电镀工基础知识讲座.docx
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电镀工基础知识讲座
电镀工基础知识讲座
合格的电镀工必须懂得电镀的基本理论和电镀的原理,电镀工必须具备的条件,即操作方式、工艺管理、工艺规范要求,同时要能正确的对待工艺操作的规范化与产品质量密切关系,严格的说:
没有严格规范操作就不可能镀出合格的电镀产品,因此要使自己能胜任电镀工这个岗位,就必须懂一点电镀的基本常识,通过理论上的培训,实践操作合格,这样才能真正的做合格的电镀工。
一、 什么叫电镀
电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面,以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程,就叫电镀。
简单的理解,是物理和化学的变化或结合。
普通的说:
电与化学物质(化学品)的结成。
例如:
一块铁板上镀上一层铜(通电在铜的镀液上)。
二、 电镀必须具备什么条件:
要办一个电镀厂,一个车间必须要有:
外加的直流电源和特定电解液(或叫镀液)以及特定金属阳极组成的电解装置。
就是除了厂房、水、废水处理外,还必须有直流的整流器。
镀液通过(镀铜、镍、锌、锡、金、银)等镀种,以及镀什么镀种先择好阳极板。
如:
镀镍要用镍板,镀铜要用电解铜板,但镀铬不是用铬板,而是铅锡、铅锑合金板(即不溶性阳极)。
除此外,化学镀、热镀锌等镀种通过化学反应结成的镀层是不用电镀的,一般叫化学镀镍、化学镀铜。
三、 电镀工须知的电化学基础知识。
1、化学知识:
自然界由物质构成的,我们经常见到的水、泥土、食盐、钢铁等都是物质。
一切物质都处在不停的运动状态。
运动是物质存在形式:
例如:
水蒸发成汽,遇冷变成冰块等。
物质发生运动变化的根本原因在于物质内部的矛盾性。
自然界一切物质的运动和变化叫自然现象,研究自然变化规律的科学统称自然科学。
自然变化可分化学变化和物理变化两大类,研究物理变化的科学叫物理学,研究化学变化的科学叫化学。
化学研究的内容是:
物质的组成和性质,物质的变化,物质变化时发生的现象。
1原子——分子论的基本概念。
原子——分子论学说是化学的基础,其要点归纳如下:
a、 物质由分子组成,分子是维持物资组成和化学性,质的最小单位。
b、 物质分子见间互相有作用力(吸引力、排斥力)。
物质分子间作用力各不相同,以固体最大,液体次之,气体最小。
c、 物质分子之间具有空隙,分子间的空隙决定着物质的体积。
d、 分子由原子组成,它参与化学反应时并不分解。
e、 表现出相同化学性质的一定种类的原子称为化学元素,目前已发现的元素有100多种,不同的元素的原子其重量体积、性质都不相同。
f、 物质的分子和原子是外在不断的运动中。
2元素符号及元素的原子量:
为了表示不同的元素,在化学领域中常用拉丁字母来代表各种元素,这叫做元素符号。
下列表中列出的是常用元素符号、原子量。
原子的重量是很小的。
例如:
一个碳原子量为:
0.00000000000000000000001994克。
这样的数使用和书写都很不方便,为了使用上的方便,用专用单位来表示原子重量,现在国际上采用碳单位来表示原子重量。
一个碳单位等于碳原子重量的十分之一。
用碳单位表示的一个重量叫做原子量。
例如:
氢的原子量为:
1.008。
氧的原子量为:
15.9994。
3化学反应:
概念:
由一种物质变化成另一种新物质的过程叫化学反应。
例:
碳燃烧变成二氧化碳就是化学反应。
在化学反应中是由一种物质变成另一种物质,但物质不会消失,也不可能增多。
它应服从下面的物质不灭定律和定比定律。
A、物资不灭定律:
参加反应物质的总重量等于反应生成物质的总重量。
B、定比定律:
在化学反应中参加反应的物质都有一定的比例。
反应生成物质也有一定的组成比例。
例如:
2克氢+16克氧,生成18克水。
分子式:
用元素符号来表示物质组成的式子,叫做分子式。
在写分子式时,先写上元素符号,再把原子的数目用较小的数字记在符号的右下角。
例如:
水分子由两个氢原子个氧原子组成,可写成:
H2O。
知道物质的分子式后,我们就知道物质的组成,并且可计算出分子量。
例如:
硫酸的分子式是:
H2SO4,由此可知道它由2个氢原子、1个氧原子组成。
它的分子量是:
2个氢原子量+1个硫原子量+4个氧原子量=分子量
用分子式及符号经平衡后表示的化学反应过程叫化学方程式:
例如:
硝酸银与氧化钠作用生成氧化银和硝酸钠。
可写成:
AGNO3+NACl=AGCl+NANO3
知道化学反应方程式后,我们就能知道多少参加反应的物质能生成多少反应生成物。
例如:
在上面的例子反应中,一个分子硝酸银与一个分子的氯化钠反应,生成一个分子的氯化银和一个分子的硝酸钠。
我们查表知道这几种物质的分子量是:
硝酸银AGNO3=170
氯化钠AGCL=58
硝酸钠NaNO3=85
氯化银Agcl=143
由此可知:
170克AgNO3(硝酸银)+58克的(氯化钠)生成143克的AgCl(氯化银)+85克的NaNO3(硝酸钠):
假设我们需要配制40克AgCl(氯化银),则需要多少AgNO3(硝酸银)和NaCl(氯化钠)呢?
(硝酸银):
(氯化银)=170:
143
AgNO3AgCl
(硝酸银)=170X40=47.5克
AgNO3143
(氯化钠):
(氯化银)=58:
143
NaClAgCl
(氯化钠)=(氯化银)=16.2克
NaClAgCl
则需用AgNO3(硝酸银)47.5克和NaCl(氯化钠)16.2克。
④物质的分类:
一切物质按其存在形式可分单质及化合物。
单质又可分为金属和非金属,化合物又可分为无机化合物及有机化合物两大类。
所有的这些物质都与表面处理有着密切的关系。
譬如:
电镀的各种金属多为单质,电镀用的药品大多数为酸、碱、盐等化合物。
近来有机化合物在电镀中应用也是越来越多,它被广泛和用作酸洗缓冲剂、光亮剂。
1. 什么叫单质:
——由同种元素的原子组成的物质叫单质。
单质分金属和非金属。
A、 金属:
常温下多为固体(汞例外)。
具有金属光泽,是电和热的良导体,有一定的延展性。
例:
金、银、铜、铁、锡……。
B、 非金属:
常温下有气体、液体、固体三种形态,导电及导热性差,比重小,固体脆性大。
例:
炭、硫、氮、硅……。
2、 化合物:
A、 有机化合物:
凡属碳氢化合物及其衍生物称为有机化合物。
例如:
汽油、酒精、丁炔二醇、萘二碳酸、香蕉水……。
B、无机化合物:
氧化物可分为:
酸性、碱性两性氧化物。
酸性氧化物——大多为非金属氧化物。
它能与碱反应生成盐和水。
溶于水生成酸。
例如:
二氧化硫、二氧化碳……。
碱性氧化物——大多为金属氧化物,它能与酸反应生成盐和水。
溶于水生成碱。
例如:
Na2O、K2O、MgO、CaO…….
酸:
在水溶液中能电离出H的化合物,通常称为酸。
酸可分为有机酸和无机酸,无机酸还可分为含氧酸、无氧酸(氢酸)。
含氧酸:
硫酸、硝酸、磷酸、铬酸等。
氢酸有:
氢氟酸、氢氰酸等。
酸类的特点:
有酸味,使兰色石蕊试纸变成红色,易于溶于水。
有腐蚀性;酸与碱作用生成盐和水。
酸与金属作用放出氢气。
例如:
硫酸与氢氧化钠反应生成盐和水。
H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O
硫酸与锌作用放出氢
H2SO4+ZnSO4+H2↑
碱:
在水溶液中能电离出OH的化合物,通常称为碱。
可分为强碱,如:
NaOH、KOH
弱碱:
NH4OH
碱类的特性:
碱使红色石蕊变成兰色,具有腐蚀性。
四.溶液及浓度:
1. 溶液:
溶质溶解于溶剂中组成溶液。
例如:
食盐(NaCl)溶于水中叫“盐水”。
溶剂有水及各种有机溶剂,在不同的溶剂物质的溶解情况不同,有的能溶于水而不溶于有机溶剂。
有的溶解于有机溶剂却不溶于水中。
如凡士林溶于汽油不溶于水,硫酸铜溶于水却不溶于酒精。
一定条件下溶质在溶剂中溶解到不再溶解时的浓度叫饱和点,也叫溶解度。
2. 溶液的浓度:
在一定的溶剂中所含溶质的量就是溶液的浓度。
溶液的浓度表示方法很多。
这里介绍几种常用的方法:
①克/升——g/l——这是电镀溶液中常用的一种表示法,表示每升溶液中含有溶质的克数。
②百分比溶液(%)——表示溶质占溶液的百分率。
有重量百分比和体积百分比。
③比重—通常讲的是“较水比重”以水的比重为1。
另一种比重“合理标度”称浓点读比重,常用的“比重计”。
④PH值:
PH值就是用10的指数的绝对值来表示氢离子浓度,也叫氢离子的指数。
也就是说:
当溶液中的氢离子浓度为10的负几次方时,PH值就等于几。
当PH值等于7时,溶液中的氢离子浓度为7,溶液为中性。
所以我们一般来说PH值由7至0变化时溶液为酸性。
PH值由7至14变化时溶液为碱性。
其图表如下:
01234567891011121314
强酸性弱酸性弱碱性强碱性
PH值是电镀槽液的一个重要参数,对电镀过程影响很大,故需要经常检查溶液的PH值,测定PH值的方法最常用的有两种:
(1) 试纸法:
根据试纸变色与已知PH值的色标相比较来确定溶液的PH值。
其优点是方便简单,缺点是误差较大。
(2) PH值测试仪:
根据氢离子浓度对氢电极产生不同电位和标准电极之间的电势差,在电位计上读数。
优点是准确度高,缺点是测试较复杂。
3、 电解:
对电解液施加外加电压,便有电流通过,电解值在电流作用下被分解的过程叫电解。
电解时,电解液中阳离子跑向阴极,在阳极得到电子被还原。
阴离子跑向阳极失去电子被氧化。
例如:
在硫酸铜溶液中接入两电极,通以直流电(见图1——3),此时,将发现在接电源阴极的极板上,有铜和氢气析出,则析出氧气。
如果是铜阳极则同时发生铜的溶解和氧气的析出:
其反应如下:
阴极:
Cu2++2e——>Cu
2H1++2e—>H2
阳极4OH-4e——>2H2O+O2
2SO42-+2H2O-4e——>2H2SO4+O2
从阳极溶解的铜,补充了电解液中的铜离子的消耗,如果我们在阴极上挂上经清洗好表面的零件,则铜在零件上沉积的过程叫电镀。
六、电化当量
1、电解定律:
电解时,在量的方面全服从下面的电解定律:
第一定律:
在电解上所析出的物质重量与电流强度和通过的时间成正比。
也就是与通过的电量成正比。
第二定律:
在不同的电解液中,通过相同的电量时,在多个溶液中所析出的物质质量与它的化学当量成正比,并析出的1克当量任何物质定通过96500库仑电量。
2、电化当量
在1秒钟内通过1安培电流,在阴极上析出的物质重量叫物质的电化当量。
在使用时为方便起见,也常用安培——小时分析出的物质重量做单位,列下表示:
金属电化当量表
名称
锌
镉
铜
铜
镍
镍
锡
锡
铬
铬
银
金
化合价
2
2
1
2
2
3
2
4
3
6
1
3
电化当量
毫克
库仑
0.339
0.582
0.658
0.329
0.304
0.203
0.615
0.307
0.18
0.0896
1.118
0.681
克
安培小时
1.22
2.097
2.372
1.186
1.095
0.730
2.214
1.107
0.647
0.324
4.025
2.452
3、 电流效率
电介时,实际析出的物质的重量总是与理论上计算出的重量不一样,实际析出的重量与理论计算出重量之比用百分率表示,称为电流效率,常以“N”表示。
M
η=——————*100%
1*T*C
试中:
M——实际析出的物质重量(克)
I——电流(安培)
T——时间(小时)
C——电化当量(克/安培一小时)
根据电解定律和电化当量,电流效率的公式,我们可以求出:
电解液的电流效率,电镀时间、电镀层的厚度等。
例1通过电流20安培,经2小时在阴极上析出铬之重量为1.8克。
求镀铬的电流效率?
设:
M
η=—————*100%
J*T*C
从表查出得铬的电化当量C=0.324克/安培一小时
电镀工基本计算常识
1、配置10%的氢氧化钠溶液150公斤需氧化钠和水各多少?
解:
设需氢氧化钠X公斤,则
需要用水量为:
150—15=135公斤
答:
需氢氧化钠15公斤,用水135公斤。
4公斤氢氧化钠可配置10%的氢氧化钠溶液多少公斤?
解:
设4公斤氢氧化钠可配置10%的氢氧化钠溶液Y公斤,则有;
4
10%=———-*100%
Y
0.1y=4
Y=40公斤
答:
用4公斤氢氧化钠可配成10%的氢氧化钠溶液40公斤。
2、用10公斤水可配置20%的氢氧化钠溶液多少公斤?
解:
可配置Z公斤,则有:
Z-10
20%=————*100%
Z
0.2Z=Z-10
0.2Z-Z=-10
-0.8Z=-10
0.8Z=10
Z=12.5公斤
答:
10公斤水可配置20%的氢氧化钠溶液12.5公斤。
3、 1体积96%的硫酸(比重1.84)溶解于5体积水中,所得的稀硫酸溶液的百分比浓度和比重是多少?
解:
设体积单位为升,则比重1.84的96%硫酸中含纯硫酸的重量是:
1.84*96%=1.7664公斤
这1.7664公斤的溶质也就是配成稀硫酸中所含硫酸溶质的重量。
配好后的溶液总重量等于1升96%硫酸的重量加上5生水的重量,即:
1.84/5=6.84公斤
所得稀硫酸溶液的百分比浓度是:
1.7664
————*100%=25.8%
6.84
比重是:
6.84
————=1.14
6
答:
所得稀硫酸的百分比浓度为25.8%,比重为1.14。
4、 现在有93%的硫酸溶液50公斤,应兑多少公斤水才能配成10%的硫酸溶液?
解:
50公斤93%的硫酸溶液中含纯硫酸的重量是
50*93%=46.5公斤
46.5公斤纯硫酸可配成10%稀硫酸溶液的重量是
46.5/10%的稀硫酸溶液配制时应加水的重量是
465-50=415公斤
答:
需兑水415公斤。
5、 用比重为1.422、浓度为70.33%的浓硝酸配制成1:
1的稀硝酸溶液的百分比浓度是多少?
解:
根据题意,只要将1升比重为1.422、浓度为70.33%的硝酸溶液与1升水相溶解后既是所需配制的1:
1的稀硝酸溶液了。
这种由1升水和1升硝酸溶液配成的1:
1的硝酸溶液的重量是:
1.422+1=2.422公斤
这2.422公斤1:
1的稀硝酸溶液中含硝酸溶质的重量是
1.422*70.33%=1.0001公斤
这种1:
1的稀硝酸溶液的百分比浓度是:
1.0001
————*100%=41.3%
2.422
答:
百分比浓度是41.3%。
6、 中和3M的盐酸0.25升需5M的氢氧化钠多少升?
解:
盐酸与氢氧化钠的中和反应方程式是
HCL+NaOH=NACL+H2O
由此反应方程式可知,中和1M的盐酸需要1M的氢氧化钠。
3M的盐酸0.25升中含有纯盐酸的摩尔数是:
3*0.25=0.75
也就是说,0.75M的氢氧化钠即可中和3M的盐酸0.25升。
1升5M的氢氧化钠溶液0.15升。
7、 某镀铬槽现有500升镀液,其中六价铬的含量为350克/升,。
工艺规范要求六价铬的含量与硫酸含量之比值应在100:
1的范围内。
加多少克碳酸钡才能使镀液中硫酸的含量正好符合工艺规范?
(各元素的原子量是:
H为1,S为32,O为16,Ba为137,C为12)
解:
碳酸钡与硫酸的反应方程式是:
H2SO4+BACO3→BASO4↓+H2O+CO2↑
由反应式可知,197克碳酸钡可与98克硫酸全部反应生成硫酸钡沉淀。
我们可以近似地说,每2克碳酸钡可沉降硫酸1克。
又题意可知,每升镀液中多含硫酸的重量是:
402-3.5=0.7克
那么,500升镀液中共多含硫酸的重量是:
500*0.7=350克
需加硫酸钡的重量是:
350*2=700克
答:
需加700克碳酸钡。
8.20%盐酸溶液(比重1:
1)的摩尔浓度是多少(氯原子量为35.5)?
解:
1升20%盐酸溶液的重量是:
1000*1.1=1100克
1100克盐酸溶液中含氯花氢的重量是3605克,220克氯化氢相当的摩尔数是:
220/36.5=6.03M
答:
20%盐酸溶液(比重1.1)的摩尔浓度为6.03M。
9.含Ca2+为20PPM的盐水1吨,需加纯碱多少才能将Ca2+除去?
解:
20PPM的意思是,1公斤盐水中含Ca2+的克数是:
20
100*———=20克
1000
Ca2+与碳酸钠的化学反应方程式是:
Ca2++Na2CO3=CaCO3↓+2Na+
Ca2+的原子量为40,Na2CO3的原子量为106。
从反应方程式中得知,除去40克Ca2+需纯碱106克,设除去20克Ca2+需纯碱为X克:
40:
20=106:
X
106*20
X=————=53克
40
答:
所需加纯碱53克。
10、250毫升量瓶配制0.1N(当量浓度)NaOH溶液需NaOH多少克?
解:
0.1N氢氧化钠溶液的意思是,1000毫升这种溶液中含有NaOH溶质0.1可2当量。
1克当量的NaOH重40克,故0.1克当量NaOH重4克。
因此,配制250毫升0.1N氢氧化钠溶液所需NaOH的克数是:
250
————*4=1克
1000
答:
需要1克NaOH。
11、 配制1500毫升0.1N硫酸铜溶液,需用CuSO4•5H2O多少克?
(各元素的原子量是:
Cu为6305,S为32,H为1,O为16)
解:
CuSO4的分子量是159.5,克当量是
159.5/2=79.75克
CuSO4•5H2O的分子量是249.5。
配制1500毫升0.1N硫酸铜溶液需硫酸铜溶质的当量数是:
1.5*0.1=0.15
0.15N硫酸铜的重量是:
0.15*79.75=9.9625克
CuSO4•5H2O中含有CuSO4的重量百分比是:
159.5
————*100%=64%
249.5
9.9625克CuSO4折合成CuSO4•5H2O的重量是:
9.9625/64%=15.566
答:
需要CuSO4•5H2O15.566克。
12、 如何用比重1.84、浓度96%的浓硫酸配成0.5N的硫酸溶液250毫升?
提示:
本题与上面的几题不同,使用的溶质不是固体而是液体,因此加进去的浓硫酸的体积也须考虑进去。
解:
配制250毫升0.5N硫酸溶液所需纯硫酸的克当量数是:
250
————*0.5=0.125
1000
0.125N硫酸溶质的重量是:
0.125*49=6.125克
1升比重1.84浓度96%的浓硫酸中含纯硫酸的重量是:
1.84*96%*1000=1766.4克
含6.125克纯硫酸的浓硫酸的体积(毫升数)是:
6.125
————*1000=3.5毫升
1766.4
答:
量取比重1.84、浓度96%的浓硫酸3.5毫升,注入已加了少量水的容量瓶中,然后稀释至刻度250毫升即可。
13、 在纯水中加一定量盐酸使其浓度为0.01M,它的OH-的浓度是多少?
提示:
在常温下,1升纯水中也有10-7摩尔的水电离,且溶液中H+和OH-离子的浓度相等;H+和OH-离子的浓度的乘积是10-14。
将盐酸加入水中后,由于盐酸是一种强电解质,盐酸在水中可以认为是完全电离的,因而0.01M盐酸溶液里H+离子的浓度也可以认为是0.01克离子/升。
当纯水中加入盐酸后,由于同离子效应的关系,由水电离产生的H+就更少了,因此,在计算时纯水中的H+可以忽略不计。
此时,溶液中H+离子的总浓度即等于0.01克离子/升。
知道了H+离子的浓度,把它代入公式中即可算出此时溶液中OH-离子的浓度了。
解:
∵[H+]•[OH-]=1*10-14
1*10-141*10-141*10-14
∴[OH-]=————=————=————=1*10-12克离子/升
[H+]0.011*10-2
答:
0.01M盐酸溶液中OH-离子的浓度是1*10-12克离子/升。
14、 水溶液中H+的浓度为2.5*10-2克离子/升,问此溶液的PH值是多少?
解:
某水溶液的PH值是:
PH=-LG[H+]=-LG(2.5*10-3)=-LG2.5+(-LG10-3)=-0.3979+[-(-3)]=-0.3979+3=2.6
答:
此溶液的PH值为2.6。
15、 某水溶液的PH值为6.5,问此溶液中的氢离子和氢氧根离子的浓度各是多少?
解:
此溶液中的[H+]和[OH-]是:
PH=-LG[H+]
6.5=-LG[H+]
-6.5=LG[H+]
0.5-7=LG[H+]
∵LG3.2=0.5
LG10-7=-7
∴LG[H+]=LG3.2+LG10-7=LG(3.2*10-7)
∴-LG[H+]=-LG(3.2*10-7)
∴[H+]=3.2*10-7
∵1*10-4=[H+]•[OH-]
1*10-14
∴[OH-]=
3.2*10-7
=3.1*10-8克离子/升
答:
此溶液中的[H+]为3.2*10-7克离子/升,[OH-]为3.1*10-8克离子/升
16、 某硫酸盐镀铜液的配方是:
结晶硫酸铜250克/升,纯硫酸70克/升。
现要用结晶硫酸铜和浓度为96%的硫酸配这样的镀铜液700升,两种原料各需多少公斤?
解:
配700升需结晶硫酸铜的重量是:
700*250/1000=175公斤
配700升需纯硫酸折合为96%的硫酸重量是:
49/96%=51公斤
答:
需结晶硫酸铜175公斤,96%的浓硫酸51公斤。
17、 某镀镍槽的内侧有效尺寸为:
长1100毫米,宽800毫米,高900毫米。
若按硫酸镍350克/升、硫酸钠60克/升、氯化钠15克/升、硼酸40克/升的配方配制镀液,问各种原料各需多少公斤?
(设各种原料的纯度为100%)
解:
镀槽的有效容积是:
1.1米X0.8米X0.9米=0.792米3=792升
需硫酸镍的重量是:
792升X350克/升=277200克=277.2公斤
需硫酸钠的重量是:
792升X60克/升=47520克=47052公斤
需氯化钠的重量是:
792升X15克/升=11880克=11.88公斤
需硼酸的重量是:
792升X40克/升=31680克=31.68公斤
18、 有一镀锌槽的内侧高700毫米,宽600毫米,长2100毫米。
现要配制深为600毫米的镀液,配方如下:
氧化锌12克/升,氢氧化钠120克/升,三乙醇胺25毫升/升,DPE3毫升/升。
问各种原料各需多少?
解:
镀液的体积是:
0.6米X0.6米X2.1米=0.756米3=756升
需氧化锌的重量是:
756升X12克/升=9072克=90.72公斤
需氢氧化钠的重量是:
756升X120克/升=90720克=90.72公斤
需三乙醇胺的体积:
756升X25毫升/升=18900毫升=18.9升
需DPE的体积是:
756升X3毫升/升=2268毫升=2.268升
19、 有一个用20毫米厚塑料板制成的镀镍槽,其外形尺寸为长1540毫米,宽840毫米,高1020毫米。
现要配制液深900毫米的镀液,配方如下:
硫酸镍300克/升