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第六章 电镀黄铜工艺 第一节概述 在第二章中已经介绍了黄铜镀层对钢帘线与橡胶合的至关重要的作用，本将阐述 铜含量高于锌的铜锌合金通常称为黄铜，1841年就已发明了镀黄铜。最早的镀黄铜槽1915年，随着科技的进步发展成为现代的氰化电镀工艺。1974年1960年之前研究过的所有不同类型镀黄铜槽60年代，一些欧洲国家 如前苏联、意大利 对“两步法” 先镀，后镀锌，再热扩散而形成锌合金的方法，又称热扩散法 非氰电镀70年代投入了规模生产。值得一提的是，我国从60年代 直接镀铜锌合金的方法 非氰电镀黄铜工艺，选用焦酸盐一草8mm镀黄铜10余吨，7×3×0.147和39+9×3×O.147两种结构钢帘线用于子午线轮lOOg／以上，而且很难除去。工程技术人员做了大量工 目前，;而法国林公司年产185万吨钢帘线，则80年代以来，引进两步法6条 包括单丝电镀作业线，即单根钢丝在镀槽中来回走镀多200--300m／min ，几乎无一例外地费了很长的时间进 钢丝电镀不同于零件电镀，钢丝是在镀槽中不断前进的，俗称走镀”。图6--1所示，钢 6—2所示，钢丝在镀槽中是直线前进的，钢丝所遇阻力较小，线速度可以大幅度提高，dv值，即钢丝线速 m／min 与钢丝直径 mm 的乘积；二是穿线根数 n DV值与n数越大，dv值可达60，n数可达50，我国尚未达到这 ·97· 图表 1 图6—2直线电镀装置示意图先就图6—1及图6—2所示，简述钢丝电镀过程。 电镀时，电流从直流电源的正极经导线、汇流排进入镀槽内的阳极，再从阳极进镀液， 汇流排、导线、阴极辊等 ，电流的流动是靠自由电子的定向移动来实现,称为槽电压。 程 就发生在电极导体和镀液的交界面处。当自由电子从直流电源移动到阴极 钢丝 上以后，就在阴和镀液的交界面处被镀液中的金属离子M’得到，使它成为金属原子M并覆盖在钢丝表面，98· 即在钢丝表面镀上一层金属M，其反应式为： e-→M 这是一个电化学反应，属于还原反应。它发生在电极表面，故可称为电极反应。又由于它是在阴极上发生的，故可称之为阴极反应。正是由于阴极发生的电化学反应，才使得从流到阴极的电子和镀液中向阴极迁移过来的金属离子都有了去路，正是阴极反应实现了电导电与离子导电的相互转化。 阳极所发生的情况与阴极相反，在外电源的作用下，阳极金属M的电子不断流入，即阳极金属M在极板与溶液交界的表面放出电子，这样金属M由原子变为金属离子而进入镀液，同时向阴极迁移，其反应式为: M+e-→M+ 这个电化学反应属于氧化反应。它发生在阳极，故可称为阳极反应。正是由于阳极反应的发生，使得从阳极流入电源的电子和从阳极迁移的金属离子有了补充的来源，也正是阳极反应实现了离子导电与电子导电的相互转化。 在实际电镀时，阴M的沉积之外，还有H得到电子还原为H2析出阳极上除了金属M的溶解之外还可能有OH失去电子氧化成O2析出。但不论阴、阳极上发生何种还原和氧化反应，在导电意义都是相同的。 综上所述，钢丝电镀是指在含有被镀金属的盐溶液中，以钢丝为阴极，在外电源的作用下，通过电解反应，使金属或合金沉积在钢丝表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的表面处理方法。由于钢丝电镀是一种利用电化学方法使金属电过程，为了叙述方便和便于理一步深入理解，还要参阅有关电镀的教科书、专著和手册。 一、电极电位 1 原电池电动势 所谓原电池指的是可将化学能转变为电能的装置。例如将金属锌插在ZnS04水溶液中作为一极，将金属铜插在CuS04水液中作为另一极，两个溶液之间用盐桥 含有饱和KCl溶液 连通，便组成一个原电池。如果将Cu和Zn两极接通，在负载电阻不太大时，将发现外线路中有一定大小电流通过。自由电子自发地从锌电极流出，经外线路到达铜电极，这相当于电流从铜电极流向锌电极。 上述ZnS04、CuSO,在水溶液中能够导电的物质称为电解质。电解水分子是极性分子，它的一端正电性，会吸引离子化合物中的离子。作用的结果使阴阳离子从固体表面溶入水中，并且使溶入水中的阴、阳离子周围吸引着数目不等的水分子。这个过程称为水合作用，发生水合作用的离子称为水合离子。 溶液中大量分子和离子彼此之间总是互相牵制的，每一个离子或分子的活动能力都要受到其它离子和分子的影响，使得它们都不能充分发挥各自应当发挥的作用,这就产生了离 ·99· 念。所谓活度，可以认为是有效浓度。只有在无限稀的溶液中，活度等于浓度。 再回到原电池上来，既然两极接通后，有电流从外电路流过，这说明两极之间存在着电E表示。 2 相对电极电位 金属 电子导电相 和电解质 离子导电相 直接接触所构成的体系称为电化学电极，简 上述铜一锌原电池中的电流便是两极发生的电化学反应而产生的。为什么两极会自发?这与金属 M≒M++e 6—1 当Zn置于nSO4溶液