电镀基础化学知识

(2008-6-16 18:49:46)

电镀基础化学知识
1．盐酸有何特征？
答：纯净的盐酸是无色透明的液体，一般因含有杂质三氯化铁而呈黄色。常用浓盐酸中约含37%的氯化氢。盐酸易挥发，是一种强酸。在电镀生产中广泛使用盐酸作为浸蚀剂。
2．硫酸有和特征？
答：浓度为96%的硫酸溶液，比重为1.84。浓硫酸具有吸水性，吸水过程中放出大量的热量。在电镀生产中广泛使用硫酸作为浸蚀剂，由于其挥发性低，所以可利用加热提高浸蚀速度。
3．硝酸有何特征？
答：硝酸是一种氧化型的强酸，在见光受热时分解放出氧而使别的物质氧化，所以硝酸应盛在棕色瓶内，电镀生产中广泛使用权有作为浸蚀剂。
4．现有浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸各一坛，能凭目测将它们分辨出来吗？
答：冒白雾的是盐酸，冒黄烟的是硝酸，无烟雾的是硫酸。
5．如何区别碳酸钠，片碱（NaOH）？
答：碳酸钠又名纯碱，又称弱碱，是白色粉末，水溶液呈碱性，电镀中配制去油溶液。
片碱，化学名氢氧化钠，是强碱，又称烧碱，是白色固体或片状体。与水溶解后放出热量，易灼烧皮肤，电镀中用碱性镀槽、发黑、去油等用处。
6．什么叫溶液、溶剂与溶质？
答：一种或数种物质分散到另一种液体物质里形成的均匀、稳定液体叫溶液。能够溶解其它物质的液体叫溶剂，被溶剂溶解的物质叫溶质。
7．什么叫溶解与溶解度
答：溶质在溶剂作用下，以分子状态不断地扩散到溶剂分子间去的过程叫做溶解。在一定温度和压力下，某溶质在100克溶剂里达到饱和所溶解的克数，叫做该溶质在这种溶剂里的溶解度。
8．什么叫溶液浓度？
答：一定量溶液里所含溶质的量叫做溶液的浓度。溶液浓度的表示方法主要有比例浓度、重量百分浓度、克/升浓度、摩尔浓度与当量浓度等。
9．什么叫比例浓度？
答：以溶质与溶剂的重量或体积之比来表示的浓度叫比例浓度。一般比例浓度中均标明是重量比或是体积比，若不标明，则固体按重量计，液体按体积计。如配制1：1的盐酸溶液，将1体积的浓盐酸与1体积的水混合即得；又如配制1：5000的高锰酸钾溶液，将1克高锰酸钾溶于5000毫升水中即得。
10．什么叫重量百分浓度？
答：用100克溶液中所含溶质的克数来表示的浓度叫重量百分浓度。
11．什么叫克/升浓度？
答：以每升溶液中所含溶质的克数来表示的浓度叫克/升浓度。电镀生产中广泛运用克/升浓度
12．什么叫摩尔浓度？
答：通常所说的摩尔浓度是指体积摩尔浓度，即以每升溶液中所含溶质的摩尔数来表示的浓度，常用符号M表示：
13．什么叫当量浓度？
答：用每升溶液中所含溶质的克当量数来表示的浓度叫当量浓度，常用符号N表示。

二．有机化学
14．什么叫有机化合物？
答：由碳元素和氢元素组成的化合物及其衍生物总称为有机化合物，简称有机物。
15．有机化合物与无机化合物的性质有哪些不同？
答：有机化合物与无机化合物在某些性质方面的不同见下表：
性质有机化合物无机化合物
可燃性大多数可以燃烧，受热易分解一般都能耐热，不易燃烧
熔点大多数熔点低，一般在300℃以下一般不易熔化
可溶性易溶于有机溶剂，难溶于水不溶于有机溶剂，易溶于水
导电性溶液或熔化时均不导电一般溶液或熔化时可导电
化学反应以分子形式参加反应且很慢以离子形式参加且反应激烈
结合形式以共价键结合以离子键结合
16．什么叫烃？它主要分哪几种？
答：分子中只含有碳原子和氢原子的有机物叫做烃。烃按其结构可分为开链烃和闭链烃（简称环烃）。开链烃可分为烷烃、炔烃和烯烃三种，闭链烃又可分为脂环烃和芳香烃。
17．烷烃、烯烃、炔烃分子式的组成各有什么规律？它们的通式是什么？
答：烷烃分子中含氢原子个数等于碳原子个数的2倍加2个；烯烃分子中氢原子个数等于碳原子个数的2倍；炔烃分子中氢原子个数等于碳原子个数的2倍减去2个。若以n表示烃分子中碳原子个数，则烷烃分子式的通式应该是CnH2n+2,烯烃分子式的通式是CnH2n,炔烃分子式的通式是CnH2n-2.
18．什么叫烃的衍生物？
答：烃分子中一个或几个氢原子被其它原子或原子团所取代的产物叫做烃的衍生物，如1，4-丁炔二醇（C4H6O2）、十二烷基硫酸钠（C12H25NaSO4）等。
19．有机物在电镀生产中有哪些用途？
答：有机物在电镀生产中应用较广，是电镀生产中不可缺少的重要原料之一。它主要可用作络合剂（如EDTA、HEDP等）、添加剂（如糖精、DE、DPE、香豆素、1，4-丁炔二醇、香蓝素、洋茉莉醛、十二烷基硫酸钠、OP乳化剂、海鸥洗涤剂等）、防蚀剂（如乌洛托品、硫脲、甘油等）、溶剂（如乙醇、乙醚、汽油、煤油等）。

三．物理化学与电化学
20．什么叫表面张力？
答：在液气两相的界面上，液体分子所受液体内部分子的引力大于气体分子对它的引力，由此造成的使液体表面缩小的力叫表面张力。表面张力的大小与溶液的性质、温度、浓度等因素有关。
21．什么是表面活性剂？表面活性剂有哪些类型？
答：能显著改变液体表面张力或两相之间的界面张力的物质叫表面活性剂（有时称界面活性剂）。
表面活性剂有阴离子型的，如肥皂、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠等；有阳离子型的，如脂肪族胺盐、烷基季胺盐、烷基嘧啶卤代物等；有两性表面活性剂，如羚酸型、磺酸脂型等；有非离子型表面活性剂，如OP乳化剂、平平加、海鸥洗涤剂、氟碳类等。
22．表面活性剂的组成与性质如何？
答：表面活性剂的分子是由亲油性基团和亲水性基团两部分组成。表面活性剂有乳化作用、泡沫作用增溶作用，并能改变固液两相接触时的润湿性能。
23．表面活性剂在电镀生产中的用途有哪些？
答：表面活性剂在电镀中主要用来除油、提高阴极极化作用和改善溶液分散能力。例如，两性表面活性剂（如环氧系列）能明显提高阴极极化作用。
24．怎样选用表面活性剂？
答：在弱酸性、弱碱性或中性介质中，一般选用阴离子型或非离子型（如十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、OT、OP等）；在强酸性介质中一般选用非离子型（如聚乙二醇等）；为提高阴极极化作用，宜选用具有两性的表面活性剂，且分子量不宜过大（一般碳原子数为4—8较理想），活性基团宜多不宜少。
25．络合物与电镀的关系如何？
答：在电镀生产中，广泛使用络合物。随着无氰电镀新工艺的不断发展，为了提高镀层质量，选择、使用新的络合剂，显得尤为重要。必须指出，络离子在溶液中是分步离解的，络离子总的不稳常数等于它的分步离解常数的乘积，溶液的络合剂与金属离子之间存在一系列的“络合—离解平衡”。因而有各种不同配位数的络离子以不同的浓度同时存在于溶液之中。那么，在阴极还原中，究竟哪一种离子直接参加电极反应呢？计算证明：具有特征配位数的络离子（溶液中这种络离子的浓度最大）在电极上放电的可能性不大，而那些配位数较低的络离子（溶液中这种络离子的浓度适中）是电极上放电的主要离子。
26．什么叫阳极极化与阴极极化？
答：自流电通过阳极时，阳极电位偏离平衡电位而向正方向移动的现象，称为阳极极化。在某一电流密度下，阳极电位与平衡电位之差称为阳极过电位，通常用ΔФA表示。
直流电通过阴极时，阴极电位偏离平衡电位而向负方向移动的现象，称为阴极极化。在某一电流密度下，阴极电位ФK与平衡电位之差，称为阴极过电位，通常用ΔФK表示。
阳极极化和阴极极化对电流都起阻碍作用，所以有时也称为极化电阻。
27．什么叫极化曲线与极化度？
答：表示电极电位随着电流密度的变化而改变的关系曲线叫做极化曲线。一般以纵坐标表示电极电位，横坐标表示电流密度。图1所示是两条阴极极化曲线。
从曲线可以看出：随阴极电流密度的不断增大，阴极电位也不断变负。若阴极电流密度DK改变同一值ΔDK，曲线I和曲线II的ΔФK值有所不同。通常把ΔФK与ΔDK的比值称为阴极极化度，曲线愈陡，阴极极化度愈大。比较阴极极化度即可判断电镀溶液的分散能力和覆盖能力，提高极化度可提高镀液的这两种能力。
28．极化度与电镀有何关系？
答：极化度对镀层质量影响相当大，它直接影响到电流在阴极上的分布。若阴极极化度的值大，能使电流在阴极表面上的实际分布比初次分布更均匀，这表明电解液的分散能力和深镀能力好，从而可使镀层更均匀。为什么镀铬液有较大的阴极极化作用，而分散能力很差呢？原因就是镀铬液的阴极极化度很小。
29．利用哪些方法可以消除或降低不必要的阳极计划作用？
答：阳极极化会引起阳极的电化学钝化，致使阳极不能正常溶解。在生产中一般采用下列方法来消除或降低阳极极化作用：
（1）加入适量的阳极活化剂（去极化剂）可防止阳极钝化，促使阳极正常溶解。例如在酸性镀镍溶液中加入氯化物，可起到消除或降低阳极极化的作用；
（2）增大阳极面积，降低阳极电流密度。例如，在氰化镀锌中，若发生阳极钝化时，可通过增大阳极面积降低阳极电流密度来解决；
（3）利用搅拌也可降低阳极极化作用。
30．什么叫金属的钝化现象？
答：金属的钝化现象可以分为化学钝化与电化学钝化两类。例如铁在稀硝酸中很快就溶解，但在浓硝酸中溶解现象就几乎完全停止了；铝在稀硝酸中很不稳定，但却可以用铝制容器来储存浓硝酸；碳钢在普通大气中很易生锈，但在钢中加入适量的铬镍合金组分后就成为“不锈钢”了。这些钝化现象叫化学钝化。另一种钝化现象是由于阳极极化引起的，叫做电化学钝化。大部分化学钝化现象事实上也是按照电化学机理进行的，因为化学钝化时也可以观察到电极电位显著的变化。铁在活化状态下的电位约为-0.5—-0.2伏，而在钝化状态下则为+0.5—+1伏。铬在活化状态下的电位为-0.6—-0.4伏，而在钝化状态下则为+0.8—+1伏。因此，钝化能使电极电位剧烈地向正方向移动，并使钝化了的金属的电位约等于那些贵重的金属（例如金和铂）的电位。
虽然钝性效应的出现是比较经常的并且也是非常明显的，但是直到目前为止尚无统一确切的解释。根据电化学腐蚀理论，钝性是由于阴极过程受阻滞而引起的金属或合金的高耐蚀状态（虽然从热力学观点看来，这些金属和合金是完全能够进行反应的）。也就是说，钝性是由于阳极过程控制的增加而引起的耐蚀状态。
31．什么叫电结晶？
答：电镀过程实质上就是金属的电结晶过程。也就是说在直流电的作用下，电解液中的金属离子（或络合金属离子）在阴极上得到电子后沉积出金属镀层的过程叫电结晶。电结晶的过程极其复杂，以水合金属离子放电结晶为例，可分为以下几个阶段：
（1）物质迁移——溶液中的水合金属离子到达阴极表面（包括扩散、迁移、水化膜变形、脱水）；
（2）电荷迁移——金属离子在阴极表面与电子结合，还原成金属原子；
（3）表面扩散——金属原子在电极表面扩散到达晶格位置（如弯折处）；
（4）参入晶格——金属原子排列组成一定晶格的金属晶体。
其中（3）、（4）两步为形成结晶的过程。可见，形成电镀层，包括物质迁移、电荷迁移、晶格化三个主要过程。
在形成金属晶体时又有同时进行的两个过程：晶核的生成与晶核的成长。这两个过程的速度决定着金属结晶的粗细程度。如果晶核的生成速度较快，而晶核生成后的成长速度较慢，则生成的晶核数目较多，晶粒较细。反之，晶粒就较粗。提高金属电结晶时的阴极极化作用，可以提高晶核的生成速度，有利于获得结晶细致的镀层。
32．电镀生产中如何提高阴极极化作用？
答：一般说来，电化学极化作用对于改善镀层质量起着很重要的作用，因此我们应尽可能想办法通过提高阴极的电化学极化作用来提高镀层的结晶细致程度。同时，往往通过提高阴极极化度，还可提高镀液的分散能力与深镀能力。在生产中，一般采取以下措施提高阴极极化作用：
（1）加入络合剂。因为络离子较简单离子难于在阴极上还原，这就可使阴极积累较多的电子，从而使阴极极化值提高；
（2）加入添加剂。添加剂吸附在阴极表面上，可减慢金属离子到达阴极表面的速度及金属离子和电子反应的速度，从而提高阴极极化作用；
（3）提高阴极电流密度。在阴极极化作用随阴极电流密度的增大而增大的情况下，可用提高阴极电流密度的办法去提高阴极极化作用；
（4）适当降低电解液温度。降低温度能提高络合剂的络合能力，减慢金属离子扩散到阴极表面的速度，从而提高阴极极化作用；
（5）加入导电盐。在阴极极化度不为零的情况下，溶液导电性的提高可以促使电流在阴极表面更均匀地分布。
33．什么叫金属的化学腐蚀与电化学腐蚀？
答：金属与周围介质发生氧化作用而引起的腐蚀叫做化学腐蚀；金属和电解质溶液接触时，由于微电池和大电池作用而发生的腐蚀叫做电化学腐蚀。化学腐蚀时没有电流产生，电化学腐蚀时，介质与金属的作用的总反应分成两个在相当程度上独立地进行的过程（阳极过程与阴极过程）。在大多数实际情况下，电化学腐蚀常常以阳极和阴极过程在不同地区局部地进行为特征。
34．金属腐蚀与哪些主要因素有关？
答：与下列因素有关：
（1）金属的本性、组成、加工特性、结构特点及表面状态等；
（2）环境温度；
（3）腐蚀介质的性质。
35．什么叫镀前处理？它主要包括哪些具体内容？
答：电镀、氧化、磷化等主要工序以前的一切加工处理和准备工作总称为镀前处理（或预处理）。镀前处理大致包括以下基本内容：除油、除锈、除氧化皮、浸蚀、酸洗、活化、磨光、抛光、滚光、喷砂、局部绝缘、清洗、预热以及加辅助电极和装挂等。
36．工件为什么必须经过严格的镀前处理后方能入槽电镀？
答：工件在加工后会存在着不同程度的毛刺，表面可能沾染油污，有的表面甚至已经严重锈蚀。这样就使工件表面呈现介电、疏松、钝态、电阻大等不良状况。如果不将这些东西清除干净，则会给整个电镀过程带来很大的障碍。它们会阻碍电流的通过，给电解液中金属离子的放电带来很大的阻力。同时，这些缺陷会降低镀层金属与基体金属间的结合力，甚至使工件局部或整个表面不能获得镀层，即使勉强获得镀层，也容易产生疏松、发花、起泡、蜕皮、不连续等疵病。而在装饰性镀层施镀前，必须使基体具有一定的光洁度，以期电镀后具有美丽的外观。
另外，工件上的油污、氧化物等杂质会污染电解液，增加电解液中的有害杂质，以致引起电解液不能正常工作甚至报废，造成不应有的损失。因此，镀层质量好坏与否，槽液是否容易维护，镀前处理是非常重要的一个环节。
37．钝化现象对镀层质量有什么危害？如何消除它？
答：若在工件如槽前（或入槽的一瞬间）发生了钝化现象，则势必严重地影响镀层与基体间的结合力，造成废品。例如：铝及铝合金，由于表面存在一层自然氧化膜，这是影响镀层结合力的主要因素，若不经特殊的镀前处理，根本不能顺利地进行电镀。无氰镀铜中普遍存在的问题，就是直接镀复时不能获得与钢铁基体结合强度良好的铜镀层。这主要是两种原因引起的：钢铁表面的活化（置换）和钝化。在通常情况下，镀层结合强度不良，是因为钢铁表面处于钝化状态。
目前用来消除钝化现象的方法主要有预浸、预镀（镍或铜）、电解活化、浸酸活化、带电入槽、适当冲击等方法。
38．什么叫磨光？
答：利用磨光轮上磨料的尖锐棱角来磨削工件表面，借以提高工件表面的平整程度和光洁度的过程，叫�

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