電鍍的鍍液與工藝選擇

 (一)鍍液選擇 

鍍（dù）液與工藝參數的選定，是產品進行電鍍前必要的工作。鍍（dù）液與所用的工藝條件，須（xū）由產品的（de）要求來確定。目前能采用的工（gōng）藝已經很多，不同的配方和工（gōng）藝條件（jiàn）可以 很容易地查到。選擇鍍液（yè）的配方和配套的工藝，首要的是能針（zhēn）對性地滿足產品的質量要求，其（qí）次便是（shì）考慮可能得以實（shí）施的環境和條件（jiàn）。

 產品要求電鍍，一般大多是為了裝飾防（fáng）護（hù）或者增強（qiáng）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（gài），這是最基本的要求。如果被鍍件形狀複 雜（zá），或具有小的內孔、凹陷或盲孔，或（huò）者材料與表麵很特殊，電鍍工藝就（jiù）必須細致研究分析後才確（què）定，以便滿足這（zhè）些特殊情況。鍍液是否（fǒu）能具備足夠（gòu）的宏觀與微觀分 散能力（lì），顯然是必須（xū）要考慮（lǜ）的。

 通常電鍍溶液（yè）的配方大體上可以分為（wéi）兩類。按（àn）照電極上離（lí）子（zǐ）交換時具備的形態，簡單的水合離子和加入絡合劑或鼇合劑後生成的較複雜離子。在分（fèn）散能力（lì）、電鍍速 度、鍍層結晶結構和特性等（děng）方麵都有明顯差別。如果零件形狀並不特別複雜，鍍層也能滿足要求時，宜盡量選用（yòng）較簡單的鍍液配方。這樣不僅成本低，易於控製（zhì）和管 理，而且更重要的是汙水也較易治理。

 對（duì）於一種實用的電鍍溶（róng）液（yè），下列項目（mù）須著（zhe）重（chóng）考（kǎo）慮。

 1溶（róng）液（yè）的總體濃度

 離子濃度（dù）高可以提高容許的極限電流密度。但（dàn）材料的成本也上升。隨之鍍液（yè）從槽內帶出的損耗和引起的（de）汙水處理成本也增（zēng）加。

  2添加的組分

 鍍液中添加的組分不宜太多，否則難於控製（zhì）和調整（zhěng），實際上無法保持工藝的穩定。即（jí）便是非分解性的組（zǔ）分，也（yě）會帶來分析（xī）和調整的困難。組分的壽命也要考慮，會自 行分解或在電解過程中發生變（biàn）化、半衰期短的盡量不用。有些化合物加入後十分（fèn）有效，但汙水難（nán）於處理的也不宜加入（rù），否則會遇到環境（jìng）汙染的限製。有毒（dú）物質更（gèng）要慎 加。

 3溶液的工作溫度

 常溫工作的電鍍溶液當然比（bǐ）較理想，可以節省設備投資和能（néng）源消耗（hào）。但工作溫（wēn）度（dù）區間不（bú）宜太窄（zhǎi），否則仍避免（miǎn）不（bú）了要配備加溫設施，甚至配備冷卻設備。總體來講，鍍 液要求加溫並不一（yī）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（yì）取決於選擇協調（diào）的工藝。

 4相應的配（pèi）套工藝

 一般地說（shuō），選用的鍍（dù）液要具（jù）備較（jiào）高的操作柔性。對操作要求苛（kē）刻的鍍液並非好（hǎo）的鍍液。有些（xiē）鍍液效（xiào）果雖好，但對輔助工作要求條件很敏感，必將在生產中（zhōng）窮於應付。 鍍液不宜過分地要求（qiú）工（gōng）藝配套，或者（zhě）容許參數範圍過窄，以避免難於監控和調整維護。例如要求表麵準（zhǔn）備過嚴，便相（xiàng）應要（yào）增（zēng）加成本和廢品（pǐn）率。

 5研發與生產

 電鍍在很大程度上是服（fú）務性的工藝，而其本身從化學和電化學角度也是一種（zhǒng）較複雜（zá）的工藝係統。電鍍工藝的選擇實際上（shàng）還與產品本身的設計和結構、零件（jiàn）的材料和加 工方法、組件和部（bù）件的裝配過程、產品的貯存環境和（hé）貯（zhù）存期、使（shǐ）用的條件（jiàn）與預期壽命等諸多因素息息相關。自身的特點還有工藝的穩定性和柔（róu）性、與人力資源和環境 要求的協調、材料（liào）的供應和能源配備等等。因此，特別（bié）是對於新的工藝研究，必須有中間放大和開發的過程以找出問題，否則不適應和被動常（cháng）會發生。

 (二)穩態（tài）與介穩沉積

 1穩態沉積

 實（shí）現穩態沉積，可（kě）以控製恒定電價，也可以控製恒（héng）定電流。恒電位（wèi）有利於針對極化和析出電位來監控，以便在（zài）一定的沉積（jī）電位下控製沉積的離子品種、合金成分、電 流效（xiào）率等，並可（kě）以省去隨著生產情況變化而調控電流。但是這種操作須用參比電極構成三電極係（xì）統，對於大的設備特別是電（diàn）流分布複雜時生產實踐不易。恒電流操作 控製相對比較容易，所以在生產上大多采用控製電流的方法。

 通常習慣按照鍍液的要求，選定適宜的電流密度及可容許的偏差範圍，給（gěi）足所需的電流密度並使之（zhī）保持穩定。當采用常規的恒穩直流時（shí），這種操作也比較方便。恒定的電流易於直接與法拉第沉（chén）積量相聯係。但是在這種（zhǒng）情（qíng）況下，鍍液的狀態對於沉積速度和質量（liàng）而言便（biàn）會是第（dì）一位的（de）。

 通常采用的鍍（dù）液多為單鹽或加入絡合劑來組成。常（cháng）用的單鹽有硫酸鹽、氯化物、氟硼（péng）酸鹽等（děng），少數情況（kuàng）也采用氨基磺酸、乙酸、檸檬酸等複雜一些的酸鹽。許多單鹽傾向於在一級電離（lí）中（zhōng）便離解為（wéi）所需的金屬離子（zǐ），並以水化形式存在於溶液內。

 絡合型的鍍液通常是加入（rù）經選擇的絡合劑或鼇合劑。例如：氰（qíng）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。這些鍍液往往要經二級電離來（lái）提供所需的金屬離子，因而放電過程的單鹽複雜。但是其（qí）極化特性和宏觀分散能力一般比（bǐ）單鹽要（yào）好。

 這兩類鍍液維（wéi）持穩定沉積的機製並不（bú）相（xiàng）同（tóng）。用簡單鹽類的鍍液常依靠遊離的酸堿來調節離子的活度，或利用同離子效應。)*值的監控對（duì）這種鍍液也很重要，為此常 須加入緩衝劑。導電劑也是常有的組分，並常有（yǒu）同離（lí）子效應的雙（shuāng）重作用。絡合型或加鼇合劑的（de）鍍液須監（jiān）控其反應後的富裕量，即遊離的絡合劑濃（nóng）度以保持（chí）反應物（wù）的（de）穩 定和（hé）維持絡合平衡，因而操作控製要複（fù）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（dāng）的電流密度時，如無其他附加因（yīn）素或（huò）場強（qiáng）的影響，電鍍過程可（kě）以處於相（xiàng）對的定態（tài）。實際上鍍層的質量（liàng）和沉積的速度取決於（yú）電鍍溶（róng）液和工藝參數的穩定。不適當的擾動（dòng）將損害電鍍（dù）質量。

 各種添加劑（jì）包括促進細晶、改善分散能力、實現整平提高平整（zhěng）度（dù）以及使鍍層光亮等（děng）目前品種甚多，專用（yòng）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）附來起作用，因而往往是複雜（zá）結構的有機物，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（hái）沒有統一（yī）可 行的理論指（zhǐ）導來挑選（xuǎn）。

 添加劑有損耗性和無損耗性的兩類（lèi），後（hòu）者僅因鍍件帶出而消耗。電解常使有機物在電極表麵分解，因而添加劑應隨電鍍量的（de）增加而補充。分解後的產物是否有害也要 考慮（lǜ），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麵（miàn）活性（xìng），因此（cǐ）往往利用表麵（miàn）張力的測試來監（jiān）控。!!!關係也是一種監控的方法。多數情 況下添加劑的消耗量要通過研發階段及中間放（fàng）大過（guò）程來總結。有時（shí）在生產（chǎn）中不（bú）進行測試而按鍍槽的實際生產量即安（ān）培小時數來補充添加。許（xǔ）多商（shāng）品添（tiān）加劑因為希望成 分保密而建議采（cǎi）用這種添加方法以避免化驗和監測（cè）。鍍層質量對添加劑的品種（zhǒng）和加入量很敏感，所以要慎重選擇和監控，特別（bié）是不知道成分時，否則易出質量事故。 赫爾槽測試（shì）也很有用（yòng）。

2介穩沉積

電流密（mì）度的大小，在很大程度上決定電鍍的（de）速度，所（suǒ）以一般（bān）都希望能用較高的電流密度和寬廣的電流密（mì）度容許範圍（wéi），這樣便能鍍得較（jiào）快（kuài），並且方便操作。寬廣的（de）電流 容許範圍有利於大（dà）的和複雜形（xíng）狀（zhuàng）的鍍件取得厚度和結構較為均勻的（de）鍍層。與（yǔ）此同時，也希望有較高的電流效率和電流（liú）效率的穩定性，因為這不僅是（shì）鍍速問題，也能減 少能耗。

 實踐上的（de）電流密度並不等同於理論電流的極限（xiàn），即在傳質控製下使電極界麵處的離子濃（nóng）度降低到零。實際生產（chǎn）中要求的（de）是能（néng）夠在被鍍零件上鍍出（chū）好的鍍層的最高可（kě）用（yòng） 的電流密度。在這裏，工程需要是（shì）主要的考慮。所以（yǐ），在電鍍生（shēng）產實（shí）踐中應用的電流（liú）密度，或者說一般（bān）意義上的極限電流密度要比理（lǐ）論值（zhí）低很多。高於這個實用的極 限一般隻能用於暫時，例（lì）如鍍鉻時，短時提高起始電（diàn）流以求獲得較好的覆蓋。

 傳統的提高可用電流密度（dù）的方法首推攪拌。對電鍍溶液的攪動，包括機械或空氣（qì）攪拌、連續泵送、運動鍍件等方法（fǎ），有助（zhù）於鍍液內的傳質，從而往往可以較（jiào）大幅度地 提高可用的電流密度。但攪拌（bàn）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浮，易於導致鍍層（céng）變壞。

為了消除單（dān）純的攪拌所（suǒ）帶來（lái）的問題，同時也能在提高鍍速的同時改善鍍層結構和外觀質量，上個（gè）世紀（jì）年代興起了周期換向電流電鍍的方法。通過短（duǎn）時的將鍍件從陰極 轉為陽極（jí），便使鍍層進（jìn）入一個溶解過程。這種方法可以改善鍍層結構，減少（shǎo）氣孔，同時（shí）也有拋光作用而使鍍層更為光滑細致（zhì）。

 通過電流的周期換向和變動（dòng）以及各種不同攪拌的方法，可以看（kàn）到，對於恒定電流的（de）維持穩態的沉積時，如果利用不同場強來（lái）施（shī）加擾動，便有可能（néng）獲得較好的效益。實際上可以施加（jiā）到電鍍（dù）過程的種種擾動，可以包括電場、力場（chǎng）、磁、熱、聲、光等各個方麵。

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