pp電鍍槽工藝管理——攪拌對(duì)pp電鍍槽過(guò)程的影響

對(duì)于pp電鍍槽過(guò)程而言，攪拌是從廣義上講的。凡是導(dǎo)致電解液作各種流動(dòng)的方式，都稱為攪拌。在pp電鍍槽過(guò)程中，攪拌除了加速溶液的混合和使溫度、濃度均勻一致以外，主要是促進(jìn)物質(zhì)的傳遞過(guò)程。由于攪拌在消除濃差極化和提高電流密度方面的顯著作用，因此，***部分pp電鍍槽工藝都采用了攪拌技術(shù)。

 

那么攪拌究竟是怎么樣影響pp電鍍槽過(guò)程的呢?在討論這個(gè)問(wèn)題之前，先介紹一下攪拌的方式和攪拌程度的定量表示方法。

 

   (1)攪拌的方式 

 

   ①陰極移動(dòng)。陰極移動(dòng)是pp電鍍槽過(guò)程中應(yīng)用***多的方法。這是以電機(jī)帶動(dòng)變速器并將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)的方法。陰極移動(dòng)設(shè)備屬非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，但已經(jīng)有專門的企業(yè)生產(chǎn)這種裝置。陰極移動(dòng)量的單位一般是m／min，但是也有的工藝用次／min表示，因?yàn)閷?duì)于陰極移動(dòng)而言，移動(dòng)的頻率比移動(dòng)的距離更為重要。移動(dòng)的距離受槽子的長(zhǎng)度等的影響會(huì)有所不同，但對(duì)于移動(dòng)的次數(shù)(頻率)，則對(duì)于任何尺寸的槽子都是一樣的。實(shí)際上當(dāng)工藝規(guī)定為m／min時(shí)，都還要根據(jù)鍍槽的長(zhǎng)度來(lái)確定每次可以移動(dòng)的距離后，再換算成每分鐘移動(dòng)的次數(shù)，例如，某工藝規(guī)定的陰極移動(dòng)速度為2m／min，而鍍槽的長(zhǎng)度允許陰極每次移動(dòng)的***幅度為0.2m，則這時(shí)的陰極移動(dòng)頻率為10次／mim，常用的陰極移動(dòng)量為l0～15次／min，或2～5m／min。

 

②空氣攪拌?？諝鈹嚢枋莗p電鍍槽中用得較多的攪拌方式。采用空氣攪拌時(shí)，壓縮空氣必須是經(jīng)過(guò)凈化裝置凈化過(guò)的，因?yàn)橹苯訌目諝鈮嚎s機(jī)中出來(lái)的壓縮空氣，難免會(huì)帶有油、水等雜質(zhì)，如果帶入鍍槽，對(duì)pp電鍍槽層質(zhì)量會(huì)造成不利的影響。空氣攪拌用量的表示的單位是每分鐘每立方鍍液多少升即L／(m3•min)，強(qiáng)力空氣攪拌時(shí)，可達(dá)成500L／(m3•min)。

 

③鍍液循環(huán)。鍍液循環(huán)現(xiàn)在已經(jīng)是很流行的方式。因?yàn)椴捎缅円貉h(huán)時(shí)多半是用的過(guò)濾機(jī)，這樣可以在攪拌鍍液的同時(shí)凈化鍍液，一舉而兩得。當(dāng)然，有時(shí)也可以不加入濾芯，單純地進(jìn)行鍍液的循環(huán)。循環(huán)量的表示方法是m3／min或者m3／h，要根據(jù)所攪拌鍍液的總液量來(lái)確定所用的過(guò)濾機(jī)，因?yàn)檫^(guò)濾機(jī)的流量單位也是m3／min，因此，可以根據(jù)工藝對(duì)流量的規(guī)定選定相應(yīng)的循環(huán)過(guò)濾裝置。

 

④磁力攪拌。磁力攪拌多用于實(shí)驗(yàn)或小型pp電鍍槽裝置。這是以電機(jī)帶動(dòng)***磁鐵旋轉(zhuǎn)，由旋轉(zhuǎn)的磁鐵再以磁力帶動(dòng)放置在電解液內(nèi)的磁敏感攪拌裝置旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到高速攪拌的效果。磁力攪拌的單位實(shí)際上就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即r／min。

 

⑤陰極往返旋轉(zhuǎn)。這是類似陰極移動(dòng)的裝置。但陰極所做的不是平行的來(lái)回移動(dòng)，而是以主導(dǎo)電桿為軸的正反旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在也已經(jīng)有這種設(shè)備銷售。所用的量表示為每分鐘次數(shù)(次／min)。

 

⑥超聲波攪拌。超聲波攪拌的作用比通常的機(jī)械類攪拌***得多，是***殊的攪拌方式。適合于要求很高的某些重要的pp電鍍槽過(guò)程。

 

⑦螺旋槳攪拌。這是機(jī)械攪拌中***原始的模式。主要是用于電解液的配制或活性炭處理等。如果用于鍍液的攪拌，由于轉(zhuǎn)速太快而需要用減速器減速。單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r／min)。

 

(2)攪拌對(duì)傳質(zhì)過(guò)程的影響

 

在前面的內(nèi)容中已經(jīng)知道傳質(zhì)是電極過(guò)程中的重要步驟。在標(biāo)準(zhǔn)情況下的傳質(zhì)過(guò)程是由于電解質(zhì)溶液中存在濃度、溫度的差異等而引起的溶液內(nèi)物質(zhì)的流動(dòng)。這種情況下的流動(dòng)速度是非常緩慢的，在發(fā)生電極反應(yīng)時(shí)，很快就會(huì)在陰極區(qū)內(nèi)造成反應(yīng)離子的缺乏，陰極發(fā)生濃差極化。這時(shí)，采取攪拌措施就可以彌補(bǔ)自發(fā)性傳質(zhì)不足帶來(lái)的電極反應(yīng)受阻，并且使極限電流密度提高。從而在保證pp電鍍槽質(zhì)量的同時(shí)提高電極反應(yīng)的速度。攪拌能使pp電鍍槽液在較高的電流密度下工作對(duì)pp電鍍槽過(guò)程是有著重要意義的。這對(duì)于獲得光亮******的鍍層有著重要作用。許多光亮添加劑要求在較高的電流密度下工作，沒(méi)有攪拌的作用，在高電流區(qū)很容易發(fā)生鍍層的粗糙，甚至于出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象。許多pp電鍍槽添加劑是有機(jī)***分子，甚至是高分子化合物，離子的半徑都比較***，遷移的速度較低，如果沒(méi)有攪拌作用的促進(jìn)，要使在陰極吸附層內(nèi)消耗的添加劑得到及時(shí)的補(bǔ)充是有困難的。

 

攪拌還可以加速電極反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體的逸出，比如，氫氣的析出，從而減少鍍層的孔隙率。

 

攪拌的副作用是會(huì)使陽(yáng)極的溶解也加速，有時(shí)會(huì)超過(guò)陰極反應(yīng)的速度而致使鍍液組成失去平衡。如果陽(yáng)極有陽(yáng)極泥或渣生成時(shí)，攪拌會(huì)帶起這些機(jī)械雜質(zhì)沉積到鍍件上，當(dāng)然這是指強(qiáng)力攪拌時(shí)的情況，低頻的陰極移動(dòng)一般不會(huì)有這樣的問(wèn)題。攪拌還是高速pp電鍍槽的重要手段，這對(duì)于提高生產(chǎn)效率是***別有意義的。

 

(3)攪拌與高速pp電鍍槽

 

高速pp電鍍槽是在高速電解加工工藝的迅速發(fā)展的刺激下發(fā)展起來(lái)的。自1943年前蘇聯(lián)的拉扎林科發(fā)表了利用電容器放電進(jìn)行金屬鉆孔加工的方法以來(lái)，高電流密度的電解加工方法在各***迅速發(fā)展。l958年，美***阿羅加德公司發(fā)表了以普通pp電鍍槽不可想像的高電流密度進(jìn)行陽(yáng)極電解加工的設(shè)備，這種設(shè)備在電解液的流速成為l～lOOm／s的條件下，可以采用高達(dá)10000～100000A／dm2的電流密度下進(jìn)行電解加工。這種驚人的速度當(dāng)然會(huì)引起pp電鍍槽技術(shù)工作者的關(guān)注，結(jié)果是使pp電鍍槽的高速化也成為可能。實(shí)驗(yàn)表明，采用普通的攪拌手段，pp電鍍槽的陰極電流密度的變化值，只有l(wèi)0A／dmz左右。而采用高速攪拌，陰極電流密度的變化可達(dá)l00A／dm2左右?，F(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的高速pp電鍍槽的方法有如下幾種：

 

   ①鍍液在陰極表面高速流動(dòng)的方法。這個(gè)方法可根據(jù)鍍液的流動(dòng)方式又可分為平流法和噴流法兩類。使用平流法的陰極電流密度可達(dá)150～480A／dm2，沉積速度對(duì)于銅、鎳、鋅可達(dá)25～100µm／min，對(duì)于鐵是25／µm／min，對(duì)于金是18µm／min，而對(duì)于鉻是l2µm／min以上。普通鍍鉻使用攪拌會(huì)降低電流效率，但對(duì)于高速鍍鉻，則可以提高陰極電流效率，達(dá)到48％(普通鍍鉻的電流效率只12％)。例如也在鋁圓筒內(nèi)以530A／dm2的電流密度鍍鉻2min，可以得到50µm的鍍層。

 

②陰極在鍍液中高速運(yùn)動(dòng)的方法。根據(jù)運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理，讓陰極(制件)在鍍液中作高速運(yùn)動(dòng)，其效果與鍍液作高速流動(dòng)是***同小異的，但是，由于這時(shí)運(yùn)動(dòng)的頻率相當(dāng)高，已經(jīng)不適合讓陰極做往返的運(yùn)動(dòng)，而是讓陰極高速振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。

 

當(dāng)采用陰極振動(dòng)時(shí)，陰極的振幅并不***，只有幾毫米至數(shù)百毫米。但是頻率則為幾赫至數(shù)百赫。這種陰極振動(dòng)法適合于不易懸掛的小型或異形制件。設(shè)備的制造也比較容易。

 

陰極高速旋轉(zhuǎn)的方法適合于軸狀制件或者成軸對(duì)稱的制件。這種高速旋轉(zhuǎn)的電極上的電流密度也可以達(dá)到上述高速液流法中的水平。

 

③在鍍液內(nèi)對(duì)電極表面進(jìn)行摩擦的方法。這個(gè)方法是在鍍液中添加固體中性顆粒，使之以一定速度隨鍍液沖擊作用于陰極的制件表面。這一方法的***點(diǎn)是既加強(qiáng)了傳質(zhì)過(guò)程，又對(duì)鍍層表面進(jìn)行了整理。添加在鍍液中的這些中性顆粒是不參加電極反應(yīng)的，它們是在強(qiáng)攪拌的作用下(通常是噴流法)對(duì)陰極進(jìn)行沖刷，可以獲得光潔平整的鍍層。鍍覆的速度為鍍銅時(shí)是50µm／min；鍍鎳時(shí)是25µm／min；鍍銅合金時(shí)是25µm／min；鍍鉻時(shí)是6µm／min。

 

運(yùn)用攪拌而出現(xiàn)的另一個(gè)pp電鍍槽新技術(shù)的***域是復(fù)合鍍，也有稱為彌散鍍。這種復(fù)合鍍層是為了解決工業(yè)發(fā)展中對(duì)表面性能的各種新要求而開發(fā)的，包括高耐磨、高耐蝕、高耐熱鍍層等。例如，航天器制件、軍事制品等。

 

在高速運(yùn)動(dòng)的鍍液中，可以使各種固體顆粒朦朧懸浮，如Al203、SiC、TiC、WSz等，還可以在鍍液中分散有機(jī)樹脂、熒光顏料等，這些粒子與金屬共沉積，可以得到具有新的物理化學(xué)性能的表面。