電鍍黃銅工藝

    銅含量高于鋅的銅鋅合金通常稱為黃銅，1841年就已發(fā)明了鍍黃銅。zui早的鍍黃銅槽液是把硫酸銅和硫酸鋅轉(zhuǎn)換成碳酸鹽，然后再在QHJ溶液中溶解，使用低電流密度進(jìn)行電鍍。這種方法一直沿用到1915年，隨著科技的進(jìn)步發(fā)展成為現(xiàn)代的氰化電鍍工藝。1974年第三版《現(xiàn)代電鍍》中提到，專家們“研究了在1960年之前研究過的所有不同類型鍍黃銅槽液之后下結(jié)論說，迄今為止，還沒有一種槽液能滿意地代替氰化黃銅槽液"。因為氰化物劇毒，人們總想擺脫它，一直在研究非氰電鍍黃銅工藝。60年代，一些歐洲國家(如前蘇聯(lián)、意大利等)對“兩步法"(先鍍銅，后鍍鋅，再熱擴(kuò)散而形成銅鋅合金的方法，又稱熱擴(kuò)散法)非氰電鍍黃銅工藝進(jìn)行了工業(yè)性試驗，并于70年代投入了規(guī)模生產(chǎn)。值得一提的是，我國從60年代末開始，曾探索過“一步法"(直接鍍銅鋅合金的方法)非氰，選用焦磷酸鹽一草酸鍍液體系，從實驗室試驗到中間試驗反復(fù)進(jìn)行了幾年時間，先后生產(chǎn)了Φ0.8mm鍍黃銅鋼絲10余噸，捻制成7×3×0.147和3+9+9×3×O.147兩種結(jié)構(gòu)鋼簾線用于子午線輪胎，進(jìn)行了里程試驗，并與氰化電鍍產(chǎn)品對照，所得數(shù)據(jù)表明其質(zhì)量與氰化法不相上下。后來投入大生產(chǎn)時，僅連續(xù)運(yùn)行幾天時間便發(fā)現(xiàn)陽極鈍化嚴(yán)重，經(jīng)試驗分析初步認(rèn)定是鍍液中派生物磷酸氫二鈉過多所致，zui后高達(dá)lOOg／l以上，而且很難除去。工程技術(shù)人員做了大量工作，企圖復(fù)蘇焦磷酸鹽一草酸電鍍液，限于當(dāng)時的條件，工作未能繼續(xù)下去，zui后不得不終止它的應(yīng)用。這種性的雖未取得zui后成功，但對后人有借鑒作用。      目前，鋼絲處于氰化法和熱擴(kuò)散法并存在的局面。據(jù)國外考察，意大利幾乎所有的鋼簾線生產(chǎn)廠都采用熱擴(kuò)散法電鍍工藝;而法國米其林公司年產(chǎn)18.5萬噸鋼簾線，則全部采用氰化法電鍍工藝，只有在泰國所建的一個分廠采用熱擴(kuò)散法。世界上許多國家包括我國，在采用熱擴(kuò)散法的同時，仍保留了氰化法電鍍工藝。我國自80年代以來，引進(jìn)兩步法熱擴(kuò)散電鍍黃銅作業(yè)線至少有6條(包括單絲電鍍作業(yè)線，即單根鋼絲在鍍槽中來回走鍍多圈以達(dá)到所需的鍍層厚度，線速可達(dá)200--300m／min)，幾乎無一例外地費(fèi)了很長的時間進(jìn)行調(diào)試方達(dá)基本正常。關(guān)于氰化法和熱擴(kuò)散法兩者的利弊，將在對兩種工藝作系統(tǒng)闡述后再進(jìn)行比較。       鋼絲電鍍不同于零件電鍍，鋼絲是在鍍槽中不斷前進(jìn)的，俗稱“走鍍"。圖6--1所示，鋼 絲在鍍槽中是曲折前進(jìn)的，鋼絲所遇阻力較大，限制了線速度，影響生產(chǎn)率，但設(shè)備比較簡單；圖6—2所示，鋼絲在鍍槽中是直線前進(jìn)的，鋼絲所遇阻力較小，線速度可以大幅度提高，生產(chǎn)率也隨之提高，但設(shè)備比較復(fù)雜。在設(shè)計電鍍作業(yè)線時，必須考慮兩個重要參數(shù)：一是dv值，即鋼絲線速(m／min)與鋼絲直徑(mm)的乘積；二是穿線根數(shù)(n)。DV值與n數(shù)越大，生產(chǎn)率便越高。目前國外多絲電鍍黃銅作業(yè)線dv值可達(dá)60，n數(shù)可達(dá)50，我國尚未達(dá)到這個水平。  ·97·

      圖6—2直線電鍍裝置示意圖    

     先就圖6—1及圖6—2所示，簡述鋼絲電鍍過程。          

    電鍍時，電流從直流電源的正極經(jīng)導(dǎo)線、匯流排進(jìn)入鍍槽內(nèi)的陽極，再從陽極進(jìn)入鍍液，然后從鍍液到達(dá)作為陰極的鋼絲，zui后經(jīng)陰極輥、導(dǎo)線、匯流排返回到直流電源的負(fù)極，構(gòu)成一個回路。在外電路(匯流排、導(dǎo)線、陰極輥等)，電流的流動是靠自由電子的定向移動來實現(xiàn)的，這種憑借物質(zhì)中自由電子的定向運(yùn)動來完成導(dǎo)電過程的導(dǎo)體，稱為*類導(dǎo)體。在電鍍液中電流的流動是靠陰、陽離子的定向遷移來實現(xiàn)的，這種憑借陰、陽離子的定向運(yùn)動來完成導(dǎo)電過程的導(dǎo)體，稱第二類導(dǎo)體。在任何電鍍過程中，都存在這兩類導(dǎo)體的導(dǎo)電作用，所有電鍍的電流回路都由這兩類導(dǎo)體共同構(gòu)成，電鍍槽陽極金屬與陰極金屬的電位差，即包括*類導(dǎo)體和第二類導(dǎo)體在內(nèi)的整個回路的電壓降,稱為槽電壓。  在電極上是電子導(dǎo)電，而到了鍍液就變成了離子導(dǎo)電。顯然，自由電子消失和出現(xiàn)的過程 就發(fā)生在電極導(dǎo)體和鍍液的交界面處。當(dāng)自由電子從直流電源移動到陰極(鋼絲)上以后，就在陰 和鍍液的交界面處被鍍液中的金屬離子M’得到，使它成為金屬原子M，并覆蓋在鋼絲表面，  ·98· 
即在鋼絲表面鍍上一層金屬M(fèi)，其反應(yīng)式為：   M++e- →M  這是一個電化學(xué)反應(yīng)，屬于還原反應(yīng)。它發(fā)生在電極表面，故可稱為電極反應(yīng)。又由于它是在陰極上發(fā)生的，故可稱之為陰極反應(yīng)。正是由于陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，才使得從電源流到陰極的電子和鍍液中向陰極遷移過來的金屬離子都有了去路，正是陰極反應(yīng)實現(xiàn)了電子導(dǎo)電與離子導(dǎo)電的相互轉(zhuǎn)化。      陽極所發(fā)生的情況與陰極相反，在外電源的作用下，陽極金屬M(fèi)的電子不斷流入電源，即陽極金屬M(fèi)在極板與溶液交界的表面放出電子，這樣金屬M(fèi)由原子變?yōu)榻饘匐x子而進(jìn)入鍍液，同時向陰極遷移，其反應(yīng)式為:  M+e-→M+       這個電化學(xué)反應(yīng)屬于氧化反應(yīng)。它發(fā)生在陽極，故可稱為陽極反應(yīng)。正是由于陽極反應(yīng)的發(fā)生，使得從陽極流入電源的電子和從陽極附近遷移的金屬離子有了補(bǔ)充的來源，也正是陽極反應(yīng)實現(xiàn)了離子導(dǎo)電與電子導(dǎo)電的相互轉(zhuǎn)化。      在實際電鍍時，陰、陽兩極的反應(yīng)可能并不止這些，如陰極上除了金屬M(fèi)的沉積之外，還有H+ 得到電子還原為H2析出；陽極上除了金屬M(fèi)的溶解之外，還可能有OH— 失去電子氧化成O2析出。但不論陰、陽極上發(fā)生何種還原和氧化反應(yīng)，在導(dǎo)電意義上都是相同的。      綜上所述，鋼絲電鍍是指在含有被鍍金屬的鹽溶液中，以鋼絲為陰極，在外電源的作用下，通過電解反應(yīng)，使金屬或合金沉積在鋼絲表面，以形成均勻、致密、結(jié)合力良好的金屬層的表面處理方法。由于鋼絲電鍍是一種利用電化學(xué)方法使金屬電沉積的過程，為了敘述方便和便于理解，須介紹一些電化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，但限于篇幅,只能涉及zui初步的知識。欲進(jìn)一步深入理解，還要參閱有關(guān)電鍍的教科書、專著和手冊。