電鍍黃銅工藝

    銅含量高于鋅的銅鋅合金通常稱(chēng)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(zhuān)家們“研究了在1960年之前研究過(guò)的所有不同類(lèi)型鍍黃銅槽液之后下結(jié)論說(shuō)，迄今為止,，還沒(méi)有一種槽液能滿(mǎn)意地代替氰化黃銅槽液”,。因?yàn)榍杌飫《荆藗兛傁霐[脫它,，一直在研究非氰電鍍黃銅工藝,。60年代，一些歐洲國(guó)家(如前蘇聯(lián),、意大利等)對(duì)“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(chēng)熱擴(kuò)散法)非氰電鍍黃銅工藝進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn),，并于70年代投入了規(guī)模生產(chǎn)。值得一提的是,，我國(guó)從60年代末開(kāi)始,，曾探索過(guò)“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(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)到中間試驗(yàn)反復(fù)進(jìn)行了幾年時(shí)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(yàn),，并與氰化電鍍產(chǎn)品對(duì)照,，所得數(shù)據(jù)表明其質(zhì)量與氰化法不相上下。后來(lái)投入大生產(chǎn)時(shí),，僅連續(xù)運(yùn)行幾天時(shí)間便發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極鈍化嚴(yán)重,，經(jīng)試驗(yàn)分析初步認(rèn)定是鍍液中派生物磷酸氫二鈉過(guò)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(shí)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(duì)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(guó)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(guó)米其林公司年產(chǎn)18.5萬(wàn)噸鋼簾線,，則全部采用氰化法電鍍工藝,，只有在泰國(guó)所建的一個(gè)分廠采用熱擴(kuò)散法。世界上許多國(guó)家包括我國(guó),，在采用熱擴(kuò)散法的同時(shí),，仍保留了氰化法電鍍工藝。我國(guó)自80年代以來(lái),，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(lái)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(wú)一例外地費(fèi)了很長(zhǎng)的時(shí)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(duì)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(chēng)“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(jiǎn)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(jì)電鍍作業(yè)線時(shí),，必須考慮兩個(gè)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(guó)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(guó)尚未達(dá)到這個(gè)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(jiǎn)述鋼絲電鍍過(guò)程。          

    電鍍時(shí),，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(yáng)極，再?gòu)年?yáng)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(gè)回路。在外電路(匯流排,、導(dǎo)線,、陰極輥等)，電流的流動(dòng)是靠自由電子的定向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,，這種憑借物質(zhì)中自由電子的定向運(yùn)動(dòng)來(lái)完成導(dǎo)電過(guò)程的導(dǎo)體,，稱(chēng)為*類(lèi)導(dǎo)體。在電鍍液中電流的流動(dòng)是靠陰,、陽(yáng)離子的定向遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)的,，這種憑借陰,、陽(yáng)離子的定向運(yùn)動(dòng)來(lái)完成導(dǎo)電過(guò)程的導(dǎo)體，稱(chēng)第二類(lèi)導(dǎo)體,。在任何電鍍過(guò)程中,，都存在這兩類(lèi)導(dǎo)體的導(dǎo)電作用，所有電鍍的電流回路都由這兩類(lèi)導(dǎo)體共同構(gòu)成,，電鍍槽陽(yáng)極金屬與陰極金屬的電位差,，即包括*類(lèi)導(dǎo)體和第二類(lèi)導(dǎo)體在內(nèi)的整個(gè)回路的電壓降,稱(chēng)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(guò)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(dòng)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(gè)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(chēng)為電極反應(yīng),。又由于它是在陰極上發(fā)生的,，故可稱(chēng)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(guò)來(lái)的金屬離子都有了去路,，正是陰極反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了電子導(dǎo)電與離子導(dǎo)電的相互轉(zhuǎn)化。      陽(yáng)極所發(fā)生的情況與陰極相反,，在外電源的作用下,，陽(yáng)極金屬M(fèi)的電子不斷流入電源，即陽(yáng)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(shí)向陰極遷移，其反應(yīng)式為:  M+e-→M+       這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)屬于氧化反應(yīng),。它發(fā)生在陽(yáng)極,，故可稱(chēng)為陽(yáng)極反應(yīng)。正是由于陽(yáng)極反應(yīng)的發(fā)生,，使得從陽(yáng)極流入電源的電子和從陽(yáng)極附近遷移的金屬離子有了補(bǔ)充的來(lái)源,，也正是陽(yáng)極反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了離子導(dǎo)電與電子導(dǎo)電的相互轉(zhuǎn)化。      在實(shí)際電鍍時(shí),，陰,、陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(guò)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(guò)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(shí),，但限于篇幅,只能涉及zui初步的知識(shí),。欲進(jìn)一步深入理解，還要參閱有關(guān)電鍍的教科書(shū),、專(zhuān)著和手冊(cè),。