直接電鍍工藝介紹(1)

2017-09-25 22:05:34 admin 84

(一) 法拉第定律
  第一定律──在鍍液進行電鍍時(電解)陰極上所“附積”的金屬重量(或陽極所溶蝕者)與所通過的電量成正比.
  第二定律──在不同鍍液中以相同的電量進行電鍍時,其各自附積出來的重量與其化學當量成正比.
  上述第一定律中的“電量”,即爲電流強度與時間的乘積,理論單位是庫倫,實肜電位爲安培.分或安培.小時.
  以硫酸銅中的二價銅離子爲例,其第一個庫倫的電量在100%的陰極效率下可以鍍出0.3294mg的純銅,每1安培小時可鍍出1.186g的純銅.電量越多鍍出越多.
  第二定律是對不同鍍液的比較而言,上述的鍍銅量是指硫酸銅的二價銅離子而言,若鍍液換成氰化銅液的一價銅離子之時,則同樣1個安培小時的電量可以鍍出純銅2.372g,只因1價銅的化當量爲63.57/1,2價銅的化學當量是63.57/2,故前者的附積量在同電量時是後者的兩倍.
(二) 陰極膜
  電鍍進行時愈接近陰極被鍍物表面時其金屬離子濃度愈低,現以其濃度下降1%處起直到被鍍物表面爲止的一薄層液膜稱之爲“陰極膜”.薄層中由于金屬離子漸少且發生氫氣以致電阻增加導電不良阻礙金屬之順利登陸.且此膜也因鍍體之外形起伏而有原薄不同,外形凸起峰處膜層較薄故遠方之高濃度離子容易補充使該處優先被鍍上,即所謂之高電流密度區,反之低凹谷處自然不容易鍍上.現將各局部區域之電流強度以公式討論之:
Ilim=nFADCb/∮
Ilim──局部區域電流之大小
n───電子數
F───法拉第常數(鍍出1g金屬所需之電量)
A───該處面積大小
D───金屬離子之擴散系數
Cb──大量鍍液之平均濃度
∮──陰極膜厚度
  由上式可知降低陰極膜的厚度有助于鍍層之均勻.故電鍍需作各種攪拌如吹氣、鍍流動、陰極的擺動等其目的都在降低陰極膜的厚度,在接近被鍍物表面處得以增多金屬離子的供應量.
  (三) 鍍液的電陰
  總電陰=外路及接點+生液體+陰極膜.
  電路板在進行量産時待鍍的面積都很大,故需要的直流電流也極高而常達數千安培,爲求良好的鍍層其電壓多控制在5伏之下.但按A=V/R之公式看來,其總電阻必須極小才能滿足此奧姆定律,故應保持外路及接點低外路及接點,加熱鍍液以降低生液體,攪拌鍍液以降低陰極膜.否則電壓太高了會造成水彼電,解會産生多量的氣壓,大大影響鍍層的品質.
  (四) 當金屬浸于其鹽類之溶液中時,其表面即發生金溶成離子或離子登陸成爲金屬之置換可逆反應,直到某一電位下達到平衡.若在常溫常壓下以電解稀西安液時白金陰極表面之氫氣光做爲任意零值,將各種金屬與此“零值極”連通做對比時,可找各種金屬對氫標准電極之電位來.再將金屬及其離子間之氧化或還原電位對NHE比較排列而成“電化學次序”或電動次序.以還原觀點而言,比氫活潑的金屬冠以負值使其排列在氫的上位,如鋅爲-0.762,表示鋅很容易氧化成離子,不容易登陸成金屬,理論上至少要外加0.762V以上才能將之鍍出.
比氫高貴者冠以正值,排在氫的下位。愈在下位者愈容易還原鍍出來,也就是說其金屬能在自然情況下較安定,反之在上位者則容易生鏽了.
  (五) 氫超電壓
  電鍍時氫離子會泳向陰極而形成氫氣逸出,此種氫離子在水溶液中的行徑與金屬相同,故比氫活潑的金屬在電鍍時,理論上是氫先出來後才輪到金屬的登陸,但事實上卻是金屬比氫出來的多,此種阻止氫出來的額外電墳稱之爲“氫超電壓”.
  氫氣出現在鍍件表面上未立即趕走時,會阻止後來金屬在該點的登陸,進而造成鍍層的凹點故設法提高鍍液的氫超電壓及降低鍍液表面張力並攪拌以趕走氫氣泡都是電鍍所常追求的技術.
  (六) 極化
  金屬電極在其鹽類水溶液中可以形成一各可逆的平衡,對外界而言並無正負之分極現象.但若另外施加一電壓分出正負極進行電解時,此外加電壓稱爲Overvoltane,overpotential,或極化,卻克服各種障礙使金屬得以順利登陸,必須超過各種極化,如活化極化、濃度極化、電阻極化、及氣體極化時,其總值即爲電鍍進行所需之最低電壓.爲使鍍層完美起見常加入各種助劑,以改變阻極表面的局部現象,使鍍層更爲均勻. 

信息來源:慧聰塗裝與表面處理頻道