什么是金属电沉积以及金属电沉积的应用原理?

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金属电沉积是指在外电流作用下,金属离子或金属络离子等反应离子在阴极表面发生还原反应,并生成新相金属的过程。其目的在于改变固体材料(如:烤炉锁扣)的表面特性。或制取特定成分和性能的金属材料一般包括电解冶炼、电镀和电铸等。电解冶炼用于制备金属材料或提纯;电镀是为零件(搭扣)或材料表面提供防护层或改变基材的表面特性;而电铸则用于生产特殊形状的薄壁零件。电沉积可以在水溶液、有机溶液或熔融盐中进行。

ML3-019

对电镀过程而言,镀液中的任何金属离子,只要阴极电位足够负,原则上都能沉积镀出。但因水的还原电位要比镀液巾某些金属离子的还原电位更正,故对某些金属离子来说。就难以实现阴极还原过程。根据这种事实。可对元素周期表中各元素阴极还原的可能性进行分析,

元素周期表中越靠左边的元素,在阴极上还原沉积的可能性越小·位于铬左方的金属元素如Li、Na、K、Be、Mg、ca等。不能在阴极上电沉积;铭和位于铬右方的金属元素的简单离子。均能容易地从水溶液中电沉积;Fe、C。、Ni等金属在单盐水溶液中即可获得较好的电镀层,w、M。则难以从水溶液单独沉积。如果水溶液中的金属离子以络离子的形态存在。由于络离子放电困难,金属析出电位显著负移,因此将有更多的金属析出电位负于氢析出电位而不能沉积。原有铬的分界将向右移。例如在氰化物溶液中只有铜分族及位于其右方的金属元素Cu、Ag、Au、Zn、Cd等可以沉积出致密的镀层。(什么是金属箱扣?金属箱扣有哪些?)

单金属电沉积金属离子在镀液中的存在形式。因镀液的组成不同而不同。在单盐溶液中是水化了的简单离子,而在络合物溶液巾是与络合剂络合的络离子。不同的存在形式在阴极上的还原过程不同。

①单盐镀液中金属离子的阴极还原。单盐镀液中的金属离子是以水化离子形式存在。

根据金属与其离子所组成的电极的交换电流仇可将简单离子镀液分为两种类型:一类是交换电流很小的电极体系。

如铁族金属(Fe、C。、Ni)与其离子之间组成的电极,由于交换电流很小电极反应速度很低。金属离子的还原过程呈明显的电化学极化。镀层结晶细致;另一类是交换电流大的电极体系,主要是周期表中铜分族及位于其右方的金属元素与相应的金属离子组成的电极。由于这些金属在其简单盐溶液中有较高的交换电流。因此电化学极化较小。镀层粗糙,镀液的分散能力差。(五金搭扣配件的选择应注意什么?)

②络合物镀液中金属络离子的阴极还原。在络合物镀液中,金属离子与络合剂之间存在着络合一离解平衡。这时“未络合”的水合金属离子和具有不同配位数的各种络离子在镀液中同时存在。镀液巾的金属络离子能在阴极上直接还原而镀出金属。而且是其中配位数较低的络离子在电极上放电。而不是浓度鼓大的络离子(一般配位数较高)在电极上放电。这是因为配位数高的络离子在镀液中的能量低、较稳定,放电时需要较大的能址;配位数低的络离子。因为能址较高。有适中的反应能力和浓度。所以在电极上容易放电;电镀中大部分络离子的配位体带负电荷,因此配位数越高的络离子带负电荷越高。而镀层又是在带负电荷的阴极表面生成,因此配位数越高。受到双电层的斥力越大。越不易在电极界面L直接放电。

从以上过程可以看出。金属自络合物镀液中沉积时出现较大的电化学极化。不仅是由于络离子的结构复杂。而且与多步骤的还原过程有关。

(2)金属的共沉积在电镀过程中,阴极上有两种或两种以上金属同时沉积的过程,称为金属的共沉积。了解金属共沉积理论及影响因素是获得合金镀层的理论保证。电镀合金虽已有一百余年的历史。但由于电镀合金中工艺影响因素较多。对金属共沉积研究比单金属电沉积困难得多。多数研究者仅停留在实验结果的综合分析和定性的解释方面。而定量的规律和理论很不完善。金属共沉积的应用和研究。目前局限在二元合金和少数三元合金方面。现以二元合金说明合金共沉积的条件。

①合金中的金属至少有一种能从其盐的水济液中析出。有些金属如钨、钥等虽不能从其盐的水溶液中单独沉积。但可以与其他金属如铁、钻、镍等同时从水溶液中实现共沉积。所以,共沉积并不一定要求各组分金属都能单独从水溶液中沉积析出。(快速锁扣怎么样?快速锁扣如何安装?)

②两种金属的析出电位要十分接近或相等。因为在共沉积过程中,电位较正的金属总是优先沉积,甚至可以完全排除电位较负的金属沉积析出。因此。为使电极电位相差较远的金属同时析出。可通过改变离子活度或不同金属离子析出过电位实现。

③根据能斯特方程式。增大金属离子浓度可使电位正移;相反。降低浓度电位则负移。对二价金属离子。当浓度改变10倍时,平衡电位移动0。029V。而多数金属离子的平衡电位相差较大,因此仅改变金属离子浓度来实现共沉积。显然是难以实现的。

④向镀液中加人适宜的络合剂。对共沉积离子选择性络合。由于络离子稳定常数相差很大。因此可以较大幅度改变平衡电位。实现共沉积。同时。加人络合剂后,还能增大阴极极化作川,改变镀层质址。(什么是平面锁扣?平面锁扣多少钱?)

⑤加人适当添加剂也是实现共沉积的有效措施。添加剂对金属平衡电位影响很小,但显著影响电极极化。由于添加剂对金属离子的还原过程有明显的阻化作用。而且阻化作用具有一定的选择性。因此在镀液中加人添加剂对金属离子共沉积的影响要根据试验而定。为了实现金属共沉积。在电解液中可单独加人添加剂。也可与络合剂同时加人。

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