電鍍的鍍液與工藝選擇

 (一)鍍液選擇

鍍液與工藝參數的選定，是產品進行電（diàn）鍍前必要的工作。鍍液與所用（yòng）的工藝條件（jiàn），須由產品的要求（qiú）來確（què）定。目前能采用的工藝已經很多，不同（tóng）的配方和工藝條件可以 很容易地查到。選擇鍍液的配方和配套的工藝，首要的是（shì）能針對性地滿足產品的質量要求，其次（cì）便是考慮可能（néng）得以實施的環境和條件。 

產品要求電鍍，一（yī）般大多是為了裝飾防護（hù）或者增強其功能。無論是（shì）何種目的，所鍍出的鍍層都（dōu）必須是一層均（jun1）勻的完整覆（fù）蓋，這是最基本的要（yào）求。如（rú）果被（bèi）鍍件形狀複 雜，或具有小的內孔、凹（āo）陷或盲孔，或者材料與表麵（miàn）很特殊，電鍍工藝就必須細致研究分析後才確（què）定，以便滿足這些特（tè）殊情（qíng）況。鍍（dù）液是否能具備足夠的宏觀與微（wēi）觀分 散能力，顯然是必（bì）須要考慮的。

 通常電鍍溶（róng）液（yè）的配方大體上可以分為兩類。按照電極上離子交換時具備（bèi）的形態，簡單（dān）的水合離子和加入絡合（hé）劑或（huò）鼇合劑（jì）後生成的較複雜（zá）離子。在分散（sàn）能力、電鍍速 度、鍍層結晶結構和特性等方麵都有明顯差別。如果零件形狀並不特別複雜，鍍層（céng）也能滿足要求時，宜盡量（liàng）選用較（jiào）簡單的鍍液配方。這樣不僅成本低，易於控製和管（guǎn） 理，而且更（gèng）重（chóng）要的是汙水也較易治理（lǐ）。

 對於一（yī）種實用的（de）電鍍溶液，下列項（xiàng）目須著重考慮。

 1溶（róng）液的總體濃度

 離（lí）子濃度高可以提高容許的極限電流密度。但材料的成本也上升。隨之鍍液從槽內帶出的損耗和引起的（de）汙水處（chù）理成本也增加。

 2添加的（de）組分

 鍍液中添（tiān）加的組（zǔ）分不宜太多，否則（zé）難於控製和（hé）調整，實際上無法（fǎ）保持工藝的穩定。即便是非（fēi）分解性的組（zǔ）分，也會帶來分析（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化、半衰（shuāi）期短的盡量不用。有些化合物（wù）加入後十分有效，但汙水難於處（chù）理的也不宜（yí）加入，否則會遇到環境汙染的限製。有毒物質更要慎 加。

 3溶（róng）液的工作溫度

 常溫工作的電鍍溶液當然比較理想，可以節省設備投（tóu）資和能源消耗。但工作溫（wēn）度區間不宜太窄，否則仍避免不了要配備加溫設施，甚至配備冷卻設備。總體來（lái）講，鍍 液（yè）要求加溫並不一（yī）定都會（huì）提高成本，這要看實際要保持的溫度和（hé）相應獲得的好（hǎo）處。綜（zōng）合的（de）效益取決於選擇（zé）協調的工藝。

 4相應（yīng）的配套工（gōng）藝

 一般地說，選用的鍍液（yè）要（yào）具備較（jiào）高的操作柔性。對操作要求苛（kē）刻的鍍液並非好的（de）鍍液。有些鍍（dù）液效果雖好，但對（duì）輔助工（gōng）作（zuò）要求條件很敏感，必將在生產（chǎn）中窮於應付。 鍍液不（bú）宜過分地要求工（gōng）藝配套，或者容（róng）許參數（shù）範圍過窄，以避免難於監控和調整維護（hù）。例如要求表麵（miàn）準備過（guò）嚴，便相應要（yào）增加（jiā）成本（běn）和廢品（pǐn）率。

 5研發與生產（chǎn）

 電鍍在很大程度上是服務性的工藝，而其本身從化學（xué）和電化學角度也是一種較複雜的工藝係統。電鍍工藝的選擇實際上還與產品本身的設計和結構、零件的材料和加（jiā） 工方（fāng）法、組件和部件的裝配過程、產品的貯存環境和貯存期、使用的（de）條件與預期壽命等諸（zhū）多因素息息相關（guān）。自身的特點還有工藝的穩定性和柔性、與人力（lì）資源和環境 要求的協調、材（cái）料（liào）的供應和（hé）能源配備等等。因此，特別是對於新的工藝（yì）研究，必須有中（zhōng）間放大和開（kāi）發的過程以找出問題，否則不適（shì）應和被動常會發生。

 (二)穩態與介穩沉積

 1穩（wěn）態（tài）沉積

 實現穩態沉積（jī），可以控製恒定電（diàn）價，也可以控製恒定電流。恒電位有利於針對極（jí）化和析出電（diàn）位（wèi）來監控，以便在一定的沉積（jī）電位下控製沉積的離子品種、合金成分、電 流效率（lǜ）等，並可以省（shěng）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統，對（duì）於大的設備（bèi）特（tè）別是電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（yí）的電流（liú）密度及可容許的（de）偏差範圍，給足所需的電流密度並使之保持穩定（dìng）。當采（cǎi）用常規的恒穩（wěn）直流時，這種操作也比較方便。恒定的電（diàn）流易於直接與法拉第沉積量相聯係。但是在這種情況下，鍍液的（de）狀態（tài）對於（yú）沉積速度和質量而言便會是第一位的。

 通常采用的（de）鍍（dù）液多為單鹽或加入絡合劑來組成（chéng）。常用的單鹽有硫酸鹽、氯化物（wù）、氟硼酸鹽等，少數情況也采用氨基磺酸、乙酸、檸檬（méng）酸等複雜一些的酸鹽。許多單鹽傾向於在一（yī）級電離中便離解為所（suǒ）需的金屬離（lí）子，並以水（shuǐ）化形式存在於溶液內。

 絡合型的鍍液通常（cháng）是加入經選擇的絡合劑或鼇合（hé）劑。例如：氰化物、氨或強（qiáng）堿、焦磷酸（suān）鹽、氨三乙酸’(等，一些有機物也常（cháng）被采（cǎi）用。這（zhè）些鍍液（yè）往往要經二級電（diàn）離來提供所需的金屬離子，因而放電（diàn）過程的單鹽複雜。但（dàn）是其極化特性和宏觀（guān）分散能力一般比單鹽要（yào）好。

 這兩類鍍液維持穩定沉積的機製並不相同（tóng）。用簡單鹽類的鍍液常依靠遊離的酸（suān）堿來調節離子的活度，或利用同離子效應。)*值的監控對這種鍍液也很重要，為（wéi）此常 須加入緩衝劑。導電劑也是（shì）常有的組分，並常有同離子效應的雙重作（zuò）用。絡（luò）合型或加鼇合（hé）劑的鍍液須監控其反應後的富裕量，即遊離（lí）的（de）絡合劑濃（nóng）度以保持反應物（wù）的穩 定和維持絡合平衡，因而操作控（kòng）製要複（fù）雜一些。單鹽的溶液有（yǒu）時也采用複鹽，而絡合型的鍍液也可能存在（zài）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（dìng）恰當的電（diàn）流密度時，如無其他附加因素或場強的影響，電（diàn）鍍過程可以處於相（xiàng）對（duì）的（de）定態。實際上鍍（dù）層的質量和沉積的速度取決於電鍍溶液和工藝參數的穩定。不適當（dāng）的擾動將損害電鍍質（zhì）量。

 各種添加劑包括（kuò）促進細晶、改善分（fèn）散能力、實（shí）現整平提高平整度以及使鍍（dù）層光亮等目前品種甚多，專用性較強並（bìng）目效果視情況而異。許多具體的產品業已商品化（huà）。這 些添加劑大多是依靠在電極界麵上的吸附（fù）來起作（zuò）用，因而往往（wǎng）是複雜結構的有機物，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（qián）還沒有（yǒu）統（tǒng）一（yī）可 行的理論指導（dǎo）來挑選（xuǎn）。

 添加劑有損耗性和無損耗性的（de）兩類，後者僅因鍍件帶出（chū）而消（xiāo）耗。電（diàn）解常使有機物在電極表麵分解，因而添加劑應隨電鍍量的增加而補充。分解後（hòu）的產物是否有害也要（yào） 考慮，否則在補（bǔ）充添加劑的同時要定期清理鍍液。添加劑中有許多也帶（dài）有表麵活性，因此（cǐ）往往利用表（biǎo）麵張力的測（cè）試來監控。!!!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大過程來總結。有時在生產中不進行測試而按鍍槽的實際生產量即安培小（xiǎo）時數來補充添加。許多商品添加劑因為希望成 分（fèn）保密（mì）而建議采（cǎi）用這（zhè）種（zhǒng）添加方法以避免化驗和監測。鍍層質（zhì）量對添加劑的品種和（hé）加入量很敏感，所以（yǐ）要慎重選擇和監控，特別是不知道成分時，否則易出質量事故（gù）。 赫爾槽測試也很有用。

 2介穩沉積

 電流密度的大小，在很大程度上決定電鍍（dù）的速度，所以一（yī）般都希望能用較高的電流密度和寬廣的電流密度容許範圍，這樣便能鍍得較快，並且（qiě）方便操作。寬廣的電流（liú） 容許範圍有（yǒu）利於大的和複雜形狀的鍍件取得厚度和結構較為均（jun1）勻的鍍層。與此同時，也希（xī）望有較高的電流效率（lǜ）和電流效率的穩定性（xìng），因為這（zhè）不僅是鍍速問題，也能減 少能耗。

 實踐上的電流密（mì）度並不等同於理論電流的極限，即在傳質控製下使電極界（jiè）麵（miàn）處的離子濃度降低到零（líng）。實際生產中要求的是能夠在被（bèi）鍍（dù）零件上鍍出好的鍍層的最高可用 的電流（liú）密度。在這裏，工程（chéng）需要是主要的（de）考慮。所以，在電鍍生產實踐中（zhōng）應用的電流密度，或者說一般意義上的極限電流密（mì）度要比（bǐ）理論值低很多（duō）。高於這個實用的極 限一般隻能用於暫時，例（lì）如鍍鉻時，短時提高起始電流以求獲（huò）得較好的覆蓋。

 傳統（tǒng）的提高可（kě）用電流密度（dù）的方法首推攪拌。對（duì）電（diàn）鍍溶（róng）液的攪動，包括（kuò）機械（xiè）或空氣攪拌、連續泵送、運動鍍件等方法，有助於鍍液內的傳質，從而往（wǎng）往可以較大幅度地 提高（gāo）可用的電流密度。但攪拌必須均勻，否則無法（fǎ）保證產品質量的均勻。同時攪拌也可（kě）以使溶液內的沉渣漂浮，易於導致鍍層變壞。

 為（wéi）了消除單純的攪拌所帶來的問題，同（tóng）時（shí）也能在提高鍍速的同時改善鍍層結構和（hé）外觀質量，上個世紀年代興起了周期換向電流電鍍的方法。通過短時的（de）將鍍件從陰極 轉為陽極，便使鍍層進入一個溶解過程。這種方法可以改善鍍（dù）層結構，減少氣孔，同時也有拋光作用而使鍍（dù）層更為光滑（huá）細致。

 通過電流的周期換向和變動（dòng）以及各種不同攪拌的（de）方法，可以看到，對於恒定電（diàn）流的維持穩態（tài）的沉積時（shí），如果利用不同場強來施加擾動，便有可能獲得較（jiào）好（hǎo）的效益。實際上可以（yǐ）施加到電鍍過程的種種擾動，可以包括電場、力場、磁（cí）、熱、聲、光等各個方麵。