基本介紹
- 中文名：合金電鍍
- 外文名：Alloy plating
- 目的：是材料獲得更優的性能
- 所屬學科：材料科學
合金電鍍簡介,材料要求,工作原理,常見的合金電鍍,高耐蝕鋅合金電鍍工藝,電鍍鋅-鐵合金工藝及鈍化處理,
合金電鍍簡介
電鍍時，鍍層金屬或其他不溶性材料做陽極，待鍍的工件做陰極，鍍層金屬的陽離子在待鍍工件表面被還原形成鍍層。為排除其它陽離子的干擾，且使鍍層均勻、牢固，需用含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液，以保持鍍層金屬陽離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層，改變基材表面性質或尺寸。電鍍能增強金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多採用耐腐蝕的金屬)、增加硬度、防止磨耗、提高導電性、光滑性、耐熱性和表面美觀。
材料要求
鍍層大多是單一金屬或合金，如鈦鈀、鋅、鎘、金或黃銅、青銅等；也有彌散層，如鎳-碳化矽、鎳-氟化石墨等；還有覆合層，如鋼上的銅-鎳-鉻層、鋼上的銀-銦層等。電鍍的基體材料除鐵基的鑄鐵、鋼和不鏽鋼外，還有非鐵金屬，或ABS塑膠、聚丙烯、聚碸和酚醛塑膠，但塑膠電鍍前，必須經過特殊的活化和敏化處理。
工作原理
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，能絡合主鹽中金屬離子形成絡合物的絡合劑，用於穩定溶液酸鹼度的緩衝劑，陽極活化劑和特殊添加物（如光亮劑、晶粒細化劑、整平劑、潤濕劑、應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，經電極反應還原成金屬原子，並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、電化學反應和電結晶等步驟的金屬電沉積過程。
在盛有電鍍液的鍍槽中，經過清理和特殊預處理的待鍍件作為陰極，用鍍覆金屬製成陽極，兩極分別與直流電源的正極和負極聯接。電鍍液由含有鍍覆金屬的化合物、導電的鹽類、緩衝劑、pH調節劑和添加劑等的水溶液組成。通電後，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，是採用鉛、鉛銻合金製成的不溶性陽極，它只起傳遞電子、導通電流的作用。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、電源波形等都會影響鍍層的質量，需要適時進行控制。
常見的合金電鍍
高耐蝕鋅合金電鍍工藝
鋅合金是指以鋅為主要成分並含有少量其它金屬的合金。已用於生產的二元鋅合金有：Zn-Ni，Zn-Co，Zn-Fe，Sn-Zn。Zn-Ti，Zn-Cr，Zn-P，Zn-Mn等還在開發研製試套用中，鋅合金具有良好的防護性能，故常稱之為高耐蝕合金鍍層，其中研究的比較多，且套用比較廣泛的主要是鋅和鐵族金屬形成的合金，即鋅-鎳、鋅-鈷和鋅-鐵。鐵族金屬的原子結構和性質相近，它們與鋅形成合金的共沉積特性也很相似。從電極電位來看，鐵族金屬的電位比鋅正的多，但在共沉積時，鋅比鐵族金屬容易沉積而優先沉積，這種沉積稱為異常共沉積。其原因是當鋅與鐵族金屬在陰極表面共沉積時，隨著陰極表面H2的析出，使表面pH升高，在陰極表面生成了氫氧化鋅膠體薄膜，致使鐵族金屬離子在陰極表面受到抑制而難以沉積，於是鋅在陰極表面優先析出。
電鍍鋅-鐵合金工藝及鈍化處理
已獲得工業套用的鋅-鐵合金有兩種：一種是含鐵量高的合金，該鍍層不易鈍化，易磷化處理，對油漆有良好的結合力，多用於鋼板和鋼帶的表面處理，作為電泳漆的底層;另一種是含微量鐵的鋅-鐵合金，鍍層易鈍化，耐蝕性能優良，特別經過黑色鈍化，其耐蝕性有很大提高。鋅-鐵合金工藝也可分為酸性和鹼性兩種類型，合金鍍層含鐵量一般在0.2%~0.7%之間，鍍液中三價鐵離子不能含量過高，否則會降低陰極電流效率，結晶粗大。以下僅介紹低鐵含量電鍍工藝。
