電鍍的鍍液與工藝選擇

 (一)鍍液選擇

鍍液與工藝參數(shù)的選定，是產(chǎn)品進行電鍍前必要的工作。鍍液與所用的工藝條件，須由產(chǎn)品的要求來確定。目前能采用的工藝已經(jīng)很多，不同的配方和工藝條件可以 很容易地查到。選擇鍍液的配方和配套的工藝，首要的是能針對性地滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，其次便是考慮可能得以實施的環(huán)境和條件。 

產(chǎn)品要求電鍍，一般大多是為了裝飾防護或者增強其功能。無論是何種目的，所鍍出的鍍層都必須是一層均勻的完整覆蓋，這是最基本的要求。如果被鍍件形狀復 雜，或具有小的內(nèi)孔、凹陷或盲孔，或者材料與表面很特殊，電鍍工藝就必須細致研究分析后才確定，以便滿足這些特殊情況。鍍液是否能具備足夠的宏觀與微觀分 散能力，顯然是必須要考慮的。

 通常電鍍溶液的配方大體上可以分為兩類。按照電極上離子交換時具備的形態(tài)，簡單的水合離子和加入絡(luò)合劑或鰲合劑后生成的較復雜離子。在分散能力、電鍍速 度、鍍層結(jié)晶結(jié)構(gòu)和特性等方面都有明顯差別。如果零件形狀并不特別復雜，鍍層也能滿足要求時，宜盡量選用較簡單的鍍液配方。這樣不僅成本低，易于控制和管 理，而且更重要的是污水也較易治理。

 對于一種實用的電鍍?nèi)芤?，下列項目須著重考慮。

 1溶液的總體濃度

 離子濃度高可以提高容許的極限電流密度。但材料的成本也上升。隨之鍍液從槽內(nèi)帶出的損耗和引起的污水處理成本也增加。

 2添加的組分

 鍍液中添加的組分不宜太多，否則難于控制和調(diào)整，實際上無法保持工藝的穩(wěn)定。即便是非分解性的組分，也會帶來分析和調(diào)整的困難。組分的壽命也要考慮，會自 行分解或在電解過程中發(fā)生變化、半衰期短的盡量不用。有些化合物加入后十分有效，但污水難于處理的也不宜加入，否則會遇到環(huán)境污染的限制。有毒物質(zhì)更要慎 加。

 3溶液的工作溫度

 常溫工作的電鍍?nèi)芤寒斎槐容^理想，可以節(jié)省設(shè)備投資和能源消耗。但工作溫度區(qū)間不宜太窄，否則仍避免不了要配備加溫設(shè)施，甚至配備冷卻設(shè)備?？傮w來講，鍍 液要求加溫并不一定都會提高成本，這要看實際要保持的溫度和相應獲得的好處。綜合的效益取決于選擇協(xié)調(diào)的工藝。

 4相應的配套工藝

 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并非好的鍍液。有些鍍液效果雖好，但對輔助工作要求條件很敏感，必將在生產(chǎn)中窮于應付。 鍍液不宜過分地要求工藝配套，或者容許參數(shù)范圍過窄，以避免難于監(jiān)控和調(diào)整維護。例如要求表面準備過嚴，便相應要增加成本和廢品率。

 5研發(fā)與生產(chǎn)

 電鍍在很大程度上是服務(wù)性的工藝，而其本身從化學和電化學角度也是一種較復雜的工藝系統(tǒng)。電鍍工藝的選擇實際上還與產(chǎn)品本身的設(shè)計和結(jié)構(gòu)、零件的材料和加 工方法、組件和部件的裝配過程、產(chǎn)品的貯存環(huán)境和貯存期、使用的條件與預期壽命等諸多因素息息相關(guān)。自身的特點還有工藝的穩(wěn)定性和柔性、與人力資源和環(huán)境 要求的協(xié)調(diào)、材料的供應和能源配備等等。因此，特別是對于新的工藝研究，必須有中間放大和開發(fā)的過程以找出問題，否則不適應和被動常會發(fā)生。

 (二)穩(wěn)態(tài)與介穩(wěn)沉積

 1穩(wěn)態(tài)沉積

 實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)沉積，可以控制恒定電價，也可以控制恒定電流。恒電位有利于針對極化和析出電位來監(jiān)控，以便在一定的沉積電位下控制沉積的離子品種、合金成分、電 流效率等，并可以省去隨著生產(chǎn)情況變化而調(diào)控電流。但是這種操作須用參比電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，對于大的設(shè)備特別是電流分布復雜時生產(chǎn)實踐不易。恒電流操作 控制相對比較容易，所以在生產(chǎn)上大多采用控制電流的方法。

 通常習慣按照鍍液的要求，選定適宜的電流密度及可容許的偏差范圍，給足所需的電流密度并使之保持穩(wěn)定。當采用常規(guī)的恒穩(wěn)直流時，這種操作也比較方便。恒定的電流易于直接與法拉第沉積量相聯(lián)系。但是在這種情況下，鍍液的狀態(tài)對于沉積速度和質(zhì)量而言便會是第一位的。

 通常采用的鍍液多為單鹽或加入絡(luò)合劑來組成。常用的單鹽有硫酸鹽、氯化物、氟硼酸鹽等，少數(shù)情況也采用氨基磺酸、乙酸、檸檬酸等復雜一些的酸鹽。許多單鹽傾向于在一級電離中便離解為所需的金屬離子，并以水化形式存在于溶液內(nèi)。

 絡(luò)合型的鍍液通常是加入經(jīng)選擇的絡(luò)合劑或鰲合劑。例如：氰化物、氨或強堿、焦磷酸鹽、氨三乙酸’(等，一些有機物也常被采用。這些鍍液往往要經(jīng)二級電離來提供所需的金屬離子，因而放電過程的單鹽復雜。但是其極化特性和宏觀分散能力一般比單鹽要好。

 這兩類鍍液維持穩(wěn)定沉積的機制并不相同。用簡單鹽類的鍍液常依靠游離的酸堿來調(diào)節(jié)離子的活度，或利用同離子效應。)*值的監(jiān)控對這種鍍液也很重要，為此常 須加入緩沖劑。導電劑也是常有的組分，并常有同離子效應的雙重作用。絡(luò)合型或加鰲合劑的鍍液須監(jiān)控其反應后的富裕量，即游離的絡(luò)合劑濃度以保持反應物的穩(wěn) 定和維持絡(luò)合平衡，因而操作控制要復雜一些。單鹽的溶液有時也采用復鹽，而絡(luò)合型的鍍液也可能存在兩種或更多的絡(luò)合物。

 當保持電鍍溶液在恒定的溫度、不加攪拌并且給定恰當?shù)碾娏髅芏葧r，如無其他附加因素或場強的影響，電鍍過程可以處于相對的定態(tài)。實際上鍍層的質(zhì)量和沉積的速度取決于電鍍?nèi)芤汉凸に噮?shù)的穩(wěn)定。不適當?shù)臄_動將損害電鍍質(zhì)量。

 各種添加劑包括促進細晶、改善分散能力、實現(xiàn)整平提高平整度以及使鍍層光亮等目前品種甚多，專用性較強并目效果視情況而異。許多具體的產(chǎn)品業(yè)已商品化。這 些添加劑大多是依靠在電極界面上的吸附來起作用，因而往往是復雜結(jié)構(gòu)的有機物，有時是數(shù)種物質(zhì)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)一可 行的理論指導來挑選。

 添加劑有損耗性和無損耗性的兩類，后者僅因鍍件帶出而消耗。電解常使有機物在電極表面分解，因而添加劑應隨電鍍量的增加而補充。分解后的產(chǎn)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鍍液。添加劑中有許多也帶有表面活性，因此往往利用表面張力的測試來監(jiān)控。!!!關(guān)系也是一種監(jiān)控的方法。多數(shù)情 況下添加劑的消耗量要通過研發(fā)階段及中間放大過程來總結(jié)。有時在生產(chǎn)中不進行測試而按鍍槽的實際生產(chǎn)量即安培小時數(shù)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免化驗和監(jiān)測。鍍層質(zhì)量對添加劑的品種和加入量很敏感，所以要慎重選擇和監(jiān)控，特別是不知道成分時，否則易出質(zhì)量事故。 赫爾槽測試也很有用。

 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，所以一般都希望能用較高的電流密度和寬廣的電流密度容許范圍，這樣便能鍍得較快，并且方便操作。寬廣的電流 容許范圍有利于大的和復雜形狀的鍍件取得厚度和結(jié)構(gòu)較為均勻的鍍層。與此同時，也希望有較高的電流效率和電流效率的穩(wěn)定性，因為這不僅是鍍速問題，也能減 少能耗。

 實踐上的電流密度并不等同于理論電流的極限，即在傳質(zhì)控制下使電極界面處的離子濃度降低到零。實際生產(chǎn)中要求的是能夠在被鍍零件上鍍出好的鍍層的最高可用 的電流密度。在這里，工程需要是主要的考慮。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密度要比理論值低很多。高于這個實用的極 限一般只能用于暫時，例如鍍鉻時，短時提高起始電流以求獲得較好的覆蓋。

 傳統(tǒng)的提高可用電流密度的方法首推攪拌。對電鍍?nèi)芤旱臄噭?，包括機械或空氣攪拌、連續(xù)泵送、運動鍍件等方法，有助于鍍液內(nèi)的傳質(zhì)，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，否則無法保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻。同時攪拌也可以使溶液內(nèi)的沉渣漂浮，易于導致鍍層變壞。

 為了消除單純的攪拌所帶來的問題，同時也能在提高鍍速的同時改善鍍層結(jié)構(gòu)和外觀質(zhì)量，上個世紀年代興起了周期換向電流電鍍的方法。通過短時的將鍍件從陰極 轉(zhuǎn)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結(jié)構(gòu)，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及各種不同攪拌的方法，可以看到，對于恒定電流的維持穩(wěn)態(tài)的沉積時，如果利用不同場強來施加擾動，便有可能獲得較好的效益。實際上可以施加到電鍍過程的種種擾動，可以包括電場、力場、磁、熱、聲、光等各個方面。