powerpoint-化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院——西北大學(xué)

1、金屬的電鍍實(shí)驗(yàn),基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn),1.了解梯形槽的應(yīng)用方法；了解電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰?、深鍍能力、電流效率的測(cè)定方法；2.了解電鍍?nèi)芤褐刑砑觿┑淖饔煤碗s質(zhì)對(duì)鍍層的影響。,Ⅰ 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,1.梯形槽實(shí)驗(yàn)原理 梯形槽也叫赫爾槽，其形狀如圖1所示。槽的容積有三種，即lL、267mL和250mL。由于槽中陰陽(yáng)極放置不平行，故陰極上各部分電流分布是不均勻的，在離陽(yáng)極近的近陰極端，電流密度較高，在另一端電流密度較低。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)267mL

2、的梯形槽而言，得到一個(gè)在陰極各部分電流密度分布的經(jīng)驗(yàn)公式，即 式中：Dk為陰極上某點(diǎn)的電流密度(A/dm2)；I為實(shí)驗(yàn)時(shí)的電流強(qiáng)度(A)；L為陰極上該點(diǎn)距近陰極端的距離(cm)。,Ⅱ 實(shí)驗(yàn)原理,圖 1 赫爾槽,,,2. 鍍液分散能力的測(cè)定原理 鍍液的分散能力是指電解液所具有的使鍍層厚度均勻分布的能力。測(cè)定的方法有多種，方法不同用來(lái)表達(dá)分散能力的公式也不同。因此為了比較不同鍍液分散能力的大小，必須采用同一種方法測(cè)量才有意義。

3、本實(shí)驗(yàn)采用遠(yuǎn)陰極和近陰極的方法(圖2)，遠(yuǎn)陰極和近陰極與陽(yáng)極的距離比為L(zhǎng)2/L1等于K，用這種方法所測(cè)得的分散能力可用下式表達(dá)：,,,,,,,,,,式中Tp為分散能力(%)；K為遠(yuǎn)陰極和近陰極與陽(yáng)極距離之比；m1、m2為近陰極上和遠(yuǎn)陰極上金屬的增重。,,,,,,圖2測(cè)定分散能力的電鍍槽,3.電液效率的測(cè)定原理,根據(jù)法拉弟定律，在電鍍鎳時(shí)，通過(guò)電鍍槽的電量若為lF(96500C)，則應(yīng)得鎳鍍層0.5mol(58.69/2 g)。而實(shí)際上沉

4、積的鎳不到0.5mol，這是由于在電鍍過(guò)程中，陰極上進(jìn)行的反應(yīng)不只是Ni2++2e－=Ni，還有2H++2e－=H2副反應(yīng)的存在，使得用于沉積金屬的電流只是通過(guò)總電流的一部分，而其余部分消耗在副反應(yīng)上，所以電流效率達(dá)不到100%。電流效率計(jì)算公式如下：,,被測(cè)溶液,銅庫(kù)侖計(jì),圖3 測(cè)定電流效率線路圖,式中W為被測(cè)金屬鍍層的重量；M為被測(cè)金屬的摩爾質(zhì)量；WCu為庫(kù)侖計(jì)陰極上銅鍍層質(zhì)量；MCu為銅的摩爾質(zhì)量(注：被測(cè)金屬和銅的摩爾質(zhì)量的值

5、均隨所取的基本單元而定。),在實(shí)際測(cè)定鍍液的電流效率時(shí)，與被測(cè)鍍槽串聯(lián)一個(gè)銅庫(kù)侖計(jì)(見(jiàn)圖4)。因?yàn)殂~庫(kù)侖計(jì)上銅陰極的電流效率為100%，所以根據(jù)銅陰極上鍍層重量可以得到理論上的金屬鍍層的重量或通過(guò)電極的總電量。當(dāng)采用銅庫(kù)侖計(jì)時(shí)，電流效率的計(jì)算公式可表達(dá)為：,,Ⅲ 實(shí)驗(yàn)步驟,（一）.具體操作方法,,1. 配制電鍍?nèi)芤浩胀ㄥ冩嚾芤海篘iSO4·7H2O 140~170g/L H3B

6、O3 25~35g/L NaCl 7~12g/L MgSO4·7H2O 20~30g/L Na2SO4·l0H2O 60~80g/L pH 5.2~5.6,2.梯形

7、槽實(shí)驗(yàn),將銅陰極和鎳陽(yáng)極均用金相砂紙打磨光亮，用水沖洗干凈。量取250mL普通鍍鎳溶液注入267mL梯形槽中，裝上陽(yáng)極、陰極試片，接通電源，控制電流在1A，電鍍5min后,取出陰極片用水沖洗、吹干，觀察其外觀，并將試片各區(qū)域的鍍層外觀按下述符號(hào)記錄下來(lái)。,,在梯形槽中換上光亮鍍鎳液，其它同上。,3. 鍍液分散能力的測(cè)定,取兩片銅片，用金相砂紙打磨光亮。用水沖洗，做好近、遠(yuǎn)陰極標(biāo)記，吹干后在分析天平上分別稱重。鎳陽(yáng)極打磨干凈待用。將陽(yáng)極和

8、兩片陰極放在長(zhǎng)方槽中，并使L2/L1=2。將普通鍍鎳溶液注入長(zhǎng)方槽中，接通電源，電流密度控制在1A/dm2。電鍍30min后，取出陰極用水沖洗、吹干，用分析天平分別稱出遠(yuǎn)、近陰極重量。 在長(zhǎng)方槽中換入光亮鍍鎳溶液，重復(fù)以上步驟。,4.電流效率的測(cè)定,將被測(cè)鍍液和銅庫(kù)侖計(jì)的陰、陽(yáng)極（被測(cè)鍍液為銅陰極、鎳陽(yáng)極，銅庫(kù)侖計(jì)陰、陽(yáng)極均為純銅）用金相砂紙打磨，沖洗干凈。兩陰極沖洗干凈后用分析天平稱重。接好線路，鍍槽中注入鍍液，接通電源，電流密度

9、控制在1A/dm2，電鍍30min后，取出兩陰極洗凈、吹干，分別準(zhǔn)確稱取重量。 （二）注意事項(xiàng): 1. 鍍液分散能力和電流效率測(cè)定中不是電流為1A，而是電流密度控制在1A/dm2 ，（應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)中試片浸入到鍍液中的實(shí)際面積進(jìn)行計(jì)算）。2. 注意溶液回收。兩溶液不可互相污染。,,Ⅳ 實(shí)驗(yàn)總結(jié),1 數(shù)據(jù)處理,(1)用規(guī)定的符號(hào)繪制和標(biāo)明梯形槽的陰極鍍層外觀圖，并說(shuō)明光亮劑和雜質(zhì)對(duì)鍍層的影響。,(2)計(jì)算鍍液的分散能

10、力，并說(shuō)明鍍液分散能力的優(yōu)劣。,(3)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表如下，并計(jì)算電流效率,1 數(shù)據(jù)處理,,電鍍前要對(duì)金屬片進(jìn)行打磨，其目的是為了處理，清潔被鍍金屬的表面，才能得到結(jié)合力好的鍍層。,2 討論,,1. 研究型、開(kāi)放創(chuàng)新鍍層質(zhì)量的好壞要考慮的因素有很多。主要有：被鍍金屬的特性，鍍層特性，合適的前處理，合適的電鍍?nèi)芤?，合適的操作條件（電流密度，鍍液濃度和各組分比例，鍍液溫度，時(shí)間，后處理），合適的電鍍?cè)O(shè)備和器具，環(huán)境條件等。 電鍍是一種電化

11、學(xué)沉積過(guò)程，即以直流電通入一定組成的電解質(zhì)溶液，在陰極鍍件表面上沉積出金屬的過(guò)程。傳統(tǒng)電鍍的主要目的，一般是改變基體表面的特性，改善基體材料的外觀、耐腐蝕性和耐磨性?，F(xiàn)在，電沉積這一古老而又年輕的技術(shù)在制備半導(dǎo)體、催化材料、納米材料等功能性材料和微機(jī)電加工領(lǐng)域正日益發(fā)揮著重要作用。,Ⅴ 實(shí)驗(yàn)延伸,2. 參考書(shū)① 曾華梁等編著，電鍍工藝手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998② 張?jiān)收\(chéng)等主編，電鍍手冊(cè)，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1997,Ⅴ