第四章電鍍實例 4.1.鍍銅 4.2.鍍鎳 4.3.鍍鉻 4.4.合金電鍍 4.5.非導體電鍍.

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1 第四章電鍍實例 4.1.鍍銅 4.2.鍍鎳 4.3.鍍鉻 4.4.合金電鍍 4.5.非導體電鍍

2 4.1鍍銅 4.1.1 銅的性質   4.2.1 銅鍍液配方之種類 4.3 硫酸銅鍍浴(Copper Sulfate Baths)

3 4.1.1 銅的性質 色澤：玫瑰紅色  比重： 熔點：1083℃  沸點：2582℃ Brinell硬度 電阻：1.673 l W -cm，  標準電位：Cu+ + e- →Cu為＋0.52Ｖ； Cu++ ＋2e-→Cu為＋0.34V。     質軟而韌，延展性好，易塑性加工導電性及導熱性優良良好的拋光性易氧化，尤其是加熱更易氧化，不能做防護性鍍層會和空氣中的硫作用生成褐色硫化銅 會和空氣中二氧化碳作用形成銅綠會和空氣中氯形成氯化銅粉末 銅鍍層具有良好均勻性、緻密性、附著性及拋光性等所以可做其他電鍍金屬之底鍍鍍層。鍍層可做為防止滲碳氮化銅唯一可實用於鋅鑄件電鍍打底用銅的來源充足銅容易電鍍，容易控制銅的電鍍量僅次於鎳　

4 4.2.1 銅鍍液配方之種類 可分為二大類： 1.酸性銅電鍍液： 優點有：
1.酸性銅電鍍液：   優點有： 成份簡單毒性小，廢液處理容易鍍浴安定，不需加熱電流效率高價廉、設備費低高電流密度，生產速率高　 缺點有： 鍍層結晶粗大、不能直接鍍在鋼鐵上、均一性差　

5 4.2.1 銅鍍液配方之種類 2.氰化銅電鍍液配方： 優點有： 鍍層細緻均一性良好、可直接鍍在鋼鐵上 缺點有：
2.氰化銅電鍍液配方：　 優點有：  鍍層細緻均一性良好、可直接鍍在鋼鐵上　　 缺點有：  毒性強，廢液處理麻煩電流效率低價格貴，設備費高電流密度小，生產效率低鍍液較不安定，需加熱　　 P.S  配合以上二種配方優點，一般採用氰化銅鍍液打底後，再          用酸性銅鍍液鍍銅，尤其是鍍層厚度需較厚的鍍件。

6 4.3 硫酸銅鍍浴(Copper Sulfate Baths)
硫酸銅鍍浴的配製(prepare)、操作(operate)及廢液處理都 很經濟，可應用於印刷電路(printed circuits)、電子(electronics) 、印刷板(photogravure)、電鑄(electroforming)、裝飾(decorative) 及塑膠電鍍(plating on plastics)。 其化學成份簡單，含硫酸銅及硫酸，鍍液有良好導電性，均一性差但目前有特殊配方及添加劑可以改善。鋼鐵鍍件必須先用氰化銅鍍浴先打底或用鎳先打底(strike)，以避免置換鍍層(replacement diposits)及低附著性形成。

7 4.3 硫酸銅鍍浴(Copper Sulfate Baths)
鋅鑄件及其他酸性敏感金屬要充份打底，以防止被硫酸浸蝕。鍍浴都在室溫下操 作，陽極必須高純度壓軋銅，沒有氧化物及磷化(0.02到0.08wt％P) ，陽極銅塊(copper anode nuggets)可裝入鈦籃(titanium baskets)使用， 陽極必須加陽極袋(anode bag)，陽極與陰極面積比應2：1，其陽極與陰極電流效率可達100％，不電鍍時陽極銅要取出。

8 4.3 硫酸銅鍍浴(Copper Sulfate Baths)
一般性配方(general formulation)：   Copper sulfate g/l  　　　　 Sulfuric acid g/l  　　　　 Chloride ppm  　　 Current density ASF  光澤鍍洛(bright plating)：beaver 配方 Copper sulfate 210 g/l  Sulfuric 60 g/l  Chloride ppm  Thiourea 0.1 g/l  Dextrin 糊精 0.01 g/l     

9 酸性銅鍍浴之維護及控制 組成：硫酸銅是溶液中銅離子的來源，由於陰極 及陽極電流效率正常情況接近100％，所以陽極銅補充銅離子是相當安定的。硫酸增進溶液導電度及減小陽極及陰極的極化作用(polarization)並防止鹽類沈澱和提高均一性 (throwing power)。 溫度：太部份鍍浴在室溫下操作，如果溫度過低則電流效率及電鍍範圍(plating range)將會減少。 攪拌：可用空氣、機械、溶液噴射(solution jet)或移動鍍件等方法攪拌，攪拌愈好則容許電流密度(allowable current density)愈大。

10 酸性銅鍍浴之故障及原因 1.燒灼在高電流密度區： 銅含量太少有機物污染溫度太低氯離子太少攪拌不夠 2.失去光澤：
 銅含量太少有機物污染溫度太低氯離子太少攪拌不夠 2.失去光澤： 　   光澤劑太少溫度太高有機物污染銅含量太少低氯離子濃度　 3.精糙鍍層：  固體粒子污染陽極銅品質不佳陽極袋破裂氯離子含量不足  4.針孔：   有機物污染氯離子太少陽極袋腐爛　 5.電流太低：　 有機物污染氯含量太多硫酸含量不夠電流密度太小添加劑不足溫度過高 6.陽極極化作用： 錫、金污染氯含量太多溫度太低硫酸含量過多陽極銅品 質不好硫酸銅含量不足　

11 4.2.鍍鎳 4.2.1鎳的性質 4.2.2鍍鎳工程 4.2.3裝飾鎳電鍍 4.2.4工程性鍍鎳(Engineering Nickel Plating)

12 4.2.1鎳的性質 (1) 色澤:銀白色,發黃 (2) 結晶構造:FCC (3) 熔點:1457 C (4) 沸點:2730 C
(8) 鎳抗蝕性比銅強,銅製品宜鍍上鎳 (9) 鎳易溶於稀硝酸,但在濃硝酸形成鈍態不易溶解 (10) 鎳在硫酸、鹽酸中溶解比在稀硝酸溶解慢 (11) 鎳的標準電位-0.25伏特,比鐵正,對鋼鐵是屬於陰極性鍍層只有完全覆蓋鎳才能保護防止生鏽 (12) 鎳易於拋光可做為電鍍中間層 (13) 當鎳缺乏時可用銅錫合金代替

13 4.2.2鍍鎳工程 鎳鍍層的性質及外觀能被控制而且操作範圍很廣,所以廣泛被應用於裝飾性工程性電鍍及電鑄 裝鏡面光澤的特性
工程性鍍鎳用於防腐蝕、耐磨、焊接性、磁性及其它特性，其鍍層為純的鎳。 鎳電鑄是用電鍍的方法製造全鎳質的零件及物品,如鎳工具、模具、鑄模、唱片壓板(record stampers),無縫管、染鎳、雙重鎳、三重鎳、工程鎳、犁地鎳、電鍍鎳及鍍黑鎳

14 4.2.2鍍鎳工程 印網(printing screens)電鍍反應為Ni+2e-Ni,其中Ni是由水溶液中鎳鹽提供而由陽極鎳來補充、陽極效率近100% ,大於陰極電流效率所以鍍浴之 Ni 離子及 pH會曾加，雖帶出 (drag-out)可抵消Ni的增加,但有時仍不足須加水及其它成份調節鍍浴成份,並加酸來保持pH值鍍鎳一般可分為全光澤鎳、半光澤

15 4.2.3裝飾鎳電鍍 其各種鍍浴配方,其主要成份為硫酸鎳(nickel sulfate)、氯化鎳(nickel chloride)及硼酸(boric acid)。 硫酸鎳主要是提供Ni的來源,氯化鎳是幫助陽極鎳溶解及導電性,硼酸是幫助鍍層平滑及更具延性。針孔防止劑(anti-pitting)或潤濕劑(wetting agent)可防止氫氣泡停滯而形成針孔鍍層,不起泡沫之潤濕劑可用空氣攪拌減低表面張力。大部份的鎳鍍浴都屬專利商業配方,必須依照廠商提供的資料操作,典型的配方為瓦特鍍浴(wattsath)。

16 4.2.4工程性鍍鎳 其鍍層之主要機械性質有: 1.強度(tensile strength), 2.延展性(elongation),3.硬度(hardness), 4.內應力(internal), 5.疲勞限度(fatigue life), 6.氫脆性(hydrogen embrittlement) 。 鎳鍍層常被應用於化學、石油、食品及飲料工業上防止腐蝕,防止產品污染及保持產品純潔。

17 工程鎳鍍浴配方 瓦特浴(watts bath) 硫酸鎳 NiSO4．7H2O： 300g/l 氯化鎳 NiCl2．6H2O：60g/l
硼酸 H3BO3 ： 37.5g/l pH值： 浴溫： 60C 電流密度：430A/m^2

18 4.3.鍍鉻 4.3.1鉻的性質 4.3.2鉻電鍍之種類 4.3.3鍍鉻之特性 4.3.4三價鉻電鍍

19 4.3.1鉻的性質 (1) 色澤 : 銀白色，略帶藍色。 (2) 熔點 : 1900 。C (3) 硬度 : 800~10OOHB。
(4) 標準電位 : 為一0．71 伏特。 (5) 在潮濕大氣中很安定，能長久保持顏色。 (6) 硝酸,硫化物,碳酸塭及有機酸中很安定。 (7) 易溶於塭酸及熱濃硫酸。 (8) 苛性鈉溶液中鉻陽極易溶解。 (9) 鉻鍍層耐熱性佳，在480"C以下不變色，50O ℃以上才開始氧化，700"C則硬度下降。       

20 4.3.1鉻的性質 (12)鉻鍍層優點為硬度高、耐磨性好、光反射性強。 (13)鉻鍍層缺點為太硬易脆、易脫落。
(14)鉻的電位比鐵負, 於大氣中易形成極薄的鈍態膜，所以耐腐蝕。 (15)鉻鍍層具多孔性，所以對鋼鐵腐蝕性不很理想，所以一般先鍍銅，再鍍鎳最後再鍍一層 鉻才能達到防腐蝕及裝飾的目的 (16)鉻鍍層廣泛應用在提高零件之耐腐蝕性、耐磨性、尺寸修補、反射光，及裝飾等用途.

21 4.3.2鉻電鍍之種類 1.傳統式鉻酸鍍鉻。 2.催化物鉻酸鍍鉻。 3.自動催化鉻酸鍍鉻。 5.熙色鉻簞鍍。 6.滾桶鍍鉻 7.多孔鉻電鍍
       2.催化物鉻酸鍍鉻。        3.自動催化鉻酸鍍鉻。        5.熙色鉻簞鍍。        6.滾桶鍍鉻        7.多孔鉻電鍍        8.微裂鉻電鍍        9.無裂鉻電鍍

22 4.3.3鍍鉻之特性 (1)須嚴格控制浴溫、電流密度、極距等操作條件 (2)均一性差，對復雜形狀鍍件需適當處理。
(3)電流效率很低，須較大電流密度。 (4)陽極採用不溶解性陽極，鉻須用鉻酸補充。 (5)電鍍過程中不許中斷。 (6)形狀不同鍍件不宜同槽處理，須用不同的掛具(7)鍍件預熱與浴溫一致，附著性才會好。 (8)鍍件要徹底活化，要帶電入槽，附著性才良好

23 4.3.4三價鉻電鍍 三價銘的電鍍歷史此六價鉻久，其特點是只要六價鉻所需的電流一半，電流效率較高，廢液毒性小處理容易，但所用化學品昂貴，所以一直沒有被廣泛採用。 三價鉻電鍍一直積極地被研究，目前已有些專利及傷業配力公開發行，其中特點在良好的被覆性及低鉻濃度，使廢液處理的問題減小。 三價鉻電鍍的主要困難之一是六價鉻會在鍍浴陽極形成，有專利配方可以防止或還元六價鉻。

24 4.4.合金電鍍 4.4.1合金電鍍的原理 4.4.2合金電鍍浴中金屬離子的補充 4.4.3電鍍實例

25 4.4.1合金電鍍的原理 兩種金屬要同時電鍍沉積必須電位很接近而且其中之金屬能單獨被沉積出來。
若兩種金屬電位相差太多，可以用錯合劑 (complexing agents)使電未拉近，例如黃銅電的鋅和銅電位相差甚多，加上錯合劑氰化鈉就使銅鋅之電位很接近，一般來說電位相差在200mV就能共同沈積(code-posit)。

26 4.4.1合金電鍍的原理 影響合金電鍍的因素有 (1) 電流密度：電流密度增加，卑金屬含量會增多。 (2) 攪拌：增加貴金屬成份。
(3) 溫度：溫度提高，貴金屬成份增加。 (4) pH值：改變鍍層物理性質。 (5) 浴組成：直接影響鍍層成份。

27 4.4.2合金電鍍浴中金屬離子的補充 合金電鍍浴中金屬離子的補充可用下列方法： (1) 用合金做陽極。
(2) 用化學藥品補充,陽極用不反應陽極(Inert anodes) (3) 化學藥品補充一種金另一種金屬用金屬陽極, (4) 用不同金屬陽極分別掛在同一陽極棒上 (5) 用不同金屬陽極分別掛在不同之陽極棒上 (6) 交替使用不同的金屬陽極

28 4.4.3電鍍實例 1.黃銅電鍍(Brass Plating) 黃銅電鍍的主要用途在裝飾性,潤滑性及橡膠附著性的零件上.
其鍍浴配方組成如下: 黃色,70~80%銅之黃銅鍍浴配方: 氰化銅 Copper Cyanide 32g/l 氰化鋅 Zinc Cyanide 10g/l 碳酸鈉 Sodium Carbonate 7.5g/l 氨 Ammonia 2.5-5ml/l 氰化鈉 Sodium Cyanide 50g/l 溫度 25-35C ，pH 電流密度 2.2A/dm^2

29 鎳鐵合金電鍍(Nickel-Iron Plating)
鎳鐵合金鍍鉻組成如下: 硫酸鎳 Nickel Sulfate g/l 綠化鎳 Nickel Sulfate g/l 硼酸 Boric Acid g/l 硫酸鐵 Ferrous Sulfate g/l pH 3-4 ，溫度 43-71C 電流密度 A/dm^2 攪拌 空氣 添加劑 依指示 陽極 鎳鐵合金

30 4.5.非導體電鍍 4.5.1非導體金屬化方法 4.5.2塑膠電鍍(Plastic Plating) 4.5.3塑膠電鍍的過程
4.5.4塑膠電鍍液配方組成

31 4.5.1非導體金屬化方法 非導體金屬化除了電鍍(Electroplating)方法外還有如真空電鍍(vacuum metalizing)、陰極濺射法(cathode sputtering)及金屬噴射法(metal spraying)。 非導體電鍍法須先將非導體表面形成導電化,其過程是將物件用機械或化學方法粗化(roughening)得到內鎖表面(interlocking- surface)然後披覆上導電鍍層。

32 4.5.1非導體金屬化方法 製作導電鍍層方法有： 1.青銅處理(Bronzing)：將金屬細粉末,通常是銅粉混合粘結劑(binder),塗在物件上,然後用氰化銀溶液浸鍍。 2.石墨化(Graphiting)：石墨粉塗在臘(wax)，橡膠(rubber)及一些聚合物(polymers)上，再用硫酸銅溶液電鍍。 3.金屬漆(Metallic paints)：將銀粉與溶劑(Flux)塗覆在物件上加以燒結(fire)得到導電性表面，或用硫酸銅溶液電鍍。 4.金屬化(Metalizing)：係用化學方法形成金屬覆層(metallic coating)通常是銀鍍層。將硝酸銀溶液及還原劑溶液如福馬林(Formaldehyde)或聯銨(Hydrazine)分別同時噴射在物件上得到銀的表面。

33 4.5.2塑膠電鍍(Plastic Plating)
塑膠電鍍的目的： 塑膠電鍍的目的是將塑膠表面披覆上金屬，不但增加美觀，且補償塑膠的缺點， 賦予金屬的性質，充分發揮塑膠及金屬的特性於一體，今日已有大量塑膠電鍍產品 應用在電子、汽車、家庭用品等工業上。

34 4.5.3塑膠電鍍的過程 (1)清潔(cleaning)：去除塑膠成型過程中留下的污物及指紋，可用鹼劑洗淨再用酸浸中和及水洗乾淨。
(2)溶劑處理(solvent treatment)：使塑膠表面能濕潤(wetting)以便與下一步驟的調節劑(conditioner)作用。 (3)調節處理(conditioning)：將塑膠表面粗化成內鎖的凹洞以使鍍層密著住不易剝離，也稱為化學粗化。 (4)敏感化(sensitization)：將還原劑吸附在表面，常用(Stannous Chloride)或其他錫化合物，就是Sn++離子吸附於塑膠表面具有還原性表面。 (5)成核(nucleation)：將具有催化性物質如金、吸附於敏感化(還原性)的表面，經還原作用結核成具有催化性的金屬種子(seed)然後可以用無電鍍上金屬。

35 4.5.4塑膠電鍍液配方組成 1.調節處理(conditioning)：即化學粗化、化學刻蝕。 無水鉻酸 CrO3 20 g/l
硫 酸 H2SO4 比重 cc/l 浴 溫 60℃，時間 15~30分 2.敏感化(sensitizing) :      氯化亞錫 SnCL2 20~40 g/l      鹽 酸 HCl 10~20 cc/l 3.結核(nucleation) 或活性化(activating)      氯化鈀 PdCL2 0.1~0.3g/l      鹽 酸 HCl 3~5 cc/l