电镀应用原理及发展现状的可行性研究

第一节  电镀的简介

电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程,是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化(如锈蚀),提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等)及增进美观等作用。不少硬币的外层亦为电镀。(可行性研究

第二节 电镀的应用原理

电镀需要一个向电镀槽供电的低压大电流电源以及由电镀液、待镀零件(阴极)和阳极构成的电解装置。其中电镀液成分视镀层不同而不同,但均含有提供金属离子的主盐,能络合主盐中金属离子形成络合物的络合剂,用于稳定溶液酸碱度的缓冲剂,阳极活化剂和特殊添加物(如光亮剂、晶粒细化剂、整平剂、润湿剂、应力消除剂和抑雾剂等)。电镀过程是镀液中的金属离子在外电场的作用下,经电极反应还原成金属原子,并在阴极上进行金属沉积的过程。因此,这是一个包括液相传质、电化学反应和电结晶等步骤的金属电沉积过程。

在盛有电镀液的镀槽中,经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极,用镀覆金属制成阳极,两极分别与直流电源的正极和负极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后,电镀液中的金属离子,在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液,以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下,如镀铬,是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极,它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度,需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时,阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量,需要适时进行控制。

首先电镀液有六个要素:主盐、附加盐、络合剂、缓冲剂、阳极活化剂和添加剂。

电镀原理包含四个方面:电镀液、电镀反应、电极与反应原理、金属的电沉积过程。

电镀反应中的电化学反应:下图是电镀装置示意图,被镀的零件为阴极,与直流电源的负极相连,金属阳极与直流电源的正极联结,阳极与阴均浸入镀液中。当在阴阳两极间施加一定电位时,则在阴极发生如下反应:从镀液内部扩散到电极和镀液界面的金属离子Mn+从阴极上获得n个电子,还原成金属M。另一方面,在阳极则发生与阴极完全相反的反应,即阳极界面上发生金属M的溶解,释放n个电子生成金属离子Mn+。

第三节 电镀行业的发展现状

(1)直流发电机阶段这种电源耗能大、效率低、噪声大.已经被淘汰。

(2) 硅整流阶段是直流发电机的换代产品,技术十分成熟,但效率低,体积大,控制不方便。仍有许多企业使用这种电镀电源。

(3) 可控硅整流阶段是替代硅整流电源的主流电源,具有效率高、体积小、调控方便等特点。随着核心器件——可控硅技术的成熟与发展.该电源技术日趋成熟,已获得广泛应用。

(4) 晶体管开关电源即脉冲电源阶段脉冲电镀电源是当今最为先进的电镀电源,它的出现是电镀电源的一次革命。这种电源具有体积小、效率高、性能优越、纹波系数稳定.而且不易受输出电流影响等特点。脉冲电镀电源是发展的方向,现已开始在企业中使用。

合金电镀

3.1 高耐蚀锌合金电镀工艺

锌合金是指以锌为主要成分并含有少量其它金属的合金。已用于生产的二元锌合金有:Zn-Ni,Zn-Co,Zn-Fe,Sn-Zn。Zn-Ti,Zn-Cr,Zn-P,Zn-Mn等还在开发研制试应用中,锌合金具有良好的防护性能,故常称之为高耐蚀合金镀层,其中研究的比较多,且应用比较广泛的主要是锌和铁族金属形成的合金,即锌-镍、锌-钴和锌-铁。铁族金属的原子结构和性质相近,它们与锌形成合金的共沉积特性也很相似。从电极电位来看,铁族金属的电位比锌正的多,但在共沉积时,锌比铁族金属容易沉积而优先沉积,这种沉积称为异常共沉积。其原因是当锌与铁族金属在阴极表面共沉积时,随着阴极表面H2的析出,使表面pH升高,在阴极表面生成了氢氧化锌胶体薄膜,致使铁族金属离子在阴极表面受到抑制而难以沉积,于是锌在阴极表面优先析出。

3.1.1 电镀锌-铁合金工艺及钝化处理

已获得工业应用的锌-铁合金有两种:一种是含铁量高的合金,该镀层不易钝化,易磷化处理,对油漆有良好的结合力,多用于钢板和钢带的表面处理,作为电泳漆的底层;另一种是含微量铁的锌-铁合金,镀层易钝化,耐蚀性能优良,特别经过黑色钝化,其耐蚀性有很大提高。锌-铁合金工艺也可分为酸性和碱性两种类型,合金镀层含铁量一般在0.2%~0.7%之间,镀液中三价铁离子不能含量过高,否则会降低阴极电流效率,结晶粗大。以下仅介绍低铁含量电镀工艺。

首饰电镀

电镀是首饰生产过程中应用非常广泛的表面优化处理技术,是利用电化学的方法,在首饰的表面沉淀形成金属和合金镀层的工艺方法。所谓电镀,是把镀液中的金属离子,在外电场的作用下,经过电极反应还原成为金属原子,并在阴极上进行金属沉淀,从而在首饰表面形成了一个镀层,从而有效地改变了首饰的纹理、色彩、质感,以防止蚀变,对首饰起到美化和延长使用寿命的作用。

根据电镀使用的目的来分类,电镀可以分为防护性电镀和装饰性电镀两种。

防护性电镀主要是为了防止金属腐蚀,通常使用镀锌、镀铑、镀锡等。在银饰品上很常用。我们知道,银很容易氧化变黑,对首饰的表现很不利,通常会电镀来保护。宝珑网的925银首饰,都有镀铑。铑是昂贵的贵金属,性质稳定,色泽洁白,跟铂金一样,可以有效地防止925银氧化变黑,又很漂亮。

装饰性电镀主要是以装饰为目的,当然也会有一定的防护性。为了美化,多半装饰性电镀是由多层电镀层组合出来的电镀。通常是在首饰上先镀一层底层,然后再镀上表面层,有时,还有一个中间层。在贵金属电镀和仿真首饰中这类电镀应用广泛。这类电镀的首饰,镀层往往是很高档的贵金属,比如黄金、18k金、彩色金属等,而其基本材质往往是小五金,或者非贵金类的物质。

塑料镀件

塑料电镀的镀件易漂浮,与挂具接触的地方易被烧焦因为塑料的比重小,所以在溶液中易浮起。

灯罩外形就象一个小盘一样,内表面凹进去,边上有两个小孔,开始只用一根铜丝卡着两个小孔进行电镀。

由于电镀中气体的放出,灯罩易与铜丝脱离,加之铜丝也轻,不足以使灯罩浸入溶液里。后来在铜丝上附上重物,解决了漂浮问题。铜丝与灯罩的接触点被烧焦,并露出塑料,是因导电不良引起的。

解决方法:为了解决塑料电镀工件漂浮与导电问题,我们设计了专门的夹具。夹具有一定的重量,上灯罩后不再浮起,再用两个较宽的导电片卡在灯罩的孔上,使各处电流均匀,接触点就不会烧焦了。

第四节 电镀的应用范围

原因分析

(1)严防镀液加温过高。当镀液加温过高时,镀液会加速蒸发和分解,气雾中含有高浓度的溶质成分。这时会严重污染环境,尤其是酸、碱气雾,氰化物和铬雾对环境的影响和人体危害会更大。

(2)严格防止镀液被排风机吸走。当排风机配备不当,镀液液位过高,这时镀液容易被吸走,在槽盖未启开之前尤为严重,既引起环境污染,又会造成镀液损耗,出现这种情况时要及时采取措施予以解决,如降低镀液液位,调整吸风口宽度,在室外的排风机之前的管道下方设一个集液器,以便收集吸入的镀液或冷凝水。

(3)减轻镀液大处理时的损耗。镀液大处理过程中若不加以注意,则镀液的损耗量是相当大的,通常的损耗量达2%~3%,即1000L镀液经处理之后往往需补充20~30L纯净水,及相应的化工材料,才能恢复到原来的液位和原来的浓度,操作时若能细心一点,机械过滤与手工过滤相配合,让镀液尽可能由槽底的沉淀物中滤出来,则可大大减轻镀液的损耗,从而既节省材料的损耗,又能大大改善对环境的污染程度。

(4)防止镀槽、加温(冷却)管渗漏造成污染。电镀槽或加温管渗漏往往会造成严重污染,其渗漏原因随制造材料及不同镀种各有区别。

采取措施

1.预防方法:在靠近阳极的槽壁竖块耐温玻璃或塑料板,起到隔断阳极板与槽衬的接触,减轻腐蚀机会。补救方法:在铁质外壳槽的液位以下3~5cm处钻个声l~1.5mm的小孔,当内衬铅槽损坏时,镀铬溶液即会由此射出,通过这一信号即可知道内衬槽已损坏,可当即进行修复,从而可以避免更大事故的发生。

2.铅质加温(降温)管的渗漏原因及预防方法。铅质加温(降温)管的渗漏原因与铅质衬槽渗漏有某些相似,但它还有因承受压力引起膨胀而造成损裂的可能,铅管渗漏对环境的危害同样很厉害,一旦渗漏即有可能使槽内溶液随蒸汽或水射出槽外,若回汽回人锅炉,则危害性更大,有可能为此而毁坏锅炉而发生更大事故。

3.塑料镀槽渗漏原因及预防方法。塑料镀槽渗漏多由焊接质量欠佳引起,其中也不排除使用时人为因素。

 

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