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常用的單金屬電鍍層
鋅鍍層
鋅是一種銀白色的兩性金屬,既溶于酸又溶于堿。相對原子質(zhì)量為65.38,密度為7.17g/cm3,熔點為420℃。鋅在空氣中穩(wěn)定;在潮濕空氣中,表面會生成堿式碳酸鋅薄膜,阻止其繼續(xù)腐蝕;在潮濕的海洋性大氣中,耐蝕性較差。鋅的標準電極電位為-0.76V,比鐵更負,所以在鐵基體上的陽極性鍍層,又稱犧性性鍍層,即使鐵基體未被鋅鍍層完全覆蓋,也能因鋅鍍層的“犧牲”而受到保護。鋅鍍層經(jīng)過一定化學處理后,表面形成一層鈍化膜,使其耐蝕性顯著提高。鍍鋅后在特殊的染料溶液中浸漬,經(jīng)干燥再涂清漆,便可得到各種顏色的鍍層。鋅的蘊藏量豐富,而且提煉較為方便。因此,鋅鍍層廣泛用于機械、五金、電子、交通、輕工以及儀器儀表等領(lǐng)域,是應(yīng)用最廣的鍍層之一。
銅鍍層
銅是玫瑰紅色的金屬,具有延展性,導電性和導熱性好,相對原子質(zhì)量為63.54,密度為8.9g/cm3,熔點為1083℃。銅的化學穩(wěn)定性較差:在空氣中,表面易生成氧化膜或堿式碳酸銅;遇硫化物,會生成棕色或黑色的硫化銅。因此,銅鍍層通常不單獨用作防護裝飾性鍍層,而是作為重要的中間鍍層來改善基體與其他鍍層的附著力或防止某些基體金屬被某些鍍液腐蝕。銅鍍層經(jīng)化學處理后做其他精飾處理,可得到美麗的外觀,用于表面裝飾。此外,銅鍍層還用作防滲碳鍍層、印制電路板的通孔鍍層、塑料電鍍的中間層等。
鎳鍍層
鎳是白色微黃的金屬,具有鐵磁性,相對原子質(zhì)量為58.7,密度為8.9g/cm3,標準電極電位為-0.25V。在空氣中鎳表面易形成薄的鈍化膜,因而具有較高的化學穩(wěn)定性。在常溫下鎳能抵御大氣、水和堿液的浸蝕,在堿、鹽、有機酸中穩(wěn)定,但在硫酸和鹽酸中緩慢溶解,易溶于稀硝酸。鎳鍍層可用作防護裝飾性鍍層,要求具有較高的耐蝕性,并按需要處理成全光亮、半光亮或緞面等外觀。然而,一般鎳鍍層都是多孔的,除少數(shù)產(chǎn)品直接使用外,常與其他鍍層組合,用作中間層。
鉻鍍層
鉻是稍帶藍色的銀白色金屬,相對原子質(zhì)量為52.00,密度為6.9~7.1g/cm3(電解鉻),熔點為1890℃,硬度為750~1050HV。鉻在未鈍化時的標準電極電位-0.74V,比鐵負,但鉻表面在空氣中極易鈍化,電位改變?yōu)?1.36V,比鐵正,此時對鋼鐵基體來說,鉻鍍層屬陰極性鍍層,僅起機械保護作用。
鉻鍍層按用途可以分為以下兩類：
1)裝飾性鉻鍍層。該鍍層通常是經(jīng)拋光或電沉積的光亮鍍層(如光亮鎳層、銅-錫合金層),再鍍上0.25~2μm的鉻層。它廣泛用于儀器、儀表、電器、日用五金、汽車、摩托車、自行車等的外部件。
2)功能性鉻鍍層。該鍍層直接鍍在基體金屬上,厚度為2.5~500μm。根據(jù)所用的功能,又分為硬鉻層、松孔鉻層、黑鉻層、乳白鉻層等。硬鉻層主要用于要求較高的硬度與耐磨性能的零件,雖然采用普通的鍍鉻液,但其在工藝上有許多特殊的要求。松孔鉻層是在鍍硬鉻前后進行適當?shù)奶幚?產(chǎn)生點狀或溝狀的松孔,具有被潤滑油浸潤的功能,常用于活塞環(huán)、氣缸、轉(zhuǎn)子發(fā)動機內(nèi)腔等需要承受重負荷的機械摩擦件上。黑鉻層主要用于需要消光而又耐磨的零件。乳白鉻層主要用于各種量具上。
錫鍍層
錫有三種同素異形體:白錫(β型),灰錫(α型)和脆錫(γ型)。常見的是白錫,為銀白色金屬,密度為7.31g/cm3,熔點為231.93℃。錫的相對原子質(zhì)量為118.69。目前鍍錫的最大用途是制作鍍錫鐵板,即馬口鐵,用于制造各種罐子。在密閉的容器中,鐵基體上的錫鍍層是陽極性鍍層,而溶解下來的錫對人體的毒性也很小。在空氣中,錫鍍層對于鐵基體是陰極性鍍層,只有當其厚度高于15μm時,才能大大降低孔隙率,獲得較好的耐蝕效果。錫鍍層的另一個重要用途是在電子工業(yè)領(lǐng)域。錫的熔點低,硬度小,具有良好的釬焊性。
單金屬電鍍工藝
電鍍工藝過程一般包括以下三個階段：
(1)鍍前預處理。如前所述,預處理按實際要求有多個目的,但主要是設(shè)法得到干凈新鮮的金屬表面,為最后獲得高質(zhì)量鍍層做準備。
(2)電鍍。包括工藝規(guī)范、鍍液的配制、成分和工藝條件的控制、添加劑、電極反應(yīng)、鍍液的維護、故障及處理等內(nèi)容,以保證獲得高質(zhì)量的鍍層。
(3)鍍后處理。許多鍍件在電鍍完成后要進行鍍后處理,主要有：
1)鈍化處理。所謂鈍化處理是指在一定的溶液中進行化學處理,在鍍層上形成一層堅實致密的、穩(wěn)定性高的薄膜的表面處理方法。鈍化使鍍層耐蝕性大大提高并能增加表面光澤和抗污染能力。這種方法用途很廣,鍍Zn、Cu及Ag等后,都可進行鈍化處理。
2)除氫處理。有些金屬(如鋅)在電沉積過程中,除自身沉積出來外,還會析出一部分氫,這部分氫滲入鍍層中,使鍍件產(chǎn)生脆性,甚至斷裂,稱為氫脆。為了消除氫脆,往往在電鍍后,使鍍件在一定的溫度下熱處理數(shù)小時,稱為除氫處理。
現(xiàn)以電鍍鎳為例,簡要說明其電鍍工藝的主要參數(shù)。
鍍鎳可用作表面鍍層,也可作為多層電鍍的底層或中間層。表1是常見的幾種鍍鎳液的配方及工藝條件。其中瓦特鍍液應(yīng)用最廣泛;氨基磺酸鹽型鍍液在一定條件下可得到無應(yīng)力鍍層,因而有其特殊的用途。
表1 鍍鎳液的配方及工藝條件
來源：中國電鍍網(wǎng)
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