正文 第14章 電鍍知識(1 / 3)

電鍍化學基礎

電鍍是一種用電解方法沉積的具有所需形態的鍍層的過程,其目的一般是改變物體表麵的特性,以提供改善外觀、耐介質腐蝕、抗磨損以及其他特殊性能,但有時電鍍也僅用來改變零件的尺寸。

電鍍過程是一個複雜過程,為了達到上述性能要求,電鍍工作者往往需要綜合運用各門學科的知識才能妥善地解決電鍍領域中的理論與工藝難題,故電鍍是各學科之間相互滲透的邊緣學科。

自然界由物質構成

自然界是由物質構成的,研究自然界物質變化規律的科學統稱為自然科學。不同的物質具有不同的性質,物質在發生物理變化時表現出來的性質稱物理性質。物質變化時,隻發生物理性質的變化,沒有生成新的物質,這種變化稱物理變化,研究物質物理變化的科學稱物理學。物質在發生化學變化時表現出來的性質稱化學性質,物質變化時伴隨著有新物質生成的變化稱化學變化,研究化學變化規律的科學稱化學。一般而言,物質在發生物理變化時,不一定發生化學變化,但發生化學變化時,一定同時有物理變化的發生。在化學反應中有電子得失與轉移,其反應物和生成物在反應前後的化合價發生了變化,這一類反應叫做氧化還原反應。

對於給定的氧化還原反應,氧化和還原必然同時發生。如果沒有還原劑,氧化劑就無從得到電子;如果沒有氧化劑,還原劑也不能失去電子。因此氧化和還原是共存於一個氧化還原反應中。

凡是能溶解其他物質的液體叫做溶劑,凡是能溶解在溶劑中的物質叫做溶質,溶質溶解在溶劑中得到均勻的澄清透明的液體叫做溶液。

在一定條件下,某物質能溶解於溶劑中的最大量,稱為該物質的溶解度。溶解度常用在一定溫度下每100g溶劑中最多能溶解的溶質的克數來表示。

各種物質在水中的溶解度是不同的,這是由溶質的性質決定的。一般把在室溫時溶解度在1g以上的,叫做可溶物質,其中10g以上的,叫做易溶物質;溶解度在1g以下的,叫做微溶物質,其中小於0.01g的,叫做難溶物質。

固體物質的溶解度還與溫度有關,一般是隨著溫度升高而增大。

電鍍的結晶過程

固態的金屬都是由金屬原子組成的晶體。電鍍時,溶液中的簡單金屬離子或其絡離子在電極與溶液界麵間獲得電子,被還原成為具有一定結構的金屬晶體。因為這種金屬晶體是在陰極還原的情況下形成的,故稱為電結晶。

金屬電沉積是一個複雜過程,它一般由以下幾個連續的界麵反應步驟組成:1.液相傳質步驟。沉積金屬離子自溶液本體運動到電極表麵附近的過程。

2.前置轉化步驟。還原反應前,沉積金屬離子在陰極表麵附近或表麵上發生轉化。例如簡單金屬離子的水化層重排或水化數下降、絡離子的配位數下降配位體的交換。

3.電荷傳遞。在電極和離子之間進行電荷轉移,即金屬離子從陰極得到電子,還原成金屬原子。

4.表麵擴散或形核到達。電極表麵的粒子沿表麵橫向移動到金屬點陣的適當位置或與其他粒子相遇形成晶核。

5.形成結晶。金屬原子最後到達點陣中的固定位置,晶體逐漸長大。

上述結晶過程可以順序進行,也可以同時進行,各步驟的進行都需要一定的活化能,也就是說反應各步驟的速度不一樣,究竟是哪一個步驟為過程的控製步驟,最後影響到電結晶的質量,要依據電沉積的具體條件而定。

在形成金屬晶體時又可分為同時進行的兩個過程:結晶核心的生成和成長過程。這兩個過程的速度決定著金屬結晶的粗細程度。如果晶核的生成速度較快,而晶核生成後的成長速度較慢,則生成的晶核數目較多,晶粒較細,反之晶粒就較粗。也就是說,在電鍍過程中當晶核的生成速度大於晶核的成長速度時,就能獲得結晶細致、排列緊密的鍍層。晶核的生成速度大於晶核成長速度的程度越大,鍍層結晶越細致、緊密。

結晶組織較細的鍍層,其防護性能和外觀質量都較理想。實踐表明:提高金屬電結晶時的陰極極化作用,可以提高晶核的生成速度,便於獲得結晶細致的鍍層。但是不能認為陰極極化作用愈大愈好。因為陰極極化作用超過一定範圍,會導致氫氣的大量析出,從而使鍍層變得多孔、粗糙、疏鬆、燒焦,甚至是粉末狀的,質量反而下降。

電鍍工作條件的影響

電鍍工作條件是指電鍍時的操作變化因素,包括:電流密度、溫度、攪拌和電源的波形等。