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电 镀 基 础 知 识

电 镀 基 础 知 识

一、什么叫电镀
电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面,以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程,就叫电镀。
简单的理解,是物理和化学的变化或结合。
普通的说:电与化学物质(化学品)的结成。
例如:一块铁板上镀上一层铜(通电在铜的镀液上)。
二、电镀必须具备什么条件:
要办一个电镀厂,一个车间必须要有:外加的直流电源和特定电解液(或叫镀液)以及特定金属阳极组成的电解装置。就是除了厂房、水、废水处理外,还必须有直流的整流器。镀液通过(镀铜、镍、锌、锡、金、银)等镀种,以及镀什么镀种先择好阳极板。如:镀镍要用镍板,镀铜要用电解铜板,但镀铬不是用铬板,而是铅锡、铅锑合金板(即不溶性阳极)。
除此外,化学镀、热镀锌等镀种通过化学反应结成的镀层是不用电镀的,一般叫化学镀镍、化学镀铜。
三、电镀须知的电化学基础知识。
1、 化学知识:
自然界由物质构成的,我们经常见到的水、泥土、食盐、钢铁等都是物质。一切物质都处在不停的运动状态。运动是物质存在形式:例如:水蒸发成汽,遇冷变成冰块等。
物质发生运动变化的根本原因在于物质内部的矛盾性。自然界一切物质的运动和变化叫自然现象,研究自然变化规律的科学统称自然科学。自然变化可分化学变化和物理变化两大类,研究物理变化的科学叫物理学,研究化学变化的科学叫化学。
化学研究的内容是:物质的组成和性质,物质的变化,物质变化时发生的现象。
1原子——分子论的基本概念。
原子——分子论学说是化学的基础,其要点归纳如下:
a、物质由分子组成,分子是维持物资组成和化学性,质的最小单位。
b、物质分子见间互相有作用力(吸引力、排斥力)。物质分子间作用力各不相同,以固体最大,液体次之,气体最小。
c、物质分子之间具有空隙,分子间的空隙决定着物质的体积。
d、分子由原子组成,它参与化学反应时并不分解。
e、表现出相同化学性质的一定种类的原子称为化学元素,目前已发现的元素有100多种,不同的元素的原子其重量体积、性质都不相同。
f、物质的分子和原子是外在不断的运动中。
2元素符号及元素的原子量:
为了表示不同的元素,在化学领域中常用拉丁字母来代表各种元素,这叫做元素符号。下列表中列出的是常用元素符号、原子量。原子的重量是很小的。例如:一个碳原子量为:0.00000000000000000000001994克。这样的数使用和书写都很不方便,为了使用上的方便,用专用单位来表示原子重量,现在国际上采用碳单位来表示原子重量。一个碳单位等于碳原子重量的十分之一。用碳单位表示的一个重量叫做原子量。例如:氢的原子量为:1.008。氧的原子量为:15.9994。
3化学反应:
概念:由一种物质变化成另一种新物质的过程叫化学反应。
例:碳燃烧变成二氧化碳就是化学反应。
在化学反应中是由一种物质变成另一种物质,但物质 不会消失,也不可能增多。它应服从下面的物质不灭定律和定比定律。
A、 物资不灭定律:
参加反应物质的总重量等于反应生成物质的总重量。
B、 定比定律:
在化学反应中参加反应的物质都有一定的比例。反应生成物质也有一定的组成比例。
例如:2克氢+16克氧,生成18克水。
分子式:用元素符号来表示物质组成的式子,叫做分子式。在写分子式时,先写上元素符号,再把原子的数目用较小的数字记在符号的右下角。
例如:水分子由两个氢原子个氧原子组成,可写成:H2O。
知道物质的分子式后,我们就知道物质的组成,并且可计算出分子量。
例如:硫酸的分子式是:H2SO4,由此可知道它由2个氢原子、1个氧原子组成。它的分子量是:2个氢原子量+1个硫原子量+4个氧原子量=分子量
用分子式及符号经平衡后表示的化学反应过程叫化学方程式:
例如:硝酸银与氧化钠作用生成氧化银和硝酸钠。
可写成:AGNO3+NACl=AGCl+NANO3
知道化学反应方程式后,我们就能知道多少参加反应的物质能生成多少反应生成物。
例如:在上面的例子反应中,一个分子硝酸银与一个分子的氯化钠反应,生成一个分子的氯化银和一个分子的硝酸钠。
我们查表知道这几种物质的分子量是:
硝酸银 AGNO3=170
氯化钠 AGCL=58
硝酸钠 NaNO3=85
氯化银 Agcl=143
由此可知:
170克AgNO3(硝酸银)+58克的(氯化钠)生成143克的AgCl(氯化银)+85克的NaNO3(硝酸钠):
 假设我们需要配制40克AgCl(氯化银),则需要多少AgNO3(硝酸银)和NaCl(氯化钠)呢?
(硝酸银): (氯化银)=170:143
  AgNO3     AgCl
(硝酸银)=170X40? =47.5克
AgNO3  143
(氯化钠):(氯化银)=58:143
  NaCl     AgCl
(氯化钠)=   (氯化银)=16.2克
NaCl     AgCl
则需用AgNO3(硝酸银)47.5克和NaCl(氯化钠)16.2克。
④物质的分类:一切物质按其存在形式可分单质及化合物。
  单质又可分为金属和非金属,化合物又可分为无机化合物及有机化合物两大类。所有的这些物质都与表面处理有着密切的关系。譬如:电镀的各种金属多为单质,电镀用的药品大多数为酸、碱、盐等化合物。
  近来有机化合物在电镀中应用也是越来越多,它被广泛和用作酸洗缓冲剂、光亮剂。
1. 什么叫单质:——由同种元素的原子组成的物质叫单质。单质分金属和非金属。
A、金属:常温下多为固体(汞例外)。具有金属光泽,是电和热的良导体,有一定的延展性。例:金、银、铜、铁、锡……。
B、非金属:常温下有气体、液体、固体三种形态,导电及导热性差,比重小,固体脆性大。例:炭、硫、氮、硅……。
2、化合物:
A、有机化合物:凡属碳氢化合物及其衍生物称为有机化合物。例如:汽油、酒精、丁炔二醇、萘二碳酸、香蕉水……。
B、 无机化合物:
氧化物可分为:酸性、碱性两性氧化物。
酸性氧化物——大多为非金属氧化物。它能与碱反应生成盐和水。溶于水生成酸。例如:二氧化硫、二氧化碳……。
碱性氧化物——大多为金属氧化物,它能与酸反应生成盐和水。溶于水生成碱。例如:Na2O、K2O、MgO、CaO…….
酸:在水溶液中能电离出H的化合物,通常称为酸。酸可分为有机酸和无机酸,无机酸还可分为含氧酸、无氧酸(氢酸)。
含氧酸:硫酸、硝酸、磷酸、铬酸等。
氢酸有:氢氟酸、氢氰酸等。
酸类的特点:有酸味,使兰色石蕊试纸变成红色,易于溶于水。
有腐蚀性;酸与碱作用生成盐和水。酸与金属作用放出氢气。
例如:硫酸与氢氧化钠反应生成盐和水。
H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O
硫酸与锌作用放出氢
H2SO4+ZnSO4+H2
碱:在水溶液中能电离出OH的化合物,通常称为碱。可分为强碱,如:NaOH、KOH
弱碱:NH4OH
碱类的特性:碱使红色石蕊变成兰色,具有腐蚀性。
四.溶液及浓度:
1.溶液:溶质溶解于溶剂中组成溶液。例如:食盐(NaCl)溶于水中叫“盐水”。
溶剂有水及各种有机溶剂,在不同的溶剂物质的溶解情况不同,有的能溶于水而不溶于有机溶剂。有的溶解于有机溶剂却不溶于水中。如凡士林溶于汽油不溶于水,硫酸铜溶于水却不溶于酒精。一定条件下溶质在溶剂中溶解到不再溶解时的浓度叫饱和点,也叫溶解度。
2.溶液的浓度:
在一定的溶剂中所含溶质的量就是溶液的浓度。溶液的浓度表示方法很多。这里介绍几种常用的方法:
克/升——g/l——这是电镀溶液中常用的一种表示法,表示每升溶液中含有溶质的克数。
②百分比溶液(%)——表示溶质占溶液的百分率。有重量百分比和体积百分比。
比重——通常讲的是“较水比重”以水的比重为1。另一种比重“合理标度”称浓点读比重,常用的“比重计”。
④PH值:PH值就是用10的指数的绝对值来表示氢离子浓度,也叫氢离子的指数。也就是说:当溶液中的氢离子浓度为10的负几次方时,PH值就等于几。当PH值等于7时,溶液中的氢离子浓度为7,溶液为中性。所以我们一般来说PH值由7至0变化时溶液为酸性。PH值由7至14变化时溶液为碱性。
PH值是电镀槽液的一个重要参数,对电镀过程影响很大,故需要经常检查溶液的PH值,测定PH值的方法最常用的有两种:
(1)试纸法:根据试纸变色与已知PH值的色标相比较来确定溶液的PH值。其优点是方便简单,缺点是误差较大。
(2)PH值测试仪:根据氢离子浓度对氢电极产生不同电位和标准电极之间的电势差,在电位计上读数。优点是准确度高,缺点是测试较复杂。
3、电解:
对电解液施加外加电压,便有电流通过,电解值在电流作用下被分解的过程叫电解。
电解时,电解液中阳离子跑向阴极,在阳极得到电子被还原。阴离子跑向阳极失去电子被氧化。例如:在硫酸铜溶液中接入两电极,通以直流电(见图1——3),此时,将发现在接电源阴极的极板上,有铜和氢气析出,则析出氧气。如果是铜阳极则同时发生铜的溶解和氧气的析出:其反应如下:
阴极:Cu2++2e——>Cu
2H1++2e—>H2
阳极? 4OH-4e——>2H2O+O2
 2SO42-+2H2O-4e——>2H2SO4+O2
从阳极溶解的铜,补充了电解液中的铜离子的消耗,如果我们在阴极上挂上经清洗好表面的零件,则铜在零件上沉积的过程叫电镀。
六、电化当量
1、电解定律:
  电解时,在量的方面全服从下面的电解定律:
第一定律:在电解上所析出的物质重量与电流强度和通过的时间成正比。也就是与通过的电量成正比。
第二定律:在不同的电解液中,通过相同的电量时,在多个溶液中所析出的物质质量与它的化学当量成正比,并析出的1克当量任何物质定通过96500库仑电量。
2、电化当量
在1秒钟内通过1安培电流,在阴极上析出的物质重量叫物质的电化当量。
3、电流效率
电介时,实际析出的物质的重量总是与理论上计算出的重量不一样,实际析出的重与理论计算出重量之比用百分率表示,称为电流效率,常以“N”表示。
     M
η= —————— *100%
1*T*C
试中:M——实际析出的物质重量(克)
I——电流(安培)
T——时间(小时)
C——电化当量(克/安培一小时)
根据电解定律和电化当量,电流效率的公式,我们可以求出:电解液的电流效率,电镀时间、电镀层的厚度等。
例1 通过电流20安培,经2小时在阴极上析出铬之重量为1.8克。求镀铬的电流效率?
设:  M
η= —————*100%
   J*T*C
从表查出得铬的电化当量C=0.324克/安培一小时
 

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电镀基础知识

1 分散能力: 
      在特定条件下,一定溶液使电极上(通常是阴极)镀层分布比初次电流分布所获得的结果更为均匀的能力。也称均镀能力。 
      2 深镀能力: 
      镀液要特定条件下凹槽或深孔处沉积金属镀层的能力。 
      3 电镀: 
      是在含有某种金属离子的电解液中,将被镀工件作为阴极,通以一定波形的低压直流电.而使金属离子得到电子,不断在阴极沉积为金属的加工过程。 
      4 电流密度: 
      单位面积电极上通过的电流强度,通常以A/dm2表示。 
      5 电流效率: 
      电极上通过单位电量时,其一反应形成的产物的实际重量与其电化当量之比,通常以百分数表示。 
      6 阴极: 
      反应于其上获得电子的电极,即发生还原反应的电极。 
      7 阳极: 
      能接受反应物所给出电子的电极,即发生氧化反应的电极。 
      10 阴极性镀层: 
      电极电位的代数值比基体金属大的金属镀层。 
      11 阳极性镀层: 
      电极电位的代数值比基体金属小的金属镀层。 
      12 沉积速度: 
      单位时间内零件表面沉积出金属的厚度。通常以微米/小时表示 。 
      13 活化: 
      使金属表面钝态消失的过程。 
      14 钝化; 
      在一定环境下使金属表面正常溶解反应受到严重阻碍,并在比较宽的电极电位范围内 
      使金属溶解反应速度降到很低的作用。 
      15 氢脆: 
      由于浸蚀,除油或电镀等过程中金属或合金吸收氢原子而引起的脆性。 
      16 PH值: 
      氢离子活度的常用对数的负值。 
      17 基体材料; 
      能与其上沉积金属或形成膜层的材料。 
      18 辅助阳极: 
      除了在电镀中正常需要的阳极以外,为了改善被镀制件表面上的电流分布而使用的辅加阳极。 
      19 辅助阴极: 
      为了消除被镀制件上某些部位由于电力线过于集中而出现的毛刺或烧焦等毛病,在该部位附近另加某种形状的阴极,用以消耗部分电流,这种附加的阴极就是辅助阴极。 
      20 阴极极化: 
      直流电通过电极时,阴极电位偏离平衡电位向负的方向移动的现象。 
      21 初次电流分布: 
      在电极极化不存在时,电流在电极表面上的分布。 
      22 化学钝化; 
      将制件放在含有氧化剂的溶液中处理,使表面形成一层很薄的钝态,保护膜的过程。 
      23 化学氧化: 
      通过化学处理使金属表面形成氧化膜的过程。 
      24 电化学氧化(阳极氧化): 
      在一定电解液中以金属制件为阳极,经电解于制件表面形成一层具有防护性,装饰性或其它功能氧化膜的过程。 
      25 冲击电镀: 
      电流过程中通过的瞬时大电流。 
      26 转化膜; 
      对金属进行化学或电化学处理所形成的含有该金属之化合物的表面膜层。 
      27 钢铁发蓝: 
      将钢铁制件在空气中加热或浸入氧化性溶液中,使之于表面形成通常为蓝(黑)色的薄氧化膜的过程。 
      28 磷化: 
      在钢铁制件表面形成一层不溶解的磷酸盐保护膜的处理过程。 
      29 电化学极化: 
      在电流作用下,由于电极上的电化学反应速度小于外电源供给电子的速度,使电位负向移动,产生极化。 
      30 浓差极化: 
      由于电极表面附近液层的浓度与溶液深处的浓度的差异而产生的极化。 
      31 化学除油: 
      在碱性溶液中借皂化和乳化作用清除制件表面油污的过程。 
      32 电解除油: 
      在含碱的溶液中,以制件作为阳极或阴极,在电流作用下,清除制件表面油污的过程。 
      33 出光: 
      在溶液中短时间浸泡使金属形成光亮表面的过程。 
      34 机械抛光: 
      借助于高速旋转的抹有抛光膏的抛光轮,以提高金属制件表面光亮的机械加工过程。 
      35 有机溶剂除油: 
      利用有机溶剂清除制件表面油污的过程。 
      36 除氢: 
      将金属制件在一定温度下加热处理或采用其它方法,以驱除在电镀生产过程中金属内部吸收氢的过程。 
      37 退镀: 
      将制件表面镀层退除的过程。 
      38 弱浸蚀: 
      镀前,在一定组成溶液中除去金属制件表面极薄的氧化膜,并使表面活化的过程。 
      39 强浸蚀: 
      将金属制件浸在较高浓度和一定温度的浸蚀溶液中,以除去金属制件上氧化物锈 
      蚀物的过程。 
      40 阳极袋: 
      用棉布或化纤织物制成的套在阳极上,以防止阳极泥渣进入溶液用的袋子。 
      41 光亮剂: 
      为获得光亮镀层在电解液中所使用的添加剂。 
      42 表面活性剂: 
      在添加量很低的情况下也能显著降低界面张力的物质。 
      43 乳化剂; 
      能降低互不相溶的液体间的界面张力,使之形成乳浊液的物质。 
      44 络合剂: 
      能与金属离子或含有金属离子的化合物结合而形成络合物的物质。 
      45 绝缘层: 
      涂于电极或挂具的某一部分,使该部位表面不导电的材料层。 
      46 润湿剂: 
      能降低制件与溶液间界面张力,使制件表面易于被润湿的物质。 
      47 添加剂: 
      在溶液中含有的能改进溶液电化学性能或改善质量的少量添加物。 
      48 缓冲剂: 
      能够使溶液PH值在一定范围内维持基本恒定的物质。 
      49 移动阴极: 
      采用机械装置使被镀制件与极杠一起作周期性往复运动的阴极。 
      50 不连续水膜: 
      通常用于表面被污染所引起的不均匀润湿性,使表面上的水膜变得不连续。 
      51 孔隙率: 
      单位面积上针孔的个数。 
      52 针孔: 
      从镀层表面直至底层覆盖层或基体金属的微小孔道,它是由于阴极表面上某些点的电沉积过 程受到障碍,使该处不能学积镀层,而周围的镀层却不断加厚所造成。 
      53 变色: 
      由于腐蚀而引起的金属或镀层表面色泽的变化(如发暗,失色等)。 
      54 结合力: 
      镀层与基体材料结合的强度。可以采用使镀层与基体分离开所需的力来度量它。 
      55 起皮: 
      镀层成片状脱离基体材料的现象。 
      56 海棉状镀层: 
      在电镀过程中形成的与基体材料结合不牢固的疏松多孔的沉积物。 
      57 烧焦镀层: 
      在过高电流下形成的颜色黑暗、粗糙松散或质量不佳的沉积物,其中常含有 
      氧化物或其他杂质。 
      58 麻点: 
      在电镀和腐蚀中,于金属表面上形成的小坑或小孔。 
      59 镀层钎焊性: 
      镀层表面被熔融焊料润湿的能力。 
      60 镀硬铬: 
      是指在各种基体材料上镀较厚的铬层而言。实际上其硬度并不比装饰铬层硬,如镀层不光亮反而比装饰铬镀层软。只因其镀层厚能发挥其硬度高、耐磨的特点,故称镀硬铬。
 

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