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1、電鍍電鍍L.H產品設計中心目 錄第一章 電鍍的定義 3第二章 電鍍的基本知識 3第一節 電鍍液 3第二節 電鍍反應 4第三節 電極與反應原理 5第四節 金屬的電沉積過程 5第五節 影響電鍍質量的因素 6第三章 電鍍工藝 7第一節 鍍前預處理 7第二節 鍍后處理 7第四章 鍍鋅 8第一節 鋅酸鹽鍍鋅 9第二節 氰化鍍鋅 9第三節 銨鹽鍍鋅 9第四節 氯化物鍍鋅 9第五節 硫酸鹽鍍鋅 9第六節 鍍鋅常見故障及糾正方法 10第七節 鍍鋅后除氫處理 10第八節 鋅鍍層的鈍化處理 11第五章 鍍鎳 11第一節 普通鍍鎳(暗鍍) 11第二節 光亮鎳 12第三節 高硫鎳 12第四節 鎳封 12第五節 緞面鎳
2、 12第六節 高應力鎳 13第七節 鍍多層鎳 13第八節 氨基磺酸鹽鍍鎳 13第九節 檸檬酸鹽鍍鎳 14第六章 鍍鉻 14第一節 鍍鉻層的種類 14第二節 鍍鉻的陽極 15第三節 鍍鉻工藝 15第七章 其它電鍍 17第八章 鍍層性能測試 18第一節 電鍍層外觀檢驗 18第二節 結合力試驗 18第三節 電鍍層厚度的測量 19第四節 孔隙率的測定 19第五節 鍍層顯微硬度的測定 19第六節 鍍層內應力的測試 19第七節 電鍍層脆性測試 19第八節 氫脆性的測試 20第九節 鍍層焊接性能的測試 20第九章 電鍍層的選擇及標記 21第一節 對電鍍層的要求 21第二節 鍍層使用條件的分類 21第三節 電
3、鍍層的選擇 21第四節 金屬鍍層的表示方式(GB-1238-76) 25第五節 金屬鍍層的表示方式(JIS H 0404) 25第十章 參考文獻 2931電 鍍第一章 電鍍的定義電鍍是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中以被鍍基體金屬為陰極通過電解作用使鍍液中欲鍍金屬的陽離子在基體金屬表面沉積出來形成鍍層的一種表面加工方法。鍍層性能不同于基體金屬具有新的特征。根據鍍層的功能分為防護性鍍層裝飾性鍍層及其他功能性鍍層。第二章 電鍍的基本知識第一節 電鍍液1. 主鹽主鹽是指鍍液中能在陰極上沉積出所要求鍍層金屬的鹽用于提供金屬離子。鍍液中主鹽濃度必須在一個適當的范圍主鹽濃度增加或減少在其他條件不變時都會對電沉
4、積過程及最后的鍍層組織有影響。比如主鹽濃度升高電流效率提高金屬沉積速度加快鍍層晶粒較粗溶液分散能力下降。2. 絡合劑有些情況下若鍍液中主鹽的金屬離子為簡單離子時則鍍層晶粒粗大因此要采用絡合離子的鍍液。獲得絡合離子的方法是加入絡合劑即能絡合主鹽的金屬離子形成絡合物的物質。絡合物是一種由簡單化合物相互作用而形成的“分子化合物”。在含絡合物的鍍液中影響電鍍效果的主要是主鹽與絡合劑的相對含量即絡合劑的游離量而不是絕對含量。3. 附加鹽附加鹽是電鍍中除主要鹽外的某些鹼金屬或鹼土金屬鹽類主要用于提高電鍍液的導電性對主鹽中的金屬離子不起絡合作用。有些附加鹽還能改善鍍液的深鍍能力分散能力產生細致的鍍層。4.
5、緩沖劑緩沖劑是指用來穩定溶液酸鹼度的物質。這類物質一般是由弱酸和弱酸鹽或弱鹼和弱鹼鹽組成的能使溶液遇到鹼或酸時溶液的pH值變化幅度縮少。5. 陽極活化劑3鍍液中能促進陽極活化的物質稱陽極活化劑。陽極活化劑的作用是提高陽極開始鈍化的電流密度從而保証陽極處于活化狀態而能正常地溶解。陽極活化劑含量不足時陽極溶解不正常主鹽的含量下降較快影響鍍液的穩定。嚴重時電鍍不能正常進行。6. 添加劑添加劑是指不會明顯改變鍍層導電性而能顯著改善鍍層性能的物質。根據在鍍液中所起的作用添加劑可分為光亮劑整平劑和抑霧劑等。第二節 電鍍反應1. 電化學反應下圖是電鍍裝置示意圖被鍍的零件為陰極與直流電源的負極相連金屬陽極與直
6、流電源的正極聯結陽極與陰均浸入鍍液中。當在陰陽兩極間施加一定電位時則在陰極發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個電子還原成金屬M另一方面在陽極則發生與陰極完全相反的反應即陽極界面上發生金屬M的溶解釋放n個電子生成金屬離子M n+。2. 法拉第定律電流通過鍍液時電解質溶液發生電解反應陰極上不斷有金屬析出陽極金屬不斷溶解。因此金屬的析出(或溶解)量必定與通過的電荷有關。根據大量實驗結果法拉第建立了析出(或溶解)的物質與電荷之間的關系的定律。法拉第一定律電極上析出(或溶解)物質的重量與進行電解反應時所通過的電荷成正比即m=kQ=kIt(m為電極上析出或溶解物質的質
7、量Q為通過的電荷時K為比例常數I為電流t為通電時間。法拉第第二定律在不同的電解液中通過相同的電荷量時在電極上析出(或溶解)物的物質的量相等并且析出(或溶解)1mol的任何物質所需的電荷量都是9.65X104C.這一常數稱為法拉第常數用F表示。K=M/F3. 電流效率電鍍時陰極上實際析出的物質的質量并不等于根據法拉定律得到的計算結果實際值總小于計算值這是由于電極上的反應不只一個例如鍍鎳時在陰極上除發生這一主反應外還會發生副反應。4. 電鍍液的分散能力鍍溶液的分散能力是指電鍍液所具有的使金屬層厚度均勻分布的能力也稱均鍍能力。電鍍液的分散能力越好在不同陰極部位所沉積出的金屬層厚度越均勻。5. 電鍍液
8、的覆蓋能力在電鍍生產中常用到的另一個概念是覆蓋能力亦稱深鍍能力它是指電鍍液所具有的使鍍件的深凹處沉積上金屬鍍層的能力。分散能力和覆蓋能力不同前者是說明金屬在陰極表面分布均勻程度的問題它的前提是在陰極表面都有鍍層而后者是指金屬在陰極表面的深凹處有無沉積層的問題.第三節 電極及反應機理A. 電極電位當金屬電極浸入含有該金屬離子的溶液中時存在如下的平衡即金屬失電子而溶解于溶液的反應和金屬離子得電子而析出金屬的逆反應應同時存在 Mn+ne M平衡電位與金屬的本性和溶液的溫度濃度有關。為了精確比較物質本性對平衡電位的影響人們規定當溶液溫度為250C金屬離子的濃度為1mol/L時測得的電位叫標准電極電位。
9、標准電極電位負值較大的金屬都易失掉電子被氧化而標准電極電位正值較大的金屬都易得到電子被還原。B. 極化所謂極化就是指有電流通過電極時電極電位偏離平衡電極電位的現象。所以又把電流-電位曲線稱為極化曲線。產生極化作用的原因主要是電化學極化和濃差極化。(1) 電化學極化由于陰極上電化學反應速度小于外電源供給電子的速度從而使電極電位向負的方向移動而引起的極化作用。(2) 濃差極化由于鄰近電極表液層的濃度與溶液主體的濃度發生差異而產生的極化稱濃差極化這是由于溶液中離子擴散速度小于電子運動造成的。第四節 金屬的電積過程電鍍過程是鍍液中的金屬離子在外電場的作用下經電極反應還原成金屬原子并在陰極上進行金屬沉積
10、的過程。下圖(1-2)是電沉積過程示意圖完成電沉積過程必須經過以下三個步驟液相傳質鍍液中的水化金屬離子或絡離子從溶液內部向極界面遷移到達陰極的雙電層溶液一側。電化學反應水化金屬離子或絡離子通過雙電層并去掉它周圍的水化分子或配位體層從陰極上得電子生成金屬原子。有三種方式電遷移對流和擴散。電結晶金屬原子沿金屬表面擴散到結晶生長點以金屬原子態排列在晶格內形成鍍層。電鍍時以上三個步驟是同時進行的但進行的速度不同速度最慢的一個被稱為整個沉積過程的控制性環節。不同步驟作為控制性環節最后的電沉積結果是不一樣的。1-2第五節 影響電鍍質量的因素影響電鍍質量的因素很多包括鍍液的各種成分以及各種電鍍工藝參數。下面
11、就其中某些主要因素進行討論。1. pH值的影響鍍液中的pH值可以影響氫的放電電位鹼性夾雜物的沉澱還可以影響絡合物或水化物的組成以及添加劑的吸附程度。但是對各種因素的影響程度一般不可預見。最佳的pH值往往要通過試驗決定。在含有絡合劑離子的鍍液中pH值可能影響存在的的各種絡合物的平衡因而必須根據濃度來考慮。電鍍過程中若pH值增大則陰極效率比陽極效率高pH值減少則反之。通過加入緩沖劑可以將pH值穩定在一定范圍。2. 添加劑的影響鍍液中的光亮劑整平劑潤濕劑等添加劑能明顯改善鍍層組織。對此添加劑有無機和有機之分。無機添加劑起作用的原因是由于它們在電解液中形成高分散度的氫氧化物或硫化物膠體吸附在陰極表面阻
12、礙金屬析出提高陰極極化作用。有機添加劑起作用的原因是這類添加劑多為表面活性物質它們會吸附在陰極表面形成一層附膜阻礙金屬析出因而提高陰極極化作用。另外某些有機添加劑在電解液中形成膠體會與金屬離子絡合形成膠體-金屬離子型絡合物阻礙金屬離子放電而提高陰極極化作用。3. 電流密度的影響任何電鍍都必須有一個能產生正常鍍層的電流密度范圍。當電流密度過低時陰極極化作用較小鍍層桔晶粗大甚至沒有鍍層。隨著電流密度的增加陰極極化作用隨著增加鍍層晶粒越來越細。當電流密度過高超過極限電流密度時鍍層質量開始惡化甚至出現海綿體枝晶狀燒焦及發黑等。電流密度的變化的上限和下限是由電鍍液的本性濃度溫度和攪拌等因素決定的。一般情
13、況下主鹽濃度增大鍍層溫度升高以及有攪拌的條件下可以允許采用較大的電流密度。4. 電流波形的影響電流波形的影響是通過陰極電位和電流密度的變化來影響陰極沉積過程的它進而影響鍍層的組織結構甚至成分使鍍層性能和外觀發生變化。實踐証明三相全波整流和穩壓直流相當對鍍層組織几乎沒有什么影響而其他波形則影響較大。5. 溫度的影響鍍液溫度的升高能擴散加快降低濃差極化此外升溫還能使離子的脫水過程加快。離子和陰極表面活性增強也降低了電化學極化導致結晶變粗。另一方面溫度升高能增加鹽類的溶解度從而增加導電和分散能力還可以提高電流密度上限從而提高生產效率。6. 攪拌的影響攪拌可降低陰極極化使晶粒變粗但可提高電流密度從而提
14、高生產率。此外攪拌還可增強整平劑的效果。第三章 電鍍工藝電鍍工藝過程一般包括電鍍前預處理電鍍及鍍后處理三個階段。第一節 鍍前預處理鍍前預處理的目的是為了得到干淨新鮮的金屬表面為最后獲得高質量鍍層作准備。主要進行脫脂去鏽蝕去灰塵等工作。步驟如下第一步 使表面粗糙度達到一定要求可通過表面磨光拋光等工藝方法來實現。第二步 去油脂可采用溶劑溶解以及化學電化學等方法來實現。第三步 除鏽可用機械酸洗以及電化學方法除鏽。第四步 活化處理一般在弱酸中侵蝕一定時間進行鍍前活化處理第二節 鍍后處理1. 鈍化處理。所謂鈍化處理是指在一定的溶液中進行化學處理在鍍層上形成一層堅實致密的穩定性高的薄膜的表面處理方法。鈍化
15、使鍍層耐蝕性大大提高并能增加表面光澤和抗污染能力。這種方法用途很廣鍍Zn,Cu等后都可進行鈍化處理。2. 除氫處理。有些金屬如鋅在電沉積過程中除自身沉積出來外還會析出一部分氫這部分氫滲入鍍層中使鍍件產生脆性甚至斷裂稱為氫脆。為了消除氫脆往往在電鍍后使鍍件在一定的溫度下熱處理數小時稱為除氫處理。第四章 鍍鋅 鋅鍍層的外觀呈青白色標准電極電位為-0.76V易溶于酸溶于鹼是曲型的兩性金屬。鋅在干燥空氣中几乎不發生變化鋅腐蝕的臨界濕度大于70%因此在潮濕大氣中能與二氧化碳和氧作用生成一層主要由鹼式碳酸鋅組成的薄膜這層膜有一定的緩蝕作用鋅與硫化氫等含硫化物起反應生成硫化鋅鋅易受氯離子浸蝕故在海水中不穩定
16、。 鋅在密閉或通風不良空氣潮濕的條件下與非金屬材料的揮發物(低分子羧酸醛酚氨等)接觸時鋅易遭腐蝕生成白色疏松的腐蝕產物俗稱”白霜”。鋅在高溫高濕密閉條件下與膠木油漆木材釋放的揮發物接觸鋅有生長細絲狀單晶的傾向俗稱”長毛” 鋅的標准電位比鐵負對鋼鐵而言是陽極性鍍層可提供可靠的電化學保護。在工業大氣農村大氣和海洋性大氣中使用的鋼鐵制品均可選擇鋅作保護層其防護壽命几乎與鋅層厚度成正比關系。凡屬有工業廢氣污染的大氣中鋅鍍層的耐蝕優于鎘鍍層在海上或海水中則相反。 鋅鍍層經鉻酸鹽鈍化之后耐蝕性可提高68倍。故鍍鋅鈍化處理是必不可少的的步驟。在鈍化膜上進行有機染色可作低檔產品的防護-裝飾鍍層。 為降低鋅鍍層
17、厚又能提高耐蝕能力國內外采如下兩種措施一是提高鈍化膜的質量如用藍色綠色軍綠色黑色鈍化代替常規的彩虹色鈍化膜尤以軍綠化鈍化膜耐蝕性最好二是以較薄的含鐵0.3%0.6%的Zn-Fe合金或含鎳6%10%的Zn-Ni合金代替純鋅鍍層耐蝕性能提高三倍以上廣泛用于汽車鋼板上代替鍍鋅。 鋅鍍層的使用溫度不得超過2500C,在此溫度上鋅結晶組織變形發脆耐蝕性下降。有耐蝕耐熱要求的零件宜用Zn-Ni合金層。 鍍鋅電解液可分為鹼性和弱酸性兩大類國內外常用的有無氰鋅酸鹽鍍鋅氰化鍍鋅銨鹽鍍鋅氰化物鍍鋅硫酸鹽鍍鋅等。就國內而言無氰鋅酸鹽鍍鋅仍是主流。近年來由于鍍鋅添加劑的性能的改進提高氰化物鍍鋅和低氰光亮鍍鋅發展較快而
18、銨鹽鍍鋅在繼續下降。 選擇鍍液要根據鍍件材質形狀外觀要求而定如沖壓小件和復雜件特別是需要輔助陽極的深孔或管狀件宜選用鹼性鍍液件和對氫脆敏感的零件宜用弱酸性鍍鋅液。當采用兩種性能不同的鍍液時對生產十分有利。第一節 鋅酸鹽鍍鋅1. 鋅酸鹽鍍液的特點1不用劇毒的氰化物廢水易處理2鍍層結晶細密光澤好分散能力和深鍍能力接近氰化鍍液適合復雜形狀的零件電鍍3鍍液穩定操作方便4對設備無腐蝕性5綜合經濟效益好。這種鍍液亦存在沉積速度慢允許溫度范圍窄(高于400C不好)厚度超過15um時有脆性鑄鍛件較難電鍍以及工作時會產生刺激性氣體逸出必須要安裝通風裝置等缺點。2. 鋅酸鹽鍍液之鍍液成分A氧化鋅(純度大于98%)
19、B氫氧化鈉CDE和DPE添加劑D光亮劑E水3. 維護管理技朮A嚴格控制鋅鹼濃度和比值B主添加劑和光亮劑都只能靠經驗補加C注意溫度和電流密度的相互關系D極間距離及電極排布E雜質的危害及清除F可能產生的故障及糾正方法第二節 氰化鍍鋅1. 氰化鍍鋅具有分散能力和深鍍能力好結晶細密與基體結合力好耐蝕性能好工藝范圍寬鍍液穩定易操作對雜質不太敏感等優點。但是劇毒嚴重污染境。現在大部分應用無氰鍍鋅或低氰鍍鋅。2. 氰化鍍鋅的鍍液組成A氧化鋅B氰化鈉C氫氧化鈉D氰化鍍鋅光亮劑第三節 銨鹽鍍鋅1. 從氯化銨-氨羧絡合劑鍍鋅電解液中沉積的鋅層結晶細致鍍層光澤美觀分散能力和深鍍能力好適合于復雜零件的電鍍。該工藝曾在
20、我國普啟遍應用但在生產中發現該類鍍液存在鈍化膜易變色鍍液腐蝕性大廢水中重金屬難處理氨對魚類有毒等問題。從70年代后期逐漸被鋅酸鹽鍍鋅所取代。為發揮弱酸鍍鋅的優點。80年代起無氨氯化物鍍鋅在我國崛起銨鹽鍍鋅應用時不斷下降。第四節 氯化物鍍鋅1. 氯化物鍍鋅是八十年代初發展起來的光亮鍍鋅工藝。氯化物鍍液的特點A是不含絡合劑的單鹽鍍液廢水極易處理B鍍層的光亮性和整平性優于其鍍液體系C電流效率高沉積速度快D氫過電位低的鋼材如高碳鋼鑄件鍛件等容易施鍍。2. 氯化物鍍鋅鍍液成分A氯化鋅B氯化鉀C硼酸D添加劑(主光亮劑載體光亮劑輔助光亮劑)第五節 硫酸鹽鍍鋅1. 硫酸鹽鍍鋅的分散能力比前述几種鍍鋅溶液差些且
21、結晶較粗為改善鍍液性能引入阿拉伯樹膠或天然桃膠對細化結晶有效果但貨源不足。為此近來國內外電鍍工作者開發了由芳香族醛或酮磺酸鹽聚醚化合物和芳香族磺酸鹽組合的光亮劑使鍍液和鍍層性能獲得很大改善鍍層細致光亮。由于這種鍍液成本低電流效率高可使用很高的電流密度沉積速度快適合于電鍍外形簡單的線材帶材板材和管材的內壁。鍍液的pH值較低有的還有氯化物所以對設備有腐蝕性。2. 硫酸鹽鍍鋅鍍液組成A硫酸鋅是主鹽B硫酸鈉氯化銨是導電鹽C硫酸鋁明礬和硼酸是緩沖劑D糊精為細化結晶提高分散能力E硫鋅第六節 鍍鋅常見故障及糾正方法(1-3)鍍鋅常見故障及糾正方法故障現象可能產生的原因糾正方法鍍層粗糙灰暗溶液混蝕電流密度過高
22、pH值太高緩沖劑不足光亮劑不足降低電流密度降低pH值按分析補加緩沖劑增加光亮劑沉積速度慢鋅含量低pH值低導電鹽不足電流密度低增加鋅陽極提高pH值增加導電鹽提高電流密度鍍層有灰斑低電流區更多電流密度低光亮劑不足pH值太高金屬雜質太多提高電流密度添加光亮劑降低pH值用鋅粉處理或低電流密度電解鍍層易燒焦電流密度提不高鋅濃度低pH值太高導電鹽少光亮劑不足分析補充降低pH值分析補充添加光這劑干燥后零件表面有”白霜”鍍后清洗不淨加強鍍后清洗1-3第七節 鍍鋅后除氫處理1. 鋼鐵零件鍍鋅過程中除鋅的電沉積外往往伴有隨有氫離子還原析氫的副反應氫還原后一部分變成氣體逸出還有一部分以氫的原子形態滲入到鍍層和基體金
23、屬晶格的點陣中去造成晶格歪扭零件內應力增加鍍層和基體變脆人們稱之為氫脆。除氫采用加熱處理法將氫從零件內部趕出去。除氫效果與除氫溫度保溫時間有關。溫度高時間長除氫越徹底。但加熱溫度不能太高超過2500C鋅結晶組織變形發脆耐蝕性明顯下降。一般采用190230OC23h。滲碳件和錫焊件除氫溫度是140160OC保溫3h。第八節 鋅鍍層的鈍化處理1. 鋅的化學性質活潑在大氣中容易氧化變暗最后產生白鏽腐蝕。鍍鋅經過鉻酸鹽處理以便在鋅上覆蓋一層化學轉化膜使活潑的金屬處于鈍態這就叫鉻酸鹽鈍處理。膜厚0.5um能使鋅的耐蝕性提高68倍并賦予鋅以美麗的外觀和抗污染能力。2. 鈍化膜從外觀可分白鈍化淡藍色彩虹色鈍
24、化金黃色黑色鈍化軍綠色鈍化。這些鈍化膜耐蝕強弱的順序是軍綠色黑色彩虹色金黃色淡藍色白色。所以凡用于耐蝕目的機械零件鍍鋅都必須進行彩虹色鈍化。3. 鈍化液依濃度可分為高濃度中濃度低濃度三種。因鈍化中生產消耗鉻酸不足5%而95%被零件帶出損失造成嚴重的環境污染。采用低濃度鈍化液可降低生產成本減輕污染鈍化膜質量與高濃度鉻酸鈍化作用故以低鉻鈍化為主。4. 組成鉻酸鈍化液的三要素一主鹽及其濃度二活化劑及其濃度三一定的氫離子濃度(pH值)第五章 鍍鎳 鎳是銀白色微黃的金屬具有鐵磁性密度8.9/g.cm-2熔點為14530C。金屬鎳易溶于稀硝酸難溶于鹽酸和硫酸在硝酸中處于鈍化狀態。在空氣中鎳與氧作用表面迅速
25、生成一極薄的鈍化膜能抵抗大氣鹼和一些酸的腐蝕。鎳與強鹼不發生作用。鎳的標准電極電位為-0.25V鍍鎳的應用很廣可分為防護裝飾性和功能性兩方面。第一節 普通鍍鎳(暗鍍)1. 普通電鍍又稱暗鎳工藝根據鍍液的性能和用途普通鍍鎳可以分為低濃度的預液普通鍍液瓦特液和滾鍍液等。 預鍍液經預鍍可保証層與銅鐵基體和隨后的鍍銅層結合力良好。 普通液該鍍液的導電性好可在較低溫度下電鍍節省能源使用比較方便。 瓦特液滿足小零件的電鍍但鍍液必須要有良好的導電性和覆蓋能力。2. 鍍液配制方法 根據容積計算好所需要的化學藥品分別用熱水溶解混合在一個容器中加蒸餾水稀釋到需體積靜置到所需體積靜置澄清用虹汲法或過濾法把鍍液引入鍍
26、槽再加入已經溶解的十二基硫酸鈉溶液攪拌均勻取樣分析經調整試鍍合格后即可生產。3. 鍍鎳用陽極 鎳陽極材料的純度是電鍍中最重要的條件鎳的含量99%不純的陽極導致鍍液污染使鍍層的物理性能變壞。 在鍍鎳中比較適宜的鎳陽極有以下几種1.含碳鎳陽極2.含氧鎳陽極3.含硫鎳陽極。第二節 光亮鎳 鍍光亮鎳有很多優點不僅可以省去繁重的拋光工序改善操作條件節約電鍍和拋光材料還能提高鍍層的硬度便于實現自動化生產但是光亮鍍鎳層中含硫內應力和脆性較大耐蝕性不如鍍暗鎳層為了克服這些缺點可采用多層鍍鎳工藝使鍍層的機械性能和耐蝕性得到顯著的改善。第三節 高硫鎳 高硫鎳一般含量為0.120.25%。這種鎳具有比銅銅錫合暗鎳光
27、亮鎳半光亮鎳鉻等都高的電化學活性。高硫鎳鍍層主要用于鋼鋅合金基體的防保-裝飾性組合鍍層的中間層其原理是上層這鎳比下層半亮鎳含硫量高因而使兩層間的電位差到100140mV這樣使雙層鎳由單層鎳的縱向腐蝕轉變為橫向腐蝕構成對鋼鐵基體的電化學保護作用。第四節 鎳封 鎳封是在一般光亮鎳液中加入直徑在0.011um之間的不溶性固體微粒(Sio2等)在適當的共沉積促進劑幫助下使這些微粒與鎳共沉積而形成復合鍍鎳層。當在這種復合鍍鎳層表上沉積鉻層時由于復合鍍鎳層表面上的固體微粒不導電鉻不能沉積在微粒表面上因而在整個鍍鉻層上的形成大量微孔即形成微孔鉻層。表面存大的大量微孔可在很大程度上消除普通鉻層中存的巨大內應力
28、因而減少了鍍層的應力腐蝕尤為重要的是鉻層上的大量微孔將鉻層下面的鎳層大面積地暴露出來在腐蝕介質的作用下鉻與鎳組成腐蝕電池鉻層為陰極微孔處暴露的鎳層為陽極而遭腐蝕從而改變了大陰極小陽極的腐蝕模式使得腐蝕電流几乎被分散到整個鍍鎳層上從而防止了產生大而深的直貫基體金屬的少量腐蝕溝紋和凹坑并使鍍層的腐蝕速度減小且向橫向發展因而保護了基體金屬顯著的提高了鍍層的耐腐蝕性能。第五節 緞面鎳 緞面鎳又叫緞狀鎳。緞面鎳與鎳封工藝沒有本質的區別。它具綢緞狀的外觀鍍絡后不會像光亮鎳鍍層鍍鉻那樣有閃光因而人眼注視后不會覺得疲勞可以作為避免光線反射的防眩鍍層。這類鍍層在汽車反光鏡車輛內部注視零件醫療手朮器械機床零件眼鏡
29、鏡框等表面已得到廣泛應用。第六節 高應力鎳 在特定的鍍鎳液中加入適量的添加劑能獲得應力較大的容易龜裂成微裂紋的鎳層這種鎳層叫做高應力鎳。 高應力鎳是在光亮鎳的表面上再鍍一層1um左右的鎳層。由于高應力鎳的內應力大所以在它的表面按常規再鍍0.20.3um的普通鉻層后在鉻層與高應力鎳應力的相互作用處高應力鎳層即產生大量微裂紋并導致鉻層表面也形成均勻的微裂紋。與鎳封一樣鉻層成為微間斷鉻只是由高應力得到的是微間斷鉻在腐蝕介質的作用下這些裂紋部位殂成無數個微電池使腐蝕電流分散在微裂紋處從而使整個鍍層的而蝕性能得到明顯的提高見下圖1-41-4第七節 鍍多層鎳 鍍多層鎳是在同一基體上選用不同的鍍液成分及工藝
30、條件獲得二層或三層的鍍鎳層目的是在不增加鎳層厚度或減低鎳層的基礎上增加鎳層的耐蝕能力。目前在生產上應用較多的多層鎳/鉻組合層休系有雙層鎳 半光亮鎳/光亮鎳/鉻三層鎳 半光這鎳/高硫鎳/光亮鎳/鉻 半光這鎳/光亮鎳/鎳封/鉻(微孔鉻) 半光這鎳/光亮鎳/高應力鎳/鉻(微裂紋鉻)第八節 氨基磺酸鹽鍍鎳 氨基磺酸鹽鍍鎳的主要優點是所得到的電鍍層應力低鍍液沉積速度快但價格較貴用于電鑄和印刷電路板鍍金前鍍鎳。第九節 檸檬酸鹽鍍鎳 檸檬酸鹽鍍鎳工藝主要用于鋅壓鑄件的電鍍。主要的維護措施是控制硫酸鎳與檸檬酸鹽之比在11.11.2溫度不可過高以防止檸檬酸鹽分解嚴格控制pH值零件入槽進采用沖擊電流(23A/dm
31、2)以保証結合力良好。第六章 鍍鉻 鉻是一種微帶天藍色的銀白色金屬。電極電位雖位很負但它有很強的鈍化性能大氣中很快鈍化顯示出具有貴金屬的性質所以鐵零件鍍鉻層是陰極鍍層。鉻層在大氣中很穩定能長期保持其光澤在鹼硝酸硫化物碳酸鹽以及有機酸等腐蝕介質中非常穩定但可溶于鹽酸等氫鹵酸和熱的濃硫酸中。 鉻層硬度高耐磨性好反光能力強有較好的耐熱性。在500OC以下光澤和硬度均無明顯變化溫度大于500OC開始氧化變色大于700OC才開始變軟。 由于鍍鉻層的優良性能廣泛用作防護一裝飾鍍層體系的外表層和機能鍍層。 鍍鉻的特點1鍍鉻用含氧酸作主鹽鉻和氧親和力強電析困難導流效率低2鉻為變價金屬又有含氧酸根故陰極還原過程
32、很復雜3鍍鉻雖然極化值很大但極化度很小故鍍液的分散能力和覆蓋能力還差往往要采用輔助陽極和保護陰極4鍍鉻需用大電流密度而電流效率很低大量析出氫氣導致鍍液歐姆電壓降大故鍍鉻的電壓要比較高5鍍鉻不能用鉻陽極通常采用純鉛鉛錫合金鉛銻合金等不溶性陽極。 鍍鉻過程的特異現象1隨主鹽鉻酐濃度升高而電流效率下降2隨電流密度升高而電流效率提高3隨鍍液溫度提高而電流效率降低4隨鍍液攪拌加強而電流效率降低甚至不能鍍鉻。第一節 鍍鉻層的種類 裝飾性鍍鉻是鍍鉻工藝中應用最多的。裝飾鍍鉻的特點是1要求鍍層光亮2鍍液的覆蓋能力要好零件的主要表面上應覆蓋上鉻3鍍層厚度薄。防護-裝飾鍍鉻廣泛用于汽車自行車日用五金制品家用電器儀
33、器儀表機械船舶艙內的外露零件等。經拋光的鉻層有很高的反射系數可作反光鏡。 硬鉻在一下條年下沉積的鉻鍍層具有很高硬度和耐磨損性能硬鉻的維氏硬度達到9001200kg/mm2,鉻是常用鍍層中硬度最高的鍍層可提高零件的耐磨性延長使用壽命。 乳白鉻鍍層在較高溫度(6575OC)和較低電流密度下(205A/dm2)獲得的乳白色的無光澤的鉻稱為乳白鉻。鍍層韌性好硬度較低孔隙少裂紋小色澤柔和消光性能好常用于量具分度盤儀器面板等鍍鉻。 松孔鍍鉻通常在硬鉻之后用化學或電化學將鉻層的粗裂紋進一步擴寬加深以便吸藏更多的潤滑油脂提高其耐磨性這就叫松孔鉻。松孔鍍鉻層應用于受重壓的滑動摩擦件及耐熱抗蝕耐磨的零件如內燃機汽
34、缸內腔活塞環等。 黑鉻在不含硫酸根而含有催化劑的鍍鉻中可鍍取純黑色的鉻層。以氧化鉻為主成分故耐蝕性和消光性能優良應用于航空光學儀器太陽能吸收板及日用品之防護-裝飾。第二節 鍍鉻的陽極 與一般電鍍不同鍍鉻用鉛和鉛合金等不溶性陽極這就是鍍鉻過程的特殊性決定的。1鍍鉻中若采用鉻作陽極陽極電流效率接近100%高陰極電流效率僅8%13%鉻的濃度會不斷升高2鍍鉻是六價鉻直接還原的而鉻陽極溶解的鉻成不同價態而且以三價鉻為主會導致三價鉻迅速增加六價鉻不斷降造成故障3金屬鉻很脆難以成型和機加工。第三節 鍍鉻工藝國內常規鍍鉻工藝規范(見下表1-5)1-5國內加添加劑的中低濃度鍍鉻工藝規范(見下表1-6)1-6國外
35、加添加劑鍍鉻工藝規范(見下表1-7)1-7第七章 其它電鍍 鍍銅鍍銅層呈粉紅色質柔軟具有良好的延展性導電性和導熱性易于拋光經適當的化學處理可得古銅色銅綠色黑色和本色等裝飾色彩。鍍銅易在空氣中失去光澤與三氧化碳或氯化物作用表面生成一層鹼式碳酸銅或氯化銅膜層受到硫化物的作用會生成棕色或黑色硫化銅因此做為裝飾性的鍍銅層需在表面涂覆有機覆蓋層。 鍍鎘鎘是銀白色有光澤的軟質金屬其硬度比錫硬比鋅軟可塑性好易于鍛造和輾壓。鎘的化學性質與鋅相似但不溶解于鹼液中溶于硝酸和硝酸銨中在稀硫酸和稀鹽酸中溶解很慢。鎘的蒸氣和可溶性鎘鹽都有毒必須嚴格防止鎘的污染。因為鎘污染后的危害很大價格昂貴所以通常采用鍍鋅層或合金鍍層
36、來取代鍍鎘層。目前國內生產中應用較多的鍍鎘溶液類型有氨羧絡合物鍍鎘酸性硫酸鹽鍍鎘和氰化物鍍鎘。此外還有焦磷酸鹽鍍鎘鹼性三乙醇胺鍍鎘和HEDP鍍鎘等。 鍍錫錫具有銀白色的外觀原子量為118.7密度為7.3g/cm3,熔點為2320C原子價為二價和四價故電化當量分別為2.12g/A.h和1.107g/A.h。錫具有抗腐蝕無毒易鐵焊柔軟和延展性好等優點。錫鍍層有如下特點和用途1化學穩定性高2在電化序中錫的標准電位紕鐵正對鋼鐵來說是陰極性鍍層只有在鍍層無孔隙時才能有效地保護基體3錫導電性好易焊4錫從-130C起結晶開始開始發生變異到-300C將完全轉變為一種晶型的同素異構體俗稱”錫瘟”此時已完全失去錫
37、的性質5錫同鋅鎘鍍層一樣在高溫潮濕和密閉條件下能長成晶須稱為長毛6鍍錫后在2320C以上的熱油中重溶處理可獲得有光澤的花紋錫層可作日用品的裝飾鍍層。 電鍍單金屬方面還有鍍鉛鍍鐵鍍銀鍍金等。 電鍍合金方面有電鍍銅基合金電鍍鋅基合金電鍍鎘基銦基合金電鍍鉛基錫基合金電鍍鎳基鈷基合金電鍍鈀鎳合金等。 復合電鍍方面有鎳基復合電鍍鋅基復合電鍍銀基復合電鍍金剛石鑲嵌復合電鍍。第八節 鍍層性能測試第一節 電鍍層外觀檢驗 金屬零件電鍍層的外觀檢驗是最基本最常用的檢驗方。外觀不合格的鍍件就無需進行其它項目的測試。 檢驗時用目力觀察按照外觀可將鍍件分為合格的有缺陷的和廢品三類。 外觀不良包括有針孔麻點起瘤起皮起泡脫落陰陽面斑點燒焦暗影樹枝狀和海綿狀江沉積層以及應當鍍覆而沒有鍍覆的部位等缺陷。第二節 結合力試驗 鍍層結合力是指鍍層與基體金屬的結合強度即單位面積的鍍層從基體金屬上剝離所需要的力。 鍍層結合力不好多數原因是鍍前外理不良所致。另外鍍液成分與工藝規范不當或基體金屬與鍍層金屬的熱膨脹系數縣殊均對鍍層結合力有明顯影響。 評定鍍層與基體金屬結合力通常采用定性方法。車間定性測量法是以鍍層金屬和基體金屬的物理-機械性能的不同為基礎即當試樣經受不均勻變形熱應力和外力的直接作用后檢查鍍層是否有結合不良現象。具體方法可根據
