（ⅰ）电镀镍和无电镀镍实验

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1、材料基礎實驗（二）材料化學及表面處理實驗(Ⅰ)電鍍鎳與無電鍍鎳實驗楊聰仁教授編撰一、實驗目的由低碳鋼的電鍍、無電鍍鎳來瞭解電鍍、無電鍍之原理及差異，並可認識電鍍、無電鍍鎳之施鍍方式與鍍層特性。二、實驗原理2.1電鍍技術電鍍是將鍍件做為陰極，浸於含欲鍍金屬離子之電解液中，另一端置適當陽極，通入直流電後，在鍍件表面析出金屬膜的表面處理。電鍍目的在於表面改質，提高附加經濟價值，例如裝飾性用途，鍍貴重金屬、光澤鎳、鋁等；提高表面硬度，增加耐磨耗性，如鍍硬鉻；增加抗蝕性，如鍍錫、鉛；增加導電性，如鍍銀、銅等。為了達到需求性質，皮膜色澤、硬度、均一性、被覆

2、力、厚度、銲接性等，皆是考慮因素，此外，為達到適當管理與鍍浴穩定性，如何分析、補充，都是應考慮的操作要點。電鍍作業步驟，依序為(1)研磨，(2)前處理，(3)電鍍，(4)後處理，(5)乾燥等，就欲鍍物件之材質、形狀、加工後情況，選擇適當處理方式。當電解液受外加電壓作用時，電解質的陽離子向陰極移動，而陰離子向陽極移動，此現象稱為電解(Electrolysis)，在電解時，通入之電流量與析出金屬量，需遵守法拉第電解定律，即第一電解定律與第二電解定律：第一定律：在陰極析出之金屬量與通入之電量呈正比。第二定律：在不同電解液中，通入相同電量時，各溶液析出

3、物質質量與其電化當量成正比關係。以1秒鐘通過1安培電流，在陰極析出之物質重量，稱為該物質之電化當量，單位為毫克/庫侖，為使用方便起見，亦可用克/安培一小時為單位，表一為常見金屬之電化當量。表一、常見金屬之電化當量名稱鋅鎘銅銅鎳鎳錫錫鉻鉻銀金化合價221223243613電化當量毫克/庫倫0.3390.5820.6580.3290.3040.2030.6150.3070.180.08961.1180.681克/安培-小時1.222.0972.3721.1861.0950.7302.2141.1070.6470.3244.0252.452電解時，實

4、際析出重量與依電解定律計算理論值之比例，用百分率表示，稱為電流效率，即38材料基礎實驗（二）材料化學及表面處理實驗式中m：實際析出重量(克)，I：通入之電流(安培)t：時間(小時)C：電化當量(克/安培一小時)根據電解定律和電化當量，電流效率公式，可以導出電鍍層厚度之公式為：式中δ：鍍層厚度(毫米)γ：金屬比重Dk：電流密度(安培/平方公寸)2.1.1電極電位(ElectrodePotential)當金屬(陽極)置入電解液中，溶解的金屬陽離子，受電解液中的極性分子吸引，往電解液方向移動。但是金屬中的自由電子亦有吸引陽離子的作用，使金屬陽離子聚積

5、在金屬與電解液界面附近，形成「電雙層」(Electricaldoublelayer)，產生了電壓，即金屬的電極電位。金屬的電極電位，可視為金屬釋出電子能力的電化學位能，金屬釋出電子傾向愈大，其電化學位能愈高，金屬的電極電位絕對值無法測定，通常以相對於氫標準電極零電位比較而得。Mn++ne-àME0H++e-à1/2H2E0=0伏特按照能斯特方程式(Nernstequation)在25℃時，並假設金屬為標準熱力狀態(aM=1)離子濃度的改變為影響電極電位的主要因素，將溶液稀釋的話(即降低值)，會使得E值向負方向移動，也就是金屬更容易溶解，當=1，

6、E=E0=標準電極電位，E0值為較大之負值時，代表金屬易溶解成陽離子，此類金屬如鉀、鈉、鋁，活性大或容易氧化。38材料基礎實驗（二）材料化學及表面處理實驗2.1.2電鍍液的組成(1)欲鍍上金屬之離子欲鍍上金屬之離子在電鍍液中或以簡單的水合離子(hydratedion)形態存在，通常用Mn+表示，或以錯合離子(complexion)形態存在，離子濃度一般為1.0~3.0M。在合適電流密度條件下，簡單的水合離子適合於形狀簡單的鍍件，電鍍時金屬沈積速度快，生產率高。但對於形狀複雜的鍍件，為了使其厚度均勻，通常採用金屬錯離子，使金屬在鍍件上的沈積速度減

7、慢，以得到細致的光亮平滑的鍍層。實際中採用何種形式的欲鍍金屬離子，應視鍍件表面狀態及鍍層質量要求而定。一般情況下，以簡單金屬水合物離子形態存在的電鍍液比較穩定，不易變質，而以金屬錯合離子形態存在的電鍍液則較不穩定，容易分解。(2)電解質合適的電鍍液導電性是通過調整電解質的濃度來實現的。電解質在電鍍液中同時還有控制pH值的功能，尤其是在陽極析出氧氣或陰極析出氫氣時，電解質對pH值的變化能起緩衝之作用，即減少pH值的變化量。這是因為不論是陰極析出氫氣，使陰極附近的pH值增大，還是陽極析出氧氣使陽極附近pH值減少，都會造成氫離子濃度的改變而影響某些電

8、解質的電離度或電解質形成金屬氫氧化物沈澱，故需使氫離子濃度變化很小，pH值維持不變。(3)錯合劑(Complexingagents)為了使某些金屬沈積