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產品中(zhōng)心
電鍍的鍍液與工藝選擇
(一)鍍液選擇
鍍液與工藝參(cān)數的選定,是產品進行電鍍前必要的工作。鍍液與所用的(de)工(gōng)藝條件,須由產(chǎn)品(pǐn)的(de)要求來確定。目(mù)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(yì)地查到。選擇鍍液的配方(fāng)和配套的工藝,首要的是能針對性地(dì)滿足產品的質量要求,其次便是考慮(lǜ)可能得以實施的環境和條件。
產品要求電鍍,一般大多(duō)是為了裝飾防護或者增強其功能。無論是何種(zhǒng)目的,所鍍出的鍍層都必須是一層均勻的(de)完整覆(fù)蓋,這是最基本(běn)的要(yào)求。如(rú)果被鍍(dù)件形狀複 雜,或具有小(xiǎo)的內孔、凹陷或盲孔,或者材料與表麵(miàn)很特殊,電鍍工藝就必須細致研究分(fèn)析後才確定,以便滿足這些特殊情況。鍍液是(shì)否能具備足夠的(de)宏觀與微觀(guān)分 散能力,顯然是必(bì)須要考慮的。
通常電鍍溶液(yè)的配(pèi)方大體上可以(yǐ)分為兩(liǎng)類。按照(zhào)電極上離子交換時具備的形態,簡單的(de)水合離子和加入絡合劑(jì)或鼇合劑後生(shēng)成的較複(fù)雜離子。在分散能力、電鍍速 度、鍍層結晶結構和(hé)特性等方麵都有明顯差別。如果零件形狀並不特別複雜,鍍層也(yě)能滿足要求時,宜盡量(liàng)選(xuǎn)用較簡單的鍍液配方。這樣不(bú)僅成本低,易於(yú)控製和管 理,而(ér)且更重要的是汙水也(yě)較易治理。
對於一種實用的電鍍溶液,下列項目須著重考慮。
1溶液的(de)總體(tǐ)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(běn)也上升。隨之鍍液從槽內帶出的損(sǔn)耗和引(yǐn)起的汙水處理成本也增加。
2添加的組(zǔ)分
鍍液(yè)中添加(jiā)的(de)組分(fèn)不(bú)宜太多,否則難於控製和調整,實(shí)際上無法保持工藝的穩定。即便是非分解性的組分,也會(huì)帶來分析和調(diào)整的困難(nán)。組分的壽命也要考慮,會自 行分解或在電解過程中發(fā)生(shēng)變化、半衰(shuāi)期短的盡量不用。有(yǒu)些化合物(wù)加入後十分有效,但汙水難(nán)於處理的也不宜加入,否則會遇到(dào)環境汙(wū)染(rǎn)的限製。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(bèi)投資和能源消耗。但工作溫(wēn)度區間(jiān)不宜(yí)太窄,否則仍避免不了要配備加溫設施,甚至配備冷卻設備(bèi)。總體來(lái)講,鍍 液要求(qiú)加溫並不一定都會提高成本,這要看(kàn)實際要保持的溫度(dù)和相應獲得的好處。綜合的效(xiào)益取決於選擇協調的工藝。
4相應的配套工藝
一般(bān)地說,選(xuǎn)用的鍍液要具備較(jiào)高的操作柔性。對操作要求苛刻的鍍液並非好的(de)鍍液。有些鍍液效果雖(suī)好,但對輔助工(gōng)作要求條件很(hěn)敏感,必將在生產中窮於應付。 鍍液(yè)不(bú)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(diào)整維護。例如(rú)要求表麵準備過嚴(yán),便相(xiàng)應(yīng)要增加成(chéng)本和廢品率。
5研發(fā)與生產
電鍍在很大(dà)程度上是服務性的工藝,而(ér)其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(gōng)藝的選擇實際上(shàng)還與產品本身的設計和結構、零(líng)件的(de)材料和加 工方法、組件和部件的(de)裝配過程(chéng)、產品的(de)貯存環境和貯存(cún)期、使用的條件與預(yù)期壽命等諸多因素息息(xī)相關。自身的特點還有工藝的穩定性(xìng)和柔(róu)性、與人力資源(yuán)和環境(jìng) 要求的協調、材料的供應和能源配備(bèi)等等。因此,特別是對(duì)於新的工藝研究,必須有中間放大和開發的過(guò)程(chéng)以找出問題,否則不適(shì)應和被動常會發生。
(二)穩態(tài)與介穩沉積
1穩態沉積
實現(xiàn)穩態沉積,可以控(kòng)製恒定電價(jià),也可(kě)以控製(zhì)恒定電流。恒電位(wèi)有(yǒu)利於針對(duì)極化和析出電位來監控,以便在一定的(de)沉(chén)積電位(wèi)下控製沉積的離子品種、合(hé)金成分、電 流效率等,並可以省去隨著(zhe)生(shēng)產情況變化而調控電流。但是這種操(cāo)作須用參比(bǐ)電極構(gòu)成三電極係統(tǒng),對於大的(de)設(shè)備特別是電流(liú)分布複雜時生產實踐不易。恒(héng)電流操作 控製相對(duì)比較(jiào)容易,所以在生產上大多采用控製電流的方法。
通常(cháng)習(xí)慣按照(zhào)鍍液的要求,選定適宜的(de)電流密度及可容許的偏差範圍,給足所需的電流密(mì)度並使(shǐ)之(zhī)保(bǎo)持穩定(dìng)。當采用常規的恒穩直流(liú)時,這種操作也比較方便。恒定的電流易(yì)於直接與法(fǎ)拉第沉積量(liàng)相聯係。但是(shì)在這種情況下,鍍液的狀態對於沉積速度和質量而言便會是(shì)第一位的。
通常采用的鍍(dù)液多為單鹽或加入(rù)絡合劑來(lái)組成。常用(yòng)的單鹽有硫酸鹽、氯化物、氟硼酸鹽等,少數(shù)情況也采用氨基磺酸、乙酸、檸檬酸等(děng)複雜一些的酸鹽(yán)。許多單鹽傾向於(yú)在一級電離(lí)中便離解為所需的金屬離子,並以水(shuǐ)化形(xíng)式存在於溶液內。
絡合型(xíng)的鍍液通常是加入經選(xuǎn)擇的絡合劑或鼇合劑。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(bèi)采用。這些鍍液往往要經二(èr)級電離來提供所需的金屬離子,因而放電過程的單鹽複雜。但是其極化特性和宏(hóng)觀分散能力一般(bān)比單鹽要好。
這兩類鍍液維持穩定沉積的機製並(bìng)不相同。用簡單鹽類的鍍(dù)液常(cháng)依靠遊離的(de)酸堿來調節離子的活度,或利用同離子(zǐ)效應。)*值(zhí)的監(jiān)控對這種鍍液也很重要,為此常 須加入緩衝劑。導電劑也是常有的(de)組(zǔ)分(fèn),並(bìng)常有同離子效應的雙重(chóng)作用。絡合型或加鼇合劑(jì)的鍍液須監控其反應後的富裕量,即遊離的(de)絡合劑(jì)濃度以保持反(fǎn)應物的(de)穩 定和維持絡合平衡,因而操作控製要複雜一些。單鹽的溶液有時也采用複鹽(yán),而絡合型的鍍液也可能存在兩種或更多的(de)絡合物。
當保持電鍍溶液在恒定(dìng)的溫度、不加攪拌並且給定(dìng)恰當的電流(liú)密度時,如無其他附加(jiā)因素或場強的影(yǐng)響,電鍍過(guò)程可以處於相對的定態。實際上鍍層的質量和(hé)沉積的速度取決於電鍍溶液和工藝參數的穩定。不(bú)適當的擾動(dòng)將損害電鍍質量。
各種添(tiān)加劑包括促進細晶、改善分散(sàn)能力、實現整平提高平整度以及使鍍層光亮等目前品種(zhǒng)甚多,專用性較強並目效果視情況而異。許多具(jù)體的產品業已商品化。這 些添加劑大多是依靠在電極界麵上的吸(xī)附來起(qǐ)作用,因而往往是複雜結(jié)構的有機物,有時是數種物質混配。這些添加劑大體上是通過試驗來尋覓,目前還沒有統(tǒng)一(yī)可 行的理(lǐ)論指導來挑選。
添加(jiā)劑有損耗(hào)性和無損耗性的兩類,後者僅因鍍件帶出而消耗。電解常使有機物(wù)在電極表(biǎo)麵分解,因而添加劑應隨電鍍量的增加而補充。分解後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(lǐ)鍍液。添加劑中有許多也(yě)帶有表麵活性(xìng),因此往往利用表麵張力的測試來監控。!!!關係也是一種監控的方法。多數情 況下添加劑的消(xiāo)耗量要通過研發(fā)階段及中(zhōng)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(chǎn)量即安(ān)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(bì)免化驗和監測。鍍層質量對添加劑的品種和加入(rù)量很敏感,所以要慎(shèn)重(chóng)選擇和監控,特別(bié)是不(bú)知道成分時,否則易出質(zhì)量事故。 赫爾槽(cáo)測試也很有用(yòng)。
2介穩沉積
電流密度的大小,在很大程度上決(jué)定電鍍的速度,所以一般都希望能用較高的電流密度(dù)和寬廣的(de)電(diàn)流密度容許範圍,這樣便能鍍得較快,並(bìng)且方便操作。寬廣的電流(liú) 容許範圍有利(lì)於大的和複雜形狀的鍍件取得厚度和結構較為均勻的鍍層。與此(cǐ)同時,也希(xī)望有較高的電流效率(lǜ)和電流效率的穩定性,因為這(zhè)不僅是鍍速問題,也能減 少能(néng)耗。
實踐上的(de)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(chù)的(de)離子(zǐ)濃度降低到零。實際生產中要求的是能夠在(zài)被鍍零件上鍍出好的鍍層的最高可用 的電流密度。在這裏,工程需要是主(zhǔ)要的考慮。所以,在電鍍生產(chǎn)實踐中應用的電流密度,或者說一般意義上的極限電流(liú)密度要比理論值低很多。高於這個實用的極 限一般隻能(néng)用於暫時,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(dù)溶液的(de)攪動,包(bāo)括機械或空(kōng)氣攪拌、連(lián)續泵送、運動鍍件等方(fāng)法,有助於鍍液內的傳質,從而往往可以較大幅度(dù)地 提高可用的電流密度。但(dàn)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(piāo)浮,易於(yú)導致鍍層變壞。
為了消除單純的攪拌所帶(dài)來的(de)問題,同時也能在提高鍍速的同時改善(shàn)鍍層結構和外觀質(zhì)量,上個(gè)世紀年代興起了周期換向電流電鍍的方法。通過短時的將(jiāng)鍍件從陰極(jí) 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(tóng)時也有拋光(guāng)作用而使鍍層(céng)更為光滑細致。
通(tōng)過電流的周期(qī)換向和變動以及各種不同攪拌的方法,可以看到,對於恒定電流(liú)的維持穩態的沉積時,如果利用不同場(chǎng)強來施加擾動,便有可(kě)能獲得較好的效益。實際上可以施加到電(diàn)鍍過程的種種擾動,可以包括電場、力場、磁、熱、聲、光等各個方麵。