




電鍍添加劑的作用與原理
在含有被鍍金屬離子的電解質溶液(electrolyte,bath)中,以工件作為陰極(cathode),通常以被鍍金屬作為陽極(anode),通以直流電,使作為陽極的金屬溶解進入鍍液,鍍液中的金屬離子在陰極上沉積形成有具有一定裝飾性(decorative)或功能性(functional)的金屬或合金的工藝叫做電鍍(electroplating,electrodeposition,plating)。鍍液中僅僅含有被鍍金屬的鹽不能得到具有裝飾性或功能性的鍍層,必須在其中加入添加劑。
電鍍添加劑(electroplating additives)是加入到電鍍溶液中對鍍液和鍍層性質有特殊作用的一類化學品的總稱。它屬于精細化學品(fine chemicals),在一些大型化工公司中,把它列入特殊化學品(specialty chemicals)。
1、?????? 電鍍添加劑的分類和作用
應用廣泛的電鍍工藝有鍍鋅,鍍銅,鍍鎳,鍍鉻,鍍銀,鍍錫,鍍銅鋅合金,(仿金電鍍),銅錫合金,鋅鎳合金,鎳鐵合金等。鍍液有酸性,弱酸,堿性之分。不同類型的電鍍工藝只能加入不同種類的添加劑,因此電鍍添加劑的種類十分復雜,給電鍍添加劑的分類帶出困難。以下是本人根據電鍍添加劑的對鍍液和鍍層和作用的不同所作的分類,不一定準確和全面。(同時,本分類僅包括電鍍液中的添加劑,不包括電鍍的前處理,后處理,也不包括化學鍍,陽極氧化等其他表面處理工藝。)
1.1 絡合劑(complexing agent or chelating agant)
電化學理論根據金屬離子的交換電流密度I。的大小(I。表示電極存在的氧化反應和還原反應達到平衡時,即凈反應速度為零時的氧化或還原反應速度或電流)將金屬分為三類:
第一類:I。很大,10-10-3?A/dm2,過電位很小,為Pb2+、Cd2+、Sn2+、In3+等。
第二類:I。中等,為10-3-10-8?A/dm2,過電位中等。為:Cu2+、Zn2+、An3+、Bi3+等。
第三類:I。很小,為10-8-10-15,過電位高,為:Co2+,Ni2+、Pt2+等。
只有第三類金屬才能從其簡單鹽中電鍍出致密的金屬鍍層。第一、二類金屬由于交換電流過大,過電位低,得到的是疏松鍍層。為了提高過電位,必須加入適當絡合劑。
加入絡合劑的作用是使金屬離子形成穩定絡合物,從而使金屬離子還原的活化能較高,過電位增加,交換電流密度變小,從而形成致密的鍍層。
影響絡合效果的因素有絡合劑種類,配位體和金屬離子濃度,pH值等。
電鍍中常見金屬的絡合劑有:
Zn2+:OH-,P2O74+,CN-,HEPP(羥基乙叉二磷酸)
Cu2+:CN-,P2O74+,HEDP,Cit3-,乙二胺等
SN2+:BF-,H2NSO3OH,Cit3-
Au:CN-,SO32-,Cit3-
Ag:CN-,S2O32-
1.2 表面活性劑(surfactant)
表面活性劑具有降低表面張力的作用,潤濕作用,乳化和增溶作用。在電鍍添加劑中通常作為光亮劑、防針孔劑、潤濕劑、分散劑、增溶劑、抑霧劑等。
在酸性鍍銅中,聚乙二醇是光亮劑的重要成份。
在鍍鎳中,十二烷基硫酸鈉和乙基巳基磺酸鈉是防針孔劑和潤濕劑的主要成份。
在酸性鍍鋅中,OP或平平加既用作主光亮劑芐叉丙酮和鄰氯荃甲醛的增溶劑和分散劑,又起著平滑鍍層的作用。
在鍍鉻中,用含氟表面活性劑作為鉻霧抑制劑。
1.3 主光亮劑?( brightener)
主光亮劑是指在電鍍添加劑中產生光亮作用的主要成份。不同鍍種的主光亮劑不同。但作為主光亮劑的物質通常分子量不大,用量較小,通常是醛類、酮類,含雙鍵或三鍵的有機物,雜環化合物或一些金屬元素。
酸性鍍銅的主光亮劑有:乙撐硫脲,二硫苯駢咪唑,四氫噻唑硫酮等。
酸性鍍鋅的主光亮劑有:芐叉丙銅,鄰氯苯甲醛等。
堿性鍍鋅的主光亮劑有:香苯醛,BPC。
鍍鎳的主光亮劑有:丁炔二醇和丙炔醇的醚化產物。
1.4 整平劑(levelling agent)
整平劑與光亮劑的作用不同,后者的主要作用是提高鍍層的光亮度但不一定能填平基體表面微觀的凹凸不平。而前者的作用主要是填平基體的微觀凹凸不平但不一定具有明顯的光亮作用。例如:氰化光亮鍍銅工藝可以獲得光亮的鍍層但不能填平基體表面存在的劃痕,而半光亮鎳電鍍工藝得到的鎳鍍層呈乳白色,沒有明顯的光亮度,但鍍層表面很細致均勻,在它的表面繼續電鍍光亮鎳,起亮的速度很快。
物質的整平作用分為正整平,幾何整平和負整平。
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