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電鍍添加劑的研究和應(yīng)用
電鍍添加劑的研究和應(yīng)用
在含有被鍍金屬離子的電解質(zhì)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(jìn)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?nèi)芤褐袑?duì)鍍液和鍍層性質(zhì)有特殊作用的一類化學(xué)品的總稱.它屬于精細(xì)化學(xué)品(fine chemicals),在一些大型化工公司中,把它列入特殊化學(xué)品(specialty chemicals).
電鍍添加劑的分類和作用
應(yīng)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(fù)雜,給電鍍添加劑的分類帶出困難.以下是本人根據(jù)電鍍添加劑的對(duì)鍍液和鍍層和作用的不同所作的分類,不一定準(zhǔn)確和全面.(同時(shí),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(xué)鍍,陽極氧化等其他表面處理工藝.)
1.1 絡(luò)合劑(complexing agent or chelating agant)
電化學(xué)理論根據(jù)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(yīng)和還原反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),即凈反應(yīng)速度為零時(shí)的氧化或還原反應(yīng)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(dāng)絡(luò)合劑.
加入絡(luò)合劑的作用是使金屬離子形成穩(wěn)定絡(luò)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(luò)合效果的因素有絡(luò)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(luò)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(chǎn)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(zhì)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(jī)物,雜環(huán)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(chǎn)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(xì)致均勻,在它的表面繼續(xù)電鍍光亮鎳,起亮的速度很快.
物質(zhì)的整平作用分為正整平,幾何整平和負(fù)整平.
正整平:
幾何整平:
負(fù)整平:
大部分電鍍工藝要求整平劑具有正整平作用,但對(duì)于表面有花紋的工件,為了避免電鍍以后使花紋模糊不清,電鍍添加劑中最好包含具有幾何整平與呈負(fù)整平的物質(zhì).
電鍍添加劑的研究和應(yīng)用(II)
鍍鎳添加劑的研究進(jìn)展
鎳是一種機(jī)械性能和化學(xué)性能優(yōu)良的金屬,鍍鎳是一種應(yīng)用廣泛的工藝,所有組合性鍍層中幾乎都包含有鎳層.因此對(duì)鍍鎳工藝,添加劑和理論的研究最受到關(guān)注,取得的進(jìn)展也最大.
2.1 初級(jí)光亮劑(primary brightener) 的作用和品種
初級(jí)光亮劑的作用是細(xì)化晶粒,使鍍層均勻.
但它產(chǎn)生壓應(yīng)力,用以抵消次級(jí)光亮所產(chǎn)生的張應(yīng)力.分子結(jié)構(gòu)中含硫,夾雜在鍍層中,使鍍層的電位比純Ni電位更負(fù).
2.1.1 糖精:
學(xué)名鄰磺酰苯亞胺
英文名:saccharin
結(jié)構(gòu)式: N - - H
S
可電離出H+,帶酸性. N - - Na+
平常使用的是它的鈉鹽. S
用量:0.5-2.5 g/L
其用量與次級(jí)光亮劑的種類和多少有關(guān).用量要足以抵銷次級(jí)光亮劑的張應(yīng)力.
消耗量:15-30 g/KAH
2.1.2 BBI:
學(xué)名:二苯磺酰胺
英文名:bis(benzenesulfonyl)imide
或:bisphellylsulphonylamine
結(jié)構(gòu)式: SO2 NH SO2
用量:0.5~2 g/L
消耗量:15g/KAH
2.2,次級(jí)光亮劑(second brightener)的作用和品種
使鍍層光亮,但產(chǎn)生張應(yīng)力,與初級(jí)光亮劑配合得到高光亮度又應(yīng)力低的鍍層.
2.2.1 BEO:學(xué)名:丁炔二醇二乙氧基醚
或:乙二氧基化丁炔二醇
英文名:diethxylated 2-butyne-1.4-diol
結(jié)構(gòu)式:HO-C2H4-O-CH2-C≡C-CH2-OC2H4-OH
是丁炔二醇與2 mol環(huán)氧乙烷的反應(yīng)產(chǎn)物
用量:0.02-0.05 g/L
消耗量:5g/KAH
2.2.2 BMP:
學(xué)名:丁炔二醇單丙氧基醚
或:單丙氧基化丁炔二醇.
英文名:monopropoxylated 2-butyne-1,4-diol
結(jié)構(gòu)式:HO-CH2-C≡C-CH2-O-C3H9-OH
是丁炔二醇與同摩爾的環(huán)氧丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物
用量:0.05-0.15 g/L
消耗量:8 g/KAH
2.2.3 PAP:
學(xué)名:羥丙基丙炔醇醚
或:丙炔醇丙氧基醚
英文名:propynol propoxylate
結(jié)構(gòu)式:CH≡C-CH2-O-C3H6-OH
是丙炔醇與等mol的環(huán)氧丙烷反應(yīng)產(chǎn)物
用量:0.01-0.03 g/L
消耗量:6 g/KAH
2.2.4 PME:
學(xué)名:羥乙基丙炔醇醚
或:丙炔醇乙氧基醚
英文名:propynol ethoxylate
or hydroxyethyl propargyl ether
3 2 1
結(jié)構(gòu)式:H-C≡C-CH2-O-C2H4OH
丙炔醇與同mol環(huán)氧乙烷反應(yīng)產(chǎn)物
用量:0.01-0.03 g/L
消耗量:4 g/KAH
2.2.5 DEP:
學(xué)名:二乙基丙炔胺
英文名:N,N-diethy1-2-propyne(丙炔)-1-amine
C2H5 1 2 3
結(jié)構(gòu)式: N-CH2C≡CH
C2H5
用量:0.001-0.01 g/L
消耗量:1.5 g/KAH
2.2.6 EAP:
學(xué)名:二乙基胺基戌炔醇
英文名:5-diethylamino-3-pentyne(戌炔)-2-ol
C2H5 5 4 3 2 1
結(jié)構(gòu)式: N-CH2-C≡C-CH-CH3
C2H5 OH
用量:0.001-0.01 g/L
消耗量:2 g/KAH
2.2.7 MPA
學(xué)名:1.1-二甲基丙炔胺
英文名:1.1-dimethyl-2-propyne-1-amine
結(jié)構(gòu)式:CH3
C-C≡CH
CH3
NH2
用量:0.001-0.01 g/L
消耗量:1 g/KAH
2.3 整平劑的結(jié)構(gòu)和性能
2.3.1 PPS:
學(xué)名:1-(3-磺丙基)-吡啶
或:磺丙基吡啶甜菜堿
甜菜堿的原意是指三甲銨乙內(nèi)酯
O
(CH3)3N+-C2-C-O-
后泛指由氮所組成的內(nèi)脂
英文名:1-(3-sulfopropyl)-pyridinium-betaine
結(jié)構(gòu)式: 1
+
-
CH2-CH2-CH2-SO3
用量:0.1-0.3 g/L
消耗量:25g/KAH
2.3.2 PHP或PPS-OH
學(xué)名:N-(3-磺基羥丙基)吡啶甜菜堿
英文名:N-(3-sulfo-2-hydroxypropyl)pyridinium betain
結(jié)構(gòu)式:
+
1 2 3 -
CH2-CH-CH2-SO3
OH
用量:0.1-0.3 g/L
消耗量:25 g/KAH
2.3.3 HD
學(xué)名:已炔二醇
英文名;3-hexyne-2.5-diol
1 2 3 4 5 6
結(jié)構(gòu):CH2-CH-C≡C-CH-CH3
OH OH
作用:作為半光亮鎳的弱光亮劑和整平劑.
Weak elass II brightener
Effective corrosion inhibitor for Aluminium in Solutions Containing hydrochloric or sulphuric acid
用量:0.1-0.3 g/L
消耗量:20 g/KAH
2.4,輔助光亮劑( auxiliary brightener) 的性能和品種
輔助光亮劑的作用是提高低電位的光亮度,改善鍍液對(duì)雜質(zhì)的容允能力.
2.4.1 ALS:
學(xué)名:烯丙基磺酸鈉
英文名:sodium allyl sulfonate
sodium 2-propene(丙烯)-1-sulphonate
3 2 1
結(jié)構(gòu)式:CH=C-CH2SO3Na
用量:3-10 g/L
消耗量:120g/KAH
2.4.2 PS
學(xué)名:炔丙基磺酸鈉
英文名:sodium 2-propyne(丙炔)-1-sulphonate
結(jié)構(gòu)式:HC≡C-CH2-SO3Na
用量:0.005-0.15 g/L(5-150 mg/L)
消耗量:12 g/KAH
2.4.3 VS
學(xué)名:乙烯磺酸鈉
英文名:sodium ethylenesulphonate
或:sodium vinyl(乙烯基)sulfonate
結(jié)構(gòu)式:H2C=CH-SO3Na
用量:2-4 g/L
消耗量:40 g/KAH
2.4.4 ATP:
學(xué)名:羰乙基硫脲甜菜堿
英文名:carboxyethylisothiuronium betaine
結(jié)構(gòu):H2N+ O
C-S-CH2-CH2-C
H2N O-
用量:0.001-0.01 g/L
消耗量:1 g/KAH
2.4.5 AIS
學(xué)名:羥乙基磺酸鈉
英文名:2-hydroxy ethansulfonate sodium salt
結(jié)構(gòu)式:HO-CH2-CH2-SO3Na
作用:improres ductility in nickel brighteners
用量:無
消耗量:無
2.5,潤濕劑(wetting agent) :消除氫氣泡吸附在鍍層表面所產(chǎn)生的針孔
2.5.1 EHS:
學(xué)名:乙基巳基硫酸鈉
英文名:ethylhexyl sulfate
結(jié)構(gòu)式:CH3CH2CH2 CH2CHCH2SO4Na
C2H5
濃度:38-40%
pH: 11-12
比重:1.10-1.12 g/cm3
用量:
消耗量:
2.5.2 ABP
學(xué)名:磺基丁二酸(琥珀酸)辛酯
英文名:sulfosuccinic acid ester sodium salt
結(jié)構(gòu)式: O
H2C-C-OC8H17
O
H-C-C-OC8H17
SO3Na
電鍍添加劑的研究和應(yīng)用(III)
3,電鍍添加劑的作用機(jī)理
電鍍添加劑的研究就象大多數(shù)實(shí)驗(yàn)性的科學(xué)一樣,實(shí)驗(yàn)走在前面,理論滯后.
現(xiàn)在還不能做到僅僅依靠理論指導(dǎo)來完成添加劑的選擇.但對(duì)長期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)
也得到了一些有用的結(jié)論.
3.1 陰極吸附作用
很多光亮劑在陰極表面有較強(qiáng)的吸附作用,這種吸附阻擋了金屬離子在陰極上的還
原,提高了陰極極化.結(jié)果晶粒成核數(shù)增加,生長速度下降,從而得到晶粒很細(xì),晶體結(jié)構(gòu)有序的鍍層.測定鍍液的微分電容和極化曲線可以研究添加劑的吸附行為.
3.2 光亮劑的陰極還原作用
大多數(shù)光亮劑能夠在陰極上被還原.醛和酮可以被還原為醇,含三鍵的炔類化合物
首先被還原成烯烴,再進(jìn)一步被還原成飽和烷烴.含亞胺基因的有機(jī)物可以被還原成胺.
添加劑在陰極上與金屬離子的競爭還原反應(yīng)抑制了金屬的析出,從而也提高了陰極
極化,使金屬鍍層結(jié)晶細(xì)致光亮.
3.3 光亮劑的陰極還原反應(yīng)受擴(kuò)散控制
在工件不平的表面上,其凹下的部位(谷底)和凸出的部分(峰尖)的擴(kuò)散層厚度
不同.谷底擴(kuò)散層厚,峰尖薄.添加劑消耗后,谷底附近的添加劑受擴(kuò)散控制來不及補(bǔ)充,而峰尖附近的添加劑及時(shí)得到補(bǔ)充,因此峰尖處的金屬離子放電受到較強(qiáng)抑制,谷底處的金屬離子放電受到較弱抑制,因此谷底逐漸被填平.從而得到光滑平整的鍍層.
4,電鍍添加劑的研究方法和內(nèi)容
4.1 文獻(xiàn)調(diào)研是科研的基本方法也是電鍍添加劑研究的方法.
CA,美國專利,CNKI
CA:chemictry abstract
CNKI:China National Knowledge Infrastructure 中國國家知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施
www.cnki.net
美國專利:www.uspto.gov
patent and trademark office
4.2 霍爾槽實(shí)驗(yàn)(Hull cell test)
Hull cell test是電鍍研究和生產(chǎn)控制的最基本的實(shí)驗(yàn)方法,一個(gè)0~10V連接可調(diào)的直接電源連接一個(gè)Hull cell——梯形槽,可以直觀地觀察到不同電流密度下添加劑對(duì)鍍層外觀的影響.
試片
金屬陽極
4.3 電化學(xué)測試技術(shù)
電化學(xué)測試技術(shù)是深入研究添加劑本身的電化學(xué)性能和在電鍍液中的表現(xiàn)的重要手段.可以測量極化曲線,微分電容,極化電阻,交流阻抗,整平能力等.從而獲得很多重要信息.
4.4 尋找和合成新的添加劑組分.
4.5 利用商品的添加劑組分設(shè)計(jì)優(yōu)良的電鍍添加劑成品.
4.6 研發(fā)新的電鍍工藝:
4.6.1 環(huán)保電鍍技術(shù):無氰,無六價(jià)鉻.
4.6.2 超硬鍍層電鍍技術(shù):復(fù)合電鍍,合金電鍍.
4.6.3 納米電鍍.
O + O -
在含有被鍍金屬離子的電解質(zhì)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(jìn)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?nèi)芤褐袑?duì)鍍液和鍍層性質(zhì)有特殊作用的一類化學(xué)品的總稱.它屬于精細(xì)化學(xué)品(fine chemicals),在一些大型化工公司中,把它列入特殊化學(xué)品(specialty chemicals).
電鍍添加劑的分類和作用
應(yīng)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(fù)雜,給電鍍添加劑的分類帶出困難.以下是本人根據(jù)電鍍添加劑的對(duì)鍍液和鍍層和作用的不同所作的分類,不一定準(zhǔn)確和全面.(同時(shí),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(xué)鍍,陽極氧化等其他表面處理工藝.)
1.1 絡(luò)合劑(complexing agent or chelating agant)
電化學(xué)理論根據(jù)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(yīng)和還原反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),即凈反應(yīng)速度為零時(shí)的氧化或還原反應(yīng)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(dāng)絡(luò)合劑.
加入絡(luò)合劑的作用是使金屬離子形成穩(wěn)定絡(luò)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(luò)合效果的因素有絡(luò)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(luò)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(chǎn)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(zhì)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(jī)物,雜環(huán)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(chǎn)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(xì)致均勻,在它的表面繼續(xù)電鍍光亮鎳,起亮的速度很快.
物質(zhì)的整平作用分為正整平,幾何整平和負(fù)整平.
正整平:
幾何整平:
負(fù)整平:
大部分電鍍工藝要求整平劑具有正整平作用,但對(duì)于表面有花紋的工件,為了避免電鍍以后使花紋模糊不清,電鍍添加劑中最好包含具有幾何整平與呈負(fù)整平的物質(zhì).
電鍍添加劑的研究和應(yīng)用(II)
鍍鎳添加劑的研究進(jìn)展
鎳是一種機(jī)械性能和化學(xué)性能優(yōu)良的金屬,鍍鎳是一種應(yīng)用廣泛的工藝,所有組合性鍍層中幾乎都包含有鎳層.因此對(duì)鍍鎳工藝,添加劑和理論的研究最受到關(guān)注,取得的進(jìn)展也最大.
2.1 初級(jí)光亮劑(primary brightener) 的作用和品種
初級(jí)光亮劑的作用是細(xì)化晶粒,使鍍層均勻.
但它產(chǎn)生壓應(yīng)力,用以抵消次級(jí)光亮所產(chǎn)生的張應(yīng)力.分子結(jié)構(gòu)中含硫,夾雜在鍍層中,使鍍層的電位比純Ni電位更負(fù).
2.1.1 糖精:
學(xué)名鄰磺酰苯亞胺
英文名:saccharin
結(jié)構(gòu)式: N - - H
S
可電離出H+,帶酸性. N - - Na+
平常使用的是它的鈉鹽. S
用量:0.5-2.5 g/L
其用量與次級(jí)光亮劑的種類和多少有關(guān).用量要足以抵銷次級(jí)光亮劑的張應(yīng)力.
消耗量:15-30 g/KAH
2.1.2 BBI:
學(xué)名:二苯磺酰胺
英文名:bis(benzenesulfonyl)imide
或:bisphellylsulphonylamine
結(jié)構(gòu)式: SO2 NH SO2
用量:0.5~2 g/L
消耗量:15g/KAH
2.2,次級(jí)光亮劑(second brightener)的作用和品種
使鍍層光亮,但產(chǎn)生張應(yīng)力,與初級(jí)光亮劑配合得到高光亮度又應(yīng)力低的鍍層.
2.2.1 BEO:學(xué)名:丁炔二醇二乙氧基醚
或:乙二氧基化丁炔二醇
英文名:diethxylated 2-butyne-1.4-diol
結(jié)構(gòu)式:HO-C2H4-O-CH2-C≡C-CH2-OC2H4-OH
是丁炔二醇與2 mol環(huán)氧乙烷的反應(yīng)產(chǎn)物
用量:0.02-0.05 g/L
消耗量:5g/KAH
2.2.2 BMP:
學(xué)名:丁炔二醇單丙氧基醚
或:單丙氧基化丁炔二醇.
英文名:monopropoxylated 2-butyne-1,4-diol
結(jié)構(gòu)式:HO-CH2-C≡C-CH2-O-C3H9-OH
是丁炔二醇與同摩爾的環(huán)氧丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物
用量:0.05-0.15 g/L
消耗量:8 g/KAH
2.2.3 PAP:
學(xué)名:羥丙基丙炔醇醚
或:丙炔醇丙氧基醚
英文名:propynol propoxylate
結(jié)構(gòu)式:CH≡C-CH2-O-C3H6-OH
是丙炔醇與等mol的環(huán)氧丙烷反應(yīng)產(chǎn)物
用量:0.01-0.03 g/L
消耗量:6 g/KAH
2.2.4 PME:
學(xué)名:羥乙基丙炔醇醚
或:丙炔醇乙氧基醚
英文名:propynol ethoxylate
or hydroxyethyl propargyl ether
3 2 1
結(jié)構(gòu)式:H-C≡C-CH2-O-C2H4OH
丙炔醇與同mol環(huán)氧乙烷反應(yīng)產(chǎn)物
用量:0.01-0.03 g/L
消耗量:4 g/KAH
2.2.5 DEP:
學(xué)名:二乙基丙炔胺
英文名:N,N-diethy1-2-propyne(丙炔)-1-amine
C2H5 1 2 3
結(jié)構(gòu)式: N-CH2C≡CH
C2H5
用量:0.001-0.01 g/L
消耗量:1.5 g/KAH
2.2.6 EAP:
學(xué)名:二乙基胺基戌炔醇
英文名:5-diethylamino-3-pentyne(戌炔)-2-ol
C2H5 5 4 3 2 1
結(jié)構(gòu)式: N-CH2-C≡C-CH-CH3
C2H5 OH
用量:0.001-0.01 g/L
消耗量:2 g/KAH
2.2.7 MPA
學(xué)名:1.1-二甲基丙炔胺
英文名:1.1-dimethyl-2-propyne-1-amine
結(jié)構(gòu)式:CH3
C-C≡CH
CH3
NH2
用量:0.001-0.01 g/L
消耗量:1 g/KAH
2.3 整平劑的結(jié)構(gòu)和性能
2.3.1 PPS:
學(xué)名:1-(3-磺丙基)-吡啶
或:磺丙基吡啶甜菜堿
甜菜堿的原意是指三甲銨乙內(nèi)酯
O
(CH3)3N+-C2-C-O-
后泛指由氮所組成的內(nèi)脂
英文名:1-(3-sulfopropyl)-pyridinium-betaine
結(jié)構(gòu)式: 1
+
-
CH2-CH2-CH2-SO3
用量:0.1-0.3 g/L
消耗量:25g/KAH
2.3.2 PHP或PPS-OH
學(xué)名:N-(3-磺基羥丙基)吡啶甜菜堿
英文名:N-(3-sulfo-2-hydroxypropyl)pyridinium betain
結(jié)構(gòu)式:
+
1 2 3 -
CH2-CH-CH2-SO3
OH
用量:0.1-0.3 g/L
消耗量:25 g/KAH
2.3.3 HD
學(xué)名:已炔二醇
英文名;3-hexyne-2.5-diol
1 2 3 4 5 6
結(jié)構(gòu):CH2-CH-C≡C-CH-CH3
OH OH
作用:作為半光亮鎳的弱光亮劑和整平劑.
Weak elass II brightener
Effective corrosion inhibitor for Aluminium in Solutions Containing hydrochloric or sulphuric acid
用量:0.1-0.3 g/L
消耗量:20 g/KAH
2.4,輔助光亮劑( auxiliary brightener) 的性能和品種
輔助光亮劑的作用是提高低電位的光亮度,改善鍍液對(duì)雜質(zhì)的容允能力.
2.4.1 ALS:
學(xué)名:烯丙基磺酸鈉
英文名:sodium allyl sulfonate
sodium 2-propene(丙烯)-1-sulphonate
3 2 1
結(jié)構(gòu)式:CH=C-CH2SO3Na
用量:3-10 g/L
消耗量:120g/KAH
2.4.2 PS
學(xué)名:炔丙基磺酸鈉
英文名:sodium 2-propyne(丙炔)-1-sulphonate
結(jié)構(gòu)式:HC≡C-CH2-SO3Na
用量:0.005-0.15 g/L(5-150 mg/L)
消耗量:12 g/KAH
2.4.3 VS
學(xué)名:乙烯磺酸鈉
英文名:sodium ethylenesulphonate
或:sodium vinyl(乙烯基)sulfonate
結(jié)構(gòu)式:H2C=CH-SO3Na
用量:2-4 g/L
消耗量:40 g/KAH
2.4.4 ATP:
學(xué)名:羰乙基硫脲甜菜堿
英文名:carboxyethylisothiuronium betaine
結(jié)構(gòu):H2N+ O
C-S-CH2-CH2-C
H2N O-
用量:0.001-0.01 g/L
消耗量:1 g/KAH
2.4.5 AIS
學(xué)名:羥乙基磺酸鈉
英文名:2-hydroxy ethansulfonate sodium salt
結(jié)構(gòu)式:HO-CH2-CH2-SO3Na
作用:improres ductility in nickel brighteners
用量:無
消耗量:無
2.5,潤濕劑(wetting agent) :消除氫氣泡吸附在鍍層表面所產(chǎn)生的針孔
2.5.1 EHS:
學(xué)名:乙基巳基硫酸鈉
英文名:ethylhexyl sulfate
結(jié)構(gòu)式:CH3CH2CH2 CH2CHCH2SO4Na
C2H5
濃度:38-40%
pH: 11-12
比重:1.10-1.12 g/cm3
用量:
消耗量:
2.5.2 ABP
學(xué)名:磺基丁二酸(琥珀酸)辛酯
英文名:sulfosuccinic acid ester sodium salt
結(jié)構(gòu)式: O
H2C-C-OC8H17
O
H-C-C-OC8H17
SO3Na
電鍍添加劑的研究和應(yīng)用(III)
3,電鍍添加劑的作用機(jī)理
電鍍添加劑的研究就象大多數(shù)實(shí)驗(yàn)性的科學(xué)一樣,實(shí)驗(yàn)走在前面,理論滯后.
現(xiàn)在還不能做到僅僅依靠理論指導(dǎo)來完成添加劑的選擇.但對(duì)長期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)
也得到了一些有用的結(jié)論.
3.1 陰極吸附作用
很多光亮劑在陰極表面有較強(qiáng)的吸附作用,這種吸附阻擋了金屬離子在陰極上的還
原,提高了陰極極化.結(jié)果晶粒成核數(shù)增加,生長速度下降,從而得到晶粒很細(xì),晶體結(jié)構(gòu)有序的鍍層.測定鍍液的微分電容和極化曲線可以研究添加劑的吸附行為.
3.2 光亮劑的陰極還原作用
大多數(shù)光亮劑能夠在陰極上被還原.醛和酮可以被還原為醇,含三鍵的炔類化合物
首先被還原成烯烴,再進(jìn)一步被還原成飽和烷烴.含亞胺基因的有機(jī)物可以被還原成胺.
添加劑在陰極上與金屬離子的競爭還原反應(yīng)抑制了金屬的析出,從而也提高了陰極
極化,使金屬鍍層結(jié)晶細(xì)致光亮.
3.3 光亮劑的陰極還原反應(yīng)受擴(kuò)散控制
在工件不平的表面上,其凹下的部位(谷底)和凸出的部分(峰尖)的擴(kuò)散層厚度
不同.谷底擴(kuò)散層厚,峰尖薄.添加劑消耗后,谷底附近的添加劑受擴(kuò)散控制來不及補(bǔ)充,而峰尖附近的添加劑及時(shí)得到補(bǔ)充,因此峰尖處的金屬離子放電受到較強(qiáng)抑制,谷底處的金屬離子放電受到較弱抑制,因此谷底逐漸被填平.從而得到光滑平整的鍍層.
4,電鍍添加劑的研究方法和內(nèi)容
4.1 文獻(xiàn)調(diào)研是科研的基本方法也是電鍍添加劑研究的方法.
CA,美國專利,CNKI
CA:chemictry abstract
CNKI:China National Knowledge Infrastructure 中國國家知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施
www.cnki.net
美國專利:www.uspto.gov
patent and trademark office
4.2 霍爾槽實(shí)驗(yàn)(Hull cell test)
Hull cell test是電鍍研究和生產(chǎn)控制的最基本的實(shí)驗(yàn)方法,一個(gè)0~10V連接可調(diào)的直接電源連接一個(gè)Hull cell——梯形槽,可以直觀地觀察到不同電流密度下添加劑對(duì)鍍層外觀的影響.
試片
金屬陽極
4.3 電化學(xué)測試技術(shù)
電化學(xué)測試技術(shù)是深入研究添加劑本身的電化學(xué)性能和在電鍍液中的表現(xiàn)的重要手段.可以測量極化曲線,微分電容,極化電阻,交流阻抗,整平能力等.從而獲得很多重要信息.
4.4 尋找和合成新的添加劑組分.
4.5 利用商品的添加劑組分設(shè)計(jì)優(yōu)良的電鍍添加劑成品.
4.6 研發(fā)新的電鍍工藝:
4.6.1 環(huán)保電鍍技術(shù):無氰,無六價(jià)鉻.
4.6.2 超硬鍍層電鍍技術(shù):復(fù)合電鍍,合金電鍍.
4.6.3 納米電鍍.
O + O -
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