【摘要】双性电极是电镀中经常遇到的一种特殊现象,本文对双性电极的起因、产生条件以及危害作以说明和讨论。
一、起因
在电镀过程中,当电流通过电镀溶液时会发生一种特殊情况,称为“双性电极”现象。假设有一种既不与阳极相连,又不与阴极相连的金属Ａ存在于电镀溶液中,通电后有一部分电流从金属Ａ上直接通过,这种特殊情况称作电流的“借道”。当电流通过两类导体的界面时,必然发生电极反映。现在镀液中的金属Ａ上既然有电流通过,那么电流流入Ａ的一端和流出Ａ的一端,也一定有电极反映发生。两端究竟发生什么反应,可从电流出入的方向来判断。在电镀中电流总是从阳极流出而进入阴极的,因此电流流出的地方发生阳极反应,电流流入的地方发生阴极反应。对于金属Ａ来讲,右端电流流入发生的是阴极反应,而左端电流流出,发生的是阳极反应。这种阴、阳两极的反应同时发生在同一金属上的现象,称为双性电极现象。而金属Ａ就是双性电极。显然,在双性电极发生阳极反应的一端,可能引起金属的溶解或“钝化”;而在发生阴极反应的一端,可能引起金属的沉积。
二、条件
电流能否从镀液中的第一类导体上借道通过而产生双性电极现象,必须具备一定的条件,而不是任何情况下皆能发生的。如图所示,电流遇到金属Ａ时,不外两种情况:一种是直接借道通过;一种是绕道而过。显然,只有当借道而过的电阻小于绕道电阻时,借道电流才较大,双性电极现象也明显。如观察被借道的金属Ａ,有时发现边缘部分无镀层(或不溶解),而中间部分则有镀层(或溶解)。这就是因为在边缘部分,电流绕道通过的电阻比借道电阻小,不发生明显的借道现象之故。反之,对于中间部分,电流绕道的途径较长,因而电阻可能大于借道电阻,所以电流往往容易借道而过。这与电镀时的情况正好相反,电镀时因为阴、阳极的边缘部分电流集中,所以总是镀的较厚或溶解的较多。
借道电阻的大小,由界面发生电化学反映的阻力和被借道金属的电阻所决定。因一般金属的电阻都很小,所以借道电阻主要取决于界面的电化学反应阻力。绕道电阻取决于绕程的长短和镀液的导电性。因此,在电镀时凡与这两种电阻有关的各种因素都对双性电极作用的大小产生影响。当电流一定时,温度的高低、借道金属阻挡电流的能力(由其形状、位置决定)与表面状态、镀液的电导率等,都不同程度的影响着双性电极作用的强弱。而槽压的高低、电流的大小对双性电极作用影响更显著。槽压越高、电流越大,双性电极现象也越严重。
三、危害
双性电极现象在电镀生产中是屡见不鲜的。它的危害是造成破坏性的钝化或溶解,以及形成无益的镀层。举例说明如下:
1、直接影响产品质量
在双层镀镍的工艺中,往往产生两层镍之间结合不良的弊病。除了其他原因外,双性电极造成的阳极钝化常常是十分重要的。如图2所示,为镀好暗镍的零件放入镀镍槽中时发生的情况。当挂具已入镀槽但尚未与阴极导电棒接触的片刻,相当于上述金属Ａ的地位,此时因电流的借道而产生双性电极现象,致使电流流出的一边镍层成为阳极而钝化。显然,在已钝化了的镍层表面再镀覆第二层镍,结合力就差。由双性电极引起的这种结合不良的现象有一特征,即总是某一边(电流流出处)结合不好,而另一边(电流流入处)结合良好,不是全部结合不好。
同理,当镀件出槽时,电流从脱离阴极导电棒而尚未出槽的零件上借道通过,也会产生双性电极现象而直接影响镀层质量。这种现象以亮镍槽为多见。这是由于:在内因上,镍这种金属易于钝化;在外因上,亮镍槽的电流密度与温度都较高,容易造成双性电极现象。如在由于双性电极作用而发生钝化的镀层上镀铬,会产生局部发雾或棕色斑迹等弊病。
为防止镀件进、出槽时发生有害的双性电极现象,可在此时将电流调小或采取镀件带电入槽等措施。
双性电极现象,不仅会影响镀层质量,有时还会直接损坏镀件。曾在镀铬的某些零件上发生过此类现象,如某圆筒形镀件镀铬后有时会发现圆筒内表面产生局部腐蚀。电镀时电流由圆筒外表面流入而发生镀铬反应,大部分电流再经阴极挂具流回电源,但可能有一些电流,从外表面流到内表面后,会通过溶液而流入挂具。显然,这时镀件也变成了双性电极,这是因为这些电流流出圆筒内表面时,产生了阳极溶解,所以造成了镀件内表面的腐蚀损坏。
镀槽中的某些金属设备,如不锈钢加热管、不锈钢轴等,有时也会因双性电极的作用而腐蚀溶解。溶解产物往往是有害的杂质金属离子。时间稍长,这些杂质离子对镀液的污染加重,就会造成镀层的某些疵病。
三、危害
双性电极现象在电镀生产中是屡见不鲜的。它的危害是造成破坏性的钝化或溶解,以及形成无益的镀层。举例说明如下:
1、直接影响产品质量
在双层镀镍的工艺中,往往产生两层镍之间结合不良的弊病。除了其他原因外,双性电极造成的阳极钝化常常是十分重要的。如图2所示,为镀好暗镍的零件放入镀镍槽中时发生的情况。当挂具已入镀槽但尚未与阴极导电棒接触的片刻,相当于上述金属Ａ的地位,此时因电流的借道而产生双性电极现象,致使电流流出的一边镍层成为阳极而钝化。显然,在已钝化了的镍层表面再镀覆第二层镍,结合力就差。由双性电极引起的这种结合不良的现象有一特征,即总是某一边(电流流出处)结合不好,而另一边(电流流入处)结合良好,不是全部结合不好。
同理,当镀件出槽时,电流从脱离阴极导电棒而尚未出槽的零件上借道通过,也会产生双性电极现象而直接影响镀层质量。这种现象以亮镍槽为多见。这是由于:在内因上,镍这种金属易于钝化;在外因上,亮镍槽的电流密度与温度都较高,容易造成双性电极现象。如在由于双性电极作用而发生钝化的镀层上镀铬,会产生局部发雾或棕色斑迹等弊病。
为防止镀件进、出槽时发生有害的双性电极现象,可在此时将电流调小或采取镀件带电入槽等措施。
双性电极现象,不仅会影响镀层质量,有时还会直接损坏镀件。曾在镀铬的某些零件上发生过此类现象,如某圆筒形镀件镀铬后有时会发现圆筒内表面产生局部腐蚀。电镀时电流由圆筒外表面流入而发生镀铬反应,大部分电流再经阴极挂具流回电源,但可能有一些电流,从外表面流到内表面后,会通过溶液而流入挂具。显然,这时镀件也变成了双性电极,这是因为这些电流流出圆筒内表面时,产生了阳极溶解,所以造成了镀件内表面的腐蚀损坏。
镀槽中的某些金属设备,如不锈钢加热管、不锈钢轴等,有时也会因双性电极的作用而腐蚀溶解。溶解产物往往是有害的杂质金属离子。时间稍长,这些杂质离子对镀液的污染加重,就会造成镀层的某些疵病。
3、损坏电镀设备
双性电极在电镀生产中的危害,不仅在以上三个方面,有时会因它的作用,在槽壁或某些槽内设备上,尤其是靠近阳极的加热管上,形成局部镀层。这在氰化铜-锡槽中与碱性镀锡槽中较为常见。这不但浪费了电能与金属,影响加热管道的传热效果和带来清理上的麻烦,严重时甚至造成停工、停产与浪费人力、物力的现象。
上面列举了双性电极给生产带来种种不利的实例,强调了它危害的一面。然而事物总是“一分为二”的,在另一些场合下,却可利用双性电极的作用为生产服务。例如,利用双性电极的原理给镀件进行局部电镀。局部电镀常用于钢铁零件的局部防渗碳。如某圆筒形钢铁件的外壁需渗碳以提高耐磨能力,而内壁不允许渗碳。要达到这些要求,可在氰化镀液中进行“双极镀铜”处理。但要注意,阳极必须与镀件保持高度的绝缘。此时,铁筒内壁是电流流入处,故有铜层沉积,而铜层具有阻碍渗碳的效能,可保证不发生渗碳作用。圆筒外壁虽有电流流出,但因在强碱性溶液中,所以可避免溶解损坏。
又如某齿轮只要求齿轮渗碳,内孔需防渗碳,也可用双性电极的作用来控制铜镀层的局部沉积。
如不采用双性电极进行局部电镀,则镀前需在零件欲渗碳的局部表面施加绝缘处理(如涂蜡、包塑料),镀后还需再将绝缘物质除净才能渗碳,手续较繁。
上面对电镀中存在的一些问题,试以双性电极理论作了初步解释,这些解释是否都正确,尚有待于生产实践的进一步检验。 |
