電鍍的原理

電鍍的原理

電鍍需要一個向電鍍槽供電的低壓大電流電源以及由電鍍液、待鍍零件（陰極）和陽極構(gòu)成的電解裝置。其中電鍍液成分視鍍層不同而不同，但均含有提供金屬離子的主鹽，能絡(luò)合主鹽中金屬離子形成絡(luò)合物的絡(luò)合劑，用于穩(wěn)定溶液酸堿度的緩沖劑，陽極活化劑和特殊添加物（如光亮劑、晶粒細(xì)化劑、整平劑、潤濕劑、應(yīng)力消除劑和抑霧劑等）。電鍍過程是鍍液中的金屬離子在外電場的作用下，經(jīng)電極反應(yīng)還原成金屬原子，并在陰極上進行金屬沉積的過程。因此，這是一個包括液相傳質(zhì)、電化學(xué)反應(yīng)和電結(jié)晶等步驟的金屬電沉積過程。

在盛有電鍍液的鍍槽中，經(jīng)過清理和特殊預(yù)處理的待鍍件作為陰極，用鍍覆金屬制成陽極，兩極分別與直流電源的正極和負(fù)極聯(lián)接。電鍍液由含有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)電的鹽類、緩沖劑、pH調(diào)節(jié)劑和添加劑等的水溶液組成。通電后，電鍍液中的金屬離子，在電位差的作用下移動到陰極上形成鍍層。陽極的金屬形成金屬離子進入電鍍液，以保持被鍍覆的金屬離子的濃度。在有些情況下，如鍍鉻，是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽極，它只起傳遞電子、導(dǎo)通電流的作用。電解液中的鉻離子濃度，需依靠定期地向鍍液中加入鉻化合物來維持。電鍍時，陽極材料的質(zhì)量、電鍍液的成分、溫度、電流密度、通電時間、攪拌強度、析出的雜質(zhì)、電源波形等都會影響鍍層的質(zhì)量，需要適時進行控制。

首先電鍍液有六個要素：主鹽、附加鹽、絡(luò)合劑、緩沖劑、陽極活化劑和添加劑。

電鍍原理包含四個方面：電鍍液、電鍍反應(yīng)、電極與反應(yīng)原理、金屬的電沉積過程。

電鍍反應(yīng)中的電化學(xué)反應(yīng)：下圖是電鍍裝置示意圖，被鍍的零件為陰極，與直流電源的負(fù)極相連，金屬陽極與直流電源的正極聯(lián)結(jié)，陽極與陰均浸入鍍液中。當(dāng)在陰陽兩極間施加一定電位時，則在陰極發(fā)生如下反應(yīng)：從鍍液內(nèi)部擴散到電極和鍍液界面的金屬離子Mn+從陰極上獲得n個電子，還原成金屬M。另一方面，在陽極則發(fā)生與陰極完全相反的反應(yīng)，即陽極界面上發(fā)生金屬M的溶解，釋放n個電子生成金屬離子Mn+。

反應(yīng)機理

A、電極電位

當(dāng)金屬電極浸入含有該金屬離子的溶液中時，存在如下的平衡，即金屬失電子而溶解于溶液的反應(yīng)和金屬離子得電子而析出金屬的逆反應(yīng)應(yīng)同時存在：Mn++ne=M。

平衡電位與金屬的本性和溶液的溫度，濃度有關(guān)。為了精確比較物質(zhì)本性對平衡電位的影響，人們規(guī)定當(dāng)溶液溫度為250℃，金屬離子的濃度為1mol/L時，測得的電位叫標(biāo)準(zhǔn)電極電位。標(biāo)準(zhǔn)電極電位負(fù)值較大的金屬都易失掉電子被氧化，而標(biāo)準(zhǔn)電極電位正值較大的金屬都易得到電子被還原。

B、極化

所謂極化就是指有電流通過電極時，電極電位偏離平衡電極電位的現(xiàn)象。所以，又把電流-電位曲線稱為極化曲線。產(chǎn)生極化作用的原因主要是電化學(xué)極化和濃差極化。