电镀基础.ppt

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,電 鍍 基 礎,銅鎳鉻篇,電鍍的基本構成元素,外部電路:包含有交流電源、整流器、導 線、可變電阻、電流計、電壓計。,陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。,電鍍液(bath solution)。,陽極(anode)。,鍍槽(plating tank),加熱或是冷卻器(heating or colling coil)。,法 拉 第 電 解 定 律,W=,W:析出(陰極)或溶解(陽極)重量,t:通電時間(Sec.),F:法拉第電量,96500庫倫,A:原子量,z:電荷量,I:電流(A),ItA,z F,LiLi,+,-3.045 Co Co,2+,-0.277 RbRb,+,-2.93 Ni Ni,2+,-0.250 KK,+,-2.924 Sn Sn,2+,-0.136 BaBa,2+,-2.90 Pb Pb,2+,-0.126 Sr Sr,2+,-2.90 Fe Fe,3+,-0.04 Ca Ca,2+,-2.87 Pt/H2H,+,0.000 Na Na,+,-2.715 Sb Sb,3+,+0.15 Mg Mg,2+,-2.37 Bi Bi,3+,+0.20 AlAl,3+,-1.67 As As,3+,+0.30 MnMn,2,-1.18 Cu Cu,2+,+0.34 Zn Zn,2,-0.762 Pt/OH O,2,+0.40 Cr C r,3+,-0.74 Cu Cu,+,+0.52 Cr Cr,2+,-0.56 Hg Hg,2,2+,+0.789 Fe Fe,2+,-0.441 Ag Ag,+,+0.799 Cd Cd,3+,-0.402 Pd Pd,2+,+0.987 In In,3+,-0.34 Au Au,3+,+0.150 Tl Tl,+,-0.336Au Au,+,+1.68,標 準 電 極 電 位 差,鍍 槽 構 造,電鍍工場設備,防酸之地板及水溝。,電鍍糟及預備糟。,攪拌器。,整流器或電源供應器。,導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具。,安培表、伏特表、安培小時表、電阻表。,泵、過濾器及管路。,電鍍槽用之蒸氣、電熱或瓦斯之加熱設備。,操作用之上下架桌子。,檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器。,通風及排氣設備。,鍍浴的成份及其功能,金屬鹽,提供金屬離子之來源如硫酸銅。可分單鹽、複鹽，及錯鹽。例如：,單鹽：CuSO4；NiSO4,複鹽：NiSO4,(NH4)2SO4,錯鹽：Na2Cu(CN)3,導電鹽,提供導電度，如硫酸鹽、氯鹽，可降低能量花費、鍍液熱蒸發損失，尤其是滾桶電鍍更需優良導電溶液。,陽極溶解助劑,陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金屬離，則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。,緩衝劑,電鍍條件通常有一定pH值範圍，防止pH值變動加緩衝劑，尤其是中性鍍浴(pH58)，pH值控制更為重要。,錯合劑,很多情況，錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良，防止置換沈積，如鐵上鍍銅，則需用錯合劑，或是合 金電鍍用錯合劑使不同之合金屬電位拉近才能同時沈積得到合金鍍層。,安定劑,鍍浴有些會因某些作用，產生金屬鹽沈澱，鍍浴壽命減短，為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安定劑。,鍍層性質改良添加劑,小孔防止劑、硬度調節劑、澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。,潤濕劑(wetting agent)，一般為界面活性劑又稱針孔防止劑,鍍浴的維持,定期的或經常的分析鍍浴成份，用化學分析法或Hull試驗(Hull cell test)。維持鍍浴在操作範圍成份，添加各種藥品。,去除鍍浴可能被污染的來源。定期淨化鍍液，去除累積雜質。,用低電流密度電解法間歇的或連續的減低無機物污染。,連續的過濾鍍浴浮懸雜質。經常檢查鍍件、查看缺點,金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極,金 屬 陽 極,可 溶 性 金 屬 陽 極-1,溶解性陽極用於電鍍上是為補充溶液中電鍍所消耗的金屬離子，是用一種金屬或合金鑄成、滾成、或沖製成不同形狀裝入陽極籃(anode basket)內。陽極電流密度必須適當，電流密 度太高會形成鈍態膜，因而使陽極溶解太慢或停止溶解，形成不溶解陽極，產生氧氣，消耗鍍液金屬離子而必須補充金屬鹽。為了減小陽極電流密度，可多放些陽極,或用波形陽極增加面積，或降低電壓。在酸性鍍浴可以 用增加攪拌、增高鍍浴溫度、增加氯離子濃度、降低pH 來提高陽極容許電流密度。,鹼性鍍浴可用增加攪拌、增加自由氰化物(free cyanide)的濃度，升高鍍浴溫度或升高pH值，也可將某種物質加入陽極內以減少因高電流密 度的陽極鈍態形成。,可 溶 性 金 屬 陽 極-2,電鍍使用不溶解陽極用來做傳導電流，鍍浴金屬離子需用金屬鹽來補充，如金鍍浴中用不溶解 之白金鈦網作為陽極，以金氰化鉀來補充。在鍍鉻中用不溶解 之鉛陽極，以鉻酸補充鉻離子,不溶解陽極有二個條件，一 是良好的導電體，二是不受鍍液之化學作用污染鍍浴及不受 侵蝕。,不溶性陽極可用在控制金屬離子過度積集在鍍糟內，在貴金屬電鍍，如黃金電鍍，用不銹鋼做陽極，可以代替金 陽極，以減低投資成本或避免偷竊的困擾。不溶解陽極將引 起強力的氧化，形成腐蝕問題及氧化鍍槽內物質，所以不能使用有機物添加劑。槽內之金屬離子必須靠金屬鹽來補充。,不 溶 性 金 屬 陽 極,陽極袋（anode bag）,陽極袋是一種有多細孔薄膜袋子，用來收集陽極不溶解金屬與雜質陽極泥,，,以防止污染鍍,浴,，,阻止粗糙鍍層發生。陽極袋是用編織布縫成陽極形狀寬大適中，長度要比陽極稍長，材料需紮得緊，足夠收集陽極泥，不妨礙鍍浴流通，將陽極袋包住陽極並縛在陽極掛鉤上。在放進電電鍍浴之前，陽極袋要用熱水含潤濕劑中洗去漿水及其他污物，然後再用水清洗，並浸泡與鍍浴相同之pH的水溶液中，使用前需再清洗,。,酸性鍍浴的陽極袋可用棉織物，也可使用人造纖維。在高溫操作鹹性鍍浴可用PP或PE材料陽極袋。,被 鍍 物,被鍍物是鍍浴中的負電極，金屬離子還原成金屬形成鍍層及其他的還原反應(如氫氣之形成於金屬陰極上)。電鍍前須做下面各種前處理步驟：洗淨、除銹、活化等。,電鍍之前處理,前處理(pretreatment)，包括下列過程：,1.洗淨：去除金屬表面之油質、脂肪、研磨劑，及污泥。可用超音波洗淨、溶劑洗淨、浸沒洗淨或電解洗淨。,2.,酸浸：去除銹垢或其他氧化物膜，要注意防止基材被腐蝕或產生氫脆。可加抑制劑以避免過度酸浸。酸浸完後要充份清洗。,3.活化：促進鍍層附著性，可用各種酸溶液使金屬表面活化。,電鍍掛架（rack）,電鍍掛架是用在吊掛鍍件及導引電流之掛架，其主要部份有：,1.鉤:使電流接觸導電棒。,2.脊骨:支持鍍件並傳導電流。,3.夾點:使電流接觸鍍件。,4.掛架塗層:絕緣架框部份，限制及導引電流通向鍍件。,掛架使用注意事項：,1.鍍件需定位，與陽極保持相同距離，使電鍍層均勻。,2.鍍件安排要適當，要使氣泡容易逸出，稍傾斜放置鍍件，並防止鍍液之帶出(drag-out)損失及帶入(drag-in)污染鍍液。,3.空間安排，避免鍍件相互遮蔽。,4.堅固接觸，防止發燒、孤光等現象發生。,5.防止高電流密度的形成，如尖、邊緣、角等處必須適當應用絕緣罩或漏電裝置。,6.使用陽極輔助裝置或雙極鍍架，應小心調整以確保適當電流分佈。,7.鍍架應經常清洗，維持良好電流接觸，去除夾點附著之金屬，塗層有損壞需之即修理、操作中隨時注意漏電，鍍浴帶出損失及帶入污染等現象。,電鍍控制條件及影響因素,1.鍍液的組成。10.時間,2.電流密度。11.導電度。,3.鍍液溫度。12.電流效率。,4.攪拌。13.氫過電壓。,5.電流波形。14.電流分佈。,6.均一性。15.金屬電位。,7.陽極形狀成份。16.電極材質及表面狀況。,8.過濾。17.浴電壓。,9.pH值。18.極化。,鍍液的組成：對鍍層結構影響最大，例如氰化物鍍浴或複鹽鍍浴的鍍層，要比酸性單鹽的鍍層細緻。其他如光澤劑等添加劑都影響很大。,電流密度：電流密度提高某一限度時，氫氣會大量析出，電流效率低，產生陰極極化作用，樹枝狀結晶將會形成。,鍍浴溫度：溫度升高，極化作用下降，使鍍層結晶粗大。,攪拌：可防止氫氣停滯件表面形成針孔，一般攪 拌可得到較細緻鍍層，但鍍浴需過濾清潔，否則雜質因攪拌而染鍍件表面產生結瘤或麻點等缺點。,電流型式：應用交通電流，週期反向電流(PR)電流、脈衝電流(Pulse)等特殊電流可改進陽極溶解，移去極化作用的鈍態膜，增強鍍層光澤度、平滑度、降低鍍層內應力、或提高鍍層均一性。均一性(throwing power)，或稱之投擲力，好的均一性是指鍍層厚度分佈均勻。,極化(polarization)電鍍時電極電位發生變化產生一逆電動勢，阻礙電流叫做極化作用，克服極化作用的逆電動勢所需增加電壓稱之過電壓。極化作用對電鍍的影響：,1.有利於鍍層細緻化。,2.有利於改進均勻性，使鍍層厚度均勻分佈。,3.氫氣析出增加，降低電流效率和鍍層之附著力，會產生起泡、脫皮現象。,4.不利陽極溶解，消耗電力、浴溫增高、鍍浴不安定。,影響極化作用的因素有：,1.電鍍浴組成，如氰化物鍍浴之極化作用大，低濃度之鍍浴極化作用較大。,2.電流密度，電流密度愈大極化作用愈大。,3.溫度愈高，極化作用愈小。,4.攪拌使離子活性增大而降低極化作用。,導電度,提高鍍浴導電度有利於均一性，鍍液的電流係由帶電離子輸送。,導電度影響因素有：電解質的電離度、離子之活性度，電離度愈大其導電性愈好，強酸強鹹電離度 都大；所以導電性好，簡單離子如氯離子較複雜離子如磷酸根離子活性度大，所以導電性較佳。,溫度，金屬的導電度與溫度成反比，但是電解液的導電度與溫度成正比，因溫度升高了離子的活度使導電性變好，同時溫度也可提高電離度，因可提高導電度，所以電鍍時常提高溫度來增加鍍浴的導電度以增高電流效率。,電流效率,電鍍時實際溶解或析出的重量與理論上應浴解或析出的重量的百分比數為電流效率。可分為陽極電流效率及陰極電流效率。電流密度太高，陽極產生極化，使陽極電流效率降低。若陰極電流密度太大也會產出氫氣減低電流效率。,氫過電壓,電鍍金屬中，鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛的電位都比氫的電位要負，因此在電鍍時，氫氣會優先析出而無法電鍍出這些金屬，但由於氫過電壓很大，所以才能電鍍這些金屬。然而某些基材如鑄鐵或高矽鋼等之氫過電壓很小，也就較難鍍上，需先用銅鍍層打底而後再鍍上這些金屬。氫氣的產生也會造成氫脆的危害，同時電流效率也較差，氫氣也會形成針孔，所以氫氣的析出對電鍍層都是不利的。,電流分佈,為了提高均一性，須設法改善電流分佈。如用相似陰極形狀的陽極，管子的中間插入陽極，將陽極伸入電流不易到達 的地方，使用雙極(bipolar)電極將電流分佈到死角深凹處，使難鍍到地方也能鍍上。在高電流密度區如尖角、邊緣則可用遮板，輸電裝置避免鍍得太厚或燒焦鍍層缺陷。,金屬電位,通常電位越負則化學活性愈大，電位負的金屬可把電位正的金屬置換析出，如鐵、鋅可以把銅從硫酸銅液液析出置換出來產生沒有附差性的沈積層。在電鍍浴中若同時有幾種金屬離子，則電位正的金屬離子先被還原析出。相反地電位負的金屬先溶解。,浴電壓,依鍍浴組成，極面積及形狀、極距、攪拌、溫度、電流濃度等而不同。一般在912，有高到15。,均一性的影響因素有：,1.幾何形狀，主要是指鍍槽、陽極、鍍件的形狀。分佈位置空間、陰陽極的距離、尖端放電、邊緣效應等因素。,2.極化作用，提高極化作用可提高均一性。,3.電流密度，降低電流密度可改進均一性。,4.鍍浴導電性，導電生提高而不降低陰極極化作用太多則可提高均一性。,5.電流效率，降低電流效率可提高均一性。,鍍浴淨化,由於雜質污染，操作過久雜質累積，故必須經常淨化鍍浴，其主要的方法有：,1.利用過濾材去除固體雜質。,2.應用活性炭去除有機物。,3.用弱電解方法去除金屬雜質。,4.可用置換、沈澱、pH調整等化學方法去除特殊雜質。,鍍 銅,銅的性質-1,(1),色澤：玫瑰紅色,(2)比重:8.94,(3),原子量：63.54,;,原子序:29,(4)電子組態:,1S,2,2S,2,2P,6,3P,6,3d,10,4S,1,(5),熔點：1083;沸點：2582,(6)電阻:,1.6731 Wcm(20),(7)抗拉強度:,220420MPa,(8),質軟而韌，延展性好，易塑 性加工,(9),導電性及導熱性優良,(10),易氧化，尤其是加熱更易氧化，不能做防護性鍍層,(11),會和空氣中的硫作用生成褐色硫化銅,(12),會和空氣中二氧化碳作用形成銅錄,銅的性質-2,銅鍍液配方之種類,1.酸性銅電鍍液,優點:成份簡單鍍浴安定,不需加熱價廉、設備費低,毒性小,廢液處理容易,電流效率高,高電流密度,生產速率高,缺點:鍍層結晶粗大不能直接鍍在鋼鐵上均一性差,2.鹼性氰化銅鍍液,優點:鍍層細緻均一性良好,可直接鍍在鋼鐵上,缺點:毒性強,廢液處理麻煩電流效率低價格貴,設備費高,電流密度小，生產效率低,鍍液較不安定,需加熱,3.焦磷酸銅鍍液,優點:溶液較氰化銅鍍浴毒性小,缺點:需較多的控制及維護,電流效率低價格貴,設備費高,電流密小，生產效率低,鍍液較不安定,需加熱,不能直接鍍在鋼鐵及鋅鑄件上,光澤酸性鍍銅,CuSO,4,5H,2,O,210 g/l,H,2,SO,4,60 g/l,Cl,-,50-120 ppm,光澤劑 適量,酸性銅鍍浴之維護及控制,組成：,硫酸銅:是溶液中銅離子的來源，由於陰極及陽極電流效率正常情況接近100，所以陽極銅補充銅離子是相當安定的。,硫酸:增進溶液導電度及減小陽極及陰極的極化作用(polarization)並防止鹽類沈澱和提高均一性,(throwing power)。高均一性鍍浴中銅與硫酸比率要保持,1：10。硫酸含量超過11vol則電流效率下降。,氯離子:在高均一性及光澤鍍浴中，可減少極化作用及消除高電流密度之條紋沈積(striated deposits)。,溫度：大部份鍍浴在室溫下操作，如果溫度過低則電流效率及電鍍範圍(plating range)將會減少。如果光澤性不需要,，則可將鍍浴溫度提升到50以提高電鍍範圍，應用於電鑄(electroforming),攪拌：可用空氣、機械、溶液噴射(solution jet)或移動鍍件,等方法攪拌，攪拌愈好則容許電流密度愈大酸性銅鍍浴之添加劑,酸性銅鍍浴之維護及控制,添加劑有-膠、糊精、硫、界面活性劑、染料、尿素等，其主要目的有：,平滑鍍層,減少樹枝狀結晶,提高電流密度光澤,硬度改變,防止針孔,酸性銅鍍浴之添加劑,雜質:,有機雜質是酸性鍍浴最常見的、其來源有光澤劑,(brighteners)的分解生成物，槽襯、陽極袋未過濾到物質、電鍍阻止物(stopoffs)、防銹物質(resists)及酸和鹽之不純物。鍍浴變綠色表示相當量之有機物,污染，必需用活性碳處理去除有機物雜質，有時過氧化氫及過錳酸鉀(potassium permanganate)有助於活,性碳去除有機雜質，纖維過濾器(cellulose filter)不能被使用。,酸性銅鍍浴之維護及控制,金屬雜質及其作用如下：,銻(antimony)：10-80 g/l，粗糙及脆化鍍層，加膠,(gelatin)或單檸酸(tannin)可抑制銻共同析出(codeposition)。,砷(arsenic)20-100 ppm：同銻。,鉍(bismuth)：同銻。,鎘(cadmium)500ppm：會引起浸鍍沈積(immersion deposit)及陽極極化作用,鎳1000 ppm：同鐵。,鐵1000 ppm：減低均一性及導電度。,錫500-1500ppm：同鎘。,鋅500ppm：同鎘。,酸性銅鍍浴之維護及控制,1.燒焦在高電流密度區：,銅含量太少,有機物污染,溫度太低,氯離子太少,攪拌不夠,電流密度過高,光澤劑不足,2.失去光澤：,光澤劑太少,溫度太高,有機物污染銅含量太少低氯離子濃度不足,3.粗糙鍍層：,固體粒子污染,陽極銅品質不佳,陽極袋破裂,氯離子含量不足,電流密度過高,4.針孔：,有機物污染,氯離子太少,陽極袋破損,電流密度過高,酸性銅鍍浴不良原因,5.電流太低：,有機物污染,氯含量太多,硫酸含量不夠,電流密度太小,添加劑不足,溫度過低,6.陽極極化作用：,錫、金污染,氯含量太多,溫度太低,硫酸銅含量過多,陽極銅品質不好,硫酸含量不足,7.低電流區無光澤,光澤劑過多,氯離子不足,8.條紋狀鍍層,氯離子過量,填平劑過量,酸性銅鍍浴不良原因,氰化銅鍍浴,氰化銅低濃度浴配方(打底鍍浴配方),CuCN 20g/l,NaCN 30g/l,Na2CO3 15g/l,pH值 11.5,溫度 40,電流密度 0.51A/dm,2,電流效率 3060,酒石酸鉀鈉氰化鍍銅浴配方,CuCN 26g/l,NaCN 35g/l 游離氰化納 510g/l,Na2CO3 30g/l,NaKC4H4O66H2O 45g/l,pH值 12.412.8 溫度 6070,電流密度 1.56A/d 電流效率 5070,氰化銅鍍浴之維護及控制,組成：,1.主鹽NaCu(CN),2,和Na2Cu(CN),3,二種形式存在,其作用有：,CuCNNaCN,NaCu(CN),2,CuCN2NaCN,Na2Cu(CN),3,Na2Cu(CN),3,2Na+(aq)+Cu(CN),3,-,(aq),Na2Cu(CN),3,2Na+(aq)+Cu(CN),3,-,(aq),Cu(CN),3,-,Cu+3CN,-,Cu(CN),2,-,Cu+2CN,-,由於銅的錯離子Cu(CN),2,-,及Cu(CN),3,-,的電離常數非常小，使陰極之極化作用很大，使銅不易置換析出，所以可直接在鋼鐵上鍍銅.,但電流效率降低，有氫氣產生，電鍍產量降低.,主鹽對陰極極化作用影響很大,主鹽濃度提高則可降低陰極極化作用,幫助陽極溶解,防止陽極鈍態形成。,氰化銅鍍浴之維護及控制,2.游離氰化物，NaCN，KCN，幫助陽極溶解，防止錯鹽沈澱，安定鍍浴。含量太多會加深極化作用產生大量氫氣使電流效率降低。,3.碳酸鈉，防止氰化鈉水解，降低陽極極化作用，幫助陽極溶解。,4.苛性鈉，降低氫離子濃度，增加導電度，提高電流效率及使用的電流密度。,5.酒石酸鉀鈉，可提高陽極鈍化開始的電流密度。,焦磷酸銅鍍浴,焦磷酸銅打底鍍浴配方(Strike Bath),Cu,2,P,2,O,7,3H,2,O 2530g/l,K,2,P,2,O,7,95.7176g/l P,2,O,7,/Cu比 710,CH,3,COOK 1.53g/l,氨水,0.51ml/l,pH值,88.5,浴溫,2230,電流密度 0.61.5A/d,攪拌 機械或空氣,連續過濾,光澤焦磷酸銅鍍浴配方,Cu,2,P,2,O,7,3H,2,O 57.873.3g/l,K,2,P,2,O,7,231316.5g/l,CH,3,COOK 8.215.8g/l,氨水 2.77.5m1/1 電流密度,2.56A/d,添加劑（改良鍍層延性及均一性）適量,pH值,88.4,浴溫,4954,攪拌 機械式或空氣,連續過濾,焦磷酸銅鍍浴之維護及控制,成份：,氨水(ammonia)，幫助陽極溶解，使結晶細緻，每天需補充蒸發損失。,醋酸鹽(nitrate)，增加電流密度操作範圍及去除陰極極化作用。,pH值由焦磷酸或氫氧化鉀來調節控制。,溫度：溫度超過60會使焦磷酸鹽水解成磷酸鹽,攪拌：需充足的攪拌，普通用空氣攪拌或機械式攪拌，溶液噴射方法。,雜質：對有機物雜質很敏感如油及有機添加劑之分解物，會使鍍層變暗色及不均勻，操作範圍變小氰化物及鉛雜質也會使鍍層不均勻及操作範圍變小。有機物雜質用活性碳處理。處理前先加過氧化氫或過錳酸鉀可去除氰化物。鉛可用弱電解去除之。,磷酸鹽：溫度太高，pH值太低會使磷酸鹽快速增加。,1.高電流密度區燒焦：,溫度太低,P,2,O,7,4-,太低,攪拌不夠,電流密度過高,2.光澤不足：,光澤劑太少,氨水不足,氰化物物污染,3.低電流光澤不足：,溫度太高,氨水過量,P,2,O,7,4-,太低,4.低電流區有階梯式或波形鍍層：,光澤劑過量,5.霧斑,Cr,6+,污染,焦磷酸銅電鍍不良原因,鍍 鎳,鎳的性質-1,(1)色澤:銀白色,發黃,(2)結晶構造:FCC,(3)比重:8.908,(4)原子量:58.69,(5)原子序:28,(6)電子組態:1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d8 4S2,(7)熔點:1457 C,(8)沸點:2730 C,(9)電阻:6.84 ohms-cm,(10)抗拉強度:317 Mpa,(11)電解鎳有較高硬度具,耐磨、焊接性、磁性,(12)大氣中化學性安定不易變色,在600以上才被氧化,(13)液中不被溶解,(14)鎳抗蝕性比銅強,銅製品宜鍍上鎳,(16)鎳在硫酸、鹽酸中溶解比在稀硝酸溶解慢,(17)鎳的標準電位-0.25伏特,比鐵正,對鋼鐵是屬於陰極性鍍層只有完全覆蓋鎳才能保護防止生鏽,(18)鎳易於拋光可做為電鍍中間層,鎳的性質-2,(1)瓦特浴,(watts bath,),硫酸鎳,NiSO,4,6H,2,O 250350g/l,氯化鎳,NiCl,2,6H,2,O 4560g/l,硼酸,H,3,BO,3,3545g/l,pH,值,3.54.5,浴溫,5060,電流密度,26A/dm,2,(2)全氯浴,(all-chloride bath,),氯化鎳,NiCl,2,6H,2,O 4560g/l,硼酸,H,3,BO,3,3545g/l,pH,值,12,電流密度,215A/dm,2,浴溫,4570,(3),Sulfamate,浴,Nickel Sulfamate,Ni(H,2,NSO,3,),2,400g/l,氯化鎳,NiCl,2,6H,2,O 515g/l,硼酸,H,3,BO,3,3040g/l,pH,值,3.54.2,浴溫,4555,電流密度,210A/dm,2,工程鎳鍍浴配方,瓦特鍍浴鎳鍍層機械性質之影響因素,抗張強度,(tensile strength):,隨鎳離子濃度增加而增加,操作範圍內與浴 溫,pH值,電流密度比較沒有關連。,延展性,(elongation):,隨鎳離子濃度增加而減少,溫度增加至,55,則增加,超過,55,則下降,與pH無關。,硬度,(hardness):,隨鎳離子增加而增加,溫度上升至,55,則減小,超過,55,則增加。,內應力,(internal stress):,隨鎳離子增加而增加,氯化物增加則劇烈增加,電流密度增加由減少變成增加。,裝飾鎳電鍍,硫酸鎳主要是提供Ni的來源,氯化鎳是幫助陽極鎳溶解及導電性,硼酸是pH緩衝劑並幫助鍍層平滑及更具延性,。,針孔防止劑,(anti-pitting),或潤濕,(wetting agent),可防止氫氣泡停滯而形成針孔鍍層。,由添加劑的控制可得全光澤鎳,(fully-bright nickel,)、半光澤鎳,(semi-bright nickel),及梨地鎳,(satin-like nickel)。,電鍍鎳的光澤劑作用,光澤作用主要是硫共同析出,(codeposition),的結果。另外鉛、鉍、鎘、鉈(,T,l,),及硒,(Se),有光澤作用。,原理,A.陰極吸附作用,增大凸部之過電壓,B.吸附後影響結晶生長使鍍層細緻化,全光澤鎳含硫成份,0.050.1,其添加劑至少需二種,一種是光澤劑含硫成份如,benzene sulfonamide,benzene disulfonic acid,benzene trisulfonic acid,napthalene trisulfonic acid,。另外一種是平滑劑,(leveling agent),如,formaldehyde,coumarin,ethylene cyanohydrin,及,butynediol,。這二種添加劑混合使用可得到光澤平滑鎳鍍層。,半光澤鎳只加平滑性添加劑所以不含硫,它很容易拋光而得到光澤表面,省去拋光而直接再鍍一層全光澤即為二種鎳,(duplex nickel),更耐腐蝕。通常雙重鎳與半光澤鎳鍍層厚度比為,1:3。,另外在全光澤鎳與半光澤鎳間再鍍上很薄,(10,全部厚度),一層含高硫份,(0.2),的鎳即為三重鎳,(triple layer nickel),其耐蝕性更加。,1.高電流密度區燒焦：,溫度太低,Ni太低,攪拌不夠,電流密度過高,2.光澤不足：,光澤劑太少,攪拌不夠,添加劑失衡,pH太低,3.針孔：,溫度低,pH太低,有機污染,鍍液表面張力過高,4.鍍層粗糙：,鍍槽過濾不足,陽極袋破損,活性碳污染,燒焦,5.pH 變動過大,硼酸不足,陰陽極面積比失衡,6.低電流區發黑,銅污染,電鍍鎳不良原因,鍍 鉻,鉻的性質-1,(1)色澤:銀白色，略帶藍色。,(2)原子量:,51996,。,(3)比重:,72,。,(4)熔點:,1900,(5)硬度:,8001000Hv,。,(6)標準電位:為,-0.71,伏特。,(7)在潮濕大氣中很安定，能長久保持顏色。,(8)硝酸,硫化物,碳酸塩及有機酸中很安定。,(9)易溶於塩酸及熱濃硫酸。,(10)苛性鈉溶液中鉻陽極易溶解。,(11),鉻鍍層耐熱性佳，在,480,以下不變色，,500,以上才開始氧化，,700,則硬度下降。,(12),鉻鍍層優點為硬度高,、,耐磨性好,、,光反射性強,。,(13),鉻鍍層缺點為太硬易脆、易脫落。,(14),鉻的電位比鐵負,鋼鐵鍍鉻是屬於陽極性保護鍍層，而鉻本身於大氣中易形成極薄的鈍態膜，所以耐腐蝕。,(15),鉻鍍層具多孔性，所以對鋼鐵腐蝕性不很理想，所以一般先鍍銅，再鍍鎳最後再鍍一層鉻才能達到防腐蝕及裝飾的目的,(16),鉻鍍層廣泛應用在提高零件之耐腐蝕性、耐磨性、尺寸修補、反射光，及裝飾等用途.,鉻的性質-2,鍍鉻之特性,(1)須嚴格控制浴溫、電流密度、極距等操作條件,(2)覆蓋性差，對復雜形狀鍍件需適當處理。,(3)電流效率很低，須較大電流密度。,(4)陽極採用不溶解性陽極，鉻須用鉻酸補充。,(5)電鍍過程中不許中斷,(6)形狀不同鍍件不宜同槽處理，須用不同的掛具。,(7)鍍件預熱與浴溫一致，附著性才會好。,(8)鍍件要徹底活化，附著性才良好。,(9)需用沖擊電流(大於正常,50-100%,)才開始電鍍較複雜形狀鍍件約,2-3,分鐘而後慢慢降至正常電流密度範圍內。,鍍鉻之影響因素-1,(1)CrO,3,濃度與導電度關係,(2)溫度與導電度之關係,(3)CrO,3,濃度與電流效率之關係,(4)硫酸濃度之影響,濃度低時，低電流密度下電流效率高，反之電流效率低,(5)三價鉻的影響,1.三價鉻很少時，沈積速率減緩。,2.三價鉻很高時，鍍層變暗。,3.三價鉻增加，則導電度降低，需較大電壓,4.三價鉻愈多，光澤範圍愈小。,鍍鉻之影響因素-2,(6)電流密度及溫度的影嚮,1.,鍍浴溫度升高，電流效率降低。,2.,電流密度愈高，電流效率愈高。,3.,高電流密度，低溫則鍍層灰暗，硬度高 脆性大，結晶粗大,4.,高溫而低電流密度，鍍層硬度小，呈乳白色，延性好，無網狀裂紋，結晶細緻，適合裝飾性的鍍件。,5.,中等溫度及中等電流密度，鍍層硬度高，有密集的網狀裂紋，光亮硬質鉻鍍層,鍍鉻之影響因素-3,(7),雜質的影響,1.,鐵雜質，電解液不穩定，光澤鍍層範圍縮小，導電性變差,電壓須增高，去除鐵雜質比三價鉻還困難，要儘量防止鐵汙染，不要超,10g/l,2.,銅、鋅雜質，含量低時，對鍍層影嚮不大，銅最好不要大於3g/l,3.,硝酸，是鍍鉻最有害的雜質，鍍浴須嚴禁帶入硝酸污染,鍍鉻之影響因素-4,(8)陽極及電流分佈之影響,1.,陽極較大，電流分佈較不均勻使鍍層厚度不均勻。,2.,陽極面積大，三價鉻形成較多。,3.,復雜鍍件，陽極宜用象形電極或輔助電極，使電流分佈均勻。,4.,陽極的鉛易氧化，形成黑色的氧化鉛及黃色的過氧化鉛。過氧化鉛導電性不良，應立刻除去。,5.電流因尖端及邊緣效應，造成鍍層厚度不均，可採用絕緣物遮蓋尖端或邊緣。,鍍鉻之影響因素-5,(l)安定不溶解。,(2)導電順利不發熱，需足夠截面積。,(3)與鍍件接觸良好。,(4)結構以焊接方式，以加強導電性,(5)非電鍍部份要用絕緣物覆蓋，以減少電流消耗。,(6)結構要簡單、易製造、輕便。,(7)鍍件放置位置要使氣體自由逸出容易。,(8)應用輔助電極、雙極電極。,(9)依鍍件的形狀、尺寸、數量及鍍層用途等因素決定掛架之設計,鍍鉻之掛架(Rack),鍍鉻鍍液組成,CrO,3,:鉻金屬離子來源,CrO,3,之最高導電度在400g/l,故通常控制在200500g/l,硫酸:催化劑,適量之硫酸可提高陰極效率,最適比例為CrO,3,/H,2,SO,4,75150:1,高比值均一性良好,低比值光澤性較佳,鍍鉻之管理與維護,每 天,1.,將鍍槽添滿鍍浴。,2.,用低壓空氣徹底攪拌鍍液。,3.,檢查溫度控制器，調整溫度於正常範圍內。,4.,檢查掛架並修護之。,5.,用最大電流,15,至,30,分鐘做淨化電解處理。,6.,哈氏槽試驗。,(,2),每 週,1.,蒸發濃縮回收鉻鍍液倒回鍍槽內。,2.,檢驗催化劑含量並補充需要。,(3),每 月,1.,檢查鍍浴金屏雜質,(Zn,、,Fe,、,Cu,、,Nj,),2.,清潔及整理陽極。,3.,檢查三價鉻含量。,(4),每 年,1.,檢查安培計及安培小時計。,2.,檢查及校正溫度控制器。,3.,清潔及修理所有槽外設施。,4.,整修通風罩、輸送管路。,5.,鍍液出清，去除積泥，清潔、檢查及修理鍍槽、加熱管及導電棒頭。陽極整理及更換。,鍍鉻之管理與維護,鍍層脫落,前處理不良,中途斷電,局部無鍍層,電流太小,鍍件互相遮蓋。掛具設計不當，有氣室。,鍍層不均勻,掛具接觸不良,氣體不易逸出,陽極型狀不當,溫度過高,沈積速度慢,電流太小,三價鉻太少,二極間距太大,鍍件過大,槽內鍍件過多。,鍍鉻不良原因,鍍層太暗,溫度太低,硫酸此例太少,三價鉻太多,鍍層針孔,前處理不佳,氣體停滯鍍件表面上,鍍件被磁化。懸浮雜,鍍浴有磁性粒子。,掛具接觸不良,氣體不易逸出,陽極型狀不當,棕色或彩虹斑,接觸不良,鎳厚不足,硫酸根過低,鍍鉻不良原因,三價鉻電鍍,三價鉻的優點,Cr,+6,電鍍的缺點包括Cr,+,6的毒性，電流效率低，金屬分佈差，在高電流密度區出現燒傷，孔周遭的漏鍍等問題。這些原素最終導致了更安全和更有效體系的基於三價鉻的電鍍的出現。,用於裝飾鍍鉻的三價鉻鍍液具有良好的穩定性，雖然開始時電鍍速率很慢，它已被用來替代六價鉻鍍液。三價鉻鍍液的主要吸引力是可以消除六價鉻溶液的許多缺點。,三價鉻的優點,目前至少有三種基本類型的三價鉻鍍液,一種是氯化物或硫酸鹽的單一電鍍液，使用石墨或複合陽極和特殊添加劑。防止三價鉻在陽極被氧化,另一類型為硫酸鹽的鍍液，使用屏蔽陽極。普通的鉛陽極被放置於位於離子選擇性膜一側的密閉盒子中，盒中充滿了稀硫酸。（參見圖示）,一種直接與硫酸鹽基鍍液接觸的新型不溶陽極，這種新型電極可以保持電位差來防止三價鉻在其表面氧化。在電解液中不使用氧化添加劑。因此，可以保持同樣高的雜質容忍度，淺色鍍層和鍍液穩定的PH值。這種新工藝可以適當的輔助陽極來對複雜加工外形的工件進行電鍍,三價鉻陽極圖示,分離式隔膜鍍槽,屏蔽陽極,單一陽極,鍍鉻鍍液組成,Cr,3+,:鉻金屬離子來源,導電鹽:太高鍍液會結晶,太低導電不足,錯合劑:防止Cr,3+,沉澱,還原劑:將生成的Cr,6+,還原為,Cr,3+,添加劑:潤濕劑降低表面張力,光澤劑減低鍍層條紋提高光澤,過高則成為有機污染,Fe,2+,:改善鍍液的覆蓋力,(Throwing power),鐵雜質超過150ppm鍍層較黑,完全沒有鐵時高電流會有漏鍍現象.,銅(上限10ppm):高電流區灰暗,中低電流區變黑.,鋅(上限20ppm):覆蓋力下降,中低電流區出現白色污漬,鎳(上限100ppm):黑色鍍層,有機物:低電流區變黑.,解決方式:,金屬以鍍鎳鋼板弱電解或離子交換樹脂去除,有機污染以活性碳過濾去除,雜質的影響,