第二章电镀基本原理与概念

第二章电镀基本原理与概念内容摘要：

電極電位在熱力學的表示法 •電極反應是由氧化反應及還原反應所組成 . • 例如 Cu ＜＝＞ Cu+++2e 還原狀態 氧化狀態 可用下列二式表示之 : • Cu(R) → Cu+++2e 氧化反應 • Cu← Cu+++2e 還原反應 • E=E0RT/F ln aCu++/aCu 界面電性二重層 •在金屬與溶液的界面處帶電粒子與表面電荷形成的吸附層，偶極子的排列層以及擴散層等三層所組合的區域稱之為界面電性二重層。 液間電位差（ liquid junction potential） •又稱之為擴散電位差 (diffusion potential)，係由陰離子與陽 離子之移動度不同而形成之電位差，通常溶液之濃度差愈大 ，陰陽離子移動度差愈大，則液間電位差愈大。 過電壓（ overvoltage) • 當電流通過時，由於電極的溶解、離子化、放電、及擴 散等過程中有一些阻礙，必須加額外的電壓來克服，這些 阻礙使電流通過，這種額外電壓消除阻礙者稱之為過電壓。 此種現象稱之為極化 (polarization)。 此時陰極、陽極實際電位與平衡電位之差即為陰極過電壓、陽極過電壓。 氫過電壓（ hydrogen overvoltage），在酸性水溶液中陰極反應產生 H2氣體，此額外之電壓稱氫過電壓，即 ηH2=EiEeq 式中 η H2=氫過電壓 , Ei=實際電壓 ,Eeq=平衡電壓 • 在電鍍時由於氫過電壓的原因使氫氣較少產生，而使許多金屬可以在水溶液中電鍍。 例如鋅、鎳、鉻。 • 過電壓可分下列四種 ： • （ activiation overvoltage） • （ concentration overvoltage） • （ solution resistance overvoltage） • （ passivity overvoltage） 活化能過電壓 • 任何反應，不論吸熱或放熱反應皆有最低能障需克服 ，此能障稱為活化能，在電解反應需要額外電壓來克服活化能阻礙，此額外電壓之活化能過電壓，可用 Tafel公式表示： • η act=a+b log i • b為係數， i為電流， ηact為活化能過電壓其電流 i愈大 η act愈大，電鍍中 η act佔很小一部份，幾乎可以忽略，除非電流密度很大。 濃度過電壓（ •當電流變大，電極表面附近反應物質的補充速度及反應生成物 逸散之速度不夠快，必須加上額外之電壓，以消除此阻礙，此額外 電壓稱濃度過電壓。 •在電鍍時可增加溫度即增加擴散速率，增加濃度，攪拌或陰極移動可減少濃度過電壓，電流密度因而提高，電鍍的速率也可增加。 溶液電阻過電壓 •溶液的電阻產生 IR電壓降，所以需要額外的電壓 IR來克服此電阻使電流通過，此額外電壓 IR稱之溶液電阻過電壓。 •在電鍍時可增加溶液導電度，提高溫度以減少此電阻過電壓，有時此 IR形成熱量太多會使鍍液溫度一直上升，造成鍍液蒸發損失需冷卻或補充液。 電極鈍態膜過電壓 •電解過程，在電極表面會形成一層鈍態膜，如 A1的氧化物膜，錯離子形成之阻力膜，此等膜具有電阻需要額外電壓加以克服，此種額外電壓稱之為鈍態膜過電壓。 界面物理化學 •表面處理過程中，金屬會與水或液體接觸，例如水洗、 酸浸、電鍍、塗裝、琺瑯等。 要使金屬與液體作用，需金屬表面完全浸濕接觸，若不能完全接觸，則表面處理將不 完全，無法達到表面處理的目的。 所以金屬與液體接觸以介面物理化學性質對表面處理有十分重要的意義。 表面張力及界面張力 •液體表面的分子在表面上方沒有引力，處於不安定狀態稱之自由表面，故具有力，此力稱之為表面張力。 液 體之表面張力大小因液體的種類和溫度而異，溫度愈高表面張力愈小，到沸點時因表面分子氣化自由表面消失，故張力變為零。 液體和固體與別的液體交接的面也有如表 面張力之作用力，稱之界面張力。 界面活性劑 •溶液中加入某種物質，能使其表回張力立即減小，具 有此種性質的物質稱之為界面活性劑。 表面處理過程如 洗淨、脫脂、酸洗等界面活性劑被廣泛應用對表面處理之光澤化、平滑化，均一化都有相當幫助。 材料性質 •表面處理工作人員必須對材料特性充份了解，表面處 理的材料大多是金屬，所以首先要知道各種金屬的一般 性質。 例如色澤、比重、比熱、溶點、降伏點、抗拉強度、延展性、硬度、導電度等。 電鍍基礎 • 電鍍的基本構成元素及工場設備 • 電鍍使用之電流 電鍍溶液 • 金屬陽極與金屬陰極 陽極袋 • 電鍍架 電鍍前。