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1、第二章電鍍基本原理與概念2.1電鍍之定義2.2電鍍之目的2.3各種鍍金的方法2.4電鍍的基本知識2.5電鍍基礎2.6有關之計算及化學冶金2.1電鍍之定義電鍍之定義電鍍(electroplating)被定義為一種電沈積過程(electrodepos-itionprocess)，是利用電極(electrode)通過電流，使金屬附著於物體表面上，其目的是在改變物體表面之特性或尺寸。2.2電鍍之目的電鍍之目的電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit)，改變基材表面性質或尺寸。例如賦予金屬光澤美觀、物品的防鏽、防止磨耗、提高導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性、熱處理之防止滲碳、氮化、尺寸錯誤或
2、磨耗之另件之修補。2.3各種鍍金的方法各種鍍金的方法電鍍法電鍍法(electroplating)(electroplating)無電鍍法無電鍍法(electrolessplating)(electrolessplating)熱浸法熱浸法(hotdipplating)(hotdipplating)熔射噴鍍法熔射噴鍍法(sprayplating)(sprayplating)塑膠電鍍塑膠電鍍(plasticplating)(plasticplating)浸漬電鍍浸漬電鍍(immersionplating)(immersionplating)滲透鍍金滲透鍍金(diffusionplating)(dif
3、fusionplating)陰極濺鍍陰極濺鍍(cathode(cathodesupptering)supptering)真空蒸著鍍金真空蒸著鍍金(vacuumplating)(vacuumplating)合金電鍍合金電鍍(alloyplating)(alloyplating)複合電鍍複合電鍍(compositeplating(compositeplating局部電鍍局部電鍍(selective(selectiveplating)plating)穿孔電鍍穿孔電鍍(through-holeplating)(through-holeplating)筆電鍍筆電鍍(penplating)(penplat
4、ing)電鑄電鑄(electroforming)(electroforming) 2.4電鍍的基本知識電鍍的基本知識電鍍大部份在液體(solution)下進行，又絕大部份是由水溶液(aqueoussolution)中電鍍，約有30種的金屬可由水溶液進行電鍍,由水溶液電鍍的金屬有：銅Cu、鎳Ni、鉻Cr、鋅Zn.有些必須由非水溶液電鍍如鋰、鈉、鉀.可油水溶液及非水溶液電鍍者有銅、銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等金屬。電鍍的基本知識包括下列幾項：電鍍的基本知識包括下列幾項：溶液性質物質反應電化學化學式界面物理化學材料性質溶液溶液(solution)被溶解之物質稱之為溶質(solute)，使溶質溶解
5、之液體稱之溶劑(solute)。溶劑為水之溶液稱之水溶液(aqueoussolution)。溶液之濃度，在工廠及作業現場，使用易了解及便利的重量百分率濃度(weightpercentage)。另外常用的莫耳濃度(molalconcentration)。物質反應物質反應(reactionofmatter)在電鍍處理過程中，有物理變化及化學變化，例如研磨、乾燥等為物理反應，電解過程有化學反應，我們必須充份了解在處裡過程中各種物理及化學反應及其相互間關係與影響。電化學電化學(electrochemistry)電鍍是一種電沉積電鍍是一種電沉積(electrodeposition)(electrodep
6、osition)過程過程, ,利用電解利用電解體在電極體在電極(electrode)(electrode)沉積金屬沉積金屬, ,它是屬於電化學之應用的它是屬於電化學之應用的一支。電化學一支。電化學 是研究有關電能與化是研究有關電能與化 學能交互變化作用學能交互變化作用及轉換過程。及轉換過程。 電解質電解質(electrolyte)(electrolyte)就是其溶液具有電解性質之溶液就是其溶液具有電解性質之溶液 (electrolyticsolution)(electrolyticsolution)它含有部份之離子它含有部份之離子(ions),(ions),經由此等經由此等離子之移動離子之移動
7、(movement)(movement)而能導電。帶陰電荷朝向陽極而能導電。帶陰電荷朝向陽極(anode)(anode)移動稱之為陰離子移動稱之為陰離子(anion),(anion),帶正電荷朝向陰極帶正電荷朝向陰極(cathode)(cathode)移動移動(migrate)(migrate)者稱之為陰離子者稱之為陰離子cations)cations)。電極電極: :放出電子產生氧化反應之電極稱之為陽極放出電子產生氧化反應之電極稱之為陽極(anode),(anode),得到電子產生還元化應得到電子產生還元化應 之電極稱之為陰極之電極稱之為陰極(cathode)(cathode)。整個反應過程
8、稱之為電解整個反應過程稱之為電解(electrolysis)(electrolysis)。 電極電位電極電位(electrodepotentials)電位(electrodepotential)為在電解池(electrolytic)中之導電體,電流經由它流入或流出。電極電位(electrodepotential)是電極與電解液之間的電動勢差,單獨電極電位不能測定需參考一些標準電極(standardelectrode)。氫標準電極氫標準電極(hydrogenstandardelectrode)以其為基準電位為以其為基準電位為0電極電位之大小可由電極電位之大小可由電極電位之大小可由電極電位之大小可
9、由NernstequationNernstequation表示之表示之表示之表示之: : E=EE=E0 0+RT/nFlnaM+RT/nFlnaMn+/an+/aMM E=E=電極電位電極電位電極電位電極電位 E E0=0=電極標準狀態電位電極標準狀態電位電極標準狀態電位電極標準狀態電位(volt)(volt) R=R=氣體常數氣體常數氣體常數氣體常數(8.3143J.K(8.3143J.K-1-1MOLMOL-1-1) ) T=T=絕對零度絕對零度絕對零度絕對零度(K)(K) n=n=原子價之改變數原子價之改變數原子價之改變數原子價之改變數( (電子移轉之數電子移轉之數電子移轉之數電子移轉
10、之數) ) aMaMn+n+=金屬離子之活度金屬離子之活度金屬離子之活度金屬離子之活度(activity),(activity),若極稀薄之溶液若極稀薄之溶液若極稀薄之溶液若極稀薄之溶液, ,其活其活其活其活度就等於金屬度就等於金屬度就等於金屬度就等於金屬 離子離子離子離子 之濃度之濃度之濃度之濃度(concentration)C(concentration)C。一般則活度為濃度乘上活。一般則活度為濃度乘上活。一般則活度為濃度乘上活。一般則活度為濃度乘上活度係數度係數度係數度係數, ,即即即即a=r*ca=r*c。金屬電極之活度。金屬電極之活度。金屬電極之活度。金屬電極之活度, ,若為純金屬即
11、為若為純金屬即為若為純金屬即為若為純金屬即為11。 F F為法拉第常數為法拉第常數為法拉第常數為法拉第常數 標準電極電位標準電極電位(standardelectrodepotential)標準電極電位標準電極電位(standardelectrodepotential)(standardelectrodepotential)是指金是指金屬電極之活度為屬電極之活度為 1(1(純金屬純金屬) )及在金屬離子活度為及在金屬離子活度為1 1時之電極電位。時之電極電位。 即即E=EE=E0 0 E=EE=E0 0+RT/nFln1/1+RT/nFln1/1 =E=E0 0+0=E+0=E0 0 氫之標準電
12、位在任何溫度下都定為氫之標準電位在任何溫度下都定為0,0,做為其他做為其他電極之參考電極電極之參考電極 (REFERENCE(REFERENCE ELECTRODE),ELECTRODE),以以氫標準電極為基準氫標準電極為基準0 0各種金屬之標準電位見表排列在前頭之金屬如各種金屬之標準電位見表排列在前頭之金屬如Li Li較易較易 失去電子失去電子, ,易被氧化易被氧化, ,易溶解易溶解, ,易腐蝕易腐蝕, ,稱之稱之為濺金屬或為濺金屬或 金屬金屬(basicmetal)(basicmetal)。相反如。相反如AuAu金屬金屬不易失去電子不易失去電子. .不易氧化不易氧化. .不易溶解不易溶解.
13、 .容易被還元容易被還元稱之為貴金屬稱之為貴金屬(noblemetal)(noblemetal)。 電極電極電極電極電位電位電位電位電極電極電極電極電位電位電位電位 LiLi+ +-3.045Co-3.045Co+2+2- -0.2770.277 RbRb+ +-2.93Ni-2.93Ni+2+2-0.250-0.250 KK+ +-2.924Sn-2.924Sn+2+2- -0.1360.136 BaBa+2+2-2.90Pb-2.90Pb+2+2- -0.1260.126 SrSr+2+2-2.90Fe-2.90Fe+3+3-0.04-0.04 CaCa+2+2-2.87H-2.87H+
14、+0.0000.000 NaNa+ +-2.715Sb-2.715Sb+3+3+0.15+0.15 MgMg+2+2-2.37Bi-2.37Bi+3+3+0.20+0.20AlAl+3+3-1.67As-1.67As+3+3+0.30+0.30 MnMn+2+2-1.18Cu-1.18Cu+2+2+0.34+0.34 ZnZn+2+2-0.762O2+0.40-0.762O2+0.40 CrCr+3+3-0.74Cu-0.74Cu+ +0.52+0.52 CrCr+2+2-0.56Hg-0.56Hg2 2+2+2+0.789+0.789 FeFe+2+2-0.441Ag-0.441Ag+ +0
15、.799+0.799Nernst電位學說電位學說金屬含有該金屬離子之溶液相接觸金屬含有該金屬離子之溶液相接觸, ,則在金屬與溶則在金屬與溶液界面液界面, ,會產生電荷移動現象會產生電荷移動現象, ,此等電荷之移動此等電荷之移動, ,仍仍是由於金屬與溶液的界面有電位勢之差別稱之為是由於金屬與溶液的界面有電位勢之差別稱之為電位差所引起電位差所引起, ,此現象此現象 設驅使金屬失去電子變為陽離子溶入溶液中之電設驅使金屬失去電子變為陽離子溶入溶液中之電離溶解液解壓離溶解液解壓 (electrolaticsolutionpressure)(electrolaticsolutionpressure)為為p
16、 p而而使溶液中的陽離子得到電子使溶液中的陽離子得到電子 還元成金屬滲透壓還元成金屬滲透壓(osmoticpressure)(osmoticpressure)為為p,p,則有三種情況發生則有三種情況發生: : (1)PP時,金屬被氧化,失去電子,溶解成金屬離子於溶液中,因此金屬電極本體接收電子而帶負電。(2)PP時,金屬陽離子得到電子被還元沉積於金屬電極表面上,金屬電極本身供給電子,因此金屬電極帶正電(3)P=P時,沒有產生任何變化設金屬與溶液的界面所形成的電極電位為設金屬與溶液的界面所形成的電極電位為E,E,當當1mole1mole金屬溶入於溶液中金屬溶入於溶液中, ,則界面所通過的電量則界
17、面所通過的電量為為nF,nnF,n為金屬陽離子之價數為金屬陽離子之價數, ,即電子之轉移數即電子之轉移數,F,F為法拉第常數為法拉第常數, ,此時所作功等於此時所作功等於nFE,nFE,也等於下也等於下式式: : E=RT/nFlnP/PE=RT/nFlnP/P 即金屬陽離子之活度即金屬陽離子之活度(activity)(activity)為為aMaMn+n+活度係數活度係數為為K,K,則則P=P=KaMKaMn+n+於是於是E=-RT/nFlnp/KaME=-RT/nFlnp/KaMn+n+ E E在標準狀態時在標準狀態時, ,即即aMaMn+n+=1=1稱為標準電極電位稱為標準電極電位EE,
18、 ,即即 E E0 0=-RT/nFlnP/K+RT/nFln1=-RT/nFlnP/K+RT/nFln1 =-RT/nFln=-RT/nFlnP/RP/R 非純金屬電位則為:E=E0+RT/NflnaMn+/aM式中為aM為不純金屬之活度電極電位在熱力學的表示法電極電位在熱力學的表示法電極反應是由氧化反應及還原反應所組成.例如例如CuCu+2e-還原狀態還原狀態氧化氧化狀態狀態可用下列二式表示之可用下列二式表示之:Cu(R)(R)Cu+2e-氧化反應氧化反應CuCu+2e-還原反應還原反應E=EE=E0 0-RT/F ln aCu-RT/F ln aCu+/aCu/aCu 界面電性二重層界面
19、電性二重層在金屬與溶液的界面處帶電粒子與表面電荷形成的吸附層，偶極子的排列層以及擴散層等三層所組合的區域稱之為界面電性二重層。液間電位差（液間電位差（liquidjunctionpotential）又稱之為擴散電位差(diffusionpotential)，係由陰離子與陽離子之移動度不同而形成之電位差，通常溶液之濃度差愈大，陰陽離子移動度差愈大，則液間電位差愈大。過電壓（過電壓（overvoltage)當電流通過時，由於電極的溶解、離子化、放當電流通過時，由於電極的溶解、離子化、放電、及擴電、及擴 散等過程中有一些阻礙，必須加額外散等過程中有一些阻礙，必須加額外的電壓來克服，這些的電壓來克服，
20、這些 阻礙使電流通過，這種額阻礙使電流通過，這種額外電壓消除阻礙者稱之為過電壓。此種現象稱外電壓消除阻礙者稱之為過電壓。此種現象稱之為極化之為極化(polarization)(polarization)。此時陰極、陽極實際電。此時陰極、陽極實際電位與平衡電位之差即為陰極過電壓、陽極過電位與平衡電位之差即為陰極過電壓、陽極過電壓。氫過電壓（壓。氫過電壓（hydrogenovervoltagehydrogenovervoltage），在），在酸性水溶液中陰極反應產生酸性水溶液中陰極反應產生H H2 2氣體，此額外之氣體，此額外之電壓稱氫過電壓，即電壓稱氫過電壓，即 H2H2=Ei-Eeq=Ei-E
21、eq 式中式中H2H2= =氫氫過電壓過電壓,Ei=,Ei=實際電壓實際電壓, ,Eeq=Eeq=平衡電壓平衡電壓 在電鍍時由於氫過電壓的原因使氫氣較少產生，在電鍍時由於氫過電壓的原因使氫氣較少產生，而使許多金屬可以在水溶液中電鍍。例如鋅、而使許多金屬可以在水溶液中電鍍。例如鋅、鎳、鉻。鎳、鉻。 過電壓可分下列四種過電壓可分下列四種：1.活化能過電壓（活化能過電壓（activiationovervoltage）2.濃度過電壓（濃度過電壓（concentrationovervoltage）3.溶液電阻過電壓（溶液電阻過電壓（solutionresistanceovervoltage）4.電極鈍態
22、膜過電壓（電極鈍態膜過電壓（passivityovervoltage）活化能過電壓活化能過電壓 任何反應，不論吸熱或放熱反應皆有最低能障任何反應，不論吸熱或放熱反應皆有最低能障需克服需克服 ，此能障稱為活化能，在電解反應需要，此能障稱為活化能，在電解反應需要額外電壓來克服活化能阻礙，此額外電壓之活額外電壓來克服活化能阻礙，此額外電壓之活化能過電壓，可用化能過電壓，可用TafelTafel公式表示：公式表示： actact=a+blogi=a+blogi b b為係數，為係數，i i為電流，為電流，actact為活化能過電壓其電流為活化能過電壓其電流i i愈愈大大actact愈大，電鍍中愈大，電
23、鍍中actact佔很小一部份，幾乎可以忽佔很小一部份，幾乎可以忽略，除非電流密度很大。略，除非電流密度很大。濃度過電壓（濃度過電壓（當電流變大，電極表面附近反應物質的補充速度及反應生成物逸散之速度不夠快，必須加上額外之電壓，以消除此阻礙，此額外電壓稱濃度過電壓。在電鍍時可增加溫度即增加擴散速率，增加濃度，攪拌或陰極移動可減少濃度過電壓，電流密度因而提高，電鍍的速率也可增加。溶液電阻過電壓溶液電阻過電壓溶液的電阻產生IR電壓降，所以需要額外的電壓IR來克服此電阻使電流通過，此額外電壓IR稱之溶液電阻過電壓。在電鍍時可增加溶液導電度，提高溫度以減少此電阻過電壓，有時此IR形成熱量太多會使鍍液溫度一
24、直上升，造成鍍液蒸發損失需冷卻或補充液。電極鈍態膜過電壓電極鈍態膜過電壓電解過程，在電極表面會形成一層鈍態膜，如A1的氧化物膜，錯離子形成之阻力膜，此等膜具有電阻需要額外電壓加以克服，此種額外電壓稱之為鈍態膜過電壓。界面物理化學界面物理化學表面處理過程中，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表面張力及界面張力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
25、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由表面消失，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。界面活性劑界面活性劑溶液中加入某種物質，能使其表回張力立即減小，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，均一化都有相當幫助。材料性質材料性質表面處理工作人員必須對材料特性充份了解，表面處理的材料大多是金屬，所以首先要知道各種金屬的一般性質。例如色澤、比重、比熱、溶點、降伏點、抗拉強度、延展性、硬度、導電度等。電鍍基礎電鍍基礎電鍍的基
26、本構成元素及工場設備電鍍的基本構成元素及工場設備電鍍使用之電流電鍍使用之電流電鍍溶液電鍍溶液金屬陽極與金屬陰極金屬陽極與金屬陰極陽極袋陽極袋電鍍架電鍍架電鍍前的處理電鍍前的處理電鍍工場設備電鍍工場設備電鍍控制條件及影響因素電鍍控制條件及影響因素鍍浴淨化鍍浴淨化鍍層要求項目鍍層要求項目鍍層缺陷鍍層缺陷電鍍技藝電鍍技藝金屬腐蝕金屬腐蝕電鍍的基本構成元素電鍍的基本構成元素外部電路，包含有交流電源、整流器、導線、可變電阻、電流計、電壓計。陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。陽極(anode)。電鍍液(bathsolution)。鍍槽(platingtank)加熱或是冷卻器(heatingorc
27、ollingcoil)。攪拌系統電鍍工場設備電鍍工場設備防酸之地板及水溝。防酸之地板及水溝。 電鍍糟及預備糟。電鍍糟及預備糟。 攪拌器。整流器或發電機。攪拌器。整流器或發電機。 導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具。導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具。 安培表、伏特表、安培小時表、電阻表。安培表、伏特表、安培小時表、電阻表。泵、過濾器及橡皮管。泵、過濾器及橡皮管。 電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備。電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備。 檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器。檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器。 通風通風, ,排水及排氣設備。排水及排氣設備。 電鍍使用之電流電鍍使用之電流在電鍍中，一般
28、都僅使用直流電流。交流電流因在電鍍中，一般都僅使用直流電流。交流電流因在反向電流時金屬沈積又再被溶解所以交流電流在反向電流時金屬沈積又再被溶解所以交流電流無法電沈積金屬。直流電源是用直流發電機或交無法電沈積金屬。直流電源是用直流發電機或交流電源經整流器產生。直流電流是電子向一個方流電源經整流器產生。直流電流是電子向一個方向流通，所以可以電沈積金屬。但在有些特殊情向流通，所以可以電沈積金屬。但在有些特殊情況會使用交流電流或其他種特殊電流，用來改況會使用交流電流或其他種特殊電流，用來改 善善陽極溶解消除鈍態膜、鍍層光層、降低鍍層內應陽極溶解消除鈍態膜、鍍層光層、降低鍍層內應力、鍍層分佈、或是用於電
29、解清洗等。力、鍍層分佈、或是用於電解清洗等。 電鍍溶液，又稱鍍浴（電鍍溶液，又稱鍍浴（platingbath）電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其他化學物之導電溶液，用來電沈積金屬。其主要類別可分酸性、中性及鹹性電鍍溶液。強酸鍍浴是pH值低於的溶液，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。鹹性鍍浴其pH值超過之溶液，例如氰化物鍍浴、錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍浴。鍍浴的成份及其功能鍍浴的成份及其功能金屬鹽：提供金屬離子之來源如硫酸銅。可分單鹽、鹽，及錯鹽。例如：單鹽：CuSO4；NiSO4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
30、失，尤其是滾桶電鍍更需優良導電溶液。鍍浴的成份及其功能鍍浴的成份及其功能陽極溶解助劑陽極溶解助劑陽極溶解助劑陽極溶解助劑: :陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金屬離，則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。屬離，則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。屬離，則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。屬離，則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。 緩衝劑緩衝劑緩衝劑緩衝劑: :電鍍條件通常有一定電鍍條件通常有一定電鍍條件通常有一定電鍍條件通常有一定pHpH值範圍，防止值範圍，防止值範圍，防止值範圍，防止pHpH值
31、值值值變動加緩衝劑，尤其是中性鍍浴變動加緩衝劑，尤其是中性鍍浴變動加緩衝劑，尤其是中性鍍浴變動加緩衝劑，尤其是中性鍍浴(pH5(pH58)8)，pHpH值控值控值控值控制更為重要。制更為重要。制更為重要。制更為重要。 錯合劑錯合劑錯合劑錯合劑: :很多情況，錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良，很多情況，錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良，很多情況，錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良，很多情況，錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良，防止置換沈積，如鐵上鍍銅，則需用錯合劑，或是防止置換沈積，如鐵上鍍銅，則需用錯合劑，或是防止置換沈積，如鐵上鍍銅，則需用錯合劑，或是防止置換沈積，如鐵上鍍銅，則需用錯合劑，或是合合合合 金電鍍用錯合劑
32、使不同之合金屬電位拉近才能同金電鍍用錯合劑使不同之合金屬電位拉近才能同金電鍍用錯合劑使不同之合金屬電位拉近才能同金電鍍用錯合劑使不同之合金屬電位拉近才能同時沈積得到合金鍍層。時沈積得到合金鍍層。時沈積得到合金鍍層。時沈積得到合金鍍層。 安定劑安定劑安定劑安定劑: :鍍浴有些會因某些作用，產生金屬鹽沈澱，鍍浴有些會因某些作用，產生金屬鹽沈澱，鍍浴有些會因某些作用，產生金屬鹽沈澱，鍍浴有些會因某些作用，產生金屬鹽沈澱，鍍浴壽命減短，為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安鍍浴壽命減短，為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安鍍浴壽命減短，為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安鍍浴壽命減短，為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安定劑。
33、定劑。定劑。定劑。 鍍層性質改良添加劑鍍層性質改良添加劑鍍層性質改良添加劑鍍層性質改良添加劑: :例如小孔防止劑、硬度調節劑、例如小孔防止劑、硬度調節劑、例如小孔防止劑、硬度調節劑、例如小孔防止劑、硬度調節劑、澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。 潤濕劑潤濕劑潤濕劑潤濕劑(wettingagent)(wettingagent): :一般為界面活性劑又稱去孔一般為界面活性劑又稱去孔一般為界面活性劑又稱去孔一般為界面活性劑又稱去孔劑。劑。劑。劑。 鍍浴的準備鍍浴的準備將所需的電鍍化學
34、品放入在預備糟內與水溶解。去除雜質。用過濾器清除浮懸固體，倒入一個清潔電鍍槽內。鍍浴調整，如pH值、溫度、表面張力、光澤劑等。用低電流電解法去除雜質。鍍浴的維持鍍浴的維持定期的或經常的分析鍍浴成份，用化學分析法或Hull試驗(Hullcelltest)。維持鍍浴在操作範圍成份，添加各種藥品。去除鍍浴可能被污染的來源。定期淨化鍍液，去除累積雜質。用低電流密度電解法間歇的或連續的減低無機物污染。間歇或連續的過濾鍍浴浮懸雜質。經常檢查鍍件、查看缺點。金屬陽極金屬陽極金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極，溶解性陽金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極，溶解性陽極用於電鍍上是為補充溶液中電鍍所消耗的金屬極用於電鍍
35、上是為補充溶液中電鍍所消耗的金屬離子，是用一種金屬或合金鑄成、滾成、或沖製離子，是用一種金屬或合金鑄成、滾成、或沖製成不同形狀裝入陽極籃成不同形狀裝入陽極籃(anodebasket)(anodebasket)內。內。 不溶解陽極用來做傳導電流，鍍浴金屬離子需用不溶解陽極用來做傳導電流，鍍浴金屬離子需用金屬鹽來補充，不溶解陽極有二個條件，一金屬鹽來補充，不溶解陽極有二個條件，一 是良是良好的導電體，二是不受鍍液之化學作用污染鍍浴好的導電體，二是不受鍍液之化學作用污染鍍浴及不受及不受 侵蝕。侵蝕。 陽極袋（陽極袋（anodebag）陽極袋是一種有多細孔薄膜袋子，用來收集陽極不溶解金屬與雜質陽極泥，
36、以防止污染鍍浴，阻止粗糙鍍層發生。陽極袋是用編織布縫成陽極形狀寬大適中，長度要比陽極稍長，材料需紮得緊，足夠收集陽極泥，不妨礙鍍浴流通，將陽極袋包住陽極並縛在陽極掛鉤上。金屬陰極金屬陰極金屬陰極是鍍浴中的負電極，金屬離子還元成金屬形成鍍層及其他的還元反應，如氫氣之形成於金屬陰極上。準備鍍件做電鍍需做下面各種步驟：研磨、拋光、電解研磨、洗淨、除銹等。電鍍之前處理電鍍之前處理電鍍前之處理，稱之前處理電鍍前之處理，稱之前處理(pretreatment)(pretreatment)，包括下列過程：，包括下列過程： 1.1.洗淨：洗淨：洗淨：洗淨：去除金屬表面之油質、脂肪、研磨劑，及污泥。去除金屬表面之
37、油質、脂肪、研磨劑，及污泥。可用可用 噴射洗淨、溶劑洗淨、浸沒洗淨或電解洗淨。噴射洗淨、溶劑洗淨、浸沒洗淨或電解洗淨。 2.2.清洗：清洗：清洗：清洗：用冷或熱水洗淨過程之殘留洗淨劑或污物。用冷或熱水洗淨過程之殘留洗淨劑或污物。 3 3. .酸浸：酸浸：酸浸：酸浸：去除銹垢或其他氧化物膜，要注意防止基材被腐去除銹垢或其他氧化物膜，要注意防止基材被腐蝕或產生氫脆。可加抑制劑以避免過度酸浸。酸浸完後要蝕或產生氫脆。可加抑制劑以避免過度酸浸。酸浸完後要充份清洗。充份清洗。 4.4.活化：活化：活化：活化：促進鍍層附著性，可用各種酸溶液使金屬表面活促進鍍層附著性，可用各種酸溶液使金屬表面活化。化。 5
38、.5.漂清：漂清：漂清：漂清：電鍍前立刻去除酸膜，然後電鍍。電鍍前立刻去除酸膜，然後電鍍。 電鍍掛架（電鍍掛架（rack）電鍍掛架是用在吊掛鍍件及導引電流之掛架，其電鍍掛架是用在吊掛鍍件及導引電流之掛架，其主要部份有：主要部份有：1.1.鉤，使電流接觸導電棒。鉤，使電流接觸導電棒。2.2.脊骨，脊骨，支持鍍件並傳導電流。支持鍍件並傳導電流。3.3.舌尖，使電流接觸鍍件。舌尖，使電流接觸鍍件。4.4.掛架塗層，絕緣架框部份，限制及導引電流通掛架塗層，絕緣架框部份，限制及導引電流通向鍍件。向鍍件。 其決定尺寸的條件有其決定尺寸的條件有1.1.鍍件重量，鍍件重量，2.2.電鍍的面積，電鍍的面積，3.
39、3.每個掛架之鍍件數，每個掛架之鍍件數，4.4.鍍槽的尺寸，鍍槽的尺寸，5.5.電鍍操作電鍍操作所需之最大電流，所需之最大電流，6.6.鍍架上之附屬設備如絕緣罩鍍架上之附屬設備如絕緣罩或輔助電極，或輔助電極，7.7.鍍件及掛架最大重量。鍍件及掛架最大重量。電鍍掛架（電鍍掛架（rack）電鍍掛架基本型式有電鍍掛架基本型式有: :1.1.直脊骨型直脊骨型直脊骨型直脊骨型，是以垂直中央支持，用舌尖夾持鍍，是以垂直中央支持，用舌尖夾持鍍件，適小鍍件可用手來操作。件，適小鍍件可用手來操作。2.2.混合脊骨型混合脊骨型混合脊骨型混合脊骨型，經常用在自動電鍍上，是用方型，經常用在自動電鍍上，是用方型框架聯合
40、平行及垂直骨架所構成夾持小鍍件。框架聯合平行及垂直骨架所構成夾持小鍍件。3.3.箱型箱型箱型箱型，這種掛架可以處理許多鍍件，需配備有，這種掛架可以處理許多鍍件，需配備有自動輸送機、起重機、吊車等設備。自動輸送機、起重機、吊車等設備。4.4.型係垂直中央支持型係垂直中央支持型係垂直中央支持型係垂直中央支持，聯結許多垂直的交叉棒，聯結許多垂直的交叉棒，此種適合手動及自動操作。此種適合手動及自動操作。 電鍍掛架（電鍍掛架（rack）選擇電鍍掛架的決定因素有選擇電鍍掛架的決定因素有: :1.1.電流量，電流量，2.2.強度，強度，3.3.荷重限制，荷重限制，4.4.鍍件位置安排，鍍件位置安排，5.5.
41、空間限制，空間限制，6.6.製造難易，製造難易，7.7.維持費用及成本。維持費用及成本。 電鍍掛架（電鍍掛架（rack）電鍍掛架在某些地方加以塗層絕緣，其目的有下電鍍掛架在某些地方加以塗層絕緣，其目的有下列幾項：列幾項： 1.1.減少電鍍金屬之浪費。減少電鍍金屬之浪費。 2.2.限制電流進入要被電鍍之區域，減少電能限制電流進入要被電鍍之區域，減少電能 損失。損失。 3.3.減少鍍浴污染。減少鍍浴污染。 4.4.改進金屬披覆分佈。改進金屬披覆分佈。 5.5.減少電鍍時間。減少電鍍時間。 6.6.延長鍍架壽命，防止鍍糟腐蝕。延長鍍架壽命，防止鍍糟腐蝕。 電鍍控制條件及影響因素1.1.鍍液的組成。鍍
42、液的組成。12.12.覆蓋性。覆蓋性。 2.2.電流密度。電流密度。13.13.導電度。導電度。 3.3.鍍液溫度。鍍液溫度。14.14.電流效率。電流效率。 4.4.攪拌。攪拌。15.15.氫過電壓。氫過電壓。 5.5.電流波形。電流波形。16.16.電流分佈。電流分佈。 6.6.均一性。均一性。17.17.金屬電位。金屬電位。 7.7.陽極形狀成份。陽極形狀成份。18.18.電極材質及表面狀況。電極材質及表面狀況。 8.8.過濾。過濾。19.19.浴電壓。浴電壓。 9.pH9.pH值。值。 10.10.時間。時間。11.11.極化。極化。 鍍層要求項目依電鍍的目的鍍層必須具備某些特定的性質
43、，鍍依電鍍的目的鍍層必須具備某些特定的性質，鍍層的基本要求有下列幾項：層的基本要求有下列幾項： 1.1.密著性密著性密著性密著性(adhesion)(adhesion)，係指鍍層與基材之間結合力，係指鍍層與基材之間結合力，密著性不佳則鍍層會有脫離現象，其原因有：密著性不佳則鍍層會有脫離現象，其原因有： (1)(1)表面前處理不良，有油污、鍍層無法與基表面前處理不良，有油污、鍍層無法與基材結合。材結合。 (2)(2)底材表面結晶構造不良。底材表面結晶構造不良。 (3)(3)底材表面產生置換反應如銅在鋅或鐵表面底材表面產生置換反應如銅在鋅或鐵表面析出。析出。 鍍層要求項目2.2.緻密性緻密性緻密性
44、緻密性(cohesion)(cohesion)，係指鍍層金屬本身間之結合係指鍍層金屬本身間之結合力，晶粒細小，無雜質則有很好的緻密性。其力，晶粒細小，無雜質則有很好的緻密性。其影響的因素有：影響的因素有：(1)(1)鍍浴成份，電流密度，鍍浴成份，電流密度，(3)(3)雜雜質，一般低濃度浴，低電流密度可得到晶粒細質，一般低濃度浴，低電流密度可得到晶粒細而緻密。而緻密。 3.3.連續性連續性連續性連續性(continuity)(continuity)，係指鍍層有否孔隙係指鍍層有否孔隙(pore)(pore)，對美觀及腐蝕影響很大。雖鍍層均厚可減少孔對美觀及腐蝕影響很大。雖鍍層均厚可減少孔隙，但不經
45、濟，鍍層要連續，孔率要小。隙，但不經濟，鍍層要連續，孔率要小。 鍍層要求項目4.4.均一性均一性均一性均一性(uniformity)(uniformity)，是指電鍍浴能使鍍件表面是指電鍍浴能使鍍件表面沈積均勻厚度的鍍層之能力。好的均一性可在沈積均勻厚度的鍍層之能力。好的均一性可在凹處難鍍到地方亦能鍍上，對美觀、耐腐蝕性凹處難鍍到地方亦能鍍上，對美觀、耐腐蝕性很重要。試驗鍍浴之均一性有很重要。試驗鍍浴之均一性有HaringHaring電解槽試驗電解槽試驗法、陰極彎曲試驗法、法、陰極彎曲試驗法、HullHull槽試驗法。槽試驗法。 5.5.美觀性美觀性美觀性美觀性(appearence)(app
46、earence)，鍍件要具有美感，必須無鍍件要具有美感，必須無斑點，氣脹缺陷，表面需保持光澤、光滑。可斑點，氣脹缺陷，表面需保持光澤、光滑。可應用操作條件或光澤劑改良光澤度及粗糙度，應用操作條件或光澤劑改良光澤度及粗糙度，也有由後處理之磨光加工達到鍍件物品之美觀也有由後處理之磨光加工達到鍍件物品之美觀提高產品附加價值。提高產品附加價值。 鍍層要求項目6.應力應力(stress)，鍍層形成過程會殘留應力，會引起鍍層裂開或剝離，應力形成的原因有：(1)晶體生長不正常，(2)雜質混入，(3)前處理使基材表面變質妨磚結晶生長。7.物理、化學機械特性物理、化學機械特性如硬度、延性、強度、導電性、傳熱性、
47、反射性、耐腐蝕性、顏色等。電鍍有關之計算電鍍有關之計算 法拉第定律法拉第定律(FaradaysLaw)(FaradaysLaw)例例1 1計算以計算以5 5安培電流經過安培電流經過5 5小時，銅沈積重量，其電流小時，銅沈積重量，其電流放率為放率為100100 沉積重量沉積重量=(=(原子量原子量/(/(原子價原子價*96500)*(*96500)*(電流電流* *時間時間* *電流電流效應效應)W=(A/(n*96500)*(I*T*CE)W=(A/(n*96500)*(I*T*CE)=(63.54/(2*96500)*(5*5*60*60*100%)=31.8(g)=(63.54/(2*96500)*(5*5*60*60*100%)=31.8(g) 可沉積可沉積31.8g31.8g的銅的銅 例例2 2要在要在1010分鐘鍍分鐘鍍2.5g2.5g的鎳在的鎳在NiSONiSO鍍浴需多大電流？鍍浴需多大電流？ 電流效率電流效率100100。 I=(n*96500)/(A)*(W)/(t*CE)I=(n*96500)/(A)*(W)/(t*CE)=(2*96500)/(58.69)*(2.5)/(10*60*100%)=(2*96500)/(58.69)*(2.5)/(10*60*100%)=13.713.7 需電流需電流13.713.7安培安培
