电镀基本原理(3)

例２:硫酸鋅鍍鋅使用鋅做陽極，攪拌良好，則產生電流I所需之電壓為 EI=E0+g a+g c+g conc+IR EI=g a+g c+IR 因Ea=Ec ? E0=0 又因攪拌良好 ? g conc=0 -2例３:鎳鹽水溶液使用鎳做陽極，電極面積10c㎡，以10 Amp/c㎡進行鍍鎳。 g g 內電阻R＝300Ω，攪拌良好所需之電壓為若干？ c ＝0.445＋0.065logI a ＝0.375＋0.045logI，解： EI=g c+g a+IR =0.445+0.65log(0.01*10)+0.375+0.045log(0.01*10)+(0.01*10)*300 =30.71volt

2.4.5 界面物理化學

表面處理過程中，金屬會與水或液體接觸，例如水洗、 酸浸、電鍍、塗裝、琺瑯 等。要使金屬與液體作用，需金 屬表面完全浸濕接觸，若不能完全接觸，則表面處理 將不 完全，無法達到表面處理的目的。所以金屬與液體接觸以 介面物理化學性質對表 面處理有十分重要的意義。

2.4.5.1 表面張力及界面張力

液體表面的分子在表面上方沒有引力，處於不安定狀態稱之自由表面，故具有

力，此力稱之為表面張力。液 體之表面張力大小因液體的種類和溫度而異，溫度愈高 表面張力愈小，到沸點時因表面分子氣化自由表面消失，故張力變為零。液體和固體 與別的液體交接的面也有如表 面張力之作用力，稱之界面張力。

2.4.5.2 界面活性劑

溶液中加入某種物質，能使其表回張力立即減小，具 有此種性質的物質稱之為界 面活性劑。表面處理過程如 洗淨、脫脂、酸洗等界面活性劑被廣泛應用對表面處理 之 光澤化、平滑化，均一化都有相當幫助。

2.4.6 材料性質

表面處理工作人員必須對材料特性充份了解，表面處 理的材料大多是金屬，所以 首先要知道各種金屬的一般 性質。例如色澤、比重、比熱、溶點、降伏點、抗拉強 度 、延展性、硬度、導電度等。

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2.5電鍍基礎

電鍍的基本構成元素及工場設備 電鍍溶液 陽極袋 電鍍前的處理 電鍍控制條件及影響因素 鍍層要求項目 電鍍技藝 電鍍使用之電流 金屬陽極與金屬陰極 電鍍架 電鍍工場設備 鍍浴淨化 鍍層缺陷 金屬腐蝕

2.5.1 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 )。 2.5.1.1 鍍槽構造,其典型鍍槽見圖: 2.5.1.2 電鍍工場設備

一個電鍍工場必須配備下列各項設備： @防酸之地板及水溝。 @ 糟及預備糟。 @攪拌器。 @整流器或發電機。

@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、過濾器及橡皮管。

@電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備。 @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。 2.5.2 電鍍使用之電流

在電鍍中，一般都僅使用直流電流。交流電流 因在反向電流時金屬沈積又再被 溶解所以交流電流無法電沈積金屬。直流電源是用直流發電機或交流電源經整流器產 生。直流電流是電子向一個方向流通，所以可以電沈積金屬。但在有些特殊情況會使 用交流電流或其他種特殊電流，用來改 善陽極溶解消除鈍態膜、鍍層光層、降低鍍層 內應力、鍍層分佈、或是用於電解清洗等。

2.5.3 電鍍溶液，又稱鍍浴（plating bath）

電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其他化學物之導電溶液，用來電沈積金屬。其主 要類別可分酸性、中性及鹹性電鍍溶液。強酸鍍浴是pH值低於２的溶液 ，通常是金屬 鹽加酸之溶液，例如硫酸銅溶液。弱酸 鍍浴是pH值在2～5.5之間鍍浴，例如鎳鍍浴。 鹹性鍍浴其pH值超過７之溶液，例如氰化物鍍浴、錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍 浴。

2.5.3.1 鍍浴的成份及其功能

1. 金屬鹽：提供金屬離子之來源如硫酸銅。可分單鹽、鹽，及錯鹽。

例如：單鹽：CuSO4?；NiSO4? 複鹽：NiSO4?；(NH4)2SO4? 醋鹽：Na2Cu(CN)3?

2. 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。 3. 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。

4. 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(pH5～8)，pH值控制更為重要。 5. 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。 6. 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。 7. 鍍層性質改良添加劑，例如小孔防止劑、硬度調節劑、澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。 8.

9. 潤濕劑(wetting agent)，一般為界面活性劑又稱去孔劑。

2.5.3.2 鍍浴的準備

? @將所需的電鍍化學品放入在預備糟內與水溶解。 @去除雜質。

@用過濾器清除浮懸固體，倒入一個清潔電鍍槽內。 @鍍浴調整，如pH值、溫度、表面張力、光澤劑等。 @用低電流電解法去除雜質。

2.5.3.3 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。 @間歇或連續的過濾鍍浴浮懸雜質。 @經常檢查鍍件、查看缺點。

2.5.4 金屬陽極

金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極，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。

而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。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 之不銹鋼作

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

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