電鍍工藝管理——陽極過程對(duì)電鍍過程的影響(1)陽極的功能
在電鍍過程中,陽極過程與陰極過程是同時(shí)發(fā)生的,這兩個(gè)過程既統(tǒng)一又矛盾。由于電鍍過程中,陰極過程是獲得產(chǎn)物的過程,因而是主要的過程;而將陽極過程視為從屬于陰極過程的輔助過程。
陽極的功能之一是導(dǎo)電,是與陰極過程密不可分的過程。沒有陽極與陰極形成的電場,就不可能有陰極過程,因此,導(dǎo)電是陽極首要的和必要的功能,這是任何陽極都必須具備的功能。
陽極的另一個(gè)功能提供欲鍍金屬的離子,但是這并不是必需的功能。也就是說,陽極也可以不提供陰極過程需要的金屬離子,比如不溶性陽極。
但是不管是什么樣的陽極,都將影響電解液的穩(wěn)定性和鍍層的質(zhì)量,因而不能只重視陰極過程而忽視陽極過程。當(dāng)然,對(duì)于理想的陽極過程,即金屬可以成功地進(jìn)行電化學(xué)溶解而進(jìn)入電解液的過程,在電極過程動(dòng)力學(xué)中已經(jīng)有詳盡的研究。正是基于這些研究,才使人們有可能在工藝實(shí)踐中選擇適當(dāng)?shù)年枠O材料和電流密度,以及某些陽極活性劑,以保證陽極在電鍍過程中的正常溶解。但是,即便在傳統(tǒng)電鍍過程中,也并不總是可以選擇到理想的陽極,而不得不采用其他方法來加以彌補(bǔ),例如,鍍鉻中使用的就是不溶性陽極,而完全依靠往鍍液中添加鉻酸來補(bǔ)充金屬離子,這是因?yàn)橛行╆枠O過程不能滿足陰極過程的需要,當(dāng)人們以陰極過程的正常進(jìn)行為前提條件時(shí),陽極不可能總是與陰極過程相適應(yīng)的,不是電流密度達(dá)不到正常溶解的程度,就是溶解不是按需要的價(jià)態(tài)提供金屬離子,或者溶解太快而大大地超過了隨陰極過程的需要。這樣,當(dāng)陽極過程影響到陰.極過程的正常工作時(shí),就必須采取措施調(diào)整陽極過程,以使整個(gè)電沉積過程得以正常進(jìn)行。
(2)陽極的分類
電鍍過程中常用陽極有如下幾類。
①可溶性陽極。它是在電鍍過程中可以在工作液中正常溶解而消耗的陽極。在大多數(shù)絡(luò)合劑型的工作液或陽極過程能與陰極過程協(xié)調(diào)的簡單鹽溶液中使用的陽極,大多數(shù)是可溶性陽極,比如,所有的氰化物鍍液,鍍鎳、鍍錫等,都是采用可溶性陽極。并且,對(duì)于可溶性陽極來說,是需要鍍什么金屬,就要采用什么金屬做陽極,絕對(duì)不可以張冠李戴。曾經(jīng)有某電鍍企業(yè)因放錯(cuò)了陽極而使鍍液金屬雜質(zhì)異常上升導(dǎo)致鍍液報(bào)廢的例子。
并不是任意金屬材料都可以用作陽極材料。對(duì)于可溶性陽極的材料,首先要求的是純度,一般都要求其純度在99.9%以上,有些鍍種還要求其純度達(dá)到99.99%,即行業(yè)中所說的“四個(gè)九”。其次是其加工的狀態(tài),對(duì)于高純度的陽極,多半是經(jīng)過電解精煉了的。有些鍍種要直接采用電解陽極,如氰化物鍍銅的電解銅板陽極、鍍鎳的電解鎳板陽極等。但是,有時(shí)要求對(duì)陽極進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぃ热?,鍛壓、熱處理等,以利于正常溶解?span lang=EN-US>
現(xiàn)在比較專業(yè)的做法是采用陽極籃裝入經(jīng)過再加工的陽極塊或球,也有在陽極籃中使用特制的活性陽極材料,比如高硫鎳餅等。
除使用陽極籃之外,可溶性陽極一般還需要加陽極套。陽極套的材料對(duì)于不同鍍液采用不同的材料,通常是耐酸或耐堿的人造紡織品。
②不溶性陽極。它主要用于不能使用可溶性陽極的鍍液,比如鍍鉻。鍍鉻不能使用可溶性陽極的原因主要有兩條,一是陽極的電流效率大大超過陰極,接近l00%,而鍍鉻的陰極電流效率只有13%左右,如果采用可溶性陽極,鍍液中的鉻離子會(huì)很快增加以致超過工藝規(guī)范,鍍液會(huì)不能正常工作;二是鍍鉻如果采用可溶性陽極,其優(yōu)先溶解的一定是低阻力的三價(jià)鉻,而鍍鉻主要是六價(jià)鉻在陰極還原的過程,過多的三價(jià)鉻會(huì)無法得到合格的鍍層。
還有一些鍍液采用不溶性陽極,比如鍍金,為了節(jié)約和安全上的考慮,一般不直接用金來做陽極,而是采用不溶性陽極。金離子的補(bǔ)充靠添加金鹽。
再就是一些沒有辦法保持各組分溶解平衡的合金電鍍,也要采用不溶性陽極,比如,鍍銅錫鋅合金等。
不溶性陽極因鍍種的不同而采用不同的材料,不管是什么材料,其在電解液中要既能導(dǎo)電而又不發(fā)生電化學(xué)和化學(xué)溶解。可以用作不溶性陽極的材料有石墨、碳棒、鉛或鉛合金、鈦合金、不銹鋼等。
③半溶性陽極。對(duì)于半溶性陽極,不能從字面上去理解,實(shí)際上,這種陽極還是可以完全溶解的陽極。所謂半溶性是指這種陽極處于一定程度的鈍態(tài),使其電極的極化更大一些,這樣可以讓原來以低價(jià)態(tài)溶解的陽極變成以高價(jià)態(tài)溶解的陽極,從而提供鍍液所需要價(jià)態(tài)的金屬離子,比如,銅錫合金中的合金陽極。為了使合金中的錫以四價(jià)錫的形式溶解,就必須讓陽極表面生成一種鈍化膜,這可以通過采用較大的陽極電流密度來實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明,鍍銅錫合金的陽極電流密度在4A/dm2左右,即處于半鈍化狀態(tài),這時(shí)陽極表面有一層黃綠色的鈍化膜。如果電流進(jìn)一步加大,則陽極表面的膜會(huì)變成黑色,這時(shí)陽極就完全鈍化了,不再溶解,而只有水的電解,在陽極上大量析出氧。對(duì)于靠電流密度來控制陽極半鈍化狀態(tài)的鍍種,要隨時(shí)注意陽極面積的變化,因?yàn)殡S著陽極面積的縮小,電流密度會(huì)上升,最終導(dǎo)致陽極完全鈍化。
另一種保持陽極半鈍態(tài)的方法是在陽極中添加合金成分,使陽極的溶解電位發(fā)生變化。比如,酸性光亮鍍銅用的磷銅陽極。這種磷銅陽極材料中含有0.1%~0.3%的磷,使銅陽極在電化學(xué)溶解的電位提高,防止陽極以一價(jià)銅的形式溶解,因?yàn)橐粌r(jià)銅將產(chǎn)生歧化反應(yīng)而生成銅粉,危及鍍層質(zhì)量。
④混合陽極。它是指在同一個(gè)電解槽內(nèi)既有可溶性陽極,又有不溶性陽極,也有叫聯(lián)合陽極的。這是以不溶性陽極作為調(diào)整陽極面積的手段,從而使可溶性陽極的溶解電流密度保持在正常溶解的范圍。同時(shí)也是合金電鍍中常用的手段。當(dāng)合金電鍍中的主鹽消耗過快時(shí),可以采用主鹽金屬為陽極,而合金中的其他成分則可以通過添加其金屬鹽的方法來補(bǔ)充。實(shí)際上采用陽極籃的陽極就是一種混合陽極。由于陽極籃的面積相對(duì)比較固定,因此,在籃內(nèi)的可溶性陽極面積有所變化時(shí),由于有陽極籃承擔(dān)導(dǎo)電任務(wù),而使鍍液能繼續(xù)工作。
混合陽極還可以采用分開供電的方式,來使不同溶解電流的陽極都能在正常的狀態(tài)下工作。
(3)陽極的影響
理想的陽極是極化很小的陽極,可以保證金屬離子按需要的價(jià)態(tài)和所消耗掉的離子的量來向電解液補(bǔ)充金屬離子,但是,陽極過程恰恰是很容易發(fā)生極化的過程。陽極的極化人們特別稱之為鈍化。
完全鈍化的陽極不再有金屬離子進(jìn)入鍍液,這時(shí)陽極上的反應(yīng)已經(jīng)變得很簡單,那就是水的電解:2H20=02+4H++4e
陽極過程鈍化對(duì)電鍍過程是不利的。這時(shí)如果想要保持電解槽仍然通過原來的電流強(qiáng)度,就必須提高槽電壓,使電的消耗增加。
為了防止陽極鈍化,通常要經(jīng)常洗刷陽極、攪拌電解液或添加陽極活化劑等。這些措施都是為了讓陽極過程去極化。但是陽極的過分溶解也不是好事。這將使電解液的主鹽離子失去平衡,結(jié)果是影響到陰極過程的質(zhì)量。
陽極的純度和物理狀態(tài)也對(duì)電鍍過程有重要影響。不純的陽極中的雜質(zhì)在溶解過程中會(huì)成為加速其化學(xué)溶解的因素。陽極過程也可以看成是金屬腐蝕的過程。有缺陷的晶體、變形的晶體、異種金屬雜質(zhì)的嵌入物等是發(fā)生腐蝕的引發(fā)點(diǎn),從而發(fā)生晶間腐蝕等,這種不均勻的溶解,會(huì)使陽極成塊地從陽極上脫落,成為陽極泥渣等進(jìn)入電解液,很容易沉積到陰極上,從而使鍍層起麻點(diǎn)和粗糙等。利用陽極溶解的這種特性,應(yīng)主動(dòng)地往陽極中摻雜并且讓其均勻分布,就可以制成溶解性好的或按需要的價(jià)態(tài)溶解的活性陽極,比如,酸性光亮鍍銅中的磷銅陽極,鍍多層鎳中含硫活性陽極等。
陽極的物理狀態(tài)包括加工狀態(tài),如電解陽極、冷軋陽極、熱熔陽極等,也包括尺寸大小、形狀不同的,如塊狀陽極、條狀陽極、球狀陽極、餅狀陽極等。 |
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