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1、電鍍的基本知識 u溶液性質 u電化學 u界面物理化學 u物質反應 u化學式 u材料性質 溶液(solution) u被溶解之物質稱之為溶質(solute)，使溶質溶解之液體稱 之溶劑(solute)。u溶劑為水之溶液稱之水溶液(aqueous solution)。u表示溶質溶解於溶液中之量為濃度(concentration)。 u在一定量溶劑中，溶質能溶解之最大量值稱之溶解度 (solubility)。u達到溶解度值之溶液稱之為飽和溶液(saturated solution)，反之為非飽和溶 液(unsaturated solution)。 u溶液之濃度，在工廠及作業現場，使用易了解及便利的
2、重量百分率濃度(weight percentage)。另外常用的莫耳 濃度(mole concentration)。 電化學(electrochemistry) u電鍍是一種電沉積(electrodeposition)過 程，利用電解體(electrolysis)在電極 (electrode)沉積金屬，它是屬於電化學之 應用的一支。電化學是研究有關電能與化 學能交互變化作用及轉換過程。 電解質(electrolyte)u電解質(electrolyte)：例子NaCl，也就是其溶液具有電 解性質之溶液 (electrolyticsolution)，它含有部份之離子 (ions)，經由此等離子之移
3、動 (movement) 而能導電。u帶陰電荷朝向陽極(anode)移動稱之為陰離子(anion)，u帶正電荷朝向陰極(cathode)移動(migrate)者稱之為陽離 子 ( cations)。u這些帶電荷之粒子(particles)稱之為離子(ions)。u放出電子產生氧化反應之電極稱之為陽極(anode)，u得到電子產生還原化應之電極稱之為陰極(cathode)。u整個反應過程稱之為電解(electrolysis)。界面物理化學u表面處理過程中，金屬會與水或液體接觸 ，例如水洗、 酸浸、電鍍、塗裝、琺瑯 等。要使金屬與液體作用，需金屬表面完 全浸濕接觸，若不能完全接觸，則表面處 理將不
4、完全，無法達到表面處理的目的。 所以金屬與液體接觸以介面物理化學性質 對表面處理有十分重要的意義。 表面張力及界面張力 u液體表面的分子在表面上方沒有引力，處 於不安定狀態稱之自由表面，故具有力， 此力稱之為表面張力。液體之表面張力大 小因液體的種類和溫度而異，溫度愈高表 面張力愈小，到沸點時因表面分子氣化自 表面消失，故張力變為零。液體和固體與 別的液體交接的面，也有如表面張力之作 用力，稱之界面張力。 界面活性劑 u溶液中加入某種物質，能使其表面張力立 即減小，具有此種性質的物質稱之為界面 活性劑。表面處理過程如洗淨、脫脂、酸 洗等界面活性劑被廣泛應用對表面處理之 光澤化、平滑化，均一化都
5、有相當幫助。 電鍍基本功u電鍍的目的： 美觀（金、銀、鉻Cr.） 防銹（Zn、Cd、Ni.） 抗磨耗（硬度Cd的電鍍） 提高導電性（銀、銅） 提高潤滑性（銀、錫、鉛.） 提高製品強度（塑膠製品之電鍍） 提高耐候性、耐熱性（鍍金） 侵碳防止、氮化防止（鋼鐵表面硬化（case hardening）時，在不要硬化部份鍍銅）【各種不同鍍液金屬，也有不同目的：】u鍍銅：打底用，增進鍍層附著及抗蝕能力u鍍鎳：打底用，增進抗蝕u鍍金：改善導電接觸阻抗，增進訊號傳輸u鍍銀：美觀，增加導電u鍍錫或鉛：增進焊接能力各種鍍金的方法 u電鍍法(electroplating)u無電鍍法(electroless plat
6、ing) u熱浸法(hot dip plating) u熔射噴鍍法(spray plating) u塑膠電鍍(plastic plating)u浸漬電鍍(immersion plating) u筆電鍍(pen plating)u電鑄 (electroforming) u滲透鍍金(diffusion plating)u陰極濺鍍(cathode supptering)u真空蒸著鍍金(vacuum plating)u合金電鍍 (alloy plating)u複合電鍍(composite platingu局部電鍍 (selective plating) u穿孔電鍍(through-hole plati
7、ng)電解鍍法 通以直流電產生金屬薄膜的方法，此法為目前鍍金最 普遍的使用方式，且幾乎全部皆由水溶液電鍍而成。【水溶液方式電鍍之金屬 】銅、鎳、鉻、鋅、鎘、錫、鉛、金、銀、白金 、鈷、錳、銻、鉍、汞、鎵、銦、鉈、As、Se 、Te、Po、Mn、Re、Rh、Pb、Os、Ir、W等。【非水溶液電鍍之金屬】鋰、鈉、鉀、鈹、鎂、 鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo 等。 電解鍍法u滾鍍：滾筒中裝入物品，旋轉而電鍍。u掛鍍：將被鍍物掛在吊具上進行電鍍。u連續電鍍：被鍍物以連續快速的行進方式電鍍 。化學電鍍 （無電電鍍，electroless plating ）u利用置換反應或氧化還原反應，將金
8、屬鹽水溶 液的金屬離子析出於製品表面的方式。利於管 子內部、製品小孔的內部死角，較一般電鍍法 容易得到均一鍍層。但不能得到較厚鍍層（電 鍍法可利用時間加長得到較厚鍍層），且有電 鍍時間長、藥品貴等缺點。u可用於非導體的底鍍（先形成一層導電膜在進 行正常電鍍過程所需的一層薄膜）。u化學鍍鎳可以防磁熔融鍍著法（熱浸法） u將熔點較高的底材（製品的材質）金屬，浸於 較其低熔點的金屬後，底材表面發生融著、浸 透而達到鍍層的方法。與電鍍法比較，由於浸 漬，因而有管子內部可得後的鍍層，但由於是 在高溫操作，因而有排氣及容易發生形變的問 題，且有鍍層厚薄不易調節，材料使用量大等 缺點。主要用於腐蝕環境惡劣的
9、製品防銹用途 。 熔射鍍金法 u乃是用高壓氣體或高壓空氣，將以氣體或電弧 熔融的金屬，吹附在製品表面。此法所得鍍層 乃是微細的金屬粒子積層而成。和電鍍法比較 ，所得乃是多孔質氧化粒子鍍層，除防銹（Zn 、Al、Cd）、製品填補、耐磨（Cr）熱（Al） 、尚有賦予導電性（Cu、Sn）及裝飾（Sn、Al 、Cu、銅合金）用途。為提高皮膜和底材的密 著度，預先用機械方法加以粗化表面是很重要 的。氣相鍍著法 1.真空蒸著 2.陰極濺鍍 3.離子鍍 著 1.真空蒸著： 金屬或非金屬表面，於真空中（10-4mmHg的程 度），加熱蒸發欲鍍金屬或金屬化合物，使其表 面 生成蒸發分子的均一披覆膜。和電鍍法比較
10、，其 皮 膜極薄，可達裝飾效果。另外，將製品加熱後， 金 屬化合物的蒸氣，於金屬表面由於熱分解或利用 氫 氣還原法形成皮膜，此法所得皮膜較電鍍法純度 高，並具有高溫氧化性、耐腐蝕、耐磨耗等優點 。 2. 陰極濺鍍：真空中（封入氬氣，10-310-1mmHg）， 施予電壓（1.57KV）將殘餘氣體電離後 ，發生的陽離子衝向陰極，機械性破壞陰 極，故被破壞的游離粒子衝向目標物（製 品）生成薄金屬膜的方式。此法生成的皮 膜和底材乃是依機械方法密著，但是飛散 的粒子帶負電，所以只衝向帶正電的目標 物，可稱為電性的吸著。 氣相鍍著法3.離子鍍著（離子化靜電鍍金） ： 與前述兩者一般。將製品置於52510
11、-3mmHg的 氬 氣中，製品施予5005000V的負電壓，其周圍就 發 光熱放電，生成電漿（Plasma）的氣體和離子， 在 製品表面加速形成凝固的皮膜。皮膜乃是由氬噴 濺 形成，但公害甚大。 氣相鍍著法衝擊鍍著法（peer plating） 將製品、金屬粉、衝擊物等一起裝入迴轉筒 中，因迴轉作用的衝擊，在製品上形成金屬 皮膜的方法。不需熱電就可行之，對於電鍍 法很難達成的燒結製品很適合。運用激烈 的回轉力，產生衝擊力，當超過金屬粒子彈 性力限度時，則金屬粒子變形，同一粒子逐 漸變形後，連接成一披覆膜。 鋅熱法 u於氣密容器中將含有10%15% ZnO的鋅 粉末及防止燒結砂加入，鐵製品放入後
12、， 於250400加熱後，鋼鐵製品表面生成 鋅鍍層。 u陽極氧化法的氧化皮膜生成法、磷酸皮膜 生成法（parkerizing）、鉻酸鹽處理、金 屬著色等各種化成處理，乃是化合物的皮 膜生成法，皆是和底材金屬起化學變化而 生成皮膜。電鍍皮膜的必要條件 u電鍍皮膜與普通金屬比較下，結晶方位不同且 為多結晶方式，其結晶粒子很細，除酸性銅電 鍍皮膜外，一般皮膜結晶粒度無法用光學顯微 測定。在電鍍中，極化作用愈大，結晶粒愈小 。酸性浴所得結晶較鹼性浴粗。電流密度低、 液溫高、濃度高、攪拌下的狀況，鍍層結晶粒 較大。鍍層的均一電著性（throwing power）， 乃是表示皮膜在製品凹部、凸部厚度均一的
13、一 個重要因子。其受鍍浴的種類、組成、作業條 件的影響。陰極極化愈大，均一電著性愈好。 皮膜的披覆力（covering power），乃是析出金 屬所必要的最小電流密度。 電鍍作業的工程程序u研磨（polishing） u前處理（pretreatment） u電鍍（electroplating） u後處理（after treatment） u乾燥（drying）1.研磨（polishing）u製品經壓造、鍛造、壓鑄等工程，為了去 除加工所形成的垢或銹，及其表面平滑， 故需研磨。研磨方法，依材質、大小、形 狀、精度等，而有機械、化學、電解等方 法。2. 前處理（pretreatment）u製品表
14、面除了油污、塵埃等，也有來自底材金 屬的自身存在的碳、矽、鈣等化合物，或是酸 處理工程後的黑碳跡、應力、加工變質層等。 若此不處理的表面進行電鍍，將無法得到良好 的鍍層。因而必須對製品進行脫脂、去銹等處 理，以得清淨表面，再行電鍍。u前處理工程，依其製品是否適當，以及操作條 件的良否，於決定製品電鍍的品質和加工性上 ，佔有很重要的地位。3. 電鍍（electroplating）u電鍍乃是將金屬或是非金屬的表面，鍍上 一層密著性（adherent）良好的金屬鍍層 的操作程序。4. 後處理（After treatment） u電鍍後，施行無光加工（Dull finish）， 拋光、印花、等表面處理
15、加工及賦予耐蝕 性，如磷酸鹽皮膜、塗裝處理，以及染色 、化成、變色防止處理應力去除的熱處理 等。5. 乾燥（drying）u乾燥法： u熱風乾燥 u紅外線乾燥 u離心分離及熱風並用法 u鋸木屑乾燥u具有巢孔、裂縫、細深凹部的製品，容易 產生污垢，因而特殊汙垢防止劑，如稀釋 劑系溶劑亦常並用之。電鍍基本概念u基本模式： u陰極：被鍍物，指各種接插件端子 u陽極：可溶性陽極：欲鍍金屬不可溶性陽極：貴金屬 u電鍍藥水 u電鍍槽：可承受、儲存電鍍藥水之槽體，一般 考慮強度、耐蝕、耐溫等因素 u整流器：提供直接電流之設備電鍍溶液 = 鍍浴（plating bath） u電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其他化學
16、物 之導電溶液，用來電沈積金屬。其主要類 別可分酸性、中性及鹼性電鍍溶液。強酸 鍍浴是pH值低於2的溶液，通常是金屬鹽 加酸之溶液，例如硫酸銅溶液。弱酸鍍浴 是pH值在25.5之間鍍浴，例如鎳鍍浴。 鹼性鍍浴其pH值超過7之溶液，例如氰化 物鍍浴、錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽 鍍浴電鍍藥水（鍍浴之組成）u金屬鹽：提供金屬離子之來源。如硫酸銅。可分為單鹽（CuSO4）、複鹽（ （NH4）2SO4）、錯鹽（Na2Cu（CN3） u導電鹽：提供導電度、如硫酸鹽、氯鹽。可降低能量花 費、鍍液熱蒸發損失，尤其是滾筒電鍍更需優良導電溶 液。 u陽極溶解助劑：陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金屬 離子，則須加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。 u緩衝劑：電鍍條件通常有一定pH值範圍，防止pH值變 動加緩衝劑，尤其是中性浴（pH58），pH值控制更為 重要。電鍍藥水u錯合劑：錯鹽的鍍層比單鹽的優良，防止置換 沈積，如鐵上鍍銅，則需錯合劑，或是合金電 鍍用錯合劑是不同之合金屬電位拉近才能同時 沈積得到合金鍍層。 u安定劑：鍍浴有些會
