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电镀液的电流效率:阳极电流效率

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-19  浏览次数:779

1不溶性阳极电镀

 

   对于镀铬之类的不溶性阳极电镀,阳极仅起2个作用:(1)提供直流通电回路,形成闭合环路;(2)提供合理的电力线分布。阳极上无主反应发生,均发生副反应,其主要是析氧反应:

 

   40H-一4e-→2H20+02↑。

 

   该副反应因消耗OH-,会使镀液pH下降。析氧也造成镀液中某些易被氧化的组分被氧化破坏。多价金属离子在阳极上的局部氧化有时有害,有时又有利。例如,对于三价铬镀铬而言,只要氧化生成少量六价铬就十分有害,甚至导致阴极上无铬析出。而Cr3+很容易在铅或铅合金上被氧化为六价铬,故三价铬镀铬不允许采用这类阳极。六价铬镀铬液中,当三价铬过多时,镀液深镀能力下降,对装饰性套铬十分有害,有时采用小阴极大阳极电解,让部分三价铬在铅合金阳极上氧化为六价铬。六价铬镀铬液中,Cl-含量过高也很有害,即使采用大电流电解,也只能使大部分Cl-在阳极上呈氯气(Cl2)析出,而不能彻底将其去除。氯化物体系三价铬镀铬,采用高纯石墨电极时,其上会生成有毒氯气,因此要设置良好的抽风设备。

 

2可溶性阳极电镀

 

   采用可溶性阳极进行电镀时,阳极除了起到上述不溶性阳极的2个作用之外,还具有第3个作用——也是其主要的作用,即溶解提供合适价态的主盐金属离子,以补充其在阴极上还原后的消耗(理想状态为保持平衡),这是可溶性阳极发生的主反应。例如:

 

氰化镀铜,Cu—e-→Cu+;

无氰镀铜,Cu一2e-→Cu2+;

酸性镀锡,Sn一2e-→Sn2+:

碱性镀锡,Sn一4e-→Sn(IV):

镀镍,Ni一2e-→Ni2+:

   镀金,Au一3e-→Au3+(氰化镀金时为Au—e-→Au+)。

 

2.1 可溶性阳极上的主要副反应

 

   (1)析氧:40H-一4e-一2H20+02↑。

 

   析氧会导致镀液pH下降,使阳极电流效率降低。阳极因生成氧化膜,可能钝化而不导电,失去主反应。另外,析氧也可能破坏某些镀液组分。例如,在氰化电镀中,析氧会加速游离氰过多地转化为有害的碳酸盐,导致最重要的游离氰指标不稳定,而需频繁补加氰化物。其反应为:

 

   2CN-+02=2CN0-,

   2CN0-+02=C02-3+N2↑+C0↑,2CO+02=2C02↑,

   C02+20H-=C02-3+H20。

 

   (2)多价金属离子的不完全氧化。

 

   例如:对于碱性镀锡而言,sn一2e-→Sn2+,过多的Sn2+会使镀层发灰;而对于无氰镀铜而言,Cu—e-→Cu+,生成的一价铜有害,故光亮酸铜要采用低磷阳极,尽量减少阳极上Cu+的生成(详见第六讲)。

 

   要求阳极上氧化生成什么价态的金属离子进入镀液,依工艺不同而有特殊性,比较复杂,应了解清楚。对于无氰镀铜而言,要求铜离子呈Cu2+态;而氰化镀铜则要求铜离子呈Cu+态,镀液中游离氰不足时则呈Cu2+态,其危害是先使阳极附近的镀液泛蓝,继而整个镀液泛蓝(此时游离氰含量已过低,务必补充足够)。碱性镀锡要求锡呈四价态,但酸性镀锡要求锡呈二价态。一旦酸性镀锡液中产生四价锡,则最终生成不可逆转的白色β-锡酸,其夹附于镀层中不但使镀层的焊接性能下降,而且导致镀层不亮而呈灰白色。此时镀锡液泛白甚至呈牛奶状,只能加聚丙烯酰胺等进行絮凝沉淀,再过滤去除。

 

   (3)有机添加剂的氧化破坏。

 

   有机添加剂在阳极上的氧化破坏不但造成添加剂的无谓损耗,而且使镀液中的有机杂质含量增大。例如,氯化钾镀锌以邻氯苯甲醛作为主光泽剂时,虽镀层白亮、起光快,但彩钝层附着力很差,而且邻氯苯甲醛的抗氧化性差,很容易被氧化破坏。

 

2.2 阳极电流效率ηa

 

   对于可溶性阳极电镀而言,既然存在阳极副反应,也就存在阳极电流效率的问题。阳极电流效率可定义为:通过一定电量时阳极的金属实际溶解量与通过相同电量时阳极金属的理论溶解量之比。

 

   由于电沉积时工件是作为阴极的,因此人们更关注阴极电流效率。

 

当阴、阳极的主要副反应分别为析氢与析氧,以及阴极电流效率低于阳极电流效率时,镀液pH有逐渐升高的趋势。一般的微酸性电镀锌、镍均表现出这一特征。氯化钾镀锌液的pH下降,则是因为镀前清洗不良,带入盐酸等酸过多。对于锌压铸件预镀氰化铜,pH不能大于10.5,否则基体易因腐蚀而起泡。但氰化镀铜液的pH也有上升趋势,故应在不大量产生氰化氢气体的前提下,及时用稀的酒石酸或冰醋酸将pH下调至工艺规范内。

 

 

电镀液的电流效率

电镀液的电流效率:阴极上的主反应与副反应

电镀液的电流效率:阴极电流效率

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