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铁和铁合金电镀原理

放大字体  缩小字体发布日期:2013-04-08  浏览次数:1067
核心提示:电镀铁可以很容易地进行焊接,其他金属可以方便地在其上沉积,而且在软态下,它具有优异的变形能力[27]。电镀的铁具有一定的耐腐蚀性,正如所望它是纯铁;而在文献[28]中提出相反的观点,它可能是由于不能将镀层表面的电解液痕迹完全清洗干净所致。

由于铁的满意物理性能及其较低的成本,原则上讲,它可以用于许多方面。早期的镀铁文献,大多涉及到其商业化应用和电解精炼,已综合性地概括在文献[1]中。俄罗斯的电铸生产[2],德国在第一次世界大战时期的炮弹输送带,铁皮和铁管的电铸[3],废旧零件的修复[4,5]都是早期电镀铁的实际应用。在具有更佳磁性能的镍铁合金发明前,WesternElectricCompany[6]将电镀得到的良好的磁性能的铁镀层用在Pupin感应线圈的铁芯上。

1930年报道了一种应用工艺[7],其中印刷政府货币和债券的凹雕版,在镀镍面层下用由热氯化物槽液中电镀厚铁层作底层。

二次世界大战时期,镀铁用来制造电铸版,并镀覆于立体版上,以保存镍和铜[8,9],引。在同一时期,美国橡胶公司电铸橡胶、玻璃和塑料铁模[10]。烙铁尖端是镀铁的,的确还有许多小规模的应用。电镀铁作为粉末冶金生产铁粉的方式是一直沿袭下来的一种应用[11]。

尽管其许多应用都是短时间的,但对镀铁的兴趣却一直持续不减。这个可以由几篇公开发表的文章证实,例如,铁带的生产(文献[12,13])、电解冶金(文献[14,15])、留声机录音压模的电铸(文献[16,17])、卷和模型(文献[18])以及废旧零件修复中的使用(文献[19])。电镀铁生产的连续铁带用作屋顶材料,低功率电阻加热器和一些磁性产品,如线圈的薄芯片、磁性展示板和磁屏蔽罩[20,22]。镀硬铁用于铝活塞上,提高其耐磨性,从而排除铁或钢套,并允许用压铸法生产[23]。在通用电器公司,500万以上的活塞是镀硬铁的[24]。1973年的二份专利提到了低应力薄铁镀层作为中间层,以便在没有外皮或铁镀层碎片的软材料上得到厚且高应力的铁镀层[25]。

对于镀铁具有强烈兴趣的理由是,铁价廉且丰富,它可以沉积作硬或脆的金属,通过热处理,可以使其软化,且具有韧性,或作为柔软而延展的金属,表面硬度可以通过碳化、碳氮化和氮化来达到。已有报道说,有些电镀硬铁制备的表面强度与最好的工业化滚珠轴承材料相当[26]。电镀铁可以很容易地进行焊接,其他金属可以方便地在其上沉积,而且在软态下,它具有优异的变形能力[27]。电镀的铁具有一定的耐腐蚀性,正如所望它是纯铁;而在文献[28]中提出相反的观点,它可能是由于不能将镀层表面的电解液痕迹完全清洗干净所致。镀铁槽液的分散能力可与镀镍槽液相比。

几种铁合金电镀生产技术在近10年的金属精饰工业中取得了重要发展。电镀铁-镍合金已经广泛用于装饰性镀层[29],钢铁制造企业的连铸模的表面镀层[30]以及磁性装置[31~37]。铁-锌合金已用于铁基材料的抗腐蚀,采用挂镀和滚镀[30],以及钢铁工业中的连续电镀[40]。

限制铁和铁合金电镀的特殊或大规模应用的一个重要问题是,尽管普通阳极和溶液的成本较低,但重要装备和维护的支出比其他更常见电镀槽液要高。镀铁槽液的加热、搅拌、过滤或通风要使用特制的高温或耐腐蚀装备。另外,除非定期使用,否则溶液会被氧化。将溶液调整到操作条件的时间和努力将超过沉积低成本金属的经费。

实际上,所有的镀铁都是在酸性的二价铁盐溶液中进行的。在这些槽液中,不希望三价铁浓度过高,因为它降低了金属沉积的电流效率,并可能导致镀层发脆、应力和针孔。实际上,要保持三价铁离子的浓度在无害的水平并不难。

直到最近,实际上所有的镀铁都是从含有硫酸亚铁、氯化亚铁或两者混合物的溶液中得到的。氟硼酸亚铁和氨基磺酸亚铁槽液只在某些地方使用,一直没有忽视从其他铁盐溶液中电镀的研究。l887年WAT[41]研究了从含有大量铁盐的溶液中的沉积,并且结束了只有硫酸盐槽液可使用的错误。对基于一些氟取代的磷酸或脂肪酸的铁盐镀液进行了研究,但它们不能产生令人满意的镀层[42]。在本章稍后的章节中描述了选择的其他类型的槽液。

在硫酸盐和氯化物槽液中最常添加的是导电盐,如相应的碱金属或碱土金属盐。许多其他的盐,如各种有机酸的盐也受到推荐。羟基羧酸和二元羧酸,如柠檬酸、苹果酸、马来酸、酒石酸和抗坏血酸用来防止形成氢氧化铁沉淀[43],这些酸可与影响铁镀层性能的杂质元素共沉积,并且在特定情况下可以验证。下面介绍的简单槽液组成可以满足大部分要求,而且它们已经用于铁带的生产。

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