（tí）高容許的極限電流密度。但材料（liào）的成本也上（shàng）升。隨之鍍液從槽內帶出（chū）的損耗和引起的汙水處理成本也增（zēng）加。

  2添加的組分

 鍍液（yè）中添加的（de）組分不宜太多，否則難於控製和（hé）調（diào）整，實際上（shàng）無法保持（chí）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（de）壽命也要考（kǎo）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。有些化合物加入後十分有效，但汙水難於處理的也不（bú）宜加（jiā）入，否則會遇到環境汙染的限製。有毒物（wù）質更要慎 加。

 3溶液的工（gōng）作溫度

 常溫工作的電鍍溶（róng）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（qū）間不宜太窄，否則仍（réng）避免不了要配備（bèi）加溫設施，甚至配備冷卻設備。總（zǒng）體來講，鍍 液要求加溫並不（bú）一定都會提高成（chéng）本，這要看實際要保（bǎo）持的溫度（dù）和相應獲得的好處。綜合的效益取決於選擇協調的工藝。

 4相應（yīng）的（de）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並（bìng）非好的鍍液。有些鍍液效果（guǒ）雖好，但對輔助工作要求條件很敏感，必將在生產中窮於應付。 鍍液不宜過分地要求工藝配套，或者容（róng）許參數範圍過（guò）窄，以（yǐ）避免難於監控和調整維護。例（lì）如要求表麵準備過嚴，便相應要增加成本和廢品率。

 5研發與生產

 電鍍在很大（dà）程度上（shàng）是服務性（xìng）的工（gōng）藝，而其本（běn）身從化學和電化學角度也是一種較複（fù）雜的工藝係（xì）統。電鍍工藝的選擇實際上還與產（chǎn）品本身的設計和結構、零（líng）件（jiàn）的材料和加 工方法、組件和部件的（de）裝配過程、產品的貯存環（huán）境（jìng）和貯（zhù）存期、使（shǐ）用（yòng）的條件與預期壽命等諸多因素息息（xī）相關。自身的（de）特點還有（yǒu）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（yīng）和能源配備（bèi）等等。因此，特別是對於新（xīn）的工藝研究，必須有（yǒu）中間放大和開發的過程以（yǐ）找出（chū）問題，否則不（bú）適應和被動常會發生。

 (二)穩態與介穩沉（chén）積

 1穩態沉積

 實（shí）現穩態沉積，可以控製恒定電價，也可以控製恒定電流。恒電位有利於針對極化和析（xī）出電位來監控，以便在一定的沉積電位下控製沉積的（de）離子品種、合（hé）金成分、電 流效率等，並可以省（shěng）去隨著生產情況變化而調控電流。但（dàn）是這（zhè）種（zhǒng）操作須用參（cān）比電極構成三電極係統，對於大的設備特別是（shì）電流分布複雜時生產實踐不易。恒電流操作 控製（zhì）相對比較容易，所以在生產上大多采用控製電流的方法。

 通常習慣按（àn）照鍍液的（de）要求，選定適宜的電流密度及可容（róng）許的偏差範圍（wéi），給足所需的電流密度並使之保持穩定。當采用常規的恒（héng）穩直流時，這種操作也比較（jiào）方（fāng）便。恒定的（de）電流易於直接與法（fǎ）拉第沉積量相聯係。但是在這種情況下，鍍液的狀態（tài）對於沉積速度和質量而言（yán）便會是第一（yī）位的。

 通常（cháng）采（cǎi）用的鍍液多（duō）為單鹽或加入絡（luò）合劑來組成。常用的單鹽有硫酸鹽、氯化物、氟硼酸鹽等，少（shǎo）數情（qíng）況也采用氨基磺酸、乙酸、檸檬酸（suān）等複雜一（yī）些的酸鹽。許多單鹽傾向於在一級電離中便離解（jiě）為所需的金屬離子，並以水化形式存在於溶液內。

 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、氨或強堿、焦磷（lín）酸（suān）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（lí）來提供所需的金屬離子，因而放電（diàn）過程的單鹽複雜。但是其極化特性（xìng）和宏（hóng）觀分散能力一般比單鹽要好。

 這兩類鍍液維持穩定沉積（jī）的機製並不相同。用（yòng）簡單鹽類的鍍液常依靠（kào）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（duì）這種鍍液也很（hěn）重要，為此常 須加入緩衝（chōng）劑。導電劑也是常有的（de）組分，並常有同離子效應的雙重作用。絡合型（xíng）或加鼇合劑的鍍液須（xū）監控其反應後的富裕量，即遊離的絡合劑濃度以保持反應物的穩 定和維持絡合平衡，因（yīn）而操作控製要（yào）複雜一些。單鹽的溶（róng）液有時也采用複鹽，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、不加攪拌並且給定恰當的電流密度（dù）時，如無其他附加因素或場強的影響，電鍍過程（chéng）可（kě）以處於相對的定態。實際上鍍層的質量和沉積的速度取決（jué）於電鍍溶液和工藝參數的（de）穩定。不適當的擾動將損害電鍍質量。

 各種添加劑（jì）包括促進（jìn）細晶、改善分散能力、實（shí）現（xiàn）整平提高平（píng）整（zhěng）度以及（jí）使鍍層光亮等目前（qián）品種甚多，專用性較強並目（mù）效果視情況而異。許多具體的產品業已商品化。這 些添（tiān）加劑大多是依（yī）靠在電極界麵上（shàng）的吸附來起作用（yòng），因而往往是複雜結（jié）構的有機物，有時是數種物質混配。這些添加劑大體上（shàng）是通過試驗來尋覓，目前還沒有統一可 行的（de）理論指導來挑選。

 添加劑有損耗性和無損耗性的兩（liǎng）類，後者僅因鍍件帶出而消耗。電解常使有機物在電極表麵分解，因而（ér）添加劑應隨電鍍量的增加而補充（chōng）。分解後的產物是否有害也要 考慮，否則在補充（chōng）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（wǎng）利用表麵（miàn）張力的測試來監控。!!!關係也是一種（zhǒng）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（wéi）希望成 分保密（mì）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（fèn）時，否則易出質量事故。 赫爾槽測（cè）試（shì）也很有用。

2介穩沉積

電流密度的大（dà）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範圍，這樣便能鍍得較快，並且方便操作。寬廣的電流 容許範圍（wéi）有利於大的和複雜形狀的（de）鍍件取得厚度和（hé）結構較為均勻的鍍層（céng）。與此同時，也（yě）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（yě）能（néng）減 少能（néng）耗。

 實踐上的電流密度並不等同於理論電流的極（jí）限，即在傳質控製下使電極界麵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（de）鍍層的最高可用 的電流密度。在這裏，工程需要是主要的考慮。所以，在（zài）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（lùn）值低很（hěn）多（duō）。高於這個實用的極 限一般隻能用於（yú）暫時，例如鍍鉻時，短時提高起始電流（liú）以求獲得較（jiào）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（dòng），包括機械（xiè）或空氣攪（jiǎo）拌、連續泵送、運動鍍（dù）件等方法，有助於鍍液內的（de）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（fǎ）保證產品（pǐn）質（zhì）量的（de）均勻。同時攪拌也可以使溶液內的沉渣（zhā）漂浮，易於導致鍍層變壞。

為了消除單純的攪拌所帶來的問（wèn）題（tí），同時也能在提高鍍速的同時改善鍍層結（jié）構和外觀質量，上個世紀年代興起了周（zhōu）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（jí），便使鍍層（céng）進入一個（gè）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（yǐ）及（jí）各種不同攪拌的方法，可以看到（dào），對於恒定（dìng）電流的維（wéi）持（chí）穩態的沉積時，如果利用不同（tóng）場強來施加擾動，便（biàn）有可能獲得較好的效益。實（shí）際上可以施加到電鍍過程的種種擾動（dòng），可以包括（kuò）電場、力場、磁、熱、聲（shēng）、光等各個方麵。

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