電鍍基礎

1　電鍍的基本構成元素

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外部電路，包含有交流電源、整流器、導線、可變電阻、電流計、電壓計。

陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。

電鍍液(bathsolution)。

陽極(anode)。

鍍槽(platingtank)

加熱或是冷卻器(heatingorcollingcoil)。

1.1鍍槽構造，其典型鍍槽見圖:

1.2　電鍍工場設備

一個電鍍工場必須配備下列各項設備：

防酸之地板及水溝。

糟及預備糟。

攪拌器。

整流器或發電機。

導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具。

安培表、伏特表、安培小時表、電阻表。

泵、過濾器及橡皮管。

電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備。

操作用之上下架桌子。

檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器。

通風及排氣設備。

2　電鍍使用之電流

在電鍍中，一般都僅使用直流電流。交流電流因在反向電流時金屬沈積又再被溶解所以交流電流無法電沈積金屬。直流電源是用直流發電機或交流電源經整流器產生。直流電流是電子向一個方向流通，所以可以電沈積金屬。但在有些特殊情況會使用交流電流或其他種特殊電流，用來改善陽極溶解消除鈍態膜、鍍層光層、降低鍍層內應力、鍍層分布、或是用于電解清洗等。

3　電鍍溶液，又稱鍍浴（platingbath）

電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其他化學物之導電溶液，用來電沈積金屬。其主要類別可分酸性、中性及咸性電鍍溶液。強酸鍍浴是pH值低于２的溶液，通常是金屬鹽加酸之溶液，例如硫酸銅溶液。弱酸鍍浴是pH值在2～5.5之間鍍浴，例如鎳鍍浴。咸性鍍浴其pH值超過７之溶液，例如氰化物鍍浴、錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍浴。

3.1　鍍浴的成份及其功能

金屬鹽：提供金屬離子之來源如硫酸銅。可分單鹽、鹽，及錯鹽。

例如：單鹽：CuSO₄；NiSO₄

　復鹽：NiSO₄；(NH₄)₂SO₄

　醋鹽：Na₂Cu(CN)₃

導電鹽：提供導電度，如硫酸鹽、氯鹽，可降低能量花費、鍍液熱蒸發損失，尤其是滾桶電鍍更需優良導電溶液。

陽極溶解助劑。陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金屬離，則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。

緩沖劑，電鍍條件通常有一定pH值范圍，防止pH值變動加緩沖劑，尤其是中性鍍浴(pH5～8)，pH值控制更為重要。

錯合劑，很多情況，錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良，防止置換沈積，如鐵上鍍銅，則需用錯合劑，或是合金電鍍用錯合劑使不同之合金屬電位拉近才能同時沈積得到合金鍍層。

安定劑，鍍浴有些會因某些作用，產生金屬鹽沈淀，鍍浴壽命減短，為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安定劑。

鍍層性質改良添加劑，例如小孔防止劑、硬度調節劑、澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。

潤濕劑(wettingagent)，一般為界面活性劑又稱去孔劑。

3.2　鍍浴的準備

將所需的電鍍化學品放入在預備糟內與水溶解。

去除雜質。

用過濾器清除浮懸固體，倒入一個清潔電鍍槽內。

鍍浴調整，如pH值、溫度、表面張力、光澤劑等。

用低電流電解法去除雜質。

3.3　鍍浴的維持

定期的或經常的分析鍍浴成份，用化學分析法或

Hull試驗(Hullcelltest)。

維持鍍浴在操作范圍成份，添加各種藥品。

去除鍍浴可能被污染的來源。

定期凈化鍍液，去除累積雜質。

用低電流密度電解法間歇的或連續的減低無機物污染。

間歇或連續的過濾鍍浴浮懸雜質。

經常檢查鍍件、查看缺點。

4　金屬陽極

金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極，溶解性陽極用于電鍍上是為補充溶液中電鍍所消耗的金屬離子，是用一種金屬或合金鑄成、滾成、或沖制成不同形狀裝入陽極籃(anodebasket)內。陽極電流密度必須適當，電流密度太高會形成鈍態膜，因而使陽極溶解太慢或停止溶解，形成不溶解陽極，產生氧氣，消耗鍍液金屬離子而必須補充金屬鹽。為了減小陽極電流密度，可多放些陽極，或用波形陽極增加面積，或降低電壓。在酸性鍍浴可以用增加攪拌、增高鍍浴溫度、增加氯離子濃度、降低pH來提高陽極容許電流密度。

而堿性鍍浴可用增加攪拌、增加自由氰化物(freecyanide)的濃度，升高鍍浴溫度或升高pH值，也可將某種物質加入陽極內以減少因高電流密度的陽極鈍態形成。電鍍使用不溶解陽極用來做傳導電流，鍍浴金屬離子需用金屬鹽來補充，如金鍍浴中用不溶解之不銹鋼作為陽極，以金氰化鉀來補充。在鍍鉻中用不溶解之鉛陽極，以鉻酸補充鉻離子。不溶解陽極有二個條件，一是良好的導電體，二是不受鍍液之化學作用污染鍍浴及不受侵蝕。不溶性陽極可用在控制金屬離子過度積集在鍍糟內，在貴金屬電鍍，如黃金電鍍，用不銹鋼做陽極，可以代替金陽極，以減低投資成本或避免偷竊的困擾。不溶解陽極將引起強力的氧化，形成腐蝕問題及氧化鍍槽內物質，所以不能使用有機物添加劑。槽內之金屬離子必須靠金屬鹽來補充。

5　陽極袋（anodebag）

陽極袋是一種有多細孔薄膜袋子，用來收集陽極不溶解金屬與雜質陽極泥，以防止污染鍍浴，阻止粗糙鍍層發生。陽極袋是用編織布縫成陽極形狀寬大適中，長度要比陽極稍長，材料需扎得緊，足夠收集陽極泥，不妨礙鍍浴流通，將陽極袋包住陽極并縛在陽極掛鉤上。在放進電電鍍浴之前，陽極袋要用熱水含潤濕劑中洗去漿水及其他污物，然后再用水清洗，并浸泡與鍍浴相同之pH的水溶液中，使用前需再清洗。酸性鍍浴的陽極袋可用棉織物，也可使用人造纖維。在高溫操作咸性鍍浴可用乙稀隆材料陽極袋。

6金屬陰極　

金屬陰極是鍍浴中的負電極，金屬離子還元成金屬形成鍍層及其他的還元反應，如氫氣之形成于金屬陰極上。準備鍍件做電鍍需做下面各種步驟：研磨、拋光、電解研磨、洗凈、除銹等。

7　電鍍之前處理

電鍍前之處理，稱之前處理(pretreatment)，包括下列過程：

1.洗凈：去除金屬表面之油質、脂肪、研磨劑，及污泥。可用噴射洗凈、溶劑洗凈、浸沒洗凈或電解洗凈。

2.清洗：用冷或熱水洗凈過程之殘留洗凈劑或污物。

3.酸浸：去除銹垢或其他氧化物膜，要注意防止基材被腐蝕或產生氫脆。可加抑制劑以避免過度酸浸。酸浸完后要充份清洗。

4.活化：促進鍍層附著性，可用各種酸溶液使金屬表面活化。

5.漂清：電鍍前立刻去除酸膜，然后電鍍。

8　電鍍掛架（rack）

電鍍掛架是用在吊掛鍍件及導引電流之掛架，其主要部份有：

1.鉤，使電流接觸導電棒。

2.脊骨，支持鍍件并傳導電流。

3.舌尖，使電流接觸鍍件。

4.掛架涂層，絕緣架框部份，限制及導引電流通向鍍件。電鍍掛架需有足夠的強度、尺寸、及導電性能通過的電流量足以維持電鍍操作。其決定尺寸的條件有1.鍍件重量，2.電鍍的面積，3.每個掛架之鍍件數，4.鍍槽的尺寸，5.電鍍操作所需之最大電流，6.鍍架上之附屬設備如絕緣罩或輔助電極，7.鍍件及掛架最大重量。電鍍掛架基本型式有1.直脊骨型，是以垂直中央支持，用舌尖夾持鍍件，適小鍍件可用手來操作。2.混合脊骨型，經常用在自動電鍍上，是用方型框架聯合平行及垂直骨架所構成夾持小鍍件。3.箱型，這種掛架可以處理許多鍍件，需配備有自動輸送機、起重機、吊車等設備。4.Ｔ型，系垂直中央支持，聯結許多垂直的交叉棒，此種適合手動及自動操作。

選擇電鍍掛架的決定因素有1.電流量，2.強度，3.荷重限制，4.鍍件位置安排，5.空間限制，6.制造難易，7.維持費用及成本。電鍍掛架之電流總量為全部鍍件的有效面積乘于操作過程中之最大電流密度，有效面積系指要被電鍍部份的面積。鍍件應在不重要的部份如背面、孔洞、幽蔽處聯接電流。掛架之鍍件數目應依據設計的重量限制、鍍槽尺寸、良好電流分布空間、直流電源之電量等決定。一般人力操作之鍍架安全限制重量是251b。由尺寸、形狀、移動距離可有所變動。

舌尖必須具備足夠的硬度、導電度、不發生燒焦、孤光、過熱等現象。鍍件重量能維持地心引力良好的接觸，否則用彈簧聯接。要能夠容易迅速上下架，并確保電流接觸。銅是最廣泛應用的掛架材料，因有好的導電性，容易成型，有適當強度。鋼與銅導電性比銅差，但較便宜。鋁掛架用在鋁陽極處理(anodizing)，其優點是輕。鎳鍍架耐腐蝕，可做補助電極。磷銅因它具有良好導電性，易彎曲及易制造易焊接故廣泛用做舌尖。

電鍍掛架之脊骨用較堅強材料制成如硬的拉銅。電鍍架同時附帶有補助陽極加強供應電流稱之為雙極鍍架。除了補助陽極外，還有補助陰極，漏電裝置、絕緣罩等附加在電鍍掛架上以調整電流密度或引導電流進入低電流之隱蔽區域。電鍍掛架在某些地方加以涂層絕緣，其目的有下列幾項：　

1.減少電鍍金屬之浪費。　

2.限制電流進入要被電鍍之區域，減少電能損失。　

3.減少鍍浴污染。　

4.改進金屬披覆分布。　

5.減少電鍍時間。　

6.延長鍍架壽命，防止鍍糟腐蝕。

鍍架有下列涂層材料可應用：

1.壓力膠帶，容易使用，易松脫損壞，適合短時應用或臨時使用。

2.乙稀塑料，良好黏性，可用于酸咸各種鍍液。

3.尼奧普林，直接浸泡不需打底、熱烘干、黏性好可用任何鍍浴，尤其適合使用于鉻電鍍。

4.空氣干燥塑料，不用涂底、浸泡或擦刷后空氣干燥、黏性優良，適宜各種電鍍浴。

5.橡皮，除鉻電鍍外其他鍍浴均可使用。　

6.蠟，不能使用于強咸及熱鍍浴。

電鍍操作過程鍍架使用注意事項：

1.鍍件需定位，與陽極保持相同距離，使電鍍層均勻，防止鍍液之帶出(drag-out)損失及帶入(drag-in)污染鍍液。

2.鍍件安排要適當，要使氣泡容易逸出，稍傾斜放置鍍件。　

3.空間安排，避免鍍件相互遮蔽。　

4.堅固接觸，防止發燒、孤光等現象發生。

5.防止高電流密度的形成，如尖、邊緣、角等處必須適當應用絕緣罩或漏電裝置。

6.使用陽極輔助裝置或雙極鍍架，應小心調整以確保適當電流分布。

7.鍍架應經常清洗，維持良好電流接觸，去除舌尖附著之金屬，涂層有損壞需之即修理、操作中隨時注意漏電，鍍浴帶出損失及帶入污染等現象。

9　電鍍控制條件及影響因素　

1.鍍液的組成。　12.覆蓋性。　

2.電流密度。13.導電度。　

3.鍍液溫度。14.電流效率。　

4.攪拌。15.氫過電壓。　

5.電流波形。16.電流分布。　

6.均一性。　17.金屬電位。　

7.陽極形狀成份。18.電極材質及表面狀況。　

8.過濾。19.浴電壓。　

9.pH值。10.時間。　

11.極化。

鍍液的組成：對鍍層結構影響最大，例如氰化物鍍浴或復鹽鍍浴的鍍層，要比酸性單鹽的鍍層細致。其他如光澤劑等添加劑都影響很大。

電流密度：電流密度提高某一限度時，氫氣會大量析出，電流效率低，產生陰極極化作用，樹枝狀結晶將會形成。

鍍浴溫度：溫度升高，極化作用下降，使鍍層結晶粗大，可提高電流密度來抵消。

攪拌：可防足氫氣停滯件表面形成針孔，一般攪拌可得到較細致鍍層，但鍍浴需過濾清潔，否則雜質因攪拌而染鍍件表面產生結瘤或麻點等缺點。

電流型式：應用交通電流，周期反向電流(PR)電流、脈沖電流等特殊電流可改進陽極溶解，移去極化作用的鈍態膜，增強鍍層光澤度、平滑度、降低鍍層內應力、或提高鍍層均一性。

均一性(throwingpower)，或稱之投擲力，好的均一性是指鍍層厚度分布均勻。均一性的影響因素有：

1.幾何形狀，主要是指鍍槽、陽極、鍍件的形狀。分布位置空間、陰陽極的距離、尖端放電、邊緣效應等因素。

2.極化作用，提高極化作用可提高均一性。　

3.電流密度，提高電流密度可改進均一性。

4.鍍浴導電性，導電生提高而不降低陰極極化作用太多則可提高均一性。

5.電流效率，降低電流效率可提高均一性。　

所以要得到均勻鍍層的方法有：　

1.良好的鍍浴成份，改進配方有。

2.合理操作，表面活生化均勻。

3.合理鍍裝掛，以得到最佳電流均勻分布，防止析出氣體累積于盲孔或低洼部分。

4.調節陰陽極間之距離及高度。

5.應用陽極形狀善電流分布。

6.加設輔助電極、輸電裝置、絕緣屏障等改進電流分布。

7.應用沖擊電流、在電鍍前用較大電流進行短時間電鍍。陰陽極形狀、成份及表面狀況影響很大，如鑄鐵和高硅鋼的材料氫過電小，電鍍時大量氫氣析出，造成覆蓋性差、起泡、脫皮等缺陷，不銹鋼材料，鋁、鎂及合金類易氧化的材料，不易得附差性良好鍍層。表面狀況如有油污、銹皮等鍍層不可能附著良好，表面粗糙也難得到光澤鍍層。陽極與陰極形狀也會影響鍍層。

8.過濾，如陽極泥、沈碴等雜質會影響鍍層如麻點、結瘤、粗糙的表面，也會降低鍍層之防蝕能力，所以必須經常過慮或連續性過慮固體粒子。

9.pH值會影響鍍浴性質，如氫氣的析出、電流效率、鍍層硬度及內應力，添加劑的吸收，錯合離子的濃度都有相當的影響。

10.時間為控制鍍層厚度的主要因素，電流效率高，電流密度大所需電鍍時間就少。

11.極化(polarization)電鍍時電極電位發生變化產生一逆電動勢，阻礙電流叫做極化作用，克服極化作用的逆電動勢所需增加電壓稱之過電壓。極化作用對電鍍的影響：　1.有利于鍍層細致化。　2.有利于改進均勻性，使鍍層厚度均勻分布。3.氫氣析出增加，降低電流效率和鍍層之附著力，會產生起泡、脫皮現象。4.不利陽極溶解，消耗電力、浴溫增高、鍍浴不安定。

影響極化作用的因素有：1.電鍍浴組成，如氰化物鍍浴之極化作用大，低濃度之鍍浴極化作用較大。　2.電流密度，電流密度愈大極化作用愈大。　3.溫度愈高，極化作用愈小。　4.攪拌使離子活性增大而降低極化作用。

12.覆蓋性是指在低電流密度下仍能鍍上之能力，好的覆蓋性，在鍍件低凹處仍能鍍上金屬。它與均一性意義不同，但一般好的均一性則也有好的覆蓋性，而覆蓋性不好的則均一性一定也不好。

13.導電度，提高鍍浴導電度有利于均一性，鍍液的電流系由帶電離子輸送，金屬導體是由自由電子輸送電流，二者方式不相同，電解液的導電性比金屬導體差，其影響因素有：

1.電解質的電離度、離子之活度，電離度愈大其導電性愈好，強酸強咸電離度都大；所以導電性好，簡單離子如鹽梭根離子較復雜離子如磷酸根離子活度大，所以導電性較佳。

2.電解液濃度，電解質濃度低于電離度時，濃度增加可提高導電度，如濃度已大于電離度時，濃度增加反而導電性會降低。例如硫酸之水溶液在15～30％時導電度最高。

3.溫度，金屬的導電度與溫度成反比，但是電解液的導電度與溫度成正比，因溫度升高了離子的活度使導電性變好，同時溫度也可提高電離度，因可提高導電度，所以電鍍時常提高溫度來增加鍍浴的導電度以增高電流效率。

14.電流效率，電鍍時實際溶解或析出的重量與理論上應浴解或析出的重量的百分比數為電流效率。可分為陽極電流效率及陰極電流效率。電流密度太高，陽極產生極化，使陽極電流效率降低。若陰極電流密度太大也會產出氫氣減低電流效率。

15.氫過電壓，電鍍金屬中，鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛的電位都比氫的電位要負，因此在電鍍時，氫氣會優先析出而無法電鍍出這些金屬，但由于氫過電壓很大，所以才能電鍍這些金屬。然而某些基材如鑄鐵或高硅鋼等之氫過電壓很小，也就較難鍍上，需先用銅鍍層打底而后再鍍上這些金屬。氫氣的產生也會造成氫脆的危害，同時電流效率也較差，氫氣也會形成針孔，所以氫氣的析出對電鍍都是不利的，應設法提高氫過電壓。

16.電流分布，為了提高均一性，電流分布將設法改善。如用相似陰極形狀的陽極，管子的中間插入陽極，將陽極伸入電流不易到達的地方，使用雙極(bipolar)電極將電流分布到死角深凹處，使難鍍到地方也能鍍上。在高電流密度區如尖角、邊緣則可用遮板，輸電裝置避免鍍得太厚浪費或燒焦鍍層缺陷。

17.金屬電位；通常電位越負則化學活性愈大，電位負的金屬可把電位正的金屬置換析出，如鐵、鋅可以把銅從硫酸銅液液析出置換出來產生沒有附差性的沈積層。在電鍍浴中若同時有幾種金屬離子，則電位正的金屬離子先被還元析出。相反地電位負的金屬先溶解。

18.電極材質及表面狀況對氫過電壓影響很大，光滑表面的過電壓較大，不同材質有不同氫過電壓，金屬鉑的氫過電壓最小。

19.浴電壓，依鍍浴組成，極面積及形狀、極距、攪拌、溫度、電流濃度等而不同。一般在9～12Ｖ，有高到15Ｖ。

10　鍍浴凈化

由于雜質污染，操作過久雜質累積，故必須經常凈化鍍浴，其主要的方法有：　1.利用過濾材去除固體雜質。　2.應用活性炭去除有機物。　3.用弱電解方法去除金屬雜質。　4.可用置換、沈淀、pH調整等化學方法去除特殊雜質。

11　鍍層要求項目

依電鍍的目的鍍層必須具備某些特定的性質，鍍層的基本要求有下列幾項：

<!？[if!supportLists]？>1.<!？[endif]？>密著性(adhesion)，系指鍍層與基材之間結合力，密著性不佳則鍍層會有脫離現象，其原因有：　(1)表面前處理不良，有油污、鍍層無法與基材結合。　(2)底材表面結晶構造不良。　(3)底材表面產生置換反應如銅在鋅或鐵表面析出。

<!？[if!supportLists]？>2.<!？[endif]？>致密性(cohesion)，系指鍍層金屬本身間之結合力，晶粒細小，無雜質則有很好的致密性。其影響的因素有：(1)鍍浴成份，

<!？[if!supportLists]？>3.<!？[endif]？>電流密度，(3)雜質，一般低濃度浴，低電流密度可得到晶粒細而致密。

<!？[if!supportLists]？>4.<!？[endif]？>連續性(continuity)，系指鍍層有否孔隙(pore)，對美觀及腐蝕影響很大。雖鍍層均厚可減少孔隙，但不經濟，鍍層要連續，孔率要小。

<!？[if!supportLists]？>5.<!？[endif]？>均一性(uniformity)，是指電鍍浴能使鍍件表面沈積均勻厚度的鍍層之能力。好的均一性可在凹處難鍍到地方亦能鍍上，對美觀、耐腐蝕性很重要。試驗鍍浴之均一性有Haring電解槽試驗法、陰極彎曲試驗法、Hull槽試驗法。

<!？[if!supportLists]？>6.<!？[endif]？>美觀性(appearence)，鍍件要具有美感，必須無斑點，氣脹缺陷，表面需保持光澤、光滑。可應用操作條件或光澤劑改良光澤度及粗糙度，也有由后處理之磨光加工達到鍍件物品之美觀提高產品附加價值。

<!？[if!supportLists]？>7.<!？[endif]？>應力(stress)，鍍層形成過程會殘留應力，會引起鍍層裂開或剝離，應力形成的原因有：(1)晶體生長不正常，(2)雜質混入，(3)前處理使基材表面變質妨磚結晶生長。

<!？[if!supportLists]？>8.<!？[endif]？>物理、化學機械特性如硬度、延性、強度、導電性、傳熱性、反射性、耐腐蝕性、顏色等。

12　鍍層缺陷

鍍層的缺陷主要有：(1)密著性不好，(2)光澤和平滑性不佳，(3)均一性不良，(4)變色，(5)斑點，(6)粗糙，(7)小孔。缺陷產生的原因有：(1)材質不良，(2)電鍍管理不好，(3)電鍍工程不完全，(4)電鍍過程之水洗、干燥不良，(5)前處理不完善。

13　電鍍技藝

電鍍技藝，必須具備化學、物理、電化、電機、機械的相關技能，要能了解材料性質，表面性質與狀況，熟悉電鍍操作規范，對日常作業發生的現象及對策詳加整理牢記在心，以便迅速正確地做異常處理。平時要注意電鍍工場管理規則，尤其前后處理工程的每一步驟都不能疏忽，否則前功盡棄。

14　金屬腐蝕

金屬腐蝕，是由于化學及電化學作用的結果，可分為化學腐蝕與電化學腐蝕，按腐蝕還境可分為高溫氣體腐蝕、土壤腐蝕等。又依腐蝕破壞情形可分為全面腐蝕及局部腐蝕。局部腐蝕又可分為斑狀腐蝕、陷壞腐蝕、晶間腐蝕、穿晶腐蝕、表面下腐蝕、和選擇性腐蝕，如黃銅脆鋅。影響腐蝕的因素有：(1)金屬的本性，(2)溫度，(3)腐蝕介質。防止金屬腐蝕的方法有：(1)正確選用材料，(2)合理設計金屬結構，(3)耐蝕合金，(4)臨時油封包裝，(5)去除腐蝕介質，(6)電化保護，(7)覆層保護。