電鍍基本知識培訓-課件

電化學基本知識

（電鍍基本知識培訓之一）

電化學基本知識

（電鍍基本知識培訓之一）1前言——培訓課程安排前言——培訓課程安排2前言——培訓課程安排前言——培訓課程安排3前言——培訓課程安排前言——培訓課程安排4課程一：電鍍概述課程一：電鍍概述5電鍍概念利用電解在制件表面形成均勻、致密、結合力良好的金屬或合金沉積層的過程。電鍍概念利用電解在制件表面形成均勻、致密、結合力良好的金屬或6電鍍概述1800年，意大利布魯納特利發(fā)表鍍銀論文；1805年，布魯納特利提出鍍金；1840年，英國埃爾金頓申請了氰化鍍銀的專利，并開始應用于生產；1840年，雅可比申請酸性鍍銅的專利，并于1843年應用于生產；1840年，博特杰提出鍍鎳；1915年，采用酸性硫酸鋅工藝對鋼帶進行鍍鋅處理；1917年，普洛克特提出氰化鍍鋅工藝；1923-24年，芬克、埃爾德里奇提出鍍鉻工業(yè)方法。電鍍概述1800年，意大利布魯納特利發(fā)表鍍銀論文；7電鍍的發(fā)展電鍍的品種品種從單一金屬、二元金屬、三元合金發(fā)展至復合材料?；w材料由鋼鐵、銅及其合金發(fā)展至輕金屬、鋅基合金壓鑄件至塑料、陶瓷等非金屬材料。電鍍方法從水溶液電鍍發(fā)展至化學鍍生產工藝設備從手工發(fā)展至半自動至全自動。電鍍的發(fā)展電鍍的品種8電鍍的功能提高基體的耐腐蝕性能鋼鐵上鍍鋅，可以在一般的大氣環(huán)境中有效保護基體金屬；鍍鎘制品能有效保護制品在海洋環(huán)境中不易受到腐蝕；鍍錫制品有良好的耐腐蝕性能，而且其腐蝕產物對人體無害，可用于有機酸接觸的鋼鐵制作的食品容器。防護裝飾修復基體。修復曲軸、轉軸、齒輪等磨損件。其他：耐磨性（鍍硬鉻）、減摩性（鍍錫、鍍鉛-錫合金）、導電性（鍍銅、銀、金）、導磁性（鍍鎳-鈷、鍍鎳-鐵合金）、焊接性（鍍錫、鍍銅、銀、鉛錫合金）、反光性（鍍銀、銠）、防擴散（為防局部滲碳而鍍銅、為防局部滲氮而采用鍍錫）電鍍的功能提高基體的耐腐蝕性能9電鍍的類別按鍍層所含金屬類別分單金屬鍍層合金鍍層根據(jù)金屬鍍層的電位不同分陽極性鍍層陰極性鍍層電鍍的類別按鍍層所含金屬類別分10電鍍工藝的基本過程電鍍前處理鍍前，對表面狀況和表面處理的要求進行預處理，包括除油、除銹、拋光、打磨等。電鍍獲得符合要求的鍍層。電鍍后處理清洗、除氫、鈍化、封閉等。電鍍工藝的基本過程電鍍前處理11課程二：電化學知識課程二：電化學知識12電的知識電流：導體中自由電子在電場力的作用下作定向移動，形成電流。電解液中的正負離子在電場力的作用下各自向相反的方向移動，也可以形成電流。我們將正電荷（正離子）移動的方向規(guī)定為電流方向；把電子（負離子）移動的方向稱為電流的反方向。I=Q/t電路：由電源、負載、開關、導線等組成。根據(jù)電源的不同，分成交流電路、直流電路。線電壓和相電壓：三相四線制供電線路中，火線與火線之間的電壓稱為線電壓；火線與中線（零線）之間的電壓稱為相電壓。電器設備的保護接中線和保護接地。在電壓低于1000V、電源中性點接地的電力網(wǎng)中，應采用保護接中線，即把電氣設備的金屬外殼和中線相接，以確保：如果有一相因絕緣損壞而碰到外殼時，則該項短路，立即燒斷熔絲，或使其他保護電器動作而切斷電源，避免觸電。電的知識電流：導體中自由電子在電場力的作用下作定向移動，形成13電的知識在電壓低于1000V、電源中性點不接地的電力網(wǎng)中，應采用保護接地，即把電動機、變壓器、鐵殼開關等電器設備的金屬外殼，用電阻很小的導線接地極可靠連接，確保：即使因電器設備絕緣損壞和中線相接，以確保：即使因電器設備絕緣損壞而漏電時，由于人體電阻比接地極大很多，幾乎不會有電流經過人體，從而保證人身安全。一般接地電阻應于小于4Ω，采用埋地中的鐵棒、鋼管作為地極。電的知識在電壓低于1000V、電源中性點不接地的電力網(wǎng)中，應14電化學知識電解質溶液絡合物氧化還原反應電解質溶液的導電性原電池和電解池電極、電極反應與電極電位電極的極化電化學知識電解質溶液15電解質溶液電解質定義：在溶解或熔融溶狀態(tài)下能導電的化合物稱為電解質。電離：電解質能離解成自由移動離子的過程稱為電離。電離形成的溶液，稱為電解質溶液。強電解質：在水中幾乎全部發(fā)生電離，如鹽酸、硝酸、硫酸、氯化鈉等。弱電解質：在水中部分電離，如醋酸、氨水、硼酸等。電解質溶液電解質定義：在溶解或熔融溶狀態(tài)下能導電的化合物稱為16電解質溶液電離度和電離平衡常數(shù)

CH3COOH

CH3COO-+H+

電離度α=[CH3COO-]/[CH3COO-]+[CH3COOH]

×100%電離平衡常數(shù)K=[CH3COO-][H+]/[CH3COOH]同離子效應：加入與弱電解質同離子的強電解質，使弱電解質的電離度下降。在弱酸中加入它的鹽后，不僅降低了弱酸的電離度和溶液中H+的濃度同時這種混合溶液還具抵抗改變H+濃度的能力，使溶液的PH基本保持不變。這種溶液成為了緩沖溶液。電解質溶液電離度和電離平衡常數(shù)17絡合物K4[Fe(CN)6]中，F(xiàn)e2+與CN-極少電離出來，它們基本以Fe(CN)64-的形式存在。這種由簡單正離子和幾個其他離子或中性分子結合而成的復雜分子稱為絡離子，絡離子組成的化合物，稱為絡合物。電鍍中常用的絡離子有：[Zn(CN)6]2-、[Ag(CN)2]-、

[Cu(NH3)4]2-。絡合物非常穩(wěn)定，基本不離解出簡單的金屬正離子。絡合物K4[Fe(CN)6]中，F(xiàn)e2+與CN-極少電離出來18氧化-還原反應在化學反應中有電子得失的反應為氧化還原反應。失去電子的變化叫氧化，得到電子的變化叫還原。氧化劑的當量=氧化劑的相對分子質量/氧化劑在反應中得到的電子數(shù)還原劑的當量=還原劑的相對分子質量/還原劑在反應中得到的電子數(shù)利用當量可以計算反應過程中氧化劑的用量，或還原劑的消耗量。氧化-還原反應在化學反應中有電子得失的反應為氧化還原反應。19電解質溶液的導電性導體的類別：第一類導體：以自由電子來傳導電流，如金屬傳導。第二類導體：以帶電離子的移動來傳導電流，如電解質傳導。電解質溶液的導電性取決于導電的離子數(shù)目、離子的運動速度、離子帶電荷的數(shù)目。離子運動的方式：對流：自然對流和人工對流；擴散：由于濃度差，導致離子從高濃度區(qū)遷至低濃度區(qū)；電遷移：在電場作用下，離子的遷移。水化離子半徑、帶電荷數(shù)（價數(shù)）均影響電遷移。電解質溶液的導電性導體的類別：20電解質溶液的導電性導電性與濃度的關系：隨濃度增加而增加，但到一定時候就下降。導電性與溫度的關系：升高溫度，水化程度降低，溶液粘度的降低，有助于提高電導率。提高電導率，有助于:

a)降低槽端電壓

b)采用較大的陰極電流密度

c)提高電鍍液的深鍍能力和均鍍能力

d)克服和減少溶液溫升電解質溶液的導電性導電性與濃度的關系：隨濃度增加而增加，但到21電解質溶液的導電性摩爾電導率：相距1m的兩個平行電極之間含有濃度為1mol溶質的溶液所具有的電導。電解第一定律：電解時，對同一物質來說，陽極和陰極上溶解和析出的物質質量與通過電解質溶液的導量成正比。電解第二定律:當以相同的電量通過不同的電解質溶液時，在陽極和陰極上溶解和析出物質的量相等。電解質溶液的導電性摩爾電導率：相距1m的兩個平行電極之間含有22原電池和電解池原電池：浸在電解質溶液中的兩個電極，當其與外電路中的負載接通后，能夠自發(fā)地將電流輸送到外電路中而做功。原電池和電解池原電池：浸在電解質溶液中的兩個電極，當其與外電23原電池和電解池電解池：浸在電解質溶液中的兩個電極，與外加直流電源接通后，強制電流在體系中通過，從而在電極上發(fā)生化學反應。原電池和電解池電解池：浸在電解質溶液中的兩個電極，與外加直流24原電池和電解池標準電池：高可逆電池，可以配合電位計，測定另一個原電池的地動勢。標準電池的溫度系數(shù)較小，受外界影響較小。原電池和電解池標準電池：高可逆電池，可以配合電位計，測定另一25電極反應電極：指與電解質相接觸的第一類導體，如銅電極、鋅電極等。電極是電化學反應發(fā)生的地方，也負責導電，與溶液接口處有得失電子的反應發(fā)生。電極反應電極：指與電解質相接觸的第一類導體，如銅電極、鋅電極26電極反應在原電池和電解池中，反應物于其上獲得電子的電極，稱為陰極，陰極發(fā)生還原反應。而給出電子的電極，稱為陰極。在原電池（A）中，正極是陰極，負極是陽極。電解池（B）與之相反。電極反應在原電池和電解池中，反應物于其上獲得電子的電極，稱為27電極反應在原電池和電解池中，第一類導體和第二類導體構成了一個串聯(lián)體系。在兩類導體的接口上必然會有得電子或失電子的化學反應，稱為電極反應。電極反應在原電池和電解池中，第一類導體和第二類導體構成了一個28電極電位電極反應中反應物和產物的活度（或氣體分壓）均等于1時的平衡電位，叫做標準電極電位。α氧化態(tài)和α還原態(tài)均等于1，則φ就是標準電極電位。將各種電極反應的標準電極電位按照其代數(shù)值增大的順序排列，稱為電化序。電極電位電極反應中反應物和產物的活度（或氣體分壓）均等于1時29電極的極化可逆電池無電流通過時，其電極電位為平衡電位。但在電極上有電流通過時，其電極電位就將發(fā)生變化，偏離其平衡電位值，這種現(xiàn)象稱為電極的極化。有電流通過時，陰極電極電位向負的方向偏移的現(xiàn)象叫做陰極極化，而陽極電位向正的方向偏離的現(xiàn)象叫做陽極極化。電極的極化可逆電池無電流通過時，其電極電位為平衡電位。但在電30電化學極化指電極上的電化學速度小于電子運動速度而造成的極化。在電鍍中，使陰極發(fā)生較大的電化學極化作用，對于獲得高品質的細晶鍍層是十分重要的。在一些電鍍溶液中加入絡合劑和添加劑，以及在一定范圍內提高它們的濃度，都可以增加陰極的電化學極化作用。升高溫度，會降低電化學極化作用。電化學極化指電極上的電化學速度小于電子運動速度而造成的極化。31濃差極化以兩個銀電極插入AgNO3溶液中進行電解為例，Ag+在電極附近不斷被消耗，而Ag+在溶液中的擴散速度小于消耗速度，使電極附近Ag+濃度大大低于本體溶液濃度，這就是濃差極化。濃差極化以兩個銀電極插入AgNO3溶液中進行電解為例，Ag+32濃差極化若擴散速度很慢，則擴散到電極表面的反應粒子立即發(fā)生反應，從而使電極表面附近反應粒子濃度為零，此時的濃差極化稱為完全濃差極化，這時電極上的電流密度出現(xiàn)最最大值，叫做極限電流。電鍍中，若使用的電流密度范圍超過了這個極限電流密度，則會在電極上發(fā)生其他的化學反應，從而使陰極效率大降低，還會形成不合格的樹枝狀鍍層。因此，一般通過加強攪拌方式，加強溶液的對流。提高陰極極限電流密度，擴大允許使用的電流密度范圍。濃差極化若擴散速度很慢，則擴散到電極表面的反應粒子立即發(fā)生反33析出電位金屬和其他物質（如氫氣）在陰極上開始析出的電位稱為析出電位。析出電位是開始析出的電位。析出電位較正的金屬都能優(yōu)先在陰極上被鍍出來。在鍍鋅時，溶液中的銅、鉛等金屬離子雜質變黑變粗。也可以利用金屬的這個特點，優(yōu)先作為雜質去除。析出電位金屬和其他物質（如氫氣）在陰極上開始析出的電位稱為析34極化曲線極化曲線是表示電極電位隨著電流密度而改變的曲線。極化曲線中，橫坐標表示電流密度，縱坐標表示電極電位。極化曲線極化曲線是表示電極電位隨著電流密度而改變的曲線。35金屬沉積在直流電作用下，電解液中的金屬離子被還原，并沉積到零件表面形成具有一定性能的金屬鍍層的過程，就是金屬的電沉積。并非所有金屬離子都能在水溶液中進行電沉積，只有當陰極達到平衡電位并獲得一定過電位，即達到析出電位時，金屬離子才能沉積。金屬沉積在直流電作用下，電解液中的金屬離子被還原，并沉積到零36金屬沉積的基本過程離子液相傳質。前置轉移。電荷轉移。形成晶體。金屬沉積的基本過程離子液相傳質。37單鹽鍍液中金屬電沉積過程特點：金屬離子以水化離子形式存在，在陰極上水化數(shù)下降或水化層重排，然后部分失水的金屬離子得電子而放電，并吸附在電極表面。接著吸附原子失去水化層進入金屬晶格。單鹽鍍液中金屬電沉積過程特點：金屬離子以水化離子形式存在，在38絡鹽鍍液中金屬電沉積過程特點：絡合物金屬離子放電一般比簡單金屬離子放電要困難，沉積過程表現(xiàn)較大的電化學極化。絡鹽鍍液中金屬電沉積過程特點：絡合物金屬離子放電一般比簡單金39金屬的陽極過程陽極分成可溶性陽極和不可溶陽極。陽極極