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電鍍工藝技術(shù)

發(fā)布日期:2022-12-30 返回列表

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電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過(guò)程,是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著(zhù)一層金屬膜的工藝從而起到防止金屬氧化(如銹蝕),提高耐磨性、導電性、反光性、抗腐蝕性(硫酸銅等)及增進(jìn)美觀(guān)等作用。不少硬幣的外層亦為電鍍。

1、簡(jiǎn)介

電鍍時(shí),鍍層金屬或其他不溶性材料做陽(yáng)極,待鍍的工件做陰極,鍍層金屬的陽(yáng)離子在待鍍工件表面被還原形成鍍層。為排除其它陽(yáng)離子的干擾,且使鍍層均勻、牢固,需用含鍍層金屬陽(yáng)離子的溶液做電鍍液,以保持鍍層金屬陽(yáng)離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層,改變基材表面性質(zhì)或尺寸。電鍍能增強金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬)、增加硬度、防止磨耗、提高導電性、光滑性、耐熱性和表面美觀(guān)。

2、原理

電鍍需要一個(gè)向電鍍槽供電的低壓大電流電源以及由電鍍液、待鍍零件(陰極)和陽(yáng)極構成的電解裝置。其中電鍍液成分視鍍層不同而不同,但均含有提供金屬離子的主鹽,能絡(luò )合主鹽中金屬離子形成絡(luò )合物的絡(luò )合劑,用于穩定溶液酸堿度的緩沖劑,陽(yáng)極活化劑和特殊添加物(如光亮劑、晶粒細化劑、整平劑、潤濕劑、應力消除劑和抑霧劑等)。電鍍過(guò)程是鍍液中的金屬離子在外電場(chǎng)的作用下,經(jīng)電極反應還原成金屬原子,并在陰極上進(jìn)行金屬沉積的過(guò)程。因此,這是一個(gè)包括液相傳質(zhì)、電化學(xué)反應和電結晶等步驟的金屬電沉積過(guò)程。

在盛有電鍍液的鍍槽中,經(jīng)過(guò)清理和特殊預處理的待鍍件作為陰極,用鍍覆金屬制成陽(yáng)極,兩極分別與直流電源的正極和負極聯(lián)接。電鍍液由含有鍍覆金屬的化合物、導電的鹽類(lèi)、緩沖劑、pH調節劑和添加劑等的水溶液組成。通電后,電鍍液中的金屬離子,在電位差的作用下移動(dòng)到陰極上形成鍍層。陽(yáng)極的金屬形成金屬離子進(jìn)入電鍍液,以保持被鍍覆的金屬離子的濃度。在有些情況下,如鍍鉻,是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽(yáng)極,它只起傳遞電子、導通電流的作用。電解液中的鉻離子濃度,需依靠定期地向鍍液中加入鉻化合物來(lái)維持。電鍍時(shí),陽(yáng)極材料的質(zhì)量、電鍍液的成分、溫度、電流密度、通電時(shí)間、攪拌強度、析出的雜質(zhì)、電源波形等都會(huì )影響鍍層的質(zhì)量,需要適時(shí)進(jìn)行控制。

首先電鍍液有六個(gè)要素:主鹽、附加鹽、絡(luò )合劑、緩沖劑、陽(yáng)極活化劑和添加劑。

電鍍原理包含四個(gè)方面:電鍍液、電鍍反應、電極與反應原理、金屬的電沉積過(guò)程。

電鍍反應中的電化學(xué)反應:被鍍的零件為陰極,與直流電源的負極相連,金屬陽(yáng)極與直流電源的正極相連,陽(yáng)極與陰均浸入鍍液中。當在陰陽(yáng)兩極間施加一定電位時(shí),則在陰極發(fā)生如下反應:從鍍液內部擴散到電極和鍍液界面的金屬離子Mn+從陰極上獲得n個(gè)電子,還原成金屬M。另一方面,在陽(yáng)極則發(fā)生與陰極完全相反的反應,即陽(yáng)極界面上發(fā)生金屬M的溶解,釋放n個(gè)電子生成金屬離子Mn+。

3、分類(lèi)

(1)電鍍方式

電鍍分為掛鍍、滾鍍、連續鍍和刷鍍等方式,主要與待鍍件的尺寸和批量有關(guān)。掛鍍適用于一般尺寸的制品,如汽車(chē)的保險杠,自行車(chē)的車(chē)把等。滾鍍適用于小件,緊固件、墊圈、銷(xiāo)子等。連續鍍適用于成批生產(chǎn)的線(xiàn)材和帶材。刷鍍適用于局部鍍或修復。電鍍液有酸性的、堿性的和加有鉻合劑的酸性及中性溶液,無(wú)論采用何種鍍覆方式,與待鍍制品和鍍液接觸的鍍槽、吊掛具等應具有一定程度的通用性。

(2)鍍層分類(lèi)

若按鍍層的成分則可分為單一金屬鍍層、合金鍍層和復合鍍層三類(lèi)。

若按用途分類(lèi),可分為:

①防護性鍍層;

②防護性裝飾鍍層;

③裝飾性鍍層;

④修復性鍍層;

⑤功能性鍍層

a.單金屬電鍍

單金屬電鍍至今已有170多年歷史,元素周期表上已有33種金屬可從水溶液中電沉積制取。常用的有電鍍鋅、鎳、鉻、銅、錫、鐵、鈷、鎘、鉛、金、銀等l0余種。在陰極上同時(shí)沉積出兩種或兩種以上的元素所形成的鍍層為合金鍍層。合金鍍層具有單一金屬鍍層不具備的組織結構和性能,如非晶態(tài)Ni—P合金,相圖上沒(méi)有的各蕊sn合金,以及具有特殊裝飾外觀(guān),特別高的抗蝕性和優(yōu)良的焊接性、磁性的合金鍍層等。

b.復合鍍

復合鍍是將固體微粒加入鍍液中與金屬或合金共沉積,形成一種金屬基的表面復合材料的過(guò)程,以滿(mǎn)足特殊的應用要求。根據鍍層與基體金屬之間的電化學(xué)性質(zhì)分類(lèi),電鍍層可分為陽(yáng)極性鍍層和陰極性鍍層兩大類(lèi)。凡鍍層金屬相對于基體金屬的電位為負時(shí),形成腐蝕微電池時(shí)鍍層為陽(yáng)極,故稱(chēng)陽(yáng)極性鍍層,如鋼鐵件上的鍍鋅層;而鍍層金屬相對于基體金屬的電位為正時(shí),形成腐蝕微電池時(shí)鍍層為陰極,故稱(chēng)陰極性鍍層,如鋼鐵件上的鍍鎳層和鍍錫層等。

按用途分類(lèi)可分為:

①防護性鍍層:如Zn、Ni、Cd、Sn和Cd-Sn等鍍層,作為耐大氣及各種腐蝕環(huán)境的防腐蝕鍍層;

②防護.裝飾鍍層:如Cu—Ni—Cr、Ni-Fe-Cr復合鍍層等,既有裝飾性,又有防護性;

③裝飾性鍍層:如Au、Ag以及Cu.孫仿金鍍層、黑鉻、黑鎳鍍層等;

④修復性鍍層:如電鍍Ni、Cr、Fe層進(jìn)行修復一些造價(jià)頗高的易磨損件或加工超差件;

⑤功能性鍍層:如Ag、Au等導電鍍層;Ni-Fe、Fe-Co、Ni-Co等導磁鍍層;Cr、Pt-Ru等高溫抗氧化鍍層;Ag、Cr等反光鍍層;黑鉻、黑鎳等防反光鍍層;硬鉻、Ni.SiC等耐磨鍍層;Ni.VIEE、Ni.C(石墨)減磨鍍層等;Pb、Cu、Sn、Ag等焊接性鍍層;防滲碳鍍Cu等。

(3)材料要求

鍍層大多是單一金屬或合金,如鈦鈀、鋅、鎘、金或黃銅、青銅等;也有彌散層,如鎳-碳化硅、鎳-氟化石墨等;還有覆合層,如鋼上的銅-鎳-鉻層、鋼上的銀-銦層等。電鍍的基體材料除鐵基的鑄鐵、鋼和不銹鋼外,還有非鐵金屬,或ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料,但塑料電鍍前,必須經(jīng)過(guò)特殊的活化和敏化處理。


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