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电镀知识讲座1



电镀知识讲座
1.1 表面處理( Surface Treatment ) 表面處理的對象非常廣泛,從傳統工業到現在的高科技工業,從以前的金屬表面到現在的塑膠,非金屬的表面.它使材料更耐腐蝕,更耐磨耗,更耐熱,它使材料之壽延長,此外改善材料表面之特性,光澤美觀等提高產品之附加價值,所有這些改變材料表面之物理,機械及化學性質之加

工技術統稱為表面處理(surface treatment) 或稱為表面加工(surface finishing).
1.1.1 金屬表面處理(metal surface treatment)

金屬經初步加工成型後需修飾金屬表面,美化金屬表面 ,更進一步改變金屬表面的機械性質及物理化學性質等之各種操作過程,稱之為金屬表面處理.或稱之金屬 表面加工(metal surface finishing).

1.2 表面處理的目的

表面處理的目的可以分四大類:
[size=+1](1) 美觀[size=+1](appearance).
[size=+1](2) 防護[size=+1](protection)
[size=+1](3) 特殊表面性質[size=+1](special surface properties)
(4) 機械或工程性質(mechanical or engineering properties)
(1) 美觀(appearance)
為了提高製品之附加價值,賦予製品表面美觀,例如裝飾性電鍍
(decorative plating) Au, Ag, Rh, Ni, Cr,黃銅等電鍍 (electroplating).
(2) 防護(protection)
為了延長製品的壽命,再製品表面披覆(coating)耐腐蝕之材料,例如保護性電鍍(protective plating) Zn,Cd,Ni,Cr,Sn 等電鍍.
(3) 特殊表面性質(special surface properties)
1. 提高製品之導電性(electrical conductiuity),例如電鍍Ag,Cu.
2. 提高焊接性(soderability)在通訊急電子工業應用,例如Sn-Pb 合金 電鍍.
3. 提高光線之反射性(light reflectivity ) 例如太空船,人造衛星的 外殼需
反射光線,Ag及Rh的鍍層被應用上.
4. 減小接觸阻抗(contact resistance)例如在電子組件之Au及Pd電鍍.
(4) 機械或工程性質(mechanical or engineering properties )

1. 提高製品之強度(strenth),例如塑膠電鍍.
[size=+1]2. 提高製品之潤滑性 [size=+1]( bearing propertries ) 例如多孔洛電鍍
(porous chromium plating), 內燃機之鋁合金活塞 (piston) ,鍍 錫Sn以防止汽缸 (cylinder)壁刮傷.
[size=+1]3. 增加硬度[size=+1](hardness)及耐磨性[size=+1](wear resistance) ,例如硬洛電鍍[size=+1]( hard chromium plating).
[size=+1]4. 提高製品之耐熱性[size=+1],耐候性[size=+1],抗幅射線[size=+1],例如塑膠[size=+1],非金屬之電鍍[size=+1].
[size=+1]5. 滲碳[size=+1](carburizing) ,氮化[size=+1](nitriding) 之防止[size=+1],例如鋼鐵表面硬化[size=+1] (case hardening)時在不要硬化部份鍍[size=+1]Cu.
1.3 表面處理之重要性

表面處理工業雖然不是工業之主流[size=+1],但只有透過表面處理[size=+1],製品的特性及價值才能充份發揮出來[size=+1].應用電鍍[size=+1](plating),陽極處理[size=+1](anodizing),化成處理[size=+1](convesion coating),塗裝[size=+1](coating)等工業技術[size=+1],達到防蝕[size=+1],增進可焊性[size=+1],潤滑性[size=+1],耐磨性[size=+1],附著性及鋼材防止滲碳等的多項目的[size=+1].

[size=+1] 所以表面處理為各種加工製造工業不可或缺的過 從傳統工業到近代高科技[size=+1],表面處理技術一直扮演非常重要性之角色[size=+1].例如太空船[size=+1],人造衛星[size=+1],積體電路等之發展表面處理技術都有決定性之影響[size=+1].由於表面處理對材料月異[size=+1],帶動相關科技工程之進步[size=+1].
1.4 表面處理技術之種類 從表面處理之特性可分類:


[size=+1]_____ 機械法 [size=+1]__ 珠擊法[size=+1],切削[size=+1],搪磨[size=+1],撒砂[size=+1],精磨[size=+1],研磨[size=+1],超加工[size=+1].

[size=+1]_____ 冶金法 [size=+1]__ 表面硬化[size=+1],(淬火[size=+1],滲碳[size=+1],氮化[size=+1]),擴散皮膜法[size=+1].

[size=+1]_____ 化學法 [size=+1]__ 電解研磨[size=+1],酸洗[size=+1],化學研磨[size=+1],酸蝕雕刻[size=+1].

[size=+1]

[size=+1]_____ 表面披覆[size=+1]__ 電鍍[size=+1],無電鍍[size=+1],熱浸鍍[size=+1],熔射鍍[size=+1],真空蒸著[size=+1],陰極噴濺[size=+1],

[size=+1]_____ 無機披覆[size=+1]__ 陽極處理[size=+1],化成處理[size=+1],著色[size=+1],琺瑯處理[size=+1].

[size=+1]_____ 有機披覆[size=+1]__ 塗裝[size=+1],橡膠加襯[size=+1],塑膠加襯[size=+1].



1.5[size=+2] 國內表面處理工業之狀況及問題

依據民國[size=+1]70年行政院科技顧問組調查報告[size=+1],有關表面處理工業[size=+1],國內有約[size=+1]4000家[size=+1],其中電鍍工業約佔[size=+1]1200家[size=+1],分散全省各地[size=+1],主要的生產項目有[size=+1],工業電鍍[size=+1], 裝飾電鍍[size=+1],熱浸電鍍[size=+1], 陽極電鍍[size=+1],化成電鍍[size=+1],發色[size=+1],塗裝[size=+1],從事表面處理的工作人員有[size=+1]15000至[size=+1]20000人[size=+1],具有專業知識程度者約[size=+1]1000人至[size=+1]1500人[size=+1].

1.5.1 原料及設備之供應

大部分昂貴之原料依靠國外進口[size=+1],生產設備多為國產[size=+1],較貴重之檢驗儀器設備[size=+1]75% 是進口貨[size=+1].國內原料成本極高[size=+1],業著負擔沉重[size=+1],應設法改善[size=+1],防止貿易商操縱市場[size=+1],更要鼓勵研究開發及生產重要之原料[size=+1].
1.5.2 從業人員知識水準
一般從業人員的程度較低,科技短識及品管觀念缺乏,難有研究開發新產品,唯賴低 廉勞力,以求生存.政府有關單位應定期舉辦研習會,使業者獲得新知蔚為研究風氣,提高技術水準,對在職工程人員,鼓勵利用建教合作方式,進修或在職訓練,亦應舉辦各類技術鑑定考試,並規定業者之工廠作業需由技術士擔任.
表面處理對材料之附加價值甚高,先進國家不惜投入龐大人力物力從事研究發展,使得表面處理技術日新月異,我國要並駕齊驅,迎頭趕上,勢必從教育做起,在大專院校設立正規教育之表面處理人才,才能有雄厚發展實力.鼓勵學校與工業界間之建教合作,技術性問題需要由學校帶動,學校要增添新設備,充實師資,積極培育專業人才,企業界要僅量聘用教育較高科技人員,以增加研究發展之潛力.
1.5.3 生產及經營方式

[size=+1] 一般專業廠商規模不大[size=+1],主要為訂貨生產[size=+1],小規模工廠沒有管理制度[size=+1],教育程度低[size=+1],對人力[size=+1],原料及能源造成無所謂的浪費[size=+1].大廠則受到地下工廠惡性削價之競爭[size=+1],影響 小廠應集中投資[size=+1],合併經營[size=+1],始合乎經濟原則[size=+1].就有生產設備應適時予以淘汰[size=+1],換置自動化處理設備[size=+1],能以簡化經營管理[size=+1],提高生產效率[size=+1],穩定品質[size=+1],節省人工[size=+1],提高產品之國際聲譽[size=+1],促進工業升級[size=+1].
1.5.4 廢物處理及公害

[size=+1] 由於地下工廠甚多[size=+1],使廢物形成嚴重之公害問題[size=+1],廢物處理系統投資費用極高[size=+1],非一般中小型表面處理工廠所能負擔維持得起[size=+1],根據經驗及需要[size=+1],認為設立表面處理專業區[size=+1],集中處理廢物[size=+1],廢水[size=+1],不但能減少公害[size=+1],而且能管制地下工廠[size=+1].
1.5.5 表面處理公會

表面處理是工業發展中很重要的一環[size=+1],避免或防止表面處理界之惡性競爭或市場 操縱[size=+1],加強廠商彼此合作[size=+1],聯繫與技術交流[size=+1],應充份發揮公會功能[size=+1],解決同業之困難[size=+1].另應設有完整品質檢驗中心[size=+1],集中檢驗[size=+1],測定之服務[size=+1],訂定表面處理標準規範[size=+1],作為廠 商品質改善或品質保證之依據[size=+1].
1.5.6 表面處理技術資料

根據業者的反映[size=+1],國內技術資料的獲得不亦且缺乏[size=+1],技術難以突破[size=+1], 應設置有健全的表面技術資料處理中心[size=+1],對研究開發者適時提供新穎充份之資訊[size=+1],對引進國外技術者提供可參考資料[size=+1].

[size=+2]1.6 國內表面處理工業發展之方向

[size=+1] 國內表面處理工業之技術自行開者很少[size=+1],大多仰賴國外廠商之業務代表或代理商[size=+1]. 往往引進之技術並非最前進者或只是局部的[size=+1],因此使本國產品品質遜於外貨乃為不可避免[size=+1],產品之信譽及附加價值難以提昇[size=+1].國內學術機構也甚少做獨立性長期性之研 究[size=+1],國內欲求工業之升級[size=+1],商品附加價值提高[size=+1],必須大力提高表面處理技術[size=+1],以達成支援各項金屬製造業[size=+1],機器工業[size=+1],電子工業之任務[size=+1].
1.6.1 裝飾電鍍(decorative plating)

裝飾電鍍之主要目的改進產品之外觀[size=+1],提高產品附加價值[size=+1],其主要產品如項鍊[size=+1],胸 針[size=+1],耳環等飾物[size=+1],合法登記之裝飾電鍍廠不足十分之一[size=+1],地下小廠不需付稅捐[size=+1],廢水處裡費用等[size=+1],導致小廠吃大廠[size=+1],劣幣逐良幣之反淘汰之惡性循環[size=+1]. 所以發展之方向應為大廠增添新設備[size=+1],提高技術水準[size=+1],提高產品品質[size=+1],加強取締公害[size=+1],自然促使非法及小廠淘或合併經營才能進一步發展[size=+1].
1.6.2 工程電鍍(engineering plating)
工程電鍍之目的是增加產品之耐蝕力,延長使用壽命,改進機械性質等.現在許多精密模具無法使用機械加工, 也使用電鍍法, 稱之為電鑄 (electroforming).工之規模較大,許多操作採用自動化,多附屬於大規模較大機器製造廠.
獨立之工程電鍍廠也大都與大型機器金屬製造廠訂有長期加工契約,其惡性競爭較裝飾性電鍍小,筍嵹禤a經濟發展,工程電鍍技術水準必須精益求精,力爭上游,其發展是大有可為的工程電鍍使用支援料數量鉅大,因此廢物處理之公害問題需特別重視,稍一不慎將 造成不可收拾的公害.
一般中小廠為節省開支沒有廢物處理設備,或有也只供參觀檢查時之用,浪費投資,罔顧員工及環境之安全與衛生.故今後發展方向為如何協助,促使這些小廠家合併始引進或研究開發更經濟更有效新技術.工程電鍍用之化學品如進鍍成性質之添加劑,多為國外原料供應商之機密,利潤甚高,若能長期研究必能研 就發展成功替代品,以減低本國電鍍工業之成本.
1.6.3 鍍錫(tin plating)

鍍錫生產應往高速率之連續生產方向發展[size=+1],唯有使用高度自動化設備才能節省日益高漲之連續工資及能源[size=+1].此種設備國內無法設計製造[size=+1], 需向國外引進技術[size=+1],近年來使用鋁罐[size=+1],鋁箔[size=+1],塑膠瓶罐[size=+1],臘紙盒[size=+1],玻璃瓶等材料越來越普遍[size=+1], 佔去馬口鐵很大的市場尤其一些錫生產的開發國家如印尼[size=+1],菲律賓[size=+1],泰國[size=+1],馬來西亞等也開始生產馬口鐵[size=+1],另外有逐漸改無錫鐵皮[size=+1](tin free steel)之趨勢[size=+1].
1.6.4 熱漫鍍鋅(zinc hot dip coating)

[size=+1] 鍍鋅鋼片主要有電鍍式鍍鋅鋼片及熱浸式鋼片,其中以熱浸式佔大多數,鍍鋅鋼片具有優良耐蝕性與低廉價格.主要用途為建築如用在頂板(roofing),側板(siding ),廣告牌,風管等,其次為電器及機械業.國內鍍鋅鋼片業者需淘汰更新陳舊設備,採用新式連續式熱浸鍍鋅方式生產,產量大,品質佳,產品適用性廣,成本低並加以配合耐高腐蝕力,鍍層延性,抗熱性,銲接性及美麗彩色塗裝之需求提高製品之品質.如發展出來的鐵鋅合金鍍面,差別鍍鋅,單面鍍鋅及鋁鋅合金鍍面等.
1.6.5 陽極處理(anodizing)

[size=+1] 鋁的陽極處理是鋁金屬表面藉由電流的作用形成一層氧化物膜[size=+1],堅硬耐磨[size=+1],抗蝕性極高[size=+1],色澤優美[size=+1].鋁合金本身易於加工[size=+1],強度高[size=+1],用途很廣[size=+1],磥瑣[size=+1]T陽處理產品為鋁門窗[size=+1],傢俱[size=+1],照相機及儀表外殼另件[size=+1].鋁材製造極其加工業也日益擴展[size=+1],鋁陽處理有相當市場潛力[size=+1].
陽極處理之發展例如硬質陽極處理(hardanodizing),在低溫電流亦有用交直流並用之陽極處理.這種硬化之陽極處理的鋁材可用於活塞,汽缸,汽缸內襯,油壓機及渦輪之另件,汽閥,齒輪,'槍械另件,離合器,煞車圓片,(brake disk),機器另見及工具等.浴溫,電流密度,溶液成份需自動控制才能嚴格管制成品之品質以達客戶要求.自動化需引進國外技術及大量之資金,所以同時要深入了解國外市場之潛力循序達成自動化.
1.6.6 塗裝(coating)

[size=+1] 塗裝工業之成長仍應會繼續擴大[size=+1],應設法取締地下工廠以減少公害保障合法廠商[size=+1],避免惡性競爭[size=+1].教育用戶重視表面處理技術之價值[size=+1],提高塗裝品質之要求[size=+1].大廠商應力爭上游[size=+1],自行發展高級產品而不能只埋怨小廠之低廉競銷[size=+1].發展之趨勢大多採用粉體塗裝[size=+1],以節省能源和溶劑並可減少公害[size=+1].非溶劑之塗裝和省能源型[size=+1](紫外線硬化[size=+1],低 溫硬化[size=+1])之新產品我國塗裝工業當然應該迎頭趕上[size=+1].


1.7 學會,雜誌及參考書籍
促進表面處理工業界之聯繫,技術交流,標準規範之定訂,防止惡性競爭,市場之操縱等應設有功能的公會,協會以解決同業之困難.例如電鍍公會,陽極處理公會,塗裝公會等.學會及雜誌社提供新知識,新科技之資訊.在做研究開發工作,資料之取得是非常重要的,尤其是有關專利資料更具有價值.
1.7.1 學會
有關表面處理技術之國內外學會有:
(1) 中國材料科學學會.
(2) 中國鋼鐵學會.
(3) 中國化學會.
(4) 中國腐蝕防蝕學會.
[size=+1](5) American, Electroplater Society.
[size=+1](6) American, Electrochemical Society.
[size=+1](7) American, National Association of Corrosion Engineers .
(8) 英國Institute of metal fishing.
(9) 英國Corrosion Science Society.
(10) 英國Corrosion and Protection Association.
(11) 日本金屬表面技術學會.
(12) 日本金屬學會第三分科會(金屬表面物理化學).
(13) 日本鋼鐵學會.
(14) 日本電器化學協會.
(15) 日本化學學會.
(16) 日本輕金屬學會.
(17) 德國Bunsen Gesellechaff.
1.7.2 雜誌
有關表面處理雜誌有:


(1) 國內:

金屬表面技術. 工業材料.

表面處理工業. 化工技術.

防蝕工程. 材料科技. 
(2) 日本:

金屬表面技術. 防蝕技術.

金屬材料. 工業材料. 
(3) 美國: Plating Corrosion

Metal Finishing Materials Protection

Product Finishing Materials and Methods

Industrial Finishing  (4) 英國:

Electroplating Metal Industry 
(5) 德國:

Metalloberflanche

oberflachenentechnik

Korrosion und Metallschutz

Werkstoffe und Korrosion1.8 我國表面處理電鍍技術士檢定規範

金屬表面處理是一門專門的技術與學問,為提高我國表面處理工業之水準及發展潛力,宜規定工廠必須擁有表面處理技術士如電鍍技術士,陽極處理技術士,塗裝技術士等.讓這些專門技術士從事工廠作業,才能有優良的產品.
我國技術技能士檢定旨在配合經濟發展,改變職業觀念,建立技能共信標準,提高技術人士之地位適應國 家建設之需要.凡測驗合格者,由內政部頒發[中華民國技術士證].
技術士技能檢定分為學科與術科測驗兩階段完成.學科測驗就檢定規範中[相關知識]範圍內命題,採是非選擇方式.術科測驗需學科測驗合格始能參加,採現場操作考驗方式.技術士分為三等級,甲級,乙級,丙級.

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2# 发表于 2008-1-8 21:38 | 只看该作者 踩窝窝 送礼物 问候Ta [size=+1]2.1 [size=+1]電鍍之定義[size=+1]
電鍍(electroplating)被定義為一種電沈積過程(electrodepos- ition process), 是利用電極(electrode)通過電流,使金屬附著於 物體表面上, 其目的是在改變物體表面之特性或尺寸。

2.2 電鍍之目的
電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit),改變基材表面性質或尺寸。例如賦予金屬光澤美觀、物品的防鏽、防止磨耗、提高 導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性、熱處理之防止滲碳、氮化 、尺寸錯誤或磨耗之另件之修補。


2.3 各種鍍金的方法
電鍍法(electroplating) 無電鍍法(electroless plating)
熱浸法(hot dip plating) 熔射噴鍍法(spray plating)
塑膠電鍍(plastic plating) 浸漬電鍍(immersion plating)
滲透鍍金(diffusion plating) 陰極濺鍍(cathode supptering)
真空蒸著鍍金(vacuum plating) 合金電鍍 (alloy plating)
複合電鍍 (composite plating 局部電鍍 (selective plating)
穿孔電鍍 (through-hole plating) 筆電鍍(pen plating)
電鑄 (electroforming)  


[size=+1]2.4 [size=+1]電鍍的基本知識

電鍍大部份在液體 (solution) 下進行,又絕大部份是由水溶 液 (aqueous solution)中電鍍,約有 30 種的金屬可由水溶液進 行電鍍, 由
水溶液電鍍的金屬有:銅Cu、鎳Ni、鉻Cr、鋅Zn、鎘Cd" 、鉛Pb、金Au、銀Ag、鉑Pt、鈷Co、錳Mn、銻Sb、鉍Bi、汞Hg、鎵Ga、銦In、
鉈、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W 等。
有些必須由非水溶液電鍍如鋰、鈉、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo等。可油水溶液及非水溶液電鍍者有銅、
銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等金屬。

電鍍的基本知識包括下列幾項:

溶液性質 物質反應
電化學 化學式
界面物理化學 材料性質

2.4.1 溶液(solution)

被溶解之物質稱之為溶質(solute),使溶質溶解之液體稱之溶 劑(solute)。溶劑為水之溶液稱之水溶液(aqueous solution)。
表示溶質溶解於溶液中之量為濃度(concentration)。 在一定量溶劑 中,溶質能溶解之最大量值稱之溶解度(solubility)。
達到溶解度 值之溶液稱之為飽和溶液(saturated solution),反之為非飽和溶 液(unsaturated solution)。 溶液之濃度,在工廠及作業現場,
使用易了解及便利的重量百分率濃度(weight percentage)。 另外常用的莫耳濃度(molal concentration)。

2.4.2 物質反應(reaction of matter)

在電鍍處理過程中,有物理變化及化學變化,例如研磨、乾燥等為物理反應,電解過程有化學反應,我們必須充份了解在處裡過程
中各種物理及化學反應及其相互間關係與影響。

2.4.4 電化學(electrochemistry)

電鍍是一種電沉積( electrodeposition )過程,利用電解體electrolysis)在電極(electrode)沉積金屬,它是屬於電化學之應用的一支。電化學 是研究
有關電能與化學能交互變化作用及轉換過程。
電解質(electrolyte)例子NaCl,也就是其溶液具有電解性質之溶液 (electrolyticsolution)它含有部份之離子(ions),經由此等離子之移動 (movement)
而能導電。帶陰電荷朝向陽極(anode)移動稱之為陰離子(anion),帶正電荷朝向陰極(cathode)移動(migrate)者稱之為陰離子 cations)。這些帶電荷之
粒子(particles)稱之為離子(ions)。放出電 子產生氧化反應之電極稱之為陽極(anode),得到電子產生還元化應 之電極稱之為陰極(cathode)。整個反
應過程稱之為電解(electrolysis)。

2.4.4.1 電極電位(electrode potentials)
電位(electrode potential)為在電解池(electrolytic)中之導電體,電流 經由它流入或流出。 電極電位(electrode potential)是電極與電解液之間的電動
勢差, 單獨電極電位不能測定需參考一些標準電極(standard electrode)。
例如氫標準電極(hydrogen standard electrode)以其為基準電位為0
電極電位之大小可由Nernst equation表示之:

E=E0+RT/nF ln aMn+/aM

E=電極電位

E0=電極標準狀態電位(volt)

R=氣體常數(8.3143 J.K-1MOL-1)

T=絕對零度( K)

n=原子價之改變數(電子移轉之數)

aMn+=金屬離子之活度(activity),若極稀薄之溶液,其活度就等於金屬

離子 之濃度(concentration)C。

一般則活度為濃度乘上活度係數,即a = r *c。

金屬電極之活度,若為純金屬即為1 。

法拉第常數



2.4.4.2 標準電極電位(standard electrode potential)

標準電極電位(standard electrode potential)是指金屬電極之活度為 1(純金屬)及在
金屬離子活度為1時之電極電位。
即 E=E0
E=E0+RT/nF ln 1/1
=E0+0= E0
氫之標準電位在任何溫度下都定為0,做為其他電極之參考電極 (REFERENCEELECTRODE),以氫標準電極為基準0,各種金屬之標 準電位見表
排列在前頭之金屬如Li較易 失去電子,易被氧化,易 溶解,易腐蝕,稱之為濺金屬或 金屬(basic metal)。相反如Au金屬不易失去電子.不易氧化.不易溶解.
容易被還元稱之為貴金屬(noble metal)。



電極
電位
電極
電位

Li+ -3.045 Co ? Co+2 -0.277
Rb? Rb+ -2.93 Ni ? Ni+2 -0.250
K? K+ -2.924 Sn ? Sn+2 -0.136
Ba? Ba+2 -2.90 Pb ? Pb+2 -0.126
Sr ? Sr+2 -2.90 Fe ? Fe+3 -0.04
Ca ? Ca+2 -2.87 Pt/H2? H+ 0.000
Na ? Na+ -2.715 Sb ? Sb+3 +0.15
Mg ? Mg+2 -2.37 Bi ? Bi+3 +0.20
Al ? Al+3 -1.67 As ? As+3 +3
Mn ? Mn+2 -1.18 Cu ? Cu+2 +0.34
Zn ? Zn+2 -0.762 Pt/OH-? O2 +0.40
Cr ? Cr+3-0.74 Cu ? Cu+ +0.52
Cr ? Cr+2 -0.56 Hg ? Hg2+2 +0.789
Fe ? Fe+2 -0.441 Ag ? Ag+ +0.799
Cd ? Cd +3 -0.402 Pd ? Pd+2 +0.987
In ? In+3 -0.34 Au ? Au+3 +0.150
Tl ? Tl+ -0.336 Au ? Au+ +1.68

表2.4.4.2

2.4.4.3 Nernst 電位學說

金屬含有該金屬離子之溶液相接觸,則在金屬與溶液界面,會產生 電荷移動現象,此
等電荷之移動,仍是由於金屬與溶液的界面有電位勢之差別稱之為電位差所引起,此現象
Nernst解說如下:
設驅使金屬失去電子變為陽離子溶入溶液中之電離溶解液解壓 (electrolatic
solution pressure)為p而使溶液中的陽離子得到電子 還元成金屬滲透壓(osmotic pressure)為
p,則有三種情況發生:


(1) P>P時,金屬被氧化,失去電子,溶解成金屬離子於溶液中,因此
金屬電極本體接收電子而帶負電。

(2) P<P時,金屬陽離子得到電子被還元沉積於金屬電極表面上,
金屬電極本身供給電子,因此金屬電極帶正電

(3) P=P時,沒有產生任何變化
設金屬與溶液的界面所形成的電極電位為E,當1 mole金屬溶入於
溶液中,則界面所通過的電量為nF , n為金屬陽離子之價數,即電子之
轉移數,F為法拉第常數,此時所作功等於nFE,也等於下式:


n F E= ? ppVdp=RT ? pp dp/p=-RTln P/P
\ E=RT/nF ln P/P
即金屬陽離子之活度(activity)為 aMn+活度係數為K,則P=
KaMn+於是
E= - RT/nF ln p/KaMn+
=- RT/nF ln P/K +RT/nF ln aMn+
E在標準狀態時,即aMn+=1,稱為標準電極電位E ,即
E0=- RT/ nF ln P/K + RT/nF ln 1
=-RT/nF ln P/R

所以純金屬的電極電位用上列式子表示:
非純金屬電位則為:
E=E0+RT/Nf ln aMn+ / aM
 
式中為aM為不純金屬之活度


2.4.4.4電極電位在熱力學的表示法


電極反應是由氧化反應及還原反應所組成.
例如Cu ? Cu+++2e- 還原狀態 氧化狀態 可用下列二式表示之 :

Cu(R) Cu+++2e-
氧化反應
Cu? Cu+++2e-
還原反應


例1: 氧電極反應之電位
1/2O2+H2O+2e-? 2OH-

例2: 氯化汞電極反應之電位
Hg2+2+2e-? 2 Hg
E=E0- RT/nF ln aHg(s) /aHg2+2

例3: 氫電極反應之電位
1/2H2(g) ? H++e-
E=E0-RT/F ln aH+/aH21/2(g)

2.4.4.5 電極電位之意義

(1)電解電位分類為三種:

M/M+n即金屬含有該金屬離子的相接觸有二種形式:? 金屬與溶液間之水大於金屬陽離子M+n與電子的結合力,則金屬會溶解失去電子形式
金屬陽離子與水結合成為M+n? xH2O,此時金屬電極獲得額外電子,故帶負電這類金屬電極稱之陰電性,如Mg.Zn.及Fe等浸入酸..鹽類水溶液
時產生此種電極電位Mt M(aq)+n+ ne-· 金屬與溶液的水親合力小於金屬離子M+n與電子結合力時,金屬離子會游向金屬電極得到電子而沉積
在金屬電極上,於是金屬電極帶正電,溶液帶負電o

(2)金屬M與難溶性的鹽MX相接觸,同時MX又與陰離子之KX相接觸,即(M x MX,KX) 如 化汞電極(Hg2Cl2) o

(3)不溶性金屬,如Pt,與含有氧化或還元系離子的溶液相接觸,例如Pt x Fe++ .FE++或Pt x Cr+2,Cr+3等o

2.4.4.6 界面電性二重層

在金屬與溶液的界面處帶電粒子與表面電荷形成的吸附層, 偶極子的排列層以及
擴散層等三層所組合的區域稱之為界面 電性二重層。

2.4.4.7 液間電位差(liquid junction potential)

又稱之為擴散電位差(diffusion potential),係由陰離子與陽 離子之移動度不同而形
成之電位差,通常溶液之濃度差愈大 ,陰陽離子移動度差愈大,則液間電位差愈大。

2.4.4.8 過電壓(overvoltage)

當電流通過時,由於電極的溶解、離子化、放電、及擴 散等過程中有一些阻
礙,必須加額外的電壓來克服,這些 阻礙使電流通過,這種額外電壓消除阻礙者稱之
為過電壓。此種現象稱之為極化(polarization)。此時陰極、陽極實際電 位與平衡電位之
差即為陰極過電壓、陽極過電壓。

過電壓可分下列四種:
1.活化能過電壓(activiation overvoltage)
任何反應,不論吸熱或放熱反應皆有最低能障需克服 ,此能障稱為活化能,在電
解反應需要額外電壓來克服活化能阻礙,此額外電壓之活化能過電壓,可用Tafel公式
表示:

g act=a+b log i
b為係數,i為電流, g act為活化能過電壓其電流i愈大 g act愈大,電鍍中 g act佔很小一部份,幾乎可以忽略,除非電流密度很大。
氫過電壓(hydrogen overvoltage),在酸性水溶液中陰極反應產生 H2氣體,此額外之電壓稱氫過電壓,即 g H2=Ei-Eeq=Ei-Eeq 式中
g H2==氫過電壓
Ei=實際電壓
Eeq=平衡電壓
在電鍍時由於氫過電壓的原因使氫氣較少產生,而使許多金屬
可以在水溶液中電鍍。
例如鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛。



2.濃度過電壓(concentration overvoltage)
 
當電流變大,電極表面附近反應物質的補充速度及反應生成物 逸散之速度不夠
快,必須加上額外之電壓,以消除此阻礙,此額外 電壓稱濃度過電壓。在電鍍時可增
加溫度即增加擴散速率,增加濃 度,攪拌或陰極移動可減少濃度過電壓,電流密度因
而提高,電鍍的 速率也可增加。

3.溶液電阻過電壓(solution resistance overvoltage)

溶液的電阻產生IR電壓降,所以需要額外的電壓IR來克服此電 阻使電流通過,此
額外電壓IR稱之溶液電阻過電壓。在電鍍時可增加溶液導電度,提高溫度以減少此電阻
過電壓,有時此IR形成熱量太多會使鍍液溫度一直上升,造成鍍液蒸發損失需冷卻或補
充 液。


4.電極鈍態膜過電壓(passivity overvoltage)

電解過程,在電極表面會形成一層鈍態膜,如A1的氧化物膜 ,錯離子形成之阻力
膜,此等膜具有電阻需要額外電壓加以克服 ,此種額外電壓稱之為鈍態膜過電壓。


2.4.4.9 分解電壓(decomposition potential)

電壓愈大,電流愈大,反應速率也愈大,其電壓與電流的關係如圖所示。
E點之電壓稱之分解電壓,亦稱之實際分解電壓(praticaldecomposition potential),然而要
產生電流I所需之電壓為:

EI=E0+g TOTAL
g TOTAL= g c + g a + g conc. + IR
E0=Ec-Ea
式中:
E0=平衡電動勢
Ec=陰極可逆電極電位
Ea=陽極可逆電極電位
g c=陰極過電壓
g a=陽極過電壓
g conc.= 濃度過電壓
I=電流強度
R=電阻

 
例1:使用銅做陽極,硫酸銅溶液鍍銅,其欲產生電流I所需之電壓為:
EI=E0+g c+g a+g conc.+IR
EI=g c+g a+g conc+IR
因Ec=Ea Ea=0

例2:硫酸鋅鍍鋅使用鋅做陽極,攪拌良好,則產生電流I所需之電壓為
EI=E0+g a+g c+g conc+IR
EI=g a+g c+IR
因Ea=Ec ? E0=0
又因攪拌良好 ? g conc=0

例3:鎳鹽水溶液使用鎳做陽極,電極面積10c㎡,以10 -2Amp/c㎡進行鍍鎳。
g c =0.445+0.065logI g a =0.375+0.045logI,內電阻R=300Ω,攪拌良好所需之電壓為若干?
解:
EI=g c+g a+IR
=0.445+0.65log(0.01*10)+0.375+0.045log(0.01*10)+(0.01*10)*300 =30.71volt

 

2.4.5 界面物理化學
 
表面處理過程中,金屬會與水或液體接觸,例如水洗、 酸浸、電鍍、塗裝、琺瑯
等。要使金屬與液體作用,需金 屬表面完全浸濕接觸,若不能完全接觸,則表面處理
將不 完全,無法達到表面處理的目的。所以金屬與液體接觸以 介面物理化學性質對表
面處理有十分重要的意義。


2.4.5.1 表面張力及界面張力

液體表面的分子在表面上方沒有引力,處於不安定狀態稱之自由表面,故具有
力,此力稱之為表面張力。液 體之表面張力大小因液體的種類和溫度而異,溫度愈高
表面張力愈小,到沸點時因表面分子氣化自由表面消失,故張力變為零。液體和固體
與別的液體交接的面也有如表 面張力之作用力,稱之界面張力。


2.4.5.2 界面活性劑

溶液中加入某種物質,能使其表回張力立即減小,具 有此種性質的物質稱之為界
面活性劑。表面處理過程如 洗淨、脫脂、酸洗等界面活性劑被廣泛應用對表面處理 之
光澤化、平滑化,均一化都有相當幫助。


2.4.6 材料性質

  表面處理工作人員必須對材料特性充份了解,表面處 理的材料大多是金屬,所以
首先要知道各種金屬的一般 性質。例如色澤、比重、比熱、溶點、降伏點、抗拉強 度
、延展性、硬度、導電度等。

2.5電鍍基礎

電鍍的基本構成元素及工場設備 電鍍使用之電流
電鍍溶液 金屬陽極與金屬陰極
陽極袋 電鍍架
電鍍前的處理 電鍍工場設備
電鍍控制條件及影響因素 鍍浴淨化
鍍層要求項目 鍍層缺陷
電鍍技藝 金屬腐蝕


2.5.1 電鍍的基本構成元素

外部電路,包含有交流電源、整流器、導線、可變電阻、電流計、電壓計。
陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。
電鍍液(bath solution)。
陽極(anode)。
鍍槽( plating tank )
加熱或是冷卻器(heating or colling coil )。
2.5.1.1 鍍槽構造,其典型鍍槽見圖:
2.5.1.2 電鍍工場設備
  一個電鍍工場必須配備下列各項設備:
  @防酸之地板及水溝。
  @ 糟及預備糟。
  @攪拌器。
  @整流器或發電機。
  @導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具。
  @安培表、伏特表、安培小時表、電阻表。
  @泵、過濾器及橡皮管。
  @電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備。
  @操作用之上下架桌子。
 @檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器。
 @通風及排氣設備。
2.5.2 電鍍使用之電流
在電鍍中,一般都僅使用直流電流。交流電流 因在反向電流時金屬沈積又再被
溶解所以交流電流無法電沈積金屬。直流電源是用直流發電機或交流電源經整流器產
生。直流電流是電子向一個方向流通,所以可以電沈積金屬。但在有些特殊情況會使
用交流電流或其他種特殊電流,用來改 善陽極溶解消除鈍態膜、鍍層光層、降低鍍層
內應力、鍍層分佈、或是用於電解清洗等。

2.5.3 電鍍溶液,又稱鍍浴(plating bath)

電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其他化學物之導電溶液,用來電沈積金屬。其主
要類別可分酸性、中性及鹹性電鍍溶液。強酸鍍浴是pH值低於2的溶液 ,通常是金屬
鹽加酸之溶液,例如硫酸銅溶液。弱酸 鍍浴是pH值在2~5.5之間鍍浴,例如鎳鍍浴。
鹹性鍍浴其pH值超過7之溶液,例如氰化物鍍浴、錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍
浴。

2.5.3.1 鍍浴的成份及其功能


金屬鹽:提供金屬離子之來源如硫酸銅。可分單鹽、鹽,及錯鹽。
   例如:單鹽:CuSO4?;NiSO4?
      複鹽:NiSO4?;(NH4)2SO4?
      醋鹽:Na2Cu(CN)3?


導電鹽:提供導電度,如硫酸鹽、氯鹽,可降低能量花費、鍍液熱蒸發損失,尤其是滾桶電鍍更需優良導電溶液。
陽極溶解助劑。陽極有時會形成鈍態膜,不易補充金屬離,則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。
緩衝劑,電鍍條件通常有一定pH值範圍,防止pH值變動加緩衝劑,尤其是中性鍍浴(pH5~8),pH值控制更為重要。
錯合劑,很多情況,錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良,防止置換沈積,如鐵上鍍銅,則需用錯合劑,或是合 金電鍍用錯合劑使不同之合金屬電位拉近才能同時沈積得到合金鍍層。
安定劑,鍍浴有些會因某些作用,產生金屬鹽沈澱,鍍浴壽命減短,為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安定劑。
鍍層性質改良添加劑,例如小孔防止劑、硬度調節劑、澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。


潤濕劑(wetting agent),一般為界面活性劑又稱去孔劑。
2.5.3.2 鍍浴的準備


@將所需的電鍍化學品放入在預備糟內與水溶解。
@去除雜質。
@用過濾器清除浮懸固體,倒入一個清潔電鍍槽內。
@鍍浴調整,如pH值、溫度、表面張力、光澤劑等。
@用低電流電解法去除雜質。

2.5.3.3 鍍浴的維持


@定期的或經常的分析鍍浴成份,用化學分析法或
Hull試驗(Hull cell test)。
@維持鍍浴在操作範圍成份,添加各種藥品。
@去除鍍浴可能被污染的來源。
@定期淨化鍍液,去除累積雜質。
@用低電流密度電解法間歇的或連續的減低無機物污染。
@間歇或連續的過濾鍍浴浮懸雜質。
@經常檢查鍍件、查看缺點。
2.5.4 金屬陽極

金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極,溶解性陽極用於電鍍上是為補充溶液中電鍍所消耗的金屬離子,是用一種金屬或合金鑄成、
滾成、或沖製成不同形狀裝入陽極籃(anode basket)內。陽極電流密度必須適當,電流密 度太高會形成鈍態膜,因而使陽極溶解太慢或停
止溶解,形成不溶解陽極,產生氧氣,消耗鍍液金屬離子而必 須補充金屬鹽。為了減小陽極電流密度,可多放些陽極, 或用波形陽極
增加面積,或降低電壓。在酸性鍍浴可以 用增加攪拌、增高鍍浴溫度、增加氯離子濃度、降低pH 來提高陽極容許電流密度。

而鹼性鍍浴可用增加攪拌、增加自由氰化物(free cyanide)的濃度,升高鍍浴溫度或升高pH值,也可將某種物質加入陽極內以減少因
高電流密 度的陽極鈍態形成。電鍍使用不溶解陽極用來做傳導電流,鍍浴金屬離子需用金屬鹽來補充,如金鍍浴中用不溶解 之不銹鋼作
為陽極,以金氰化鉀來補充。在鍍鉻中用不溶解 之鉛陽極,以鉻酸補充鉻離子。不溶解陽極有二個條件,一 是良好的導電體,二是不受
鍍液之化學作用污染鍍浴及不受 侵蝕。不溶性陽極可用在控制金屬離子過度積集在鍍糟內,在貴金屬電鍍,如黃金電鍍,用不銹鋼做陽
極,可以代替金 陽極,以減低投資成本或避免偷竊的困擾。不溶解陽極將引 起強力的氧化,形成腐蝕問題及氧化鍍槽內物質,所以不能
使用有機物添加劑。槽內之金屬離子必須靠金屬鹽來補充。

2.5.5 陽極袋(anode bag)
陽極袋是一種有多細孔薄膜袋子,用來收集陽極不溶解金屬與雜質陽極泥,以防止污染鍍浴,阻止粗糙鍍層發生。陽極袋是用編織布
縫成陽極形狀寬大適中,長度要比陽極稍長,材料需紮得緊,足夠收集陽極泥,不妨礙鍍浴流通,將陽極袋包住陽極並縛在陽極掛鉤上。
在放進電電鍍浴之前,陽極袋要用熱水含潤濕劑中洗去漿水及其他污物,然後再用水清洗,並浸泡與鍍浴相同之pH的水溶液中,使用前需
再清洗。酸性鍍浴的陽極袋可用棉織物,也可使用人造纖維。在高溫操作鹹性鍍浴可用乙稀隆材料陽極袋。
2.5.6 金屬陰極
金屬陰極是鍍浴中的負電極,金屬離子還元成金屬形成鍍層及其他的還元反應,如氫氣之形成於金屬陰極上。準備鍍件做電鍍需做下
面各種步驟:研磨、拋光、電解研磨、洗淨、除銹等。


2.5.7 電鍍之前處理
  電鍍前之處理,稱之前處理(pretreatment),包括下列過程:

洗淨:去除金屬表面之油質、脂肪、研磨劑,及污泥。可用噴射洗淨、溶劑洗淨、浸沒洗淨或電解洗淨。
清洗:用冷或熱水洗淨過程之殘留洗淨劑或污物。
酸浸:去除銹垢或其他氧化物膜,要注意防止基材被腐蝕或產生氫脆。可加抑制劑以避免過度酸浸。酸浸完後要充份清洗。
活化:促進鍍層附著性,可用各種酸溶液使金屬表面活化。
.漂清:電鍍前立刻去除酸膜,然後電鍍。
2.5.8 電鍍掛架(rack)
電鍍掛架是用在吊掛鍍件及導引電流之掛架,其主要部份有:
1.鉤,使電流接觸導電棒。2.脊骨,支持鍍件並傳導電流。3.舌尖,使電流接觸鍍件。4.掛架塗層,絕緣架框部份,限制及導引電流通向鍍件。
電鍍掛架需有足夠的強度、尺寸、及導電性能通過的電流量足以維持電鍍操作。其決定尺寸的條件有1.鍍件重量,2.電鍍的面積,3.每個掛架
之鍍件數,4.鍍槽的尺寸,5.電鍍操作所需之最大電流,鍍架上之附屬設備如絕緣罩或輔助電極,7.鍍件及掛架最大重量。電鍍掛架基本型式
有1.直脊骨型,是以垂直中央支持,用舌尖夾持鍍件,適小鍍件可用手來操作。2.混合脊骨型,經常用在自動電鍍上,是用方型框架聯合平行
及垂直骨架所構成夾持小鍍件。3.箱型,這種掛架可以處理許多鍍件,需配備有自動輸送機、起重機、吊車等設備。4.T型,係垂直中央支持,
聯結許多垂直的交叉棒,此種適合手動及自動操作。選擇電鍍掛架的決定因素有1.電流量,2.強度,3.荷重限制,4.鍍件位置安排,5.空間限制,
6.製造難易,7.維持費用及成本。電鍍掛架之電流總量為全部鍍件的有效面積乘於操作過程中之最大電流密度,有效面積係指要被電鍍部份的
面積。鍍件應在不重要的部份如背面、孔洞、幽蔽處聯接電流。掛架之鍍件數目應依據設計的重量限制、鍍槽尺寸、良好電流分佈空間、直流
電源之電量等決定。一般人力操作之鍍架安全限制重量是251b。由尺寸、形狀、移動距離可有所變動。舌尖必須具備足夠的硬度、導電度、不
發生燒焦、孤光、過熱等現象。鍍件重量能維持地心引力良好的接觸,否則用彈簧聯接。要能夠容易迅速上下架,並確保電流接觸。銅是最廣
泛應用的掛架材料,因有好的導電性,容易成型,有適當強度。鋼與銅導電性比銅差,但較便宜。鋁掛架用在鋁陽極處理(anodizing),其優點是
輕。鎳鍍架耐腐蝕,可做補助電極。磷銅因它具有良好導電性,易彎曲及易製造易焊接故廣泛用做舌尖。電鍍掛架之脊骨用較堅強材料製成如
硬的拉銅。電鍍架同時附帶有補助陽極加強供應電流稱之為雙極鍍架。除了補助陽極外,還有補助陰極,漏電裝置、絕緣罩等附加在電鍍掛架
上以調整電流密度或引導電流進入低電流之隱蔽
區域。電鍍掛架在某些地方加以塗層絕緣,其目的有下列幾項:
 1.減少電鍍金屬之浪費。
 2.限制電流進入要被電鍍之區域,減少電能損失。
 3.減少鍍浴污染。
 4.改進金屬披覆分佈。
 5.減少電鍍時間。
 6.延長鍍架壽命,防止鍍糟腐蝕。
  鍍架有下列塗層材料可應用:

壓力膠帶,容易使用,易鬆脫損壞,適合短時應用或臨時使用。
乙稀塑膠,良好黏性,可用於酸鹹各種鍍液。尼奧普林,直接浸泡不需打底、熱烘乾、黏性好可用
任何鍍浴,尤其適合使用於鉻電鍍。
空氣乾燥塑膠,不用塗底、浸泡或擦刷後空氣乾燥、黏性優良,適宜各種電鍍浴。
橡皮,除鉻電鍍外其他鍍浴均可使用。
蠟,不能使用於強鹹及熱鍍浴。
  電鍍操作過程鍍架使用注意事項:

鍍件需定位,與陽極保持相同距離,使電鍍層均勻,防止鍍液之帶出(drag-out)損失及帶入(drag-in)污染鍍液。
鍍件安排要適當,要使氣泡容易逸出,稍傾斜放置鍍件。
空間安排,避免鍍件相互遮蔽。
堅固接觸,防止發燒、孤光等現象發生。
防止高電流密度的形成,如尖、邊緣、角等處必須適當應用絕緣罩或漏電裝置。
使用陽極輔助裝置或雙極鍍架,應小心調整以確保適當電流分佈。
鍍架應經常清洗,維持良好電流接觸,去除舌尖附著之金屬,塗層有損壞需之即修理、操作中隨時注意漏電,鍍浴帶出損失及帶入污染等現象。
2.5.9 電鍍控制條件及影響因素
  1.鍍液的組成。   12.覆蓋性。
  2.電流密度。    13.導電度。
  3.鍍液溫度。    14.電流效率。
  4.攪拌。      15.氫過電壓。
  5.電流波形。    16.電流分佈。
  6.均一性。     17.金屬電位。
  7.陽極形狀成份。  18.電極材質及表面狀況。
  8.過濾。      19.浴電壓。
  9.pH值。   
 10.時間。

 11.極化。
鍍液的組成:對鍍層結構影響最大,例如氰化物鍍浴或複鹽鍍浴的鍍層,要比酸性單鹽的鍍層細緻。其他如光澤劑等添加劑都影響很大。
電流密度:電流密度提高某一限度時,氫氣會大量析出,電流效率低,產生陰極極化作用,樹枝狀結晶將會形成。
鍍浴溫度:溫度升高,極化作用下降,使鍍層結晶粗大,可提高電流密度來抵消。
攪拌:可防足氫氣停滯件表面形成針孔,一般攪拌可得到較細緻鍍層,但鍍浴需過濾清潔,否則雜質因攪拌而染鍍件表面產生結瘤或麻點等缺點。
電流型式:應用交通電流,週期反向電流(PR)電流、脈沖電流等特殊電流可改進陽極溶解,移去極化作用的鈍態膜,增強鍍層光澤度、平滑度、降低鍍層應力、或提高鍍層均一性。
均一性(throwing power),或稱之投擲力,好的均一性
是指鍍層厚度分佈均勻。均一性的影響因素有:

幾何形狀,主要是指鍍槽、陽極、鍍件的形狀。分佈位置空間、陰陽極的距離、尖端放電、邊緣效應等因素。
極化作用,提高極化作用可提高均一性。
電流密度,提高電流密度可改進均一性。
鍍浴導電性,導電生提高而不降低陰極極化作用太多則可提高均一性。
電流效率,降低電流效率可提高均一性。
 所以要得到均勻鍍層的方法有:

良好的鍍浴成份,改進配方有。
合理操作,表面活生化均勻。
合理鍍裝掛,以得到最佳電流均勻分佈,防止析出氣體累積於盲孔或低窪部分。
調節陰陽極間之距離及高度。
應用陽極形狀善電流分佈。
加設輔助電極、輸電裝置、絕緣屏障等改進電流分佈。
應用沖擊電流、在電鍍前用較大電流進行短時間電鍍。
陰陽極形狀、成份及表面狀況影響很大,如鑄鐵和高矽鋼的材料氫過電小,電鍍時大量氫氣析出,造成覆蓋性差、起泡、脫皮等缺陷,不銹鋼材料,鋁、鎂及合金類易氧化的材料,不易得附差性良好鍍層。表面狀況如有油污、銹皮等鍍層不可能附著良好,表面粗糙也難得到光澤鍍層。陽極與陰極形狀也會影響鍍層。
過濾,如陽極泥、沈碴等雜質會影響鍍層如麻點、結瘤、粗糙的表面,也會降低鍍層之防蝕能力,所以必須經常過慮或連續性過慮固體粒子。
pH值會影響鍍浴性質,如氫氣的析出、電流效率、鍍層硬度及內應力,添加劑的吸收,錯合離子的濃度都有相當的影響。
時間為控制鍍層厚度的主要因素,電流效率高,電流密度大所需電鍍時間就少。
極化(polarization)電鍍時電極電位發生變化產生一逆電動勢,阻礙電流叫做極化作用,克服極化作用的逆電動勢所需增加電壓稱之過電壓。
極化作用對電鍍的影響:

有利於鍍層細緻化。
有利於改進均勻性,使鍍層厚度均勻分佈。
氫氣析出增加,降低電流效率和鍍層之附著力,會產生起泡、脫皮現象。
不利陽極溶解,消耗電力、浴溫增高、鍍浴不安定。
  影響極化作用的因素有:

電鍍浴組成,如氰化物鍍浴之極化作用大,低濃度之鍍浴極化作用較大。
電流密度,電流密度愈大極化作用愈大。
溫度愈高,極化作用愈小。
攪拌使離子活性增大而降低極化作用。
覆蓋性是指在低電流密度下仍能鍍上之能力,好的覆蓋性,在鍍件低凹處仍能鍍上金屬。它與均一性意義不同,但一般好的均一性則也有好的覆蓋性,而覆蓋性不好的則均一性一定也不好。
導電度,提高鍍浴導電度有利於均一性,鍍液的電流係由帶電離子輸送,金屬導體是由自由電子輸送電流,二者方式不相同,電解液的導電性比金屬導體差,其影響因素有:
電解質的電離度、離子之活度,電離度愈大其導電性愈好,強酸強鹹電離度 都大;所以導電性好,簡單離子如鹽梭根離子較複雜離子如磷酸根離子活度大,所以導電性較佳。
電解液濃度,電解質濃度低於電離度時,濃度增加可提高導電度,如濃度已大於電離度時,濃度增加反而導電性會降低。例如硫酸之水溶液在15~30%時導電度最高。
溫度,金屬的導電度與溫度成反比,但是電解液的導電度與溫度成正比,因溫度升高了離子的活度使導電性變好,同時溫度也可提高電離度,因可提高導電度,所以電鍍時常提高溫度來增加鍍浴的導電度以增高電流效率。
電流效率,電鍍時實際溶解或析出的重量與理論上應浴解或析出的重量的百分比數為電流效率。可分為陽極電流效率及陰極電流效率。電流密度太高,陽極產生極化,使陽極電流效率降低。若陰極電流密度太大也會產出氫氣減低電流效率。氫過電壓,電鍍金屬中,鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛的電位都比氫的電位要負,因此在電鍍時,氫氣會優先析出而無法電鍍出這些金屬,但由於氫過電壓很大,所以才能電鍍這些金屬。然而某些基材如鑄鐵或高矽鋼等之氫過電壓很小,也就較難鍍上,需先用銅鍍層打底而後再鍍上這些金屬。氫氣的產生也會造成氫脆的危害,同時電流效率也較差,氫氣也會形成針孔,所以氫氣的析出對電鍍都是不利的,應設法提高氫過電壓。
電流分佈,為了提高均一性,電流分佈將設法改善。如用相似陰極形狀的陽極,管子的中間插入陽極,將陽極伸入電流不易到達的地方,使用雙極(bipolar)電極將電流分佈到死角深凹處,使難鍍到地方也能鍍上。在高電流密度區如尖角、邊緣則可用遮板,輸電裝置避免鍍得太厚浪費或燒焦鍍層缺陷。
金屬電位;通常電位越負則化學活性愈大,電位負的金屬可把電位正的金屬置換析出,如鐵、鋅可以把銅從硫酸銅液液析出置換出來產生沒有附差性的沈積層。在電鍍浴中若同時有幾種金屬離子,則電位正的金屬離子先被還元析出。相反地電位負的金屬先溶解。電極材質及表面狀況對氫過電壓影響很大,光滑表面的過電壓較大,不同材質有不同氫過電壓,金屬鉑的氫過電壓最小。
浴電壓,依鍍浴組成,極面積及形狀、極距、攪拌、溫度、電流濃度等而不同。一般在9~12V,有高到15V。
2.5.10 鍍浴淨化
由於雜質污染,操作過久雜質累積,故必須經常淨化鍍浴,
其主要的方法有:
 1.利用過濾材去除固體雜質。
 2.應用活性炭去除有機物。
 3.用弱電解方法去除金屬雜質。
 4.可用置換、沈澱、pH調整等化學方法去除特殊雜質。
2.5.11 鍍層要求項目
依電鍍的目的鍍層必須具備某些特定的性質,鍍層的基本
要求有下列幾項:

密著性(adhesion),係指鍍層與基材之間結合力,密著性不佳則鍍層會
有脫離現象,其原因有:
 (1)表面前處理不良,有油污、鍍層無法與基材結合。
 (2)底材表面結晶構造不良。
 (3)底材表面產生置換反應如銅在鋅或鐵表面析出。

緻密性(cohesion),係指鍍層金屬本身間之結合力,晶粒細小,
無雜質則有很好的緻密性。其影響的因素有:(1)鍍浴成份,

電流密度,(3)雜質,一般低濃度浴,低電流密度可得到
晶粒細而緻密。

連續性(continuity),係指鍍層有否孔隙(pore),對美觀及腐蝕
影響很大。雖鍍層均厚可減少孔隙,但不經濟,鍍層要連續
,孔率要小。

均一性(uniformity),是指電鍍浴能使鍍件表面沈積均勻厚度的
鍍層之能力。好的均一性可在凹處難鍍到地方亦能鍍上,對美
觀、耐腐蝕性很重要。試驗鍍浴之均一性有Haring電解槽試驗
法、陰極彎曲試驗法、Hull槽試驗法。

美觀性(appearence),鍍件要具有美感,必須無斑點,氣脹缺陷
,表面需保持光澤、光滑。可應用操作條件或光澤劑改良光澤度
及粗糙度,也有由後處理之磨光加工達到鍍件物品之美觀提高產
品附加價值。

應力(stress),鍍層形成過程會殘留應力,會引起鍍層裂開或剝離
,應力形成的原因有:
(1)晶體生長不正常,(2)雜質混入,(3)前處理使基材表面變質妨
磚結晶生長。

物理、化學機械特性如硬度、延性、強度、導電性、傳熱性、
反射性、耐腐蝕性、顏色等。
2.5.12 鍍層缺陷
鍍層的缺陷主要有:
(1)密著性不好,(2)光澤和平滑性不佳,(3)均一性不良,(4)變色,(5)斑點,(6)粗糙,(7)小孔。
缺陷產生的原因有:
(1)材質不良,(2)電鍍管理不好,(3)電鍍工程不完全,(4)電鍍過程之水洗、乾燥不良,(5)前處理不完善。
2.5.13 電鍍技藝
電鍍技藝,必須具備化學、物理、電化、電機、機械的相關技能,要能了解材料性質,表面性質與狀況,熟悉電鍍操作規範,對日常
作業發生的現象及對策詳加整理牢記在心,以便迅速正確地做異常處理。平時要注意電鍍工場管理規則,尤其前後處理工程的每一步
驟都不能疏忽,否則前功盡棄。
2.5.14 金屬腐蝕
金屬腐蝕,是由於化學及電化學作用的結果,可分為化學腐蝕與電化學腐蝕,按腐蝕還境可分為高溫氣體腐蝕、土壤腐蝕等。又依腐蝕
破壞情形可分為全面腐蝕及局部腐蝕。局部腐蝕又可分為斑狀腐蝕、陷壞腐蝕、晶間腐蝕、穿晶腐蝕、表面下腐蝕、和選擇性腐蝕,如
黃銅脆鋅。影響腐蝕的因素有:(1)金屬的本性,(2)溫度,(3)腐蝕介質。防止金屬腐蝕的方法有:(1)正確選用材料,(2)合理設計金屬結構,
(3)耐蝕合金,(4)臨時油封包裝,(5)去除腐蝕介質,(6)電化保護,(7)覆層保護。
2.6 電鍍有關之計算
  電鍍有關之計算,茲用一些範例或公式表示之:

溫度之換算: 0C=5/9*(0F-32)
0F=1.80C+32
0K=0C+273

密度:
D=M/V M=質量 , V=體積
(3)比重:
S.G=物質密度/水在40C時密度

波美(baume')
Be’=145-145/比重
比重=145/145-Be’
例 20%H2SO4的溶液,在20℃時其Be'值為17,求比重多少?
比重=145/145-17=145/128=1.13
(5)合成物之水分比
例 NiSO4,7H2O中含水多少?
解 NiSO4,7H2O=280.87
  7H2O=126
H2O%=126/280.87*100%=44.9%
(6)比率
例 鉻鍍槽有400加侖的溶液含500磅鉻酸,問同樣的濃度
100加侖鍍槽需含多少鉻酸?
  400/500=100/X
    x=125
  ∴ 需125 1b鉻酸
(7)溶液的重量換成容積
例 96%的H2SO4,比重1.854求製配1公升標準硫酸溶液
需多少ml 96%H2SO4?
一公升之標準酸液之硫酸銅重量=98/2=49克
49克/((1.8354克)/(ml*0.96))=27.82ml
∴需要27.82ml之96%H2SO4
(8)中和
例1 用14.4ml的1N的HC1溶液中和310ml的NaOH溶液,
求NaOH溶液之當量濃度
解 14.4ml×1N=10ml×xN
  x=1.44
  ∴ 比N.OH之當量濃度為1.44N
例2 1.1738N的HC1溶液來中和10ml之1.1034NNaOH溶液,
求需HC1溶液多少ml?
解 x ml×1.1788N=10ml×1.1034N
  x=9.4
  ∴ 需9.4ml之1.1738NHC1溶液
(9)法拉第定律(Faraday's Law)
例1計算以5安培電流經過5小時,銅沈積重量,其
電流放率為100%
沉積重量=(原子量/(原子價*96500))*(電流*時間*電流效應)

W=(A/(n*96500))*(I*T*CE)
=(63.54/(2*96500))*(5*5*60*60*100%)=31.8(g)
∴可沉積31.8g的銅
例2要在10分鐘鍍2.5g的鎳在NiSO?鍍浴需多大電流?
電流效率100%。
I=( (n*96500)/(A))*((W)/(t*CE))
=((2*96500)/(58.69))*((2.5)/(10*60*100%))=13.7
∴需電流13.7安培
例3鍍件的表面積為1000cm2,在硫酸銅鍍液中通過15
安培電流,電流效率為100%,求鍍銅5 l m所需要的時間。
銅密度為8.93g/cm3
t = ((n*96500*D)/(A))*((area*d)/(I*CE))
=((2*96500*8.93)/(63.54))*((1000*5*10-4)/(15*100%))
=900(秒)=15(分)
? 所需電鍍時間為15分鐘
例4 鍍件總面積為1.5㎡,平均電流為1500安培,15分鐘
鍍得平均鋅鍍層25 l m,鋅的密度為7.14g/cm3,鋅的原子量
為65.38,求電流效率
CE=WAct/WThen*100%
=((1.5m2*25l m*7.14g/cm3)/(((65.38)/(2*96500))*1500*15*60))*100%
=59%

? 其電流效率為59%
例5酸性錫鍍浴做連續性鐵片鍍錫,鐵片寬0.9m,鐵片
進行速度500m/min,電流密度5000A/㎡,上下二面欲鍍上

4l m錫厚,電流效率100%,錫的密度為7.31g/cm3,原子
量為118.7,求電鍍槽需多少m長?

槽長L=((n*96500*D)/(A))*((S*d)/(DI*CE))
=((2*96500*7.31g/cm3)/(118.7))*((500m/min*0.4l m)/(5000A/m2*100%))
=8( M )
? 所需鍍長8M.
例6使用不溶性陽極鍍鉻,電流效率為18%,通過電量為
1000安培小時,不考慮帶出損失求需補充多少CrO2[size=-2]?[size=-2],以維持
鍍浴中之鉻濃度,鉻原子量為52,氧原子量為16。
W=((A/(n*96500))*(I*t*CE)
=((52)/(6*96500))*(1000*18%)
WCrO3=58.1*CrO3/Cr
=58.1*100/52
=112( g )
? 需補充CrO3 112 g
例7 15安培電流過通硫酸銅鍍浴10分鐘,鍍件面積為
1500cm2,電流效率100%,銅的密度為8.93g/cm3,原子
量為63.54,求鍍層平均厚度多少 m?
鍍層厚度d=((A)/(n*96500*D))*((I*t*CE)/(area))
=((63.54)/(2*96500*893g/cm3))*((15*10*60*100%)/(1500cm2))
=0.00022(cm)
=2.2l m
? 銅鍍層平均厚度為2.2l m
 
(10)鍍浴組成配製
例 100加侖瓦特鎳鈹槽,作業標準組成是300g/1 NiSO4,
30 g/1NiCl2及40 g/ H3BO3.目前鍍液經分析得220 /1NiSO4,
25g/1 NiCl2及32g/1 H3BO3,求要補充多少藥品?
NiSO4=((300-220)g/1*100gal*3.785 1/gal)/454 g/lb
=66.7( lb)
NiCl2=(30-25)g/1*100gal*3.785 1/gal/454 g /lb
=4.17 (l b)
H3BO3=(40-32) g/1*100gal*3.785 1/gal/454 g/lb
=6.67( lb )
 

電極電位
E=E0+ RT/nF ln aM+n/aM
例1 求0.5MCu(CN)3-2溶液中之銅電極電位,若銅電極
活度=1,溫度為25℃。

5-X X 3X

Cu(CN)3-2(R) Cu++3CN
Kdiss=[Cu+][CN-]3/[Cu(CN)3-2]=5.6*10-28
X*(3X)3/0.5-X=5.6*10-28
X=5*10-8=[Cu+]
aCu+? [Cu+]=5*10-8稀溶液之化學濃度
ECu=E0Cu+8.3144*(273+25)/1*96500 ln 5*10-8/1
 

過電壓,分解電壓

g =EI-Eeg
EI 為欲產生電流I所需之電壓
Eeg 為平衡電壓
Eeg= Ec- Ea
Ec 為陰極電位
Ea 為陽極電位
g =a+b log I
a , b為常數,隨不同電極而不同
EI=Eeg+g a+g c+g conc.+IR
例 攪拌良好的鎳鹽鍍浴,有緩沖液pH=5,電極面積
1cm2,以0.01安培/cm2進行電鍍。若g c =0.445+0.065logI
g a=0.375+0.045logI,內電阻=100Ω,則分解電壓需多少?
Eeg =Ec-Ea
=ENi-ENi=0
g conc=0 (因攪拌良好)
I= 0.01 A/cm2*1cm2
? 分解電壓EI=Eeg+g a+g c+g conc+IR
=0+0.375+0.045log0.01+0.445+0.065log0.01+0+0.01*100
=1.6 ( V )

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3# 发表于 2008-1-8 21:39 | 只看该作者 踩窝窝 送礼物 问候Ta 3.1前處理的意義
一般前處理工程過程為,研磨預備洗淨水洗電解脫酯水洗酸浸及活性化水中和水洗電鍍。
3.1.1 前處理的目的
[size=+1]前處理的目的是為了得到良好的鍍層,由於鍍件在製造、
加工搬運、保存期間會有油酯、氧化物銹皮、氫氧化物、
灰塵等污物附著於鍍件表面上,若不去除這些污物而進行
電鍍將得不到良好的鍍層。鍍· 件品質,前處理占很重要的
地位。
3.1.2 前處理不良所造成之鍍層缺陷
前處理不良所造成之鍍層缺陷,有下列幾項:(1)剝離,
(2)氣脹,(3)污點,(4)光澤不均,(5)凹凸不平,(7)小孔
(8)降低耐蝕性,(9)脆化。電鍍之不良,前處理佔很大的原
因。
 
3.1.3 汙物的種類
污物的種類,可分為有機物及無機物。有機物污物主要是動
物性油酯,植物性油酯及礦物性油酯,無機物污物是金屬氧化
物、鹽類、塵埃、及砂土。另外由有機物和無機物污物之物如
研磨屑、研磨材料。動物性及植物性油酯可被化緘劑皂去除。
礦物性油污無法被緘劑皂去除需用三菉乙烯、汽油、石油溶劑
乳化劑等去除。無機物污物可被酸或緘溶解,利用酸、緘浸漬
、化學或電解方法去除及機械研磨方法去除。無機、有機混合
污物,去除較困難,除了利用化學方法,亦須用電解,機械研
磨等方法聯合應用去除。
 
3.1.4 電鍍前處理去除的典型汙物
(1) 潤滑油 (6) 淬火殘留物
(2) 切削油 (7) 熱處理鹽
(3) 研磨油 (8) 熱處理鹽
(4) 熱斑 (9) 汙跡
(5) 銹及腐蝕物 (10) 油漆及油墨
3.1.5 表面清潔測定
表面清潔度測定,在工場最實用的方法是用水沖(water-beak
test),檢查表面水是否均勻潤濕,如果是均勻潤濕則為清潔表
面,反之則不清潔。其它方法有,Nielson method,Atomizer
test,Fluoresent method,weight of residual soil,wip-
ing method,residual patlern method 及 Radioisotope
tracer technique。 
3.1.6 選擇清潔方法及清潔材料之影響因素
其影響因素有:
(1) 被清潔表面之特性 (9) 清潔劑的溫度
(2) 被去除污物之特性 (10)應用時間
(3) 清潔要求程度 (11)經驗
(4)應用的方法 (12)攪拌次數
(5) 水質 (13)污染的程度
(6) 手續、另件、設備人員的安全 (14)下一步處理
(7) 成本 (15)廢物之處理
(8) 清潔劑的濃度
3.1.7 清潔處理之注意事項
(1) 眼睛、皮膚、衣服等避免接觸清潔劑,並要戴防護衣及眼
罩。
(2) 防止長時間吸入有毒氣體,須供應適當的通風。
(3) 使用會揮發性清潔劑時,溫度必低於燃著點,在使用的區
域嚴禁煙火及有火光或研磨之作業。
(4) 調制重鹼性清潔劑時,要慢慢的加入冷水,避免產生劇烈
反應,必須先在冷水中溶解而後再加熱。
(5) 酸性材料調制時,不能將水加入酸中必須慢慢的將酸加入
水中。
(6) 存放酸性溶劑的溶器,必須用防酸材料制成,防止損壞地
板及附近設備,必須遵守藥品使用的說明。
(7) 防止清潔劑損壞鍍件機材,可添加抑制劑,使在所有污物
去除後形成保護層。
(8) 清潔劑濃度增加,清潔時間可以減少但有一定限度,超過
此限度反而不利。
(9) 溫度增加對清潔時間可以減少。
(10)清潔需要一段時間,不是立即就可移去污物。
(11)清潔過程中或之後,清洗是很重要的。
3.1.8 清潔劑去除污物的原理
(1) 溶解力作用,如水可溶解鹽,酸可溶解金屬銹皮,汽油可
溶解油脂。
(2) 鹼化作用。
(3) 浸濕作用,將硫水性變親水性。
(4) 乳化作用,使油與水混合在一起。
(5) 反凝作用,即為懸浮作用。
3.1.9 去除氧化物及銹皮的方法
基本方法有:1.噴砂除銹(abrasive blasting),2.滾筒除
銹(tumbling),3.刷光除銹(brushing),4.酸浸漬(acid pic-
king),5.鹽浴除銹(salt bath descaling),6.鹼劑除銹(al-
kline descaling),7.酸洗(acid cleaning)。
3.1.10 選擇除銹方法的因素
選擇除銹方法的因素有:1.銹皮的厚度,2.基材的性質,3.鍍
件製造及處理過程,4.容許基材損耗大小,5.表面光度要求,6.
鍍件之形狀及大小,7.產量要求,8.可被應用的設備,9.成本,
10.氫脆性。

[size=+2]3.2.1 淨化的方法[size=+1]
淨化的方法有:1.鹼劑洗淨(alkalinecleaning),2.溶劑洗淨(solvent cleaning),3.乳化洗淨(emulsioncleaning),4.電解鹼洗淨(electrolytic alkaline cleaning),5.酸洗淨(acidcleaning),6.蒸氣脫脂(vapor degreasing),7.噴砂洗淨(abrasive blast cleaning),8.滾筒洗淨(tumb-ling),9.刷洗淨(brushing),10.酸浸漬(picking),11.電解酸浸(electrolytic picking),12.鹽浴去銹(salt bathdescaling),13.鹼劑去銹(alka;ine descaling),14.超音波洗淨(ultrasonic cleaning),15.去漆(paint stri-pping),16.珠擊法(glass bead cleaning)。
3.9.7 銀及銀合金之酸浸溶液配方
Nitric acid 66 vol %
Temperature room to 160 F
Sulfuric acid 78 vol %
Nitric acid 22 vol %
Temperature room
 
Sodium cyanide 3 ~ 4 oz / gal
Sodium carbonate 1 ~ 2 oz / gal
Sodium aluminum sulfate 6 oz / gal
Sodium potassium tattrate 6 oz / gal
Temperature 180 ~ 210 F
也可用4~6 Volt陰極處理30秒至1分鐘於室溫下電解。
3.9.8 鋅及鋅合金之酸浸溶液配方
Chromic acid 30 ~ 40 oz / gal
Sodium sulfate 2 ~ 4 oz / gal
Temperature room
Time 5 ~ 30 sec
若水洗後有黃色膜則用1% 硫酸浸泡脫色。
Chromic acid 30 ~ 40 oz / gal
Hydrochloride 12 oz / gal
Temperature room
Time 1 min
水洗完後再用40 oz/gal 鉻酸水溶液浸泡。
3.9.9 鎳及鈷合金之酸浸溶液配方
(1) AISI 661 , 670 , 680 , 688 合金 :
Hydrofluoric acid 48 ~ 58 oz / gal
Nitric acid 7 ~ 10 oz gal
Temperature room
Sodium hydric 1 ~ 2 wt %
Sodium hydroxide 98 ~ 99 wt %
Temperature 680 ~ 720 F
(2) 純 鎳
Hydrochloride acid 50 ~ 75 vol %
Temperature room
(3) 出光 ( bright dipping )
Sulfuric acid 5 vol %
Ferric sulfate 24 oz / gal
Temperature 180 F
Hydrochloride acid 25 vol %
Ferric sulfate 13 oz / gal
Temperature 160 ~ 180 F
3.9.10 鋼鐵酸浸溶液配方
商業抑制劑 ( commercial inhibitors ) , 氨類 ( amines ) 及硝酸鹽 ( nitrates ) 通常用來防止過度浸蝕 ( overetching ) 及針孔 ( pitting )。其配方有 :
Hydrochloric acid 55 vol %
Inhibitor ( optional ) 需要量
Temperature room
Time 1/2 ~ 1 min
可溶解含 Fe 至 5 oz / gal;Cu 0.5 oz / gal 最多。
Sulfuric acid 25 vol %
Inhibitor ( optional ) as required
Temperature room
Time upto 10 min
槽及加熱管需用鉛被覆 ( lead - lined )。
(3) 鋼 400 系列及pH 鋼除銹配方有:
Ferric sulfate anhydrous 8.5 ~ 13.5 oz / gal
Hydrofluoric acid 1.5 ~ 2.5 oz / gal
Temperature 125 ~ 135 F
Time 1 ~ 5 min
Sodium chloride 2 ~ 4 oz / gal
Sulfuric acid 12 ~ 27 oz / gal
Temperature 160 ~ 180 F
Time min
Sulfuric acid 2 ~ 3 oz / gal
Potassium nitrate 2 ~ 3 oz / gal
Temperature 160 F
Time 5 ~15 min
鬆脫銹垢 ( loosen heavy )
Potassium permanganate 8 ~ 12 oz / gal
Sodium hydroxide 8 ~ 12 oz / gal
Temperature 160 F to 沸點
Time 30 min
此溶液處理後需再用溶液(1)或(2)除銹。
(4) 鑄鐵除銹配方 :
Sulfuric acid 10 ~ 15 oz / gal
或 25 ~ 30 oz / gal
Nitric acid 4 ~ 5 oz / gal
Hydrofluoric 12 ~ 15 oz / gal
(5) 出光 ( bright dips ) 配方有 :
Citric acid 10 ~ 12 oz / gal
ammonia pH 65 ~ 7
Oxalic acid 1 ~ 2 oz / gal
Hydrogen 0.5 oz / gal
Sulfate as brightener 微量
高電流密度電解拋光。
3.9.11 銅及銅合金之酸浸溶液配方
(1) 去除厚垢 ( heavy scale ) 配方 :
Sulfuric acid 55 ~ 80 oz / gal
Nitric acid 10 ~ 15 oz / gal
Temperature room
銅溶解含量最多到 3 oz / gal。
(2) 去除普通銹皮 ( moderate scales ) 配方 :
Sulfutic acid 20 ~ 30 oz / gal
Chromic acid 或 3 ~ 4 oz / gal
Sodium dichromate 45 ~ 6 oz / gal
Temperature room
銅溶解最多含量到 2 oz / gal。
(3) 去除輕微銹皮 ( light scales ) 配方 :
Sulfuric acid 19 ~ 26 oz / gal
Temperature room ~ 125 F
銅溶解量最多到 4 oz / gal。
(4) 含 0.7 % Pb以上之銅合金酸浸配方 :
Fluboric acid 15 ~ 24 oz / gal
Temperature room
銅溶解含量最多到 1.5 oz / gal。
焊接物件另加5 %過氧化氫 hydrogen peroxide。
(5) 印刷電路板 ( circuit board ) 酸浸配方有 :
Ammomium persulfate 32 vol %
Temperature room to 100 F
Nitric acid 30 ~ 36 oz / gal
Phosphoric acid 20 ~ 25 oz / gal
Temperature room to 100 F
(6) 出光 ( bright dipping ) 配方有 :
Sulfuric acid 90 ~ 110 oz / gal
Nitric acid 20 ~ 25 oz / agl
water 33 vol %
Sodium chloride 0.25 oz / gal
綠化鈉幫助出光,但過量會產生斑點 ( spotting )。
Phosphoric acid ( 85 % ) 55 vol %
Nitric acid ( 40 Be^-1 ) 20 vol %
Acetic acid ( 98 % ) 25 vol %
Temperature 130 ~ 75 F
Sodium cyanide 4 ~ 6 oz /gal
Temperature 120 ~ 150 F
也可在較低溫度下陽極處理
3.9.12 不銹鋼酸浸
鹽酸會產生晶界侵蝕,殘留綠離子會引起應力腐蝕,所以不被推薦使用。不銹鋼銹皮有時不易與酸起作用,若強制除去則會過度酸浸刻蝕基材 (substrate )及產生針孔,所以必需先作脫銹 ( scale loosening ),其配方如下:
(1) 脫銹 ( scale loosening ) 配方:
Sodium hydroxide NaOH 20 ~ 25 oz / agl
Sodium carbonate ( anhydrous ) 25 oz / gal
Potassium permanganate 6 ~ 8 oz / agl
Temperature 190 F 到沸點
Sodium carbonate 20 oz / gal
Sodium hydroxide 5 oz / gal
Potassium permanganate 12 oz / gal
Temperature 190 F 到沸點
Sulfuric acid 10 vol %
Temperature 180 F
(2) 除銹酸浸 ( pickling ) 配方:
Nitric acid 30 ~ 65 oz / gal
Hydrofluoric acid 或 4 vol %
Ammonium bifluoride 6.7 oz / gal
Temperature 120 ~ 140 F
Time 不超過 30 min
Dissolved metal Fe 最多到 3 oz / gal
(3) 冷加工物件除銹酸浸配方有:
Sulfuric acid 6.25 vol %
Hydrofluoric acid 6.25 vol %
Chromic acid 8 oz / gal
Temperature 到 180 F
Ferric sulfate 9 ~ 13 oz / gal
Hydrofluoric acid 1.7 vol %
Temperature 125 ~ 135 F
Sulfuric acid 10 oz / gal
Ferric sulfate 0.25 oz / gal
Temperature 160 ~ 180 F
Nitric acid 45 ~ 70 oz / gal
Molybdic acid 0.35 ~ 0.5 oz / agl
此溶液可去除金屬雜質 ( foreign metals )
3.10 超音波洗淨
超音波如果正確使用,對清潔工作很有幫助,它可節省時間,金錢及增加清潔度(clearness),工作可小至螺絲而大到超過300磅重.是利用渦流(cavitation)作用及破裂(implosion) 作用去除表面污物,它對複雜工件或細孔的工件都有效.
3.10.1 超音波洗淨之影響因素
(1) 溫度:一般溫度愈高,超音波洗淨愈好,但不要越過低於沸點10^c,及不利之化學作用.
(2) 氣體:繼續法使溶液氣體易於浮出,或加熱使溶液減少,加潤濕劑(wetting agent),使氣體能迅速離開表面.
(3) 表面張力(surface tension)愈大則渦流作用密度(cavitation density)愈小.
[size=+1](4) 粘度(viscosity)愈大則須較大的能量起渦流作用.
(5) 超音波能量(ultrasonic power)要適當,太大或太小都不好.
(6) 蘋律(frequency)愈大需高能量來產生相同之渦流作用,一般在21~45kHz.
(7) 工件之曝露(part exposure),工件裡面必需接觸到超音波洗淨液,通過錯誤有1.工件放置不適當形成空氣袋(gaspockets).有時需要翻動工件,2.籃子內小工件太多,負荷過多,寧可少量多次不要多量多次,3.籃子及掛架(baskets orfixtures for holding parts)阻礙音波.
(8) 污點(contaminants)種類:
1.可溶性污物(soluble contaminamts).
2.不溶性由可溶性粘合污物(non-soluble,held by solublebinder contaminanys)如切削屑粘附在油指物上.).
3.不溶性污物(non-soluble contaminants).
(9) 洗淨液化學成份(cleaning chemical).
(10) 設備(equipments).
3.10.2 超音波洗淨之原理及優點
原理:
超音波洗淨的作用,是以超過人類聽覺聲蘋以上的波動在液體中傳 導 ,當音波在洗淨劑中傳導,由於聲波是一種縱波,縱波推動介質的作用會使液體中壓力變化而產生無數微小真空泡,稱之為<空洞現象>(cavitation).
當氣泡受壓爆破時,會產生強大的衝擊能,可將固著在物件死角內的污垢打散,並增加洗淨劑的洗淨效果.由於超音波蘋率高波長短,穿透力強,因此對有隱蔽細縫或複雜結構的洗淨物,可以達到完全洗淨的驚人效果.
優點:
(1)節省人力及時間:降低人工成本,不必將物品拆開和用手刷洗,
大量節省人力及時間.
(2)完全清洗:精密零件及昂貴物品,均可完全清洗而不傷材質.
(3)複雜物的清洗:能將複雜形狀的物品,死角及隱蔽孔洞之污垢完
全清洗,解除一般清洗法無法克服的難題.
(4)操作簡單:免去物料流程的擔誤,減少在製品瓶頸,增加產量.
(5)可配合洗劑:可使用性質溫和之溶劑,達成更加的洗淨效果,免除
危險性.
 
3.11 水洗 (Water Rinsing)
水洗需不影響產品品質.鍍件之活性,不產生化學物於鍍件表面,乾燥後不發生變色或侵蝕作用.
(1)水洗方程式(rinsing equation)
D*Ct=F*Cr
D=帶入量(dragin)
Ct=帶入量濃度(concentration of dragin)
F=水洗槽流量(flow throufgh the rinsingtank)
Cr=水洗濃度(concentration in the rinse)
水洗方程式表示帶入溶質的量等於水洗流出的溶質的量,如鹽進入
量(salt in)=鹽流出量(salt out).
(2)水洗效率(effectivity of the rinse)E,
E=(F*Cr)/(D*Ct)
(3)水洗濃度比值(rinsing concentration ratio)Rc,
Rc=Ct/Cr
(4)污物極值(concentration limit)
水洗允許化學物濃度之最大值.
(5)水洗流量(flow of water throught a rining tan)
F=D*Ct/Cr
F=Rc*D
(6)水洗體積比值(volume rining ratio)Rv,
Rv=F/D=====> E=Rv/Rc
(7)多段式水洗(multiple rining),兩段式水洗可省水而三段式可更省水,三段以上省水則不確定,但為了回收化學物則用三段以上水洗.
(8)水洗槽設計.
(9)水洗自動控制(automatic control),利用導電度(conductivity)控制器(controller)或稱之水洗槽控制器(rinse tankcontroller)來維持一定水洗濃度水平Cr控制水的流量F,F=K*D
水的流量為帶入量乘一個設定長數K值
(10)水洗中水之雜質如石灰或鎂的化合物等所產生的硬質會影響清潔力,所以需加以軟化,其方法有:
1. 用碳酸鹽或磷酸鹽再加蘇打灰使硬水中之鹽分沉澱.
2.添加無機多磷酸鹽或有機螯合劑使硬水中的鹽份不起作用.
3.利用泡氟石或離子交換樹指軟化硬水.
3.12 電解研磨
電解研磨是類似電鍍,須直流電.電解液,但工作放在陽極,利用禿出金屬部份電流集中,及凹處極化較大的作用將工件磨平,磨光,也使表面成鈍化更耐磨蝕.電解研磨去除很少量的金屬表面,較深的刻痕記號及非金屬雜質不能去除 .電解研磨的時間很短約2~12分鐘,除非表面起初就粗慥,或為了去除相當量的金屬如尺寸控制,毛邊去除就需較長時間.電解研磨優於機械研磨的是沒有變形,沒有刷痕,沒有方向性,及能表現出真實金屬顏色.電解研磨的控制因素有溫度.電流密度,時間,電解液,攪拌等,要有好的電解液效果基材的結晶要細緻是很重要的,通長效果不佳的原因有:1.結晶太粗大 2.不均勻結構 3.非金屬雜質 4.冷札方向性的痕跡 5.鹽類或銹污染物 6.過度酸浸7.不當或過度冷抽加工.
3.14.4 拋光(buffing)的形式
(1)硬拋光(hard buffing)
(2)色澤拋光(color buffing)
(3)接觸拋光(contact buffing)
(4)Mush buffing.
3.14.5 拋光輪(buffing wheels)
拋光輪有下列形式:
(1)Bish buff
(2)Finger buff
(3)Full-disk buff
(4)Peced buff
(5)Finnel and sisal buffs
3.14.6 拋光化合物(buffing componds)
(1)Tripoli compound:用於非經鐵金屬
(2)Bobbing compounds:用於鋁及銀合金
(3)Cut or cutdown compounds:非鐵金屬
(4)Cut and color compounds.
(5)Cut or color compounds.
(6)Stainless stell buffing compounds.
(7)Stell buffing compounds.
(8)Chromium buffing compounds.
(9)Rough compounds.
(10)Emery paste.
(11)Greaseless compounds.
(12)Liquid buffing compounds.
3.14.7 研磨及拋光自動化機器
(1)Rotary automatic machines.
(2)Straight-line machines.
(3)Reciprocating straight-line machines.
(4)Horizontal return straight-line machines.
(5)Oversal or modular rectangular type straight-line equipment.
3.14.8 研磨及拋光自動化(automation of polishing and buffing)
電鍍工程中研磨及拋光佔大部份人工成本且高度塵埃,噪音及振動之惡劣
工作環境及公害,還有因個人技術差異使品質不均勻等問題其解決有賴於半
自動化或全自動化.自動化可行性之決定因素有(1)工作形狀,(2)工作材質
,(3)加工精度,(4)產量,(5)工作尺寸大小,(6)成本
現代自動化可自動送料,下料,換位置,移位等利用程式化控制(program-
mable controller)或機器人(robots)操作.
3.15 整體研磨(Mass Finishing)
(1) 優點:
1.成本低
2.操作簡單
3.各種金屬及非金屬均可
4.鍍件尺寸及行狀限制少
5.加工程度彈性大
6.零件全部的表面,邊緣及角都可作用到
(2) 缺點:
1.角的研磨作用比表面大
2.孔洞或深凹處作用較表面小
3.15.1 整體研磨的方法
(1)滾筒研磨(barrel finishing)
(2)振動研磨(vibratory finishing)
(3)Centrifugal Disc finishing
(4)Centrifugal Barrel finishing
(5) Spindle finishing
3.15.2 整體研磨的應用
(1)清潔,除銹,脫脂
(2)去毛邊
(3)邊及角的圓滑化
(4)改變表面狀況如表面應力
(5)去除粗糙面(磨平)
(6)光亮化(磨光)
(7)抑制腐蝕
(8)乾燥
3.15.3 滾桶研磨的形式
(1)Open-end, tilting
(2)Bottienecked
(3)Horizontal actagonal
(4)Triple-action,polygonal
(5)Multiple drums
(6)Multi-compartment
(7)Endtoading
(8)Submerged
滾桶研磨性質(media)與工作的比率決定因素有:
(1)工作尺寸及複雜性(complexity)
(2)研磨性質堆積性(possibility of media lodging)
(3)工件重疊性(possibility of parts nesting)
(4)加工品質
3.15.4 整體研磨設備之選擇因素
(1) 產品的要求:
1.工件的尺寸及結構
2.批量(batch size)
3.工件的要求
4.工件的控制性(variety of parts)
5.每小時的工作量
6.每年的產量
(2) 品質的要求:
1.工件處理前的品質
2.工件處理後的品質
3. 表面加工程度
4.邊緣狀況
5.工件清潔度
6.邊及表面的均勻性
7.工件與工件間之均勻性
(3) 製程之變化
1.與其他製程的關係
2.自動化的需要
3.處理時間
4.投資金額
5.操作及維護成本
6.消耗物料
7.能源
8.水及廢液排放處理
9.保養及修護
10.場地空間
11.庫存需求
12.人力
13.品管
14.目前及未來需求
3.15.5 整體研磨劑(mass finishing compounds)
(1) 功能:
1.促進及維持工件之清潔度
2.控制ph值,泡沫及水的硬度
3.潤濕表面
4.乳化表面油汙
5.去除銹皮及變色(tarnish)
6.控制工件的顏色
7.懸浮污物
8.控制潤滑性(lubricity)
9.防止腐蝕
10.冷卻做用
11.確保廢液排放符合環境保護公害之規範
(2) 使用方式:研磨劑有固體粉末及液體粉末二種,其使用方式有:
1.批次式(batch)
2.循環式(recirculation)
3.流入式(flow-through)
3.15.6 整體研磨之介質(finishing media)
介質的功能有:1.磨擦(abrade),2.磨光(burnish),3.分離(
separate)工。介質材料有下列幾種:
1.天然介質(natural media):砂石
2.農產物(agricultural):木屑,玉米之穗軸,胡桃殼
3.合成介質(synthetic media):氧化鋁
4.陶瓷介質(ceramic media)
5.塑膠結合介質(resin-boned media)
6.鋼介質(steel media)
(1) 介之選用考慮下列因素:
1.毛之去除
2.工件的表面及邊緣加工均勻性
3.塞入孔洞或深凹處
4.處理時間要短
(2) 介質的供應及成本:
1.供應商之可靠性
2.單位重量或容積的價格
3.品質的可靠性
(3) 介質的能力及多功能性:
1.可處理廣範的產品
2.少磨耗性
3.少分列性(reclassificatiopn)
4.少裂開(break)
5.工件間之壓制作用(cushioning action)
 
3.15.7 整體研磨之故障原因
(1)工件表面過度影響(excessive impingement)
1.介質使用量不足
2.工件太大
3.速率及頻率太大
4.溶液水平或流量太低
5.研磨削不足
6.研磨削對
7.不正確方法
8.介質不對
(2)工件之邊緣、角及毛邊過度研磨:
1.研磨作用太慢  
2.介質粒子太大
3.介質使用不對
4.速率及頻率太大
5.負荷過大
6.水位不正確
(3)介質堆積在工件孔洞及深凹處:
1.介質尺寸不對
2.介質形狀不當
3.介質過度磨耗折損
4.介質分級不良
1.操作不當中斷
2.水洗及淨化不足
3.不正確研磨劑
4.產生腐蝕
5.介質太活躍
6.另件相互影響
 
3.16 噴射研磨洗淨(abrasive blast cleaning)
它是將研磨粒子以乾式或液體方式噴射在工件表面上去除污物,銹皮等作調節(conditjoning)表面以便做進一步之處理。其主要用在:
(1)去除塵埃、銹皮、磨砂、或漆
(2)粗化表面以便油漆及其它被覆處理
(3)去除毛邊
(4)消光處理(matte surface treatment)
(5)去除物件餘料(flash)
(6)玻璃或陶瓷刻蝕
其它方法可分為乾式噴射洗淨(dry blast cleaning)及濕式噴射洗淨(wet blast cleaning)
3.16.1 乾式噴射研磨洗淨(dry blast cleaning)的研磨材料
其使用研磨材料為:
1.金屬粒子(metallic grit)
2.金屬珠(metallic shot)
3.砂粒(sand)
4.玻璃(glass)
5.農產物(agricultural products)如胡桃殼、稻殼、木屑
3.16.2 乾式噴射研磨洗淨機器
其所使用之機器設備有:
(1)Cabinet mechine
(2)Continuous-flow mechines
(3)Blasting-tumbling mechines
(4)Portable Equipments
(5)Microabrasive Blasting machines
3.16.3 濕式噴射研磨洗淨(wet blast cleaning)之使用
主要用於:
(1)去除精密工件之毛邊(burrs)
(2)消光表面處理(matle surface treatment)
(3)檢查研磨、硬化之工件
(4)去除硬工件上之工件記號(tool marks)
(5)去除輕微銹皮
(6)電子另件及印刷電路板去除氧化物以備焊接
(7)去除焊接銹皮(welding scale)
 
3.16.4 濕式噴射研磨洗淨研磨材料(Abrasives)
有許多種類及尺寸的研磨材料被使用,尺寸由20-mesh到500-mesh,
研磨的材料有:1.有機物或農產物,如胡核桃,2.無機物如砂、石英、氧化鋁等。
 
3.16.5 濕式噴射洗淨的流體介物(liquid carrier)
(1) 研磨材料
(2) 防腐蝕劑
(3) 潤濕劑
(4) 防止阻塞劑(anticlogging)
(5) 防(止沉澱劑(antisettling)
(6) 水
 
3.16.6 濕式噴射洗淨的設備
(1) Cabinet-type mechines
(2) Horizpntal-plane turntable mechines
(3) Vertical wheel-type mechines
(4) Chain or belt conveyor mechines
(5) Shutte-type cabinets with cars and rail extensions
 
3.16.7 噴射洗淨之安全與衛生
如果有良好的預防則對人身是安全的,其危害身體的部份主要是肺,由於長期吸入粉粒會形成矽肺病,所以工做人員在起初和每年都照x-光經專門醫師檢查肺部x光片。工做人員必需戴頭盔附有空氣供給,特殊的手套,圍巾,及鞋罩。工作室要充份通風,保持空氣乾燥,沒有污染氣體,沒有嗅味。
3.17 前處理標準與規範
(1) ASTM A380 Descaling and Cleaning of StainlrssSteel surfaces.
(2)ASTM B183 Preparation of Low CarbonSteel for Electroplating.
(3)ASTM B242 Preparation of High-CarbonStell for Electroplating.
(4)ASTM B252 Preparation of zinc-baseddie castings for Electroplating.
(5)ASTM B253 Preparation of and Electro-plating on Aluminum alloys.
(6)ASTM B254 Preparation of and Electro-plating on Stainless Steel.
(7)ASTM B281 Preparation of Copper andCopper-Based Alloys for Electroplating.
(8)ASTM B319 Preparation of Lead andLead Alloys for Electroplating.
(9)ASTM B480 Preparation of Magnesiumand Magnesium Alloys for Electroplating.
(10)ASTM B322 Cleaning Metals beforeElectroplating.

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4# 发表于 2008-1-8 21:40 | 只看该作者 踩窝窝 送礼物 问候Ta 4.1 銅的性質

4.2 銅鍍液配方之種類

4.3 硫酸銅鍍浴(Copper Sulfate Baths)

4.4 氰化鍍銅浴(Copper Cyanide Baths)

4.5 焦磷酸銅鍍浴

4.6 硼氟酸銅鍍浴(Copper Fluoborate Bath)

4.7 不銹鋼鍍銅流程

4.8 銅鍍層之剝離

4.9 鍍銅專利文獻資料(美國專利)

4.10 鍍銅有關之期刊論文



4.1 銅的性質



*色澤:玫瑰紅色 *原子量:63.54
*原子序:29 *電子組態:1 S22S22P63d104S1
*比重:8.94 *熔點:1083℃
*沸點:2582℃ *Brinell硬度43-103
*電阻:1.673 l W -cm,20 ℃ *抗拉強度:220~420MPa
標準電位:Cu++e- →Cu為+0.52V;

Cu++ +2e-→Cu為+0.34V。


質軟而韌,延展性好,易塑 性加工 導電性及導熱性優良
良好的拋光性 易氧化,尤其是加熱更易氧 化,不能做防護性鍍層
會和空氣中的硫作用生成褐 色硫化銅 會和空氣中二氧化碳作用形 成銅錄


會和空氣中氯形成氯化銅粉末 銅鍍層具有良好均勻性、緻密性、附著性及拋光性等所以 可做其他電鍍金屬之底鍍鍍層。


鍍層可做為防止滲碳氮化銅 唯一可實用於鋅鑄件電鍍打 底用
銅的來源充足 銅容易電鍍,容易控制
銅的電鍍量僅次於鎳  


4.2 銅鍍液配方之種類

可分為二大類:
1.酸性銅電鍍液:

 優點有:

成份簡單 毒性小,廢液處理容易
鍍浴安定,不需加熱 電流效率高
價廉、設備費低 高電流密度,生產速率高


 缺點有:

鍍層結晶粗大 不能直接鍍在鋼鐵上
均一性差  

2.氰化銅電鍍液配方: 
優點有:

鍍層細緻 均一性良好
可直接鍍在鋼鐵上  

 缺點有:

毒性強,廢液處理麻煩 電流效率低
價格貴,設備費高 電流密度小,生產效率低
鍍液較不安定,需加熱  

P.S 配合以上二種配方優點,一般採用氰化銅鍍液打底後,再 用酸性銅鍍液鍍銅,尤其是鍍層厚度需較厚的鍍件。

4.3 硫酸銅鍍浴(Copper Sulfate Baths)


硫酸銅鍍浴的配製(prepare)、操作(operate)及廢液處理都 很經濟,可應用於印刷電路(printed circuits)、電子(electronics) 、印刷板(photogravure)、電鑄(electroforming)、裝飾(decorative) 及塑膠電鍍(plating on plastics)。

其化學成份簡單,含硫酸銅及硫酸,鍍液有良好導電性,均一性差但目前有特殊配方及添加劑可以改 善。鋼鐵鍍件必須先用氰化銅鍍浴先打底或用鎳先打底(strike),以避免置換鍍層(replacement diposits)及低附著性形成。

鋅鑄件及其他酸性敏感金屬要充份打底,以防止被硫酸浸蝕。鍍浴都在室溫下操 作,陽極必須高純度壓軋銅,沒有氧化物及磷化(0.02到0.08wt%P) ,陽極銅塊(copper anode nuggets)可裝入鈦籃(titanium baskets)使用, 陽極必須加陽極袋(anode bag),陽極與陰極面積比應2:1,其陽極與陰極電流效率可達100%,不電鍍時陽極銅要取出。



4.3.1 硫酸銅鍍浴(standard acid copper plating)

(1)一般性配方(general formulation):


Copper sulfate 195-248 g/l
Sulfuric acid 30-75 g/l
Chloride 50-120 ppm
Current density 20-100 ASF



(2)半光澤(semibright plating):Clifton-Phillips 配方


Copper Sulfate 248 g/l
Sulfuric acid 11 g/l
Chloride 50-120 ppm
Thiourea 0.00075 g/l
Wetting agent 0.2 g/l


 
(3)光澤鍍洛(bright plating):beaver 配方


Copper sulfate 210 g/l
Sulfuric 60 g/l
Chloride 50-120 ppm
Thiourea 0.1 g/l
Dextrin 糊精 0.01 g/l


    
(4)光澤電鍍(bright plating):Clifton-Phillips 配方


Copper sulfate 199 g/l
Sulfuric acid 30 g/l
Chloride 50-120 ppm
Thiourea 0.375 g/l
Wolasses 糖密 0.75 g/l

 


4.3.2 高均一性酸性銅鍍浴配方(High Throw Bath)

   用於印刷電路,滾桶電鍍及其他需高均一性之電鍍應用。



Copper sulfate 60-90 g/l
Sulfuric acid 172-217 g/l
Chloride 50-100 ppm
Proprietary additive 專利商品添加劑 按指示量


    

4.3.3 酸性銅鍍浴之維護及控制

    (Maintenance and Control)

組成:硫酸銅是溶液中銅離子的來源,由於陰極及陽極電流效率正常情況接近100%,所以陽極銅補充銅離子是相當安定的。硫酸增進溶液導電度及減小陽極及陰極的極化作用polarization)並防止鹽類沈澱和提高均一性(throwing power)。高均一性鍍浴中銅與硫酸比率要保持1:10。硫酸含量超過11vol%則電流效率下降。氯離子在高均一性及光澤鍍浴中,可減少極化作用及消除高電流密度之條紋沈積(striated deposits)。

# 溫度:太部份鍍浴在室溫下操作,如果溫度過低則電流效率及電鍍範圍(plating range)將會減少。如果光澤性不需要 ,則可將鍍浴溫度提升到50℃以提高電鍍範圍,應用於電鑄(electroforming),印刷電路或印刷板等。

# 攪拌:可用空氣、機械、溶液噴射(solution jet)或移動鍍件等方法攪拌,攪拌愈好則容許電流密度(allowable currentdensity)愈大。

# 雜質:有機雜質是酸性鍍浴最常見的、其來源有光澤劑(brighteners)的分解生成物,槽襯、陽極袋未過濾到物質、電鍍阻止物(stopoffs)、防銹物質(resists)及酸和鹽之不純物。鍍浴變綠色表示相當量之有機物污染,必需用活性碳處理去除有機物雜質,有時過氧化氫及過錳酸鉀(potassium permanganate)有助於活性碳去除有機雜質,纖維過濾器(cellulose filter)不能被使用。
  金屬雜質及其作用如下:

銻(antimony):10-80 g/l,粗糙及脆化鍍層,加膠(gelatin)或單檸酸(tannin)可抑制銻共同析出(codeposition)。


砷(arsenic)20-100 ppm:同銻。
鉍(bismuth):同銻。
鎘(cadmium)>500ppm:會引起浸鍍沈積(immersion deposit)及陽極極化作用,能用氯子控制。

鎳>1000 ppm:同鐵。
鐵>1000 ppm:減低均一性及導電度。
錫500-1500ppm:同鎘。
鋅>500ppm:同鎘。


4.3.4 酸性銅鍍浴之故障及原因
1.燒灼在高電流密度區:

銅含量太少 有機物污染
溫度太低 氯離子太少
攪拌不夠  

2.失去光澤:  

光澤劑太少 溫度太高
有機物污染 銅含量太少
低氯離子濃度  

3.精糙鍍層:  

固體粒子污染 陽極銅品質不佳
陽極袋破裂 氯離子含量不足

4.針孔:

有機物污染 氯離子太少
陽極袋腐爛  

5.電流太低:

有機物污染 氯含量太多
硫酸含量不夠 電流密度太小
添加劑不足 溫度過高

6.陽極極化作用: 

錫、金污染 氯含量太多
溫度太低 硫酸含量過多
陽極銅品質不好 硫酸銅含量不足

4.3.5 酸性銅鍍浴之添加劑
有很多添加劑如膠、糊精、硫 、界面活性劑、染料、尿素等,其主要目的有:

平滑鍍層 減少樹枝狀結晶
提高電流密度 光澤
硬度改變 防止針孔


4.4 化鍍銅浴(Copper Cyanide Baths)


氰化鍍銅帶給人體健康危害及廢物處理問題,在厚鍍層
已減少使用但在打底電鍍仍大量使用。氰化鍍銅 鍍浴之
化學組成最重要的是自由氰化物(free cyanide)及全氰
化物(total cyanide)含量,其計算方程式如下:
K2Cu(CN)3全氰化鉀量=氰化亞銅需要量×1.45+自由氰化鉀 需要量 K2Cu(CN)3全氰化鈉量=氰化亞銅需要量×1.1+自由氰化鈉需要量

例:鍍浴需2.0g/l的氰亞化銅及0.5g/l自由氰化鉀,求需多少氰化鉀?
解 需氰化鉀量=2.0×1.45+0.5=3.4g/l
陽極銅須用沒有氧化物之純銅,它可以銅板或銅塊裝入鋼籃
內須陽極袋包住。鋼陽極板用來調節銅的含量。
陰極與陽極面積比應1:1勤1:2


4.4.1 化銅低濃度浴配方(打底鍍浴配方)

氰化亞銅(coprous cyanide)CuCN 20g/l
氰化鈉(sodium cyanide)NaCN 30g/l
碳酸鈉(sodium carbonate)Na2CO3? 15g/l
pH值 11.5
溫度 40℃
電流效率 30~60%
電流密度 0.5~1A/cm2


   
4.4.2 化銅中濃度浴配方



氰化亞銅(coprous cyanide)CuCN 60g/l

    氰化鈉(sodium cyanide)NaCN 70g/l
    苛性鈉(sodium hydroxide)NaOH 10~20g/l
    自由氰化鈉(free cyanide) 5~15g/l
    pH值 12.4
    溫度 60~70℃
    電流密度 1~2A/dm2
    電流效率 80~90%



 

4.4.3氰化銅高濃度浴配方
 

氰化亞銅CuCN 120g/l

    氰化鈉NaCN 135g/l
    苛性鈉NaOH 42g/l
    光澤劑Brightener 15g/l
    自由氰化鈉free sodium cyanide) 3.75~
11.25g/l
    pH值 12.4~12.6
    溫度 78~85℃
    電流密度 1.2~11A/dm2
    電流效率 90~99%





4.4.4 氰化鍍銅全鉀浴配方
 

氰化亞銅CuCN 60g/l

    氰化鉀KCN 94g/l
    碳酸鉀 15g/l
    氫氧化鉀KOH 40g/l
    自由氰化鉀 5~15g/l
    pH值 <13
    浴溫 78~85℃
    電流密度 3~7A/dm2
    電流效率 95%


    

4.4.5 化鍍銅全鉀浴之優點之缺點
 

高電流密度也可得光澤 鍍層 導電度高
光澤範圍廣 帶出損失量少
光澤好 藥品較貴
平滑作用佳  



4.4.6 酒石酸鉀鈉氰化鍍銅浴配方

(Rochelle cyanide Buths)

    氰化亞銅CuCN 26g/l
    氰化鈉NaCN 35g/l
    碳酸鈉Na2CO3? 30g/l
    酒石酸鉀鈉NaKC4H4O6?6H2O 45g/l
    自由氰化納 5~10g/l
    pH值 12.4~12.8
    浴溫 60~70℃
    電流密度 1.5~6A/d㎡
    電流效率 50~70%
 



4.4.7 化鍍銅浴各成份的作用及影響

1.主鹽:NaCu(CN)2和Na2Cu(CN)3二種形式存在,其作用有:


 

CuCN+NaCN=NaCu(CN)2?
CuCN+2NaCN=Na2Cu(CN)3?
Na2Cu(CN)3 ? 2Na + (aq) +Cu(CN)3-(aq)
Na2Cu(CN)3 ? 2Na+ (aq) +Cu(CN)3-(aq)
Cu(CN)3- ? Cu++3CN-
Cu(CN)2- ? Cu++2CN-


由於銅的錯離子Cu(CN)2- 及Cu(CN)3- 的電離常數非常小,使陰極之極化作用很大,使銅不易置換析出,所以可直接在鋼鐵上鍍銅,但使電流效率降低,有氫氣產生,電鍍產量降低。主鹽對陰極極化作用影響很大,主鹽濃度提高則可降低陰極極化作用,幫助陽極溶解,防止陽極鈍態形成。


自由氰化物,NaCN,KCN,幫助陽極溶解,防止錯鹽沈澱,安定鍍浴。含量太多會加深極化作用產生大量氫氣使電流效率降低。

3.碳酸鈉,防止氰化鈉水解,降低陽極極化作用,幫助陽極溶解。


苛性鈉,降低氫離子濃度,增加導電度,提高電流效率及使用的電 流密度。

5.酒石酸鉀鈉,可提高陽極鈍化開始的電流密度。


亞硫酸鹽或次亞硫酸鹽,可防止氰化鈉與空氣中的氧作用而分解,穩定亞銅離子Cu 並有光澤作用,但含量過多則生成硫化銅,使鍍層變脆變黑。

7.鉛雜質,少量時使鍍層變亮,超過0.002g/l則變脆。

8.銀雜質,使結晶粗大,含量大於0.005g/l時鍍層呈海綿狀和樹枝狀結 晶。


有機物雜質會使鍍層不均勻,變暗色,精糙或針孔,陽極亦會被極化,通常以活性碳處理去除之。
六價鉻雜質會使低電流密度區的鍍層起泡或不均勻,防止六價鉻的 危害的最好方法是阻止它的來源或者用一些專利還元劑加以還元成
三價鉻。

鋅雜質,會使鍍層不均勻及黃銅顏色出現,可用低電流密度 (0.2~0.4A/d㎡)電解去除。
硫及硫化合物,使鍍層變暗色,在低電流密度區出現紅色鍍層, 此現象在新的鍍浴容易發生,其原因是不純的氰化物及槽襯。

13.其他金屬雜質會使鍍層粗糙,可用過濾或弱電鍍去除之。

碳酸鈉可用冷凍方沈澱去除之,或用氧化鈣、氫氧化鈣、硫酸 沈澱去除之。

4.4.8 化鍍銅浴之配製

(1)用冷水溶解所需之氰化鈉。將所需之氰化亞銅緩慢加入氰化鈉水溶解中,此過程為放熱 反應,不能過度加熱。
(2)加入其他添加劑,攪拌均勻,取樣分析。
(3)根據分析結果,補充和校正各成份。
(4)低電流密度下弱電解去除雜質約數小時。


4.4.9 化鍍銅之缺陷及其原因


1.鍍層呈暗紅色,發黑,氫氧劇烈析出,其原因為:


電流密度太高 浴溫太低
銅鹽太少 氰化砷太多


2.鍍層不均勻,有些沒鍍上,其原因為:
 

裝掛不當 電流太小
氰化物太多  


3.鍍層起泡、起皮、附著性不佳,其原因有:
 

表面前處理不完全,有油 膜,氧化物膜 浴溫太低
電流太大  


4.鍍層有白色膜層,出現藍色結晶、電鍍液變藍色,其原因有:
 

陽極面積小 酒石酸鉀鈉不足
氰化鈉不足  


4.4.10 化滾桶鍍銅配方

(1)  


氰化鈉 NaCN 65~89g/l     氰化亞銅CuCN 45~60g/l
   碳酸鈉Na2CO3? 15g/l
    氫氧化鈉 NaOH 7.5~22.5g/l
    酒石酸鉀鈉(rochelle salt) 45g/l
    自由氰化鈉 15~22.5g/l
    浴溫 60~70℃


 

  
(2)全鉀浴


氰化鉀 KCN 80~110g/l

    氰化亞銅 CuCN 45~60g/l
    碳酸鉀K2CO3? 15g/l
    氫氧化鉀 KOH 7.5~22.5g/l
    酒石酸鈉鉀(rochelle salt) 45g/l
    自由氰化鈉 12~22.5g/l
    浴溫 60~70℃


 

 
4.4.11 光澤氰化鍍銅


1.添加光澤劑:
 (1)鉛:用碳酸鉛或醋酸鉛溶於水 0.015~0.03g/l
 (2)硫代硫酸鈉:用海波溶於水 1.9~2g/l
 (3)硫 :用硫 溶於水 0.1~0.5g/l
 (4)砷:用亞砷酸溶於NaOH 0.05~0.1g/l
 (5) :用亞 酸溶於NaOH 1~1.5g/l
 (6)硫氰化鉀:硫氰化鉀溶於水 3~10g/l

2.用電流波形
 (1)PR電流:
  a.平滑化:陰極35秒,陽極15秒。
  b.光澤化:陰極15秒,陽極5秒。
 (2)交直流合用:
  a.平滑化:直流25秒,交流10秒。
  b.光澤化:直流20秒,交流6秒,交流之週期為1.25~10cycle。
 (3)直流中斷:瞬間中斷電流再行恢復電流。



4.5 焦磷酸銅鍍浴

  它需較多的控制及維護,但溶液較氰化銅鍍浴毒性小,其主要應
用在印刷電路塑膠電鍍及電鑄。鋼鐵及鋅鑄件會產生置換鍍層,附著
性不良,必須先用氰化鍍銅浴或P2O7Cu為10:1之低焦磷酸銅
鍍浴先打底(strike)。

4.5.1 焦磷酸銅打底鍍浴配方(Strike Bath)



 焦磷酸銅鹽Cu2P2O7?3H2O 25~30g/l

   焦磷酸鉀K2P2O7 95.7~176g/l
   醋酸鉀 potassium nitrate 1.5~3g/l
   氫氧化銨 Ammonium Hydroxide ?1/2~1ml/l
   pH值 8~8.5
   浴溫 22~30℃
   電流密度 0.6~1.5A/d㎡
   攪拌 機械或空氣
   過濾 連續式
   銅含量 9~10.7g/l
   焦磷酸鹽 63~107g/l
   P2O7/Cu比值 7~10.1



 

 
4.5.2 印刷電路鍍浴(Printed Circuit Bath)配方



焦磷酸銅Cu2P2O7?3H2O 57.8~73.3g/l

   焦磷酸鉀K2P2O7? 231~316.5g/l
   醋酸鉀 8.2~15.8g/l
   氫氧化銨 2.7~7.5m1/1
   添加劑(改良鍍層延性及均一性) 依指示量
   pH值 8~8.4
   浴溫 49~54
   電流密度 2.5~6A/d㎡
   攪拌 機械式或空氣


 

  
4.5.3 焦磷酸銅鍍浴之維護與控制

1.成份:
 (1)氨水(ammonia),幫助陽極溶解,使結晶細緻,每天需補充蒸發損 失。
 (2)醋酸鹽(nitrate),增加電流密度操作範圍及去除陰極極化作用。
 (3)pH值由焦磷酸或氫氧化鉀來調節控制。

2.溫度:溫度超過60℃會使焦磷酸鹽水解成磷酸鹽(ortho phosphate )。
3.攪拌:需充足的攪拌,普通用空氣攪拌或機械式攪拌,也可用超音波 及溶液噴射方法。
4.雜質:對有機物雜質很敏感如油及有機添加劑之分解物,會使鍍層變 暗色及不均勻,操作範圍變小氰化物及鉛雜質也會使鍍層不均勻及操 作範 圍變小。有機物雜質用活性碳處理。處理前先加過氧化氫或過錳 酸鉀可去除氰化物。鉛可用弱電解去除之。
5.磷酸鹽:溫度太高,pH值太低會使磷酸鹽快速增加。




4.6 硼氟酸銅鍍浴(Copper Fluoborate Bath)

由於硼氟酸銅鹽可大量溶於水,其溶解度很大,所以可用較高電流
密度增加電鍍速率(plating speed)。其缺點是腐蝕性,使用材料限制用
硬橡膠(hard rubber),polypropylene 及PVC塑膠或碳。

4.6.1 硼氟酸銅鍍浴配方




焦磷酸銅Cu2P2O7?3H2O 57.8~73.3g/l

   焦磷酸鉀K2P2O7? 231~316.5g/l
   醋酸鉀 8.2~15.8g/l
   氫氧化銨 2.7~7.5m1/1
   添加劑(改良鍍層延性及均一性) 依指示量
   pH值 8~8.4
   浴溫 49~54
   電流密度 2.5~6A/d㎡
   攪拌 機械式或空氣


 

有機物雜質會影響鍍層外觀,均勻性及機械性質,特別是延性。
此鍍浴需連續式活性碳過濾。
  添加劑通常不用有機物,糖蜜會使鍍層變硬及減少邊緣效應
(edge effects)。有些硫酸銅鍍浴添加劑可被使用。

4.6.2 硼氟酸銅鍍浴之優點


容許高電流密度 平滑鍍層,外觀良好
鍍層柔軟易研磨 可用添加劑增加鍍層硬度 及強度
陰極電流效率近100% 低陽極極化作用
槽內不結晶 配鍍浴容易
鍍浴穩定、易控制、高速 率電鍍許可  


鍍銅一般性流程:


蒸氣脫脂
鍍前檢驗(R) 溶劑洗淨(R) 裝掛(R) 化學脫脂 (R) 熱水洗(R) 冷水洗(R) 酸浸(R)


電解脫脂
冷水洗(R) 電解脫脂(R) 熱水洗(R) 活化(R) 中和(R) 冷水洗(R) 氰化鍍層(R) 冷水 洗(R) 酸性 鍍銅(R) 冷水洗(R) 出光(R) 冷水洗(R) 吹乾(R) 卸架(R) 烘乾(R) 檢驗


4.7 不銹鋼鍍銅流程
4.8 銅鍍層之剝離
(1)化學法:


鉻CrO3? 200~300g/l

  硫酸銨 (NH4)2SO4 ? 80~100g/l
  浴溫 室 溫


 

(2)電解法:


硝酸鈉NaNO3? 800~100g/l

  電流密度 2~4A/d㎡
  浴溫 室 溫


 



4.9 鍍銅專利文獻資料(美國專利)

(1)氰化銅鍍浴:


1863869 3084112 2287654 2347448
2255057 2451340 2451341 2680710
2854389 2774728 3021266 3030282
3111465 3179577 3219560 3216913
3269925 3309292 3296101 2701234
2861927 2861928 2885331 3532610





(2)酸性銅鍍浴:


2525943 2853443 2954331 2799634
2294053 2391289 2842488 2798040
3000800 2563360 2455554 2882209
2733198 3051634 2462870 2840518
2871173 2972572 3288690 2317350
2852450 2363973 2400518 2482350
3267010




(3)焦磷酸鍍浴:


2081121 2250556 2437865 2493092
3157586 3161575 2871171 3660251

 

 

4.10 鍍銅有關之期刊論文


 金屬表面技術雜誌
  編號   論 文 題 目      期   頁


   1.  蝕銅溶液          43 18~18
   2.  黃銅的電鍍         72 30~65
   3.  黃銅電鍍          35 12~17
   4.  黃銅鍍液之化驗       49 35~40
   5.  化學鍍銅之安定劑研究    49 76~77
   6.  非電解鍍銅溶液的安定性問題 62 26~28
   7.  青銅的電鍍         79 42~70
   8.  銅材的氯化鐵浸蝕液     80 36~39
   9.  鍍銅之問題         84 72~74
10.  無電解鍍銅––穿孔電鍍法  44  29~31

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5# 发表于 2008-1-8 21:41 | 只看该作者 踩窝窝 送礼物 问候Ta 5.1鎳的性質

(1) 色澤:銀白色,發黃

(2) 結晶構造:FCC

(3) 比重:8.908

(4) 原子量:58.69

(5) 原子序:28

(6) 電子組態:1S^2 2S^2 2P^6 3S^2 3P^6 3d^8 4S^2

(7) 熔點:1457 C

(8) 沸點:2730 C

(9) 電阻:6.84 uohs-cm

(10) 抗拉強度:317 Mpa

(11) 電解鎳有較高硬度

(12) 大氣中化學性安定不易變色,在600 C以上才被氧化

(13) 液中不被溶解

(14) 鎳抗蝕性比銅強,銅製品宜鍍上鎳

(15) 鎳易溶於稀硝酸,但在濃硝酸形成鈍態不易溶解

(16) 鎳在硫酸、鹽酸中溶解比在稀硝酸溶解慢

(17) 鎳的標準電位-0.25伏特,比鐵正,對鋼鐵是屬於陰極性鍍層只有完全覆蓋鎳才能保護防止生鏽

(18) 鎳易於拋光可做為電鍍中間層

(19) 當鎳缺乏時可用銅錫合金代替



5.2鍍鎳工程
鎳鍍層的性質及外觀能被控制而且操作範圍很廣,所以廣泛被應用於裝飾性工程性電鍍及電鑄

(1) 裝鏡面光澤的特性

工程性鍍鎳用於防腐蝕、耐磨、焊接性、磁性及其它特興其鍍層為純的鎳鎳電鑄是用電鍍的方法製造全鎳質的零件及物品,如鎳工具、模具、鑄模、唱片壓板(record stampers),無縫管、染印網(printing screens)電鍍反應為Ni+2e-Ni,其中Ni是由水溶液中鎳鹽提供而由陽極鎳來補 充、陽極效率近100% ,大於陰極電流效率所以鍍浴之 Ni 離子及 pH 會曾加,雖帶出 (drag-out)可抵消Ni的增加,但有時仍不足須加水及其 它成份調節鍍浴成份,並加酸來保持pH值鍍鎳一般可分為全光澤鎳、半光澤鎳、雙重鎳、三重鎳、工程鎳、犁 地鎳、電鍍鎳及鍍黑鎳



5.3裝飾鎳電鍍

其各種鍍浴配方(見5.4),其主要成份為硫酸鎳(nickel sulfate)、氯化鎳

(nickel chloride)及硼酸(boric acid)。硫酸鎳主要是提供Ni的來源,氯化鎳是

幫助陽極鎳溶解及導電性,硼酸是幫助鍍層平滑及更具延性。 針孔防止劑

(anti-pitting)或潤濕劑(wetting agent)可防止氫氣泡停滯而形成針孔鍍層,不

起泡沫之潤濕劑可用空氣攪拌減低表面張力。大部份的鎳鍍浴都屬專利商業配方,必須依照廠商提供的資料操作,典型的配方為瓦特鍍浴(wattsath)。



5.4裝飾性鎳鍍浴配方

另外一種是平滑劑(leveling agent)如formaldehyde, comarin, ethylene

cyanohydrin及butynediol。這二種添加劑混合使用可得到光澤平滑鎳鍍層,

其光澤作用主要是硫共同析出(codeposition)的結果。鋅、鎘,及硒(selenium)

有光澤作用,半光澤鎳只加平滑性添加劑所以不含硫,它很容易拋光而得到

光澤表面,但一省去拋光而直接再鍍一層全光澤即為二種鎳(duplex nickel)

更耐腐蝕。通常雙重鎳與半光澤鎳鍍層厚度比為1:3。另外在全光澤鎳與

半光澤鎳間再鍍上很薄(10%全部厚度),一層含高硫份(0.15%)的鎳即為三

重鎳(triple layer nickel),其耐蝕性更加。



5.5 工程性鍍鎳(Engineering Nickel Plating)

鎳具有優良的物理、機械及化學特性所以在工程或工業上應用很多,如防

止腐蝕、硬度、耐磨及磁性等。其鍍層需無缺陷(defect-free)光澤性在這裡

不很重要。其鍍層之主要機械性質有:1.強度(tensile strength), 2.延展性

(elongation),3.硬度(hardness), 4.內應力(internal), 5.疲勞限度(fatigue life), 6. 氫脆性(hydrogen embrittlement), 鎳鍍層常被應用於化學、石油、食品及飲 料工業上防止腐蝕,防止產品污染及保持產品純潔。通常鎳在氧化氣氛下

容易腐蝕,而還原性下不易腐蝕,但鎳本身會形成氧化物鈍態膜保護。當其

氧化物保護膜被氯化物容液侵入則會形成針孔狀腐蝕。一般鎳鍍層在中性

或鹼性溶液可以保護住,但太多數礦物則會被腐蝕。



5.6 工程鎳鍍浴配方

(1) 瓦特浴(watts bath)

硫酸鎳 NiSO4.7H2O 300g/l

氯化鎳 NiCl2.6H2O 60g/l

硼酸 H3BO3 37.5g/l

pH值 3

浴溫 60C

電流密度 430A/m^2

(2) 全氯浴(all-chloride bath)

氯化鎳(NiCl2.6H2O) 300g/l

硼酸 H3BO3 37.5g/l

pH值 3

電流密度 430A/m^2



(3) Sulfamate浴

Nickel Sulfamate Ni(H2NSO3)2 400g/l

硼酸 30g/l

pH值 4.5

浴溫 57C

電流密度 430A/m^2



5.7 瓦特鍍浴鎳鍍層機械性質之影響因素



抗拉強度(tensile strength):隨鎳離子濃度增加而增加,操作範圍內與浴

溫,pH值,電流密度比較沒有關連。

延展性(elongation):隨鎳離子濃度增加而減少,溫度增加至55C則增加,超

過55C則下降,與pH無關。

硬度(hardness):隨鎳離子增加而增加,溫度上升至55C則減小,超過55C

則增加。

內應力(internal stress):隨鎳離子增加而增加,氯化物增加則劇烈增加,電

流密度增加由減少變成增加。

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6# 发表于 2008-1-8 21:44 | 只看该作者 踩窝窝 送礼物 问候Ta 6.1. 鉻的性質
(1) 色澤 : 銀白色,略帶藍色。
(2) 原子量 : 51.996 。
(3) 比重 : 7.2。
(4) 熔點 : 1900 。C
(5) 硬度 : 800~10OOHB 。
(6) 標準電位 : 為一0.71 伏特。
(7) 在潮濕大氣中很安定,能長久保持顏色。
(8) 硝酸,硫化物,碳酸塭及有機酸中很安定。
(9) 易溶於塭酸及熱濃硫酸。
(10)苛性鈉溶液中鉻陽極易溶解。
(11)鉻鍍層耐熱性佳,在480"C以下不變色,50O ℃以上才開始氧化,700"C則硬度下降。
(12)鉻鍍層優點為硬度高、耐磨性好、光反射性強。
(13)鉻鍍層缺點為太硬易脆、易脫落。
(14)鉻的電位比鐵負,鋼鐵鍍鉻是屬於陽極性保護鍍層,而鉻本身於大氣中易形成極
薄的鈍態膜,所以耐腐蝕。
(15)鉻鍍層具多孔性,所以對鋼鐵腐蝕性不很理想,所以一般先鍍銅,再鍍鎳最後再鍍一層
鉻才能達到防腐蝕及裝飾的目的
(16)鉻鍍層廣泛應用在提高零件之耐腐蝕性、耐磨性、尺寸修補、反射光,及裝飾等用途.
 
6.2 鉻電鍍之種類
1.傳統式鉻酸鍍鉻。
2.催化物鉻酸鍍鉻。
3.自動催化鉻酸鍍鉻。
5.熙色鉻簞鍍。
6.滾桶鍍鉻‥
7.多孔鉻電鍍‥
8.微裂鉻電鍍‥
9.無裂鉻電鍍
 
6.3 鍍鉻之特性
(1)須嚴格控制浴溫、電流密度、極距等操作條件
(2)均一性差,對復雜形狀鍍件需適當處理。
(3)電流效率很低,須較大電流密度。
(4)陽極採用不溶解性陽極,鉻須用鉻酸補充。
(5)電鍍過程中不許中斷
(6)形狀不同鍍件不宜同槽處理,須用不同的掛具‥
(7)鍍件預熱與浴溫一致,附著性才會好。
(8)鍍件要徹底活化,要帶電入槽,附著性才艮好‥
(9)需用沖擊電流(大於正常50-100% ) 在開始電鍍較複雜形狀鍍件
約2-3分鐘而後慢慢降至正常電流密度範圍內。
 
6.4 鍍鉻之影響因素 
(l) CrO3濃度與導電度關係
(2) 溫度興導電度之關係
(3) CrO3濃度與電流效率之關係
(4) 硫酸濃度之影響
濃度低時,低電流密度下電流效率高,反之電流效率低‥
(5) 三價鉻的影響
1. 三價鉻很少時,沈積速率減媛。
2. 三價鉻很高時,鍍層變暗。
3. 三價鉻增加,則導電度降低,需較大電壓
4. 三價鉻愈多,光澤範圍愈小。
(6) 電流密度及溫度的影嚮
1. 鍍浴溫度升高,電流效率降低。
2. 電流密度愈高,電流效率愈高。
3. 高電流密度,低溫則鍍層灰暗,硬度高脆性大,結晶粗大‥
4. 高溫而低電流密度,鍍層硬度小,呈乳白色,延性好,無網狀裂紋,結晶細緻,適
合裝飾性的鍍件。
5. 中等溫度及中等電流密度,鍍層硬度高,有密集的網狀裂紋,光亮硬質鉻鍍層。
 
(7)雜質的影響
1. 鐵雜質,電解液不穩定,光澤鍍層範圍縮小,導電性變差,電壓須
增高,去除鐵雜質比三價鉻還困難,要儘量防止鐵汙染,不要超過
10g/l
2. 銅、鋅雜質,含量低時,對鍍層影嚮不大,銅最好不要大於3g/l
3. 硝酸,是鍍鉻最有害的雜質,鍍浴須嚴禁帶入硝酸污染‥
(8) 陽極及電流分佈之影響
1. 陽極較大,電流分佈較不均勻使鍍層厚度不均勺‥
2. 陽極面積大,三價鉻形成較多。
3.復雜鍍件,陽極宜用象形電極或輔助電極,使電流分佈均勻。
4.陽極的鉛易氧化,形成黑色的氧化鉛及黃色的過氧化鉛。過氧化鉛導電性不良,應立刻除去。
5.電流因尖端及邊緣效應,造成鍍層厚度不均,可採用絕緣物遮蓋尖端或邊緣。
 
6.5 鍍鉻之掛架(Rack)
鍍鉻其鍍浴均一性極差,電流效率很低,須使用較高電流密度,所以掛架之設計要求對鍍鉻品質影響很大。其設計要點如下
(l) 安定不溶解。
(2) 導電順利不發熟,需足夠截面積。
(3) 與鍍件接觸良好。
(4) 結構以焊接方式,導電鉤要彎成直角
(5) 非電鍍部份要用絕緣物覆蓋,以減少電流消耗。
(6) 結構要簡單、易製造、輕便。
(7) 鍍件放置位置要使氣體自由逸出容易。
(8) 應用輔助電極、雙極電極。
(9) 依鍍件的形狀、尺寸、數量及鍍層用途等因素決定掛架之設計
 
6.6 鍍鉻之缺陷及其原因
(l) 鍍層粗糙有顆粒
1. 電流太大。
2. 陰極保護不當或末裝。
3. 陰陽極太近。
4. 表面前處理不好,
5. 鍍浴有浮懸雜質,
6.硫酸太少。
(2)鍍層脫落
1. 前處理不良。
2. 中途斷電。
3. 中途加冷水。
4. 預熱不夠。
(3) 局部無鍍層
1. 電流太小。
2. 鍍件互相遮蓋。
3. 裝掛不當,氣體停滯。
(4) 鍍層不均勻
1 掛具接觸不良。
2 氣體不易逸出。
3 陽極型狀不當
(5) 沈積速度慢
1. 電流太小。
2. 三價鉻太小。
3. 二極間距太大。
4. 鍍件過大。
5. 槽內鍍件過多。
(6) 鍍層暗色
1. 溫度太低。
2. 硫酸此例太少。
3. 三價鉻太多。
(7) 鍍層針孔
1. 前處理不佳。
2. 氣體停滯鍍件表面上。
3. 鍍件被磁化。
4. 浮懸雜質。
5. 表面活性劑。
6. 鍍浴有磁性粒子。
 
6.7 三價鉻電鍍
三價銘的電鍍歷史此六價鉻久,其特點是只要六價鉻所需的電流一半,電流效率較高,廢液毒性小處理容易,但所用化學品昂貴,所以一直沒有被廣泛採用,三價鉻電鍍一直積極地被研究,目前已有些專利及傷業配力公開發行,其中特點在良好的被覆性及低鉻濃度,使廢液處理的問題減小。詳細資料由廠商提供,三價鉻電鍍的主要困難之一是六價鉻會在鍍浴陽極形成,有專利配方可以防止或還元六價鉻。
6.8 鍍鉻之管理與維護
(1) 每 天
1. 將鍍槽添滿鍍浴。 .
2. 用低壓空氣徹底攪拌鍍液。
3. 檢查溫度控制器,綢整溫度於正常範圍內‥
4. 檢查掛架並修護之。
5. 用最大甯流15堊J30分鐘做淨化罔解處理‥
6. 哈氏槽試驗。
(2) 每 週
1. 蒸發濃縮回收鉻鍍液倒回鍍槽內。
2. 檢驗催化劑含量並補充需要。
(3) 每 月
1. 檢查鍍浴金屏雜質(Zn 、Fe 、Cu 、Nj ) ‥
2. 清潔及整理陽極。
3. 檢查三價鉻含量。
(4) 每 年
1. 檢查安培計及安培小時計。
2. 檢查及校正溫度控制器。
3. 清潔及修理所有槽外設施。
4. 整修通風罩、輸送管路。
5. 鍍液出清,去除積泥,清潔、檢查及修理鍍槽、加熱管及導電棒
頭。陽極整理及更換。

6.9 鍍鉻的氫脆性

鍍鉻的電流效率非常低,所以產生大量的氫氣,會引起氫脆,尤其是
硬化鋼、高強度鋼更需注意,氫脆性增加的因素有
(1) 鋼鐵之硬化處理。 (4) 酸浸。
(2) 研磨 。 (5) 硬化厚度與鍍層厚度‥
(3) 表面缺陷。
去除氫脆方法有 :
(l) 鍍前先做應力消除(stress relieving) : 鍍鉻表面必須沒有應力存
在,一般鍍件經機械加工、研磨,或硬化熱處理都有殘留應力(
residual stre6s) , 可加熱 150至230"C消除殘留應力。
(2) 鍍後烘焙(baking) : 可依照規範QQ-C-320B及Mil-S-13165 處理。
 
6.10 鍍鉻之回收及廢物虛理
鉻酸廢液可用回收法或消燬( destroy )法處理,其選擇因素有 :
(1) 投資金額。 (6) 廠液童。 '
(2) 人工及維護成本。 (7) 鉻酸之價格。
(3) 化學品價格。 (8) 水費‥
(4) 空間。 (9)環境保護之規範‥
(5) 公共設備成本。
 
最好是減少廢液生成,其方法有 :
(1) 儘量滴乾。 (4) 回收洗淨水。
(2) 應用滴乾囤收槽。 (5) 控制水的帶入(drag-in),
(3) 掛架避免使鍍件裝水(cupping action) 。
 
6.11 多孔鉻電鍍
在二次大戰時,多孔鉻電鍍應用在飛機及引擎的活塞環[piston, rings )及氣缸導管(cylinder bores) 的製造和修補 ,多孔鉻是一般硬鉻鍍層厚度超過0.004” 含有許多的孔(porous) 吸滲潤滑劑,所以可防止零件刮傷,引擎過熱而夾死不動(seizing)及擦傷( galling) 等 ‥多孔鉻的電鍍方法有三種 :
(I) 在粗糙或刻蝕的基材表面鍍硬鉻。
(2) 鍍硬鉻後用化學或電化學蝕刻。
(3) 控制鍍浴的成份及操作條件、溫度

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7# 发表于 2008-1-8 21:45 | 只看该作者 踩窝窝 送礼物 问候Ta 7.1 鋅及鋅鍍層之性質
(1)色澤 :淺灰色的金屬
(2)比重:7.14
(3)原子量:65.37
(4)原子價 :2
(5)標準電位 :-0.7628v
(6)熔點:419
(7)原子序:30
(8)沸點:907
(9)密度:7.13
(10)特性:脆.比較硬.加熱至100~150℃有較好的塑性.可延壓及鍛造加工,但到250時又變脆.乾燥空氣中鋅較安定,在水中及潮濕空氣中表面易形成碳酸鹽或氧化物的白色模層具有保護性,鋅為兩性金屬,腐蝕於酸,.鰔及硫化物中,鋅的標準電位較負,所以其鍍層屬於陽極性保護,成本低,加工容易,效果良好,很多剛鐵零件鍍鋅,但不易做摩擦性的鍍層
7.2 鍍鋅(Zinc Plating)
(1)酸性鍍鋅(acid zinc plating)
(2)鹼性非氰化物鍍鋅(alkaline plating )
(3)氰化物鍍鋅(cyanide zinc plating )
7.3 酸性鍍鋅
形狀簡單鍍件和做油漆底層用的較多,其優缺點如下:
優點
(1)可得光澤,平滑,鍍鋅層相似的鍍層
(2)可直接鍍在碳化,氮化的鋼鐵上和鑄鐵上
(3)電流效率較高
(4)廢液處理容易,只需用高ph值將鋅沉澱
(5)導電性佳,節省電原
(6)產生氫脆性小
(7)可在較高溫下得到光澤鍍層
(8)鍍浴安定,毒性小,成本低
缺點
(1)鍍浴腐蝕性強,鍍槽及附屬設備需加襯
(2)焊接及組合鍍件不宜,會有滲流(bleadout)
(3)厚鍍層延性差
(4)結晶粗糙
(5)均一性差
(6)過濾,冷卻管及冷凍設備需要有
 
7.4堿性非氰化物鍍鋅(Alkaline Non-Cyanide Zinc Plating)
優點

1.毒性小
2.廢液處理容易,只需將鋅沉澱
3.成本低
4.均一性好
5.可用剛鍍槽

缺點
1.鍍浴成份需嚴格控制,每天要分析
2.前處理要求品質高
3.鋅含量少時,電流效率降低
4.對金屬雜質及硬水雜質敏感
5.鍍層校氰化鍍鋅脆
6.需要添加劑,否則黑暗鍍層出現
7.添加劑特殊,非一般性原料,需由廠商提供
7.4.1堿性非氰化物鍍鋅浴(alkaline-non-cyanide bath)
可用兩種方法配製
1.陽極鋅溶於苛性訥作用溶液
2.氧化鋅與苛性訥做用溶解
其配製程序如下
1.用少量的水在鍍槽與氧化鋅混合成漿,或最好用另外的配浴槽來做
2.將苛性鈉和水慢慢攪加入三分之一量的水
3.充份攪扮一直到氧化鋅完全溶解
4.加6磅/100加侖的鋅粉並攪伴30至60分鐘
5.加以沉澱及過慮或傾倒入鍍槽中
6.放入陽極鋅板,用低電流密度電解去除雜質一個晚上
7.分析鋅及苛性鈉含量並調整成份
加入添加劑
其配方如下
氧化鋅(zinc oxide) 1.5 oz/gal
苛性鈉(caustic soda) 10 oz/gal
添加劑(addition agents) 依指示量
浴 溫 70 ~115 F
7.5 光澤氰化鍍鋅
優 點
1.使用歷史悠久,經驗較豐富
2.前處理要求比較不嚴格
3.被覆性優良
4.浴成份的分析及控制比較容易
5.鍍層延性好
6.鍍浴腐蝕性小
缺 點
1.鍍浴毒性強,須做氰化物廢物處理
2.熱處理及鑄鐵零件不能鍍
3.需較高溫度操作,否則得不到光澤鍍層,其溫度必須在105F以上
4.鍍浴導電性差
5.高電流密度下,電流效率劇降

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8# 发表于 2008-1-8 21:45 | 只看该作者 踩窝窝 送礼物 问候Ta 8.1 鎘及鎘鍍層性質

(1) 色澤: 灰白色

(2) 硬度: 300~500 MPa

(3) 原子量: 112.40

(4) 比重: 8.65

(5) 熔點: 321C

(6) 原子價: 2

(7) 標準電位: -0.4029V

(8) 原子序: 48

(9) 電子組態: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^10 4s^2 4p^6 4d^10 5s^2

(10)電阻: 6.83m W -cm

(11)強度: 70MPa

(12)沸點: 767C

(13)結晶構造: hcp

(14)化學性質: 與鋅相似,但不溶解於鹼液中,在室溫空氣中不變色,在潮濕

空氣中會氧化形成保護膜可防止繼續氧化腐蝕。鎘的氧化物不溶於水,

鎘比鋅較不易溶於酸, 但對硝酸作用強。鎘熔化時產生有毒氣體,其可

溶性鹽類也是有毒。鎘對鋼鐵基材屬於陰極保護鍍層,但在高溫或海洋

氣候下,則屬於犧牲性陽極保護鍍層。

 

8.2 鍍鎘

在海洋性的環境與高溫(70C以上)的熱水,鎘鍍層耐腐性強,比較

安定。焊接性與潤滑性良好,接觸電阻抗力強,對鹼性溶液很好

抵抗性,氫脆性小,光澤性佳,附著力強。所以航空、航海及電子

工業的零件很多用鍍鎘,鎘鍍層易拋光,磷酸鹽化後可做油漆的

底層,但鎘對人體有毒,食物之器具不能鍍鎘。

8.3 鎘電鍍浴的種類

 

可分為下列四種:

(1) 鹼性氰化物鍍浴。 (3) 酸性硼氟鹽鍍浴。

(2) 鹼性硫酸鹽鍍浴。 (4) 中性硫酸鹽鍍浴。

應根據鍍件的形狀、鍍層的要求,及鍍浴均一性來做選擇鍍浴的種類。一般簡單形狀的鍍件採用酸性鍍浴,而複雜形狀的鍍件則採用鹼性氰化物鍍浴。鹼性鍍浴鍍層結晶細緻,均一性好,但有毒性、廢液處理麻煩,電鍍浴不穩定,陰陽極電流效率不一,空氣二氧化碳會使鍍浴形成碳酸鈉和氰氫酸。酸性鍍浴氫脆性較小。

 

8.4 鹼性氰化物鍍鎘浴配方

氧化鎘(cadimum oxide) 3 oz/gal

碳酸鈉(sodium carbonate) 4~8 oz/gal

氰化鈉(sodium cyanide) 13.5 oz/gal

苛性鈉(sodium hydroxide) 1.9 oz/gal

電流密度 5~90 ASF

浴溫 60~100 。F

8.4.1 鹼性氰化物鍍鎘浴之配製

其步驟如下:

(1) 先檢查藥品的品質是否符合。

(2) 嚴守劇毒物品使用安全規則及良好通風設備。

(3) 將需要量的氰化鈉溶於少量的熱水中(50~60℃),不能溫度太高,以免分解產生。

(4)在另一容器將須之苛性鈉溶於水。 

(5)將苛性鈉溶液注入氰化鈉溶液中。

(6)之氧化將所需鎘加水混合成糊狀,慢慢加入上述之混合液中,    

  充份攪拌,完全溶解,溫度可升高但不可高於85℃。

(7)將其他添加劑溶於適量的水,依次加入。

(8)加入1.5~2磅每100gal的鋅粉,充份攪扮30分鐘

     讓溶液靜置4小時,過濾到鍍槽內。

(9)取樣分析及校正各成份。

 (10)用0.25~0.5V電流空電解24~48小時。      

 (11)添加光澤劑。

 (12)以10ASF電鍍約二天使鍍浴正常化。  

 

 

8.4.2 鹼性氰化物鍍鎘浴之添加劑

添加劑在電鍍浴中影響鍍層的組織及外觀,無機物添加劑如鎳、鈷、鉬及硒等化合物,主要是改進鍍層之外觀及物理性質,有機物添加劑如乙醛(aldehyde)、葡萄糖、牛奶、糖、膠、糖蜜、磺酸(sulfonic acid)、土耳其紅油、磺化蓖麻油等促使鍍層細晶細致,改善均一性,並隱蔽金屬雜質。添加劑超過一定量時,會使鍍層變脆,產生氣泡等。

 

8.4.3 氰化物鍍鎘之缺陷及原因

(1) 鍍層變色,有污漬,其原因有

1. 底層金屬有孔。

2. 前處理未處理乾淨。

3. 污手接觸。

(2) 鍍層焦黑、粗糙及色暗,其原因有

1. 電流密度過大。

2. 游離氰化物太少。

3. 有浮懸雜質。

(3) 鍍層附著性不良、表面起泡,其原因有

1. 氰化物不足。

2. 鹼度過高。

3. 前處理不良。

4. 酸性時鍍件吸收氫氣。

(4) 陰極大量氰氣產生,陽極呈結晶狀態,被覆性不良,其原因有

1. 游離氰化物過高。

2. 金屬鹽不足。

(5) 陽極溶解不均勻,有沉渣,其原因有

1. 游離氰化物不足。

2. 氫氧化物不足。

8.5 非氰化物鍍鎘浴(Non-Cyanide Plating Baths)

近些年由於公害管制及減少電鍍時氫氣的形成,已開發出許多非氰化物鍍鎘浴,可分為中性硫酸鹽鍍浴、酸性硼氟酸鍍浴及酸性硫酸鹽鍍浴。

非氰化物鍍浴其電流效率高,氫脆性小,所以高強度之鋼鐵要用非氰化物鍍浴。其中硼氟酸鍍浴在高電流密度下仍保持高電流效率。

 

8.5.1 中性硫酸鹽鍍浴配方

氯化銨(ammonium chloride) 1.5~3 oz/gal

硫酸銨(ammonium sulfate) 10~15 oz/gal

鎘(含量) 0.5~1.5 oz/gal

電流密度 2~15 ASF

浴溫 60~100 。F

 

8.5.2 酸性硼氟酸鹽鎘鍍浴配方

硼氟酸銨(ammonium fluoborate) 8 oz/gal

硼酸(boric acid) 3.6 oz/gal

鎘 12.6 oz/gal

硼氟酸鎘(cadmium fluoborate) 32.2 oz/gal

電流密度 30~60 ASF

浴溫 70~100 。F

 

8.5.3 酸性硫酸鹽鍍鎘浴配方

氧化鎘(cadmium oxide) 1~1.5 oz/gal

硫酸(salfuric acid) 4.5~5 oz/gal

電流密度 10~60 ASF

浴溫 60~90 。F

8.6 鍍鎘鍍層之剝離及補鍍

(1) 鋼鐵、銅及銅合金鍍件: 列溶液溶解剝離鎘鍍層

1. 稀鹽酸。

2. 100g/l之硝酸銨。

3. 廢鉻酸溶液。

(2) 鋁及其合金鍍件: 用5~10%硝酸溶解剝離鎘鍍層。

(3) 外觀不良鍍件: 有些鍍件可進行直接補鍍,不需將鍍層剝離。

先進行1~2分鐘電解洗淨,將表面污物及薄膜去除,而後進行活

化、清洗,並停留於鍍鎘浴中10~30秒,再進行補鍍,時間依鍍

件情況而定。

 

8.7 鍍鎘工程流程

鍍前檢驗→溶劑脫脂→化學或電解洗淨→熱水洗→冷水洗



電解洗淨←冷水洗←上架←中和←冷水洗←酸浸除銹



熱水洗→冷水洗→酸洗活化→冷水洗→鍍鎘→冷水洗→吹乾



冷水洗←鈍化←乾燥←熱水洗←冷水洗←出光←除氫



溫水洗→乾燥→檢驗

流程說明:

步驟1: 檢查鍍件表面狀況、尺寸。

步驟2: 零件內外清洗乾淨。

步驟3: 使零件表面全部為水潤溼為止,電解洗淨先陰極後陽極,陽極時

間要比較長,薄片及彈簧片用陽極處理。電解液成份30~50g/l

NaOH,20~30g/l Na2CO3,30~50g/l Na3PO4及10~15g/l

Na2SiO3。

步驟6: 其溶液成份為50~100g/l的硫酸及100~150g/l之鹽酸。

步驟8: 其溶液為50~70g/l之碳酸鈉。

步驟11:同步驟3。

步驟14:用30~50g/l硫酸溶液去除氧化物膜。

步驟19:烘培2~4小時,溫度200~250℃。

步驟20:鉻酸溶液浸泡0.1~0.5分鐘。

步驟24:鈍化溶液成份為80~150g/l重鉻酸鈉及8~10g/l硫酸。

 

8.8 有關鍍鎘之標準與規範

(1) QQ-A-671 Federal Specification(鎘陽極標準規範)

(2) JIS H8611 Electroplated Coatings of Cadmium on

Iron and Steel

(3) ASTM A165 Specification for Electrodeposited

Coatings of Cadmium on Steel

 

8.9 鍍鎘專利文獻資料

美國專利編號:

1770839 1692240 1564414 3442776 1383174

1383175 1383176 1536858 1536859 2222398

2377228 2862860 2990344 2938840 2107806

2085747 2085748 2085749 2085750 2085776

2090049 2350165 1818179 1537020 1537047

1818229 1893368 2097630 1681509 2803593

2833705 2848393 2892761 2912370 3802150

3411996 2383798 2149344 2164924 1868052

2058702 2035633 1816837 2070871 2021592

2194498 2186579 2154468 2416294 2035380

2088429 2172171 2393640 2393663 2393664

2393943 2293716 2434525 1816152 1833422

1838423 1833450 2703311

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9# 发表于 2008-1-8 21:46 | 只看该作者 踩窝窝 送礼物 问候Ta 9.1錫的性質
(1)原子量:118.69.
(2)原子序:50.
(3)電子組態:1S22S22P63S23P63D104S24P64D105S25P2.
(4)熔點:231.9℃
(5)沸點:2270℃
(6)密度:5.77(灰錫aSn) 7.29(白錫bSn)
(7)變相點:13.2℃
(8)電阻:11.5? ?
(9)導電度:15% IACS
(10)強度:14 MPa
(11)硬度:Brinell 硬度 10kg , 20℃
(12)結晶構造
白錫為立方體(simple cubic)
灰錫為 BCT (body-centered tetragonal)
(13)標準電位
Sn+ + + 2eˉ -> Sn -0.136V
Sn4+ + 2eˉ -> Sn2+ +0.15 V
Sn(OH)=6 + 2eˉ ->Sn(OH)4 +2OHˉ +0.9V
Sn(OH)=4 + 2eˉ ->Sn + 4OHˉ -0.79V
錫是一種熱及電的良導體 , 易延展柔軟的金屬 , 錫有原子價2
或4 , 屬於兩性元素金屬 , 作為電鍍用的錫化合物主要有SnO2 .
xH2O , SnCl2或SnCl2 .2H2O,SnSO4 , Sn(BF4)2,K2(OH)6及N2Sn(OH)6.
9.2 鍍錫的用途
(1)製造錫罐:因錫鍍層無毒性,大量用在與食品及飲料接觸之物件,
中最大用途就是製造錫罐,其他如廚房用具,食物刀叉,烤箱等.
(2)電器及電子工業:因錫容易銲接,導電性良好,廣泛應用在電器及
電子需要銲接的零件上.
(3)銅線上:改善銅線的銲接性及銅線與絕緣皮之間壁障作用.
(4)活性:因錫柔軟,可防止刮傷,作為一種固體潤滑劑.
(5)防止鋼氮化.
9.3 錫鍍浴的種類
(1)酸性錫鍍浴
優點:
【1】錫是由二價還原,用電量省.
【2】鍍浴導電性高,浴電壓低,電流效率高.
【3】操作欲溫接近室溫,免加熱設備.
【4】使用適當添加劑可得光澤鍍層.
【5】對底材損害性較少.
缺點:
【1】操作及鍍浴管理需很小心才能得到良好鍍層.
【2】需用添加劑,否則易生成樹枝或結節狀鍍層.
【3】不能使用不溶性陽極.
【4】有腐蝕性,鍍槽須橡皮做裡稱.
【5】二價錫可能氧化成四價錫,變成鈍態.
(2)堿性錫鍍浴
優點:
【1】均一性良好. 【5】操作範圍廣.
【2】可容忍較多的不純物. 【6】配方簡單.
【3】不用添加劑可得到光澤. 【7】前處裡要求不高.
【4】可用不溶解陽極.
缺點:
【1】陰極效率低,鍍層薄.
【2】電化當量小只有酸性浴的一半,耗電量大.
【3】需使用在熔融技術得到光澤鍍層.
【4】操作溫度高,需加熱設備.
【5】操作浴壓較高.
【6】需使用可溶性陽極.
【7】操作可溶性陽極鍍浴要很小心,否則容易得到不良鍍層.
(3)連續高速錫鍍浴:專用於連續電鍍零件.
9.4 堿性浴的組成及其作用
堿性浴分為鉀浴及鈉浴,鉀浴的主要成份世錫酸鉀及苛性鉀,其優點為操作範圍廣
,溶解度大,使用電流密度高,效率高,導電鍍大,氧化錫泥狀物少生成,其缺點是較
鈉浴貴.鈉浴的主要成份為錫酸及苛性鈉.
各種成份的作用如下:
(1)錫酸鈉或錫酸鉀為主鹽,提供錫離子的來源.
(2)苛性鈉或苛性鉀為導電鹽,促進陽極溶解,防止sno2的形成.
(3)醋酸鹽為緩衝劑,用來控制游離OH-.
(4)過氧化氫,氧化Sn++,以防止不良鍍層.
(5)界面活性劑,防止針孔發生.
9.5堿性錫鍍浴之管理注意要點
(1)陽極必須經常保持黃綠色皮膜,防止二價錫的形成,否則會產生粗
造,附著性的黑色鍍層.
(2)陽極電流密度過小,陽極成銀亮色,無氣體產生,鍍層粗造.
(3)陽極電流密度適當,陽極成黃綠色.少量氣體產生,鍍層優良.
(4)陽極電流密鍍過大,陽極呈褐色或黑色,大量氣體產生,鍍層良好,
但浴中金屬含量會減少.
(5)陽極黑褐色皮膜可用鹽酸去除.
(6)游離堿含量過多,操作會有困難.
(7)若有二價錫過多,可用過氧化氫氧化二價錫或四價錫,以防止鍍層
不良.
(8)陰極電流密渡過高,電流效率降低使電鍍速率減小.
(9)滾筒必須使用耐 89~90℃的材料,否則採用酸性鍍浴.
(10)溫度過高,游離堿過多,需使用較高電流密度,否則陽極不易形成
黃綠色.
9.6 堿性錫鍍浴之配方
(1)鈉浴配方
錫酸鈉 90 g/l
氫氧化鈉 7.5 g/l
醋酸鈉 0~15 g/l
過氧化氫 依需量 g/l
浴溫 60~80 g/l
浴壓 4~8 Volt
分析錫含量 37.5 g/l
PH 0.2
電流密度 3~11 A/dm2
電流效率 100%
面積比 2:1
陽極 錫
浴電壓 6 Volt
(2)硫酸浴
SnSo4 54~69 g/l
硫酸 100~75 g/l
甲酚磺酸 C7H6OH.HSO3 100~120 g/l
B-柰酚 1~1.25 g/l
凝膠 2~2.5 g/l
浴溫 25℃
電流密度 27~32 A/dm2
電流效率 100﹪
面積比 1:1
陽極 錫
浴壓 6~12 Volt
9.8 高速錫鍍浴
氯化錫 SnCl2 63 g/l
氟化鈉 NaF 25 g/l
二氟氫鉀 KHF2 50 g/l
氯化鈉 NaCl 45 g/l
電流密度 45 A/dm2
PH 2.7
end 58202204

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10# 发表于 2008-1-8 21:47 | 只看该作者 踩窝窝 送礼物 问候Ta  10.1 銀的性質
(1) 原子序:47。
(2) 原子量:107.868。
(3) 密度:10.491g/cm3。
(4) 熔點:960.8℃。
(5) 沸點:2212℃。
(6) 電阻:159μΩ-cm3。
(7) 結晶構造:FCC。
(8) 標準電位:+0.7991V
(9) 原子價:1。
(10) 銀是金屬中導熱及導電性最好的。
(11) 純銀的硬度有80~120Vicker較金稍硬,呈純白色。
(12) 化學的抗蝕性良好,尤其對有機酸最為良好,對食品的抵抗性也很好
,所以大量使用在餐器。
(13) 軸承潤滑性非常優越,飛機上軸承常鍍上銀。
(14) 反射性強,用於玻璃反射器上。
(15) 在空氣中不易氧化,但空氣中有硫化物則變黑色。
 
10.3 銀底鍍(Silver Strike)
 
銀較大部份金屬〝貴〞(noble),所以銀會在銀鍍浴中置換析出,附著
性差。為了防止此現象在鍍銀先用低銀含量高自由氰化物 (free cyanide)
鍍浴打底電鍍。對於鋼鐵基材鍍銀則做二次打底(double strike),打底電
鍍(strike plating)除了可防止浸鍍鍍層(immersion deposit)的發生,也
是將不同的金屬加以包覆起來,例如焊接及裝配組件。裝飾銀底鍍時間在8
~25秒,工程性銀底鍍時間在15~35秒。
銀底鍍浴組成如下:
 
例1
例1鍍浴用在鋼鐵鍍件的第一次底鍍(first strike)。
 
例2
例2打底鍍浴是用在鋼鐵鍍件的第二次底鍍(second strike)及非鐵鍍件打底。
 
10.4 鍍銀(Silver Plating)
 
鍍銀可分裝飾性鍍銀(decorative silver plating)及工程鍍銀(enginee-
ring silver plating)。裝飾性鍍銀應用於如手飾、刀、匙、叉。工業應用於
電子工業上的電接頭、半導體組件(semi-conductor components)、電達天線。
機械工業上的如高負荷軸承(heavy-duty bearings)防止擦粘作用(galling)及
粘蝕作用(seizing)、高熱氣的密封(sealing)。鍍銀使用的陽極(anodes)需高
純度,至少要達到999的純度。陽極袋(anode bag)也需使用。黑色陽極(black
anodes)在鍍銀有時會發生,其原因有pH太低、電度密度太大、低自由氰化物(
free cyanide)及少量的鐵、鉍(bismuth)、銻(antimony)、硫、硒(selenium)
、碲(tellurium)。鋼鐵及不透鋼的陽極用在打底電鍍,石墨和鉑(platinum)陽
極用在特殊情況,陰效率是100%,除非鍍浴污染嚴重。
 
10.5 鍍銀之後處理(Postplate Treatments)
 
銀在大多空氣中很快就變色(tarnishes),此變色為黑竭色之硫化物污跡 (
sulfide stain)不僅泵壞外觀而且損失焊接性(soderability)及增加接觸之電阻
(contact resistance)。為了防止或阻延此變巴的形成,鍍銀需做鍍後處理如再
鍍上層(overlays)金或銣(rhodium),鍍化處理 (passivation treatments)包括
鉻酸鹽處理(chromating)及塗裝氧化鍍(beryllium)、膠狀物(colloidal)。
 
10.6 銀鍍浴之光澤劑(Brighteners)
 
鍍銀之光澤劑有下列幾種:
(1) 二硫化碳(carbon disulfide):0.01~0.02mg/1。
(2) 硫代硫酸鈉():0.3~1.5g/1。
(3) 硫代硫酸銨(60%):1~2mg/1。
(4) 有機含硫化合物。
(5) VA或VIA元素(Se、Bi、Sb)之錯合物(complex)。
一般有機光澤劑可得較好的電特性(electrical properties)。銻(antimony)或
硒(selenium)的光澤可得較耐磨的銀鍍層。
 
10.7 銀鍍浴之配方(Formulation)
 
(1) 正規鍍浴(tranditional electrolyte)
(2) 高速浴(high speed baths)
(3) 非氰化物鍍浴(non-cyanide systems)
 
10.8 銀鍍浴中組成的作用
 
(1)銀:以氰化銀、氰化銀鉀、硝酸銀、氯化銀或碘化銀形式提供銀離子做電鍍
沈積用。
(2) 游離氰化鉀:增加導電性及均一性,但太多會使陽極極化(polarization)。
(3) 氫氧化鉀:在高速浴中降低陽極極化作用、增加導電性。
(4) 碳酸鉀:增加導電性、均一性。
(5) 溫度:較高溫度可用較高電流密度。
(6) 光澤劑:加強鍍層光亮作用,少量使用。
(7) 電流密度:由溫度、攪拌程度,自由氰化物濃度而有所改變。
(8) 金屬雜質:降低陰極效果,鉻會產生脫落,鐵會生成多孔呈黃色。
(9) 有機雜質:均一性變差,電流密度範圍少,產生較粗糙及多孔鍍層。
10.9 銀鍍浴的控制及淨化
 
鍍鍍浴的控制是以化學分析維持金屬銀,自由氰化物(free cyanide)的濃度、調
節浴溫、攪拌程度及使用陽極袋。有機物雜質用活性碳處理,金屬雜質可用沈澱
法、螯合法或鍍出法去除。
 
10.10 鍍銀專利文獻資料
 
美國專利文獻編號:
2666738 2777810 2613179 2735808
2735809 2850419 3410703 3567782


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