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1、 超硬材料电镀制品习题集参考答案第一章超硬材料电镀制品概论1、答案见P 2 3之1 6条(须做简化处理)2、答：超硬材料电镀制品的特点：(1)结构形式：具有工作层和基体两层结构特点；具有形状特殊和工作层较薄特点。(2)工作层组织：浓度最高，一般在2 0 0%左右；结合力最强；气孔率最低，可趋近于零；硬度高，明显高于青铜和树脂磨具。(3)产品类型：首先，仅仅少部分是磨具，更大部分是非磨削用途的专用工具。其次，电镀制品当中，有相当部分是用其他工艺方法难以制造的产品。3、答：超硬材料电镀制品具有一切超硬材料制品共有的使用性能。其共性主要表现在比普通磨具加工磨削比高、磨削力小、磨削热也小。同时，由于电
2、镀工作层具有组织致密、磨粒浓度高、固结牢的特点，使得电镀制品使用性能又有一些独到之处。其特性突出表现为加工效率高、磨削比高、保形性好以及加工精度高。4、答(1)制造工艺特点：工艺程序特点：包括基体加工、基体镀前处理和电镀三个主要阶段。工艺参数特点：制造温度低，制造周期短(高厚度多层电镀制品除外)。成型性能特点：保形性好，成型性能优异。(2)工艺装备特点：一般只需要功率不大的整流器和电镀槽等小型设备。因此投资少、占地少、厂房小。为防止电镀废气和废液污染环境，需要有一套专用的处理设备。第二章电化学基本知识1、名词解释：电化学：研究化学变化与电能之间相互关系的学科。金属电沉积：用电化学方法使金属离子
3、从溶液中还原为金属的过程。电镀：在基体表面上形成结合牢固、细致紧密、分布均匀的金属层的电沉积。第一类导体：依靠自由电子导电的导体，也叫电子导体。第二类导体：依靠离子导电的导体，也叫离子导体。电流效率：电极上实际析出或溶解的金属质量m,与根据法拉第定律计算的理论值m之比，通常用表示。公式：7 7 =x 1 0 0%法拉第恒量：法拉第第二定律 上=%公式中的比例系数F。其数值为9 6 5 0 0 C-m o l电沉积速率：电镀时单位时间内所获得的镀层厚度。即V=6/t。2、答：电镀时整个电回路的导电机理：在外电场作用下，自由电子在两电极和外线路中定向移动而导电：阴阳离子在电解质溶液中定向移动而导电
4、；在电极与溶液的界面上有得失电子的电极反应发生而导电。3、答：法拉第第一定律：在电极上电流引起的物质化学变化的量m与通过的电量Q成正比，公式为m=K Q=K I t。法拉第第二定律：物质的电化当量与其摩尔质量M成正比，与其离子价数n成反比。公式为K=M/(n F )4,答：电化学当量：表示电极上通过单位电量所形成产物的量，是各物质特有的常数。公式：单金属：K=M/(n F)二元合金：K.,B=1/(A/K,A+B/KB)三元合金：K.(BC=1/(A/L+B/KB+C/降)5、解：n=m 7 (K i t)X1 0 0%=9 5%.6、解：n=6 Y/(K i(t)=9 7.5 (%).7,解
5、：6 =K ict n/Y =5.8 4 u m.8、解：t=6 Y/(K i(n )=4.5 6 h.9、解：i c=8 Y/(K t n )=1.6 9 A/d m2,U=2 St ti c=6 7.8 A(两面都镀银).1 0、解:t=6 Y/(K i c n )=0.5 0 h.1 1、解：8=(i i t,+i 2 t J K n/y =1 1.1 p t n.1 2、名词解释：溶液的电导：指溶液导电能力大小，为溶液电阻的倒数。溶液的电导率：长1 m、截 面 积 为1 m 2的液柱的电导称为该溶液的电导率。离子迁移数：某种离子迁移的电量与通过溶液的总电量之比，称为该离子的迁移数。1
6、3、填空（1）影响电解液电导率的因素为电解液本性、浓度和温度。（2）电解液导电能力的大小取决于离子浓度、离子电价、离子淌度。3）在离子电荷相同的条件下，K移动速度比其他离子快5 6倍,OF T移动速度比一般离子快2 3倍,所以强酸强碱的电导率通常比其他电解质 大 得 多.1 4、答：在电极表面附近的液层中，传质过程主要以扩散形式或扩散与电迁移的形式进行。原因：在电极表面附近的液层中，稳态下保持着一定的浓度梯度，并以定的速度进行着稳定的扩散过程。在这里，液流速度比溶液深处小得多，对流作用可以忽略不计。此时，传质以扩散和电迁移为主。当溶液中含有大量惰性电解质时，放电离子本身迁移数很小。此时扩散过程
7、起着主要作用，可视为扩散区。1 5、答：电极与溶液界面是电极反应进行的场所，因此界面的状态和性质对于电极反应的动力学性质，以及反应产物的组织和性能，都会产生很大的影响。首先，电极材料的化学性质和表面状况不同，同一电极反应的速度可以很不相同，有时甚至相差1 0K1倍以上。其次，电极与溶液界面上的电场强度对电化学反应的活化能有很大影响，从而对反应速度的影响也达到十个数量级。而界面双电层是界面电场形成的原因，因此应对电极与溶液界面的状况和性质有所了解。1 6、答：（1）双电层的电荷分布：双电层是由电极表面电荷层与溶液中过剩异号离子层所构成。液 相 侧 的 层 通 常 乂 包 含 紧 密 层（厚度约1
8、0%）和 分 散 层（厚 度 约1 0s 1 0%）两部分。在稀溶液和表面电荷密度很小时，分散层厚度较大：在浓溶液中和表面电荷密度较大时，分散层厚度较小，可以忽略。（2）双电层的电位分布：与双电层的电荷分布相对应，双电层的电位p也分为两部分：分散层电位p和紧密层电位p-p。这两部分是串联关系，（pa=（p.-p i）+p i ,当 p 和 C o都 很 小 时,沟 1；当 1 2 0 m v。它表示电流密度与交换电流成半对数关系。9、答：浓差极化方程式为它适用于产物不溶解的电极过程，相对应的极化曲线如图3-1 2 和图3-1 3 所示(见P 4 5)。这种极化曲线的特点是只与 l g(l-i
9、c/i d)之间存在线性关系，斜 率 为 2.3 O3 R T/(n F)；而 在 记与中图中出现极限电流 密 度 i d。1 0、答：并存时的极化方程式为极化曲线大致可分为三段：(1)、(2)、(3)(见P46 47。不必画图)。1 1、答案见表3-2 (P48)第 四 章 习 题1、填空(1)金属电沉积是通过电解方法从溶液中获取金属沉积物的过程。(2)电镀的目的是制造特定成分与性能的金属覆盖层。(3)按照主要离子的存在形式，电镀溶液可分为简单盐电镀液和配合物电镀液两类。2、答：(1)按结构镀层可分为两大类：一类是简单镀层，另类是复合镀层。(2)按使用目的镀层也可分为两类：一类是防护性或防护
10、装饰性镀层，另一类是功能镀层。3、答案见P53 54(I)(6)(应适当简化)。4、答案见 P54 第 1 7-2 4 If o5、答：金属配离子在阴极还原时的主要放电形态是表面配合物。原因：电化学反应级数的测定表明，直接在电极 I：放电的总是配位数较主要存在形态低的配离子。这是因为配位数较低的配离子具有适中的浓度和反应能力，因而反应速度较大。另 方面，配位数较低的配离子负电荷较少，受到的排斥力较小，因此配位数较低的配离子成为主要的直接放电粒子。同时，这些配离子是主要存在形态的配离子在还原过程中经过配体改组转化而来的，只存在于电极表面上，可称为表面配合物。6、答：经历的主要步骤如下：(1)配离
11、子向电极迁移。(2)主要存在形态的配离子发生转化，在电极表面上形成表面配合物。(3)表面配合物直接在电极上放电。(4)脱去配体，进入金属晶格。7、答：电结晶过程的过电位包含口电和n 小i较低时，由电子转移步骤控制或与表面扩散联合控制；i 较高时，电子转移为控制步骤。8、答：(1)理想晶面的生长过程：到达电极上的离子先在平面位置上放电，成为吸附原子，然后扩散到生长点，编入晶格。每层晶面的长大是由生长点沿生长线排排完成的。每层晶面长满后，生长点和生长线都消失了。新的一层晶面开始生长时，必须在已长满的层完整晶面上形成二维晶核，以作为新晶面生长的起点。理想晶体就是这样按顺序层层地长大的。(2)实际晶面
12、生长过程：绝大多数实际晶体在生长过程中并不需要形成二维晶核。由于实际晶体中总是包含大量的位错，如果晶面绕着位错线螺旋式生长，生长线就永远不会消失。沿着位错线生长是实际晶体的主要生长方式，这是因为该方式消耗能量少，不需要高的过电位而容易进行。9、答：对于二维和三维晶核，成核几率W与活化过电位之间的关系分别为W=B e xp(-,)W=B e xp(-1,由以上二式可见，过电位越大，晶粒形成速率W就越大。而且过电位对三维晶核的影响比对二维晶核更显著。此外，W与浓差极化无关。1 0、答：可分为三个阶段：初期：基体材料的本质及表面状态对结晶生长起着主要作用。在晶格良好而且洁净的基体表面上，结晶层有按基
13、体晶格结构外延生长并维持原有结晶取向的趋势。中期：经过开始阶段的外延之后，镀层生长逐渐转入自身的结构模式。结晶的取向只能延伸到一定程度，然后会形成无定向的多晶沉积层。后期：镀层长到一定厚度后，会形成许多小晶面，并有可能产生结晶的择优取向而形成织构。外表面随着镀层厚度的增加而变得粗糙。结晶形态与过电位的关系：随着n从小到大，结晶逐渐变得细致紧密。晶面形态依下列次序转变：屋脊状一 层状-块状一细致的多晶状。实际,活化过电位是决定结晶形态的第要素。1 1、答：合金电沉积的必要条件是，其组分离子的放电电位必须相等。根据方程式*=+翳In 合+7 影响合金电沉积的因素主要有：(I)标准电极电位(p ：选
14、 择 两 种 相 近 的 金 属有利于合金共沉积。(2)活度的影响：增 大a。或减 小*有利于提高某组分的p,从而利于共沉积。(3)阴极极化的影响：采用配合物溶液或添加剂或选择合适的电流密度，都可提高过电位T ,从而提高 p以利于共沉积。1 2、答：(1)析氢的影响：析氢会降低镀层的质量，降低电流效率，还会造成环境污染。析氢对镀层质量影响是相当严重的。氢气泡附着在表面上会使镀层产生麻点和针孔。析氢使近阴 极 区p H值升高，可能产生不溶性氢氧化物，夹杂在镀层中使质量下降。氢还会渗入金属中而产生有害作用。(2)减少析氢可采取的措施：采用氢过电位较高的材料作阴极；阴极表面要平整光滑；电流密度要适当
15、；配位剂的种类和用量要适当；采用表面活性剂；提高溶液中电解质的总浓度；酸度以中性为宜；温度不宜过高，搅拌要适度。1 3、答：根据图4-9所示的阳极极化曲线，金属的阳极过程在不同的电位范围内有着不同的特点。AB段为阳极的电化学极化曲线，符合塔费尔公式，表示阳极正常溶解；B点为临界钝化点，CD段为钝化稳定区，D E段为另阳极反应。1 4、答：为保证阳极正常溶解，必须使其在iA iP的范围内工作。为防止钝化，可以采用一些措施，如加入活化剂和配位剂、加热、搅拌、防止引入氧化剂和表面活性剂、增加酸性等。第 五 章 习 题1、答：电极与溶液界面的吸附和电极电位有很大关系。如果知道了有机表面活性剂在电极t发
16、生吸附的大致电位范围，以及不同电位下吸附粒子的大致排列情况，就可以估计各类电镀添加剂应用的可能性。有机的正离子容易吸附在表面荷负电的电极上，有机的负离子容易吸附在表面荷正电的电极上，中性有机分子则容易在零电荷电位附近发生吸附。有机表面活性物质在电极上吸附，有一定的电位范围，超过这一范围，表面活性物质脱附，对电极反应就不起作用。2、答：有机表面活性剂的吸附对金属离子的放电过程起阻化作用。在相同电位下，有吸附的电极电流密度小，电极反应速度慢。如果在相同电流密度下，则有吸附的电极极化大。3、答：阻化效应主要有四：弧 效 应：衣面活性剂在界面上吸附会改变双电层的电位分布从而影响电极反应速度。穿透效应：
17、表面活性剂吸附后成为一层阻碍金属离子到达电极表面障碍物的效应。动力效应：吸附层阻化表面层中的化学转化步骤的效应。封闭效应：吸附层覆盖部分不发生电化学反应因而受到封闭的效应。4、答：原因有二：(1)添加剂首先影响电化学步骤。添加剂的吸附增大了电化学极化，不断产生出新的晶核和细小晶粒。(2)添加剂还能影响结晶步骤。一方面，吸附降低了微晶的形成功而利于形成新晶核：另一方面，添加剂吸附在活性生长位置上而减慢了这些晶面的生长，结果使各个晶面的生长速度趋于一致，从而形成维度均匀、结构致密的晶体。5、答：整平和增光作用机理：方面，电解液中添加剂优先在微观凸峰处吸附使金属离子在该处还原困难，而微凹处添加剂吸附
18、较少使金属离子较易电沉积。另一方面，添加剂在凸出部位吸附后能使该处析氢加剧而降低电流效率，从而起到整平和增光作用。第 六 章 习 题1、解释词语：分散能力：指电解液在一定电解条件下促使电流和金属在阴极上均匀分布的能力。也叫均镀能力。覆盖能力：是指电镀液使镀件深凹部位或内孔处镀上金属的能力。也叫深镀能力。初级电流分布：只考虑几何因素的影响而不考虑电化学因素的电流分布实际电流分布：既考虑几何因素又考虑电化学因素影响的电流分布。2、答：改善电流分布的途径：减小A L,如采用象形阳极和辅助阴极；减小p(增大K),即增加溶液的导电性；增大极化率A(p/A i,如采用配位剂和添加剂；增大 即 增 大 阴
19、阳 极 间 距，一般保持在2030cm。3、答：影响镀层分布因素主要有儿何因素、电化学因素和基体金属等因素。改善途径如下：(1)几何因素：使阴阳电极的形状和尺寸相匹配，使阴阳极的距离尽可能大、远近阴极尽可能接近，合理设计电镀槽中电极在水平方向和垂直方向的位置和排列方式，合理设计电镀槽的几何形状，尽可能消除边缘效应和尖端效应的影响。(2)电化学因素：加入导电盐以提高电导率，加入添加剂或配位剂以提高阴极极化和极化率。(3)基体金属因素：选择氢过电位较高以及金属析出电位较低的金属材料作基体，以阻止析氢、促进金属沉积；使金属表面光滑以阻止析氢，使表面洁净以利于金属沉积。此外，为获得连续的镀层、防止出现
20、漏镀，必要时使用冲击电流。4、答：测定分散能力的方法：远近阴极法、弯曲阴极法和赫尔槽实验法。5、答：用赫尔槽测定分散能力的方法：在一定 电 流 密 度 下(一 般 0.53A/dm2),当 用 250ml溶液进行试验时，般电流I=2A。电镀,定时间(520m in).然后在试片中间距底线25cm处把试片划分成8 个 10 x10的方格。用测厚仪测出每个方格中心部位的镀层厚度,以加、82.58表示。测定结果可用计算法和图示法两种方法处理。计算法公式：T=65/3|X100%(T=0100%)图示法：以方格号为横坐标，以厚度为纵坐标，描点画曲线。6、答：赫尔槽试验在电镀生产中的用途：(1)研究镀液
21、的各种成分，特别是添加剂的影响，以利于选择和控制添加剂。(2)选择适当的工艺条件。(3)确定镀液各组分的适当含量。(4)解决用化学方法难以进行的微量杂质和添加剂的分析问题。(5)帮助分析溶液发生故障的原因。(6)测定镀液的分散能力。7、答：测定覆盖能力常用的方法有直角阴极法和内孔法。第 七 章 习 题1、答：(1)适用于电镀制品的超硬材料应具备的特殊性能：晶形和强度：晶形应规则完整，起码是等积形块状结构；强度应是M B D以上的中强度和高强度的品种。粒度组成：要求比较严格，希望增大基本粒的百分比，减少粗粒和细粒，尤其尽可能减少最粗粒和最细粒。表面状态：最好表面粗糙化，镀前必须经过表面净化和亲水
22、化处理。磁性杂质：必须使用弱磁性磨料，减少磁性杂质对电镀制品的影响(2)电镀前超硬材料须进行处理的原因：一是要表面净化以除去杂质，二是要除去表面上单分子吸附层，以便颗粒能亲水并沉积到基体上。二者都是为了增强镀层与磨料间结合力。2、答：超硬材料电镀制品基体的材质选择：(1)机械性能：要满足硬度、强度、刚性等机械性能的要求，同时要有较好的可加工性。(2)电化学性质：应具有较高的氢过电位，使氢不易在基体上析出。一般选择低碳钢、低合金钢和调制钢，有时也使用含碳量较高的碳素工具钢如T9-TI2,滚珠轴承钢。3,答：电镀基体的机械加工成型应满足要求：在能够满足使用要求前提下，电镀基体的几何形状要尽量避免陡
23、峭的凸凹，而应做成圆弧过渡；同时，对于粗糙的表面应当进行机械整平处理。4、答：电镀用的银阳极应具备的性能：(1)纯度高，溶解时不产生有害于镀液的杂质；(2)溶解均匀，尽量少产生阳极泥渣：(3)具有良好的导电性，允许较高的电流密度；(5)具有足够的阳极电流效率。5、答：银阳极可采用的形状：平板状、椭圆状、球状和块状。6、答：电镀银钻合金时，阳极可以采用的类型和优缺点：(I)可溶性合金阳极：能以一定速度按比例溶解。但若合金中存在两相，则会出现选择性溶解，在电镀过程中电解液发生缺钻现象。(2)可溶性单金属联合阳极：电镀时电解液中钻含量稳定波动小，但操作复杂难度大。(3)可溶性单金属阳极：制作成本低，
24、易操作。但电镀时钻含量不稳定，须定期加入。(4)可溶性与不溶性联合阳极：可调节银阳极的电流密度，避免阳极钝化。目前国内普遍采用可溶性单金属阳极电镀银钻合金。原因：镀层合金中的主要成分由金属阳极提供，含量较少的那种金属离子则是靠添加可溶性金属盐来补充，其成本低易操作。7、答：采用阳极袋和阴极框的原因：镀银和银钻合金的生产中，不允许镀液中存在不溶性固体微粒，否则它们附着在镀层表面会生成银瘤并进而形成毛刺。不溶性微粒的来源，除灰尘下落、镀件抛光油灰带入等外部因素外，阳极产生泥渣是主要原因。为防止泥渣引起镀层结瘤和产生毛刺，必须采用阳极袋或阴极框，来阻止阳极泥进入镀液和吸附到阴极表面上去。8、答：初级
25、光亮剂主要有糖精、2,7蔡二磺酸钠等。作用：主要是使镀层结晶变细，并 有定光泽：它与次级光亮剂配合使用，可获得全光亮镀层；它能使镀层产生压应力，抵消次级光亮剂产生的拉应力，减少内应力，增大其延展性。此外，还能增大阴极极化。9、答：次级光亮剂主要有甲醛、1,4丁焕二醇、香豆素等。作用：单独使用时可使镀层产生很大的拉应力而发脆，能显著增大阴极极化；在初级光亮剂的配合下产生全光亮镀层，可使获得光亮镀层的电流密度范围明显扩大，并且整平快出光快，内应力小，脆性小。第 八 章 习 题1、答:金属基体与镀层之间的结合形式主要有：机械结合、金属键结合与范德华力的结合。2、答：未经镀前处理的金属基体其表层组织由
26、外到里通常的构成：气体吸附层、氧化膜、非结晶层和加工变质层。3、答：镀前处理总的目的：使表面平整，除去表面污物和表层不良组织，暴露出基体金属内部的正常结构，以便于溶液中的金属离子在洁净的处于活化状态的金属晶体表面上实现电沉积，从而获得镀层与基体之间的良好结合。4、答：基体镀前处理工艺方法通常可划分为四类：机械处理、化学处理、电化学处理和超声波处理。5、答：编制镀前处理工艺的原则：（1）若基体油污和锈蚀较严重，则必须先粗荒 去 油（有机溶剂或化学去油），然后强浸蚀。（2）每次除油后都要充分洗涤，即先经热水洗然后在流动冷水中洗净。（3）强浸蚀后至少应由两槽冷水逆流漂洗，但不允许热水洗。（4）当基体
27、粘附油污或抛光膏多时、最好先用有机溶剂去油，经干燥后进行化学去油或电化学去油。（5）最好要有一道电化学去油工序。接着洗涤干净，马上进行弱浸蚀。（6）弱浸蚀后应马上进行电镀。否则应存放在稀碳酸钠溶液中，临镀前经过清洗重新进行弱浸蚀。6、名词解释：磨光：借助于粘有磨料的特制的磨光轮以磨削方式除去表面缺陷层和降低表面粗糙度的过程。抛光：靠高速旋转的抛光轮在抛光力作用卜与基体表面摩擦所产生的高温使金属表层产生塑性变形，变成平滑表面的过程。滚光：借助滚桶中磨料或滚球对零件的摩擦和轻微碰撞以及滚光液的化学作用，消除小零件表面上的毛刺和粗糙不平使表面平整光泽的过程。刷光：用金属丝轮或金属丝刷子在刷光机上或用
28、手工刷光的种表面清理加工过程。7、答：植物油和动物油属于皂化油，矿物油属于非皂化油。皂化油可通过皂化反应或乳化反应除去，非皂化油可通过乳化反应除去。8、答：因为有机溶剂去油很不彻底，而化学去油或电化学去油比较彻底。9、答：化学除油碱液的主要成分及其作用：（1）氢氧化钠：强碱，具有很强的皂化能力，使油脂皂化而除去；同时具有定的乳化能力。（2）碳酸钠：有一定碱性。对p H值有一定缓冲作用，有利于维持溶液的碱性。（3）磷酸钠：具有类似碳酸钠维持碱性的作用。此外，磷酸根还具有一定的乳化能力和良好的润湿性。（4）乳 化 剂（O P乳化剂）：较强的乳化作用。10、答：电化学除油效率高效果好的原因：整个电解
29、去油过程存在三种除油作用：（1）碱液皂化和乳化作用；（2）电极极化作用（增强乳化作用）；（3）析 出 气 体 作 用（强烈的乳化作用）。由于上述后两点作用的存在，使得电化学除油比化学除汕速度高好儿倍，而且除油更彻底。11、更改：阴极除油和阳极除油各有什么优缺点?各适用于什么情况？答：（一）阴极除油：（1）优点：除油速度快而且不腐蚀基体。（2）缺点：容易渗氢使基体产生氢脆以及使电镀层鼓泡，同时碱液中的某些杂质可能在阴极上析出而造成挂灰。阴极除油适用于有色金属的除油。（二）阳极除油：（1）优点：不会产生渗氢现象，也不会有杂质金属析出而挂灰，并且还能除去零件表面上的浸蚀残渣。（2）缺点：乳化能力较差
30、，除油速度较慢，而且易使基体腐蚀。阳极除油适于高强度受力工件和弹性零件。12、解释：强浸蚀：是连接在初步除油之后的一个镀前处理步骤，其目的主要是除锈（包括氧化皮），同时还可以除去表层不良组织，露出正常的金相组织。弱浸蚀：又叫活化处理，是基体在电镀前的最后一道预处理工序，其目的是在临电镀前除去基体表面1:极薄的一层氧化膜，暴露出基体的金相组织，以便待镀金属离子的沉积，实现镀层与基体之间的牢固结合。电化学浸蚀：通入电流的浸蚀。缓蚀剂：是一种表面活性剂，其作用是减缓强浸蚀过程中基体金属的溶解，防止过浸蚀，保证基体尺寸，同时减少渗氢，防止基体氢脆。13、更改：电化学阳极浸蚀和阴极浸蚀各有什么特点？分别
31、适用于什么工件？答：共性：电化学浸蚀速度快，酸液消耗少，可以浸蚀合金钢。缺点是电解液分散能力低，因此对形状复杂零件浸蚀效果差些。(1)阴极浸蚀特点：浸蚀时间长，不腐蚀基体，但容易渗氢使基体产生氢脆。阴极浸蚀适用于有色金属。(2)阳极浸蚀特点：浸蚀速度快，不会产生渗氢现象，但易使基体过浸蚀。阳极浸蚀适用于钢铁等黑色金属。14、答：超硬材料电镀制品的基体经常采用阳极电化学浸蚀的原因：电化学强浸蚀可以强化化学浸蚀的过程，它适用于黑色金属强浸蚀。不锈钢、耐热钢等各种合金钢的化学浸蚀难以掌握，大多用电化学浸蚀法。超硬材料电镀制品的基体般为黑色金属，若用阴极浸蚀可能引起氢脆。所以常用阳极浸蚀。15、答：弱
32、浸蚀又称为活化处理的原因：它与强浸蚀作用不同。弱浸蚀的口的是在临电镀前除去基体表面上极薄的一层氧化膜，暴露出基体的金相组织，以便使待镀金属的离子直接在上面沉积，从而实现镀层与基体之间的牢固结合。实质上弱浸蚀是金属表面活化的过程，所以弱浸蚀处理又叫活化处理。16、答：不镀部位的绝缘处理通常采用的方法:包扎法、涂覆法、浸渍法和夹装法。17、解：所用抛光轮的直径为D=24 X 60/2900/3.14=0.158(m)18、解：需加滚光液体积为V=0.096 X 1000 X 70%-150X0.4/1000=67.1 (L)19、解：需 98%硫酸的体积为V=1000X 200/98%/l.839
33、=l.llX105(mL)需十二烷基硫酸钠的量=1000X0.5=500(g)需平平加的量=1000X25=2.5X10(g)需硫胭的量=1000X 1.5=1.5X 103(g)20、解：需加硫酸、盐酸、硝酸体积分别为V|=400 X 600/98%/1.84=1.33 X 105(mL)V,=400X 5/30%/l.149=5.80X 10s(mL)V月400X400/1.513=1.06X10s(mL)第 九 章 习 题1、解糅：复合镀层：由固体微粒均匀分散在金属中形成的镀层，也叫分散镀层或弥散镀层。复合电镀:使固体微粒分散在镀层中的电镀方法，也叫弥散电镀。超硬材料复合镀层：以超硬材料
34、为分散微粒与金属形成的复合镀层。超硬材料复合电镀:制取超硬材料复合镀层的电镀方法。2、答：复合镀层的一般构成：底镀层、上砂镀层、加厚镀层、光亮镀层和分散微粒。3、解释：C E C D 法：即悬浮共沉积法，该上砂法是将阴极平行于阳极垂直悬挂，并在整个电镀过程中连续搅拌溶液。只适于微粉及细颗粒。S C D 法：即沉降共沉积法，该上砂方法是将阴极水平放置，阳极安置在阴极上方，按定周期间歇搅拌溶液。适合于较粗颗粒。也叫落砂法。4、答：主要原因：复合镀层中磨料与金属的结合方式，主要是靠机械包镶作用，与粉末成型方法制造的制品相比，电沉积金属对磨料的这种包镶作用要紧密和严实得多。此外，电沉积层与磨料之间接触
35、的紧密程度可以达到彼此间距小于5 n m,它们之间还存在着范德华力的吸引作用。同时，经过化学处理和镀液浸泡的金刚石颗粒表面处于活化状态，与周围电沉积出来的金属原子之间有可能出现某种化学键作用。5、答：般 选用银或银钻合金镀层。镀雷电流效率太低，极易渗氢，成本过高，无法镀厚层，镀层硬度太高与磨料接合不牢。银钻合金镀层结晶细致紧密，比纯银镀层光亮，色泽美观，硬度高，耐磨性和耐蚀性都高于纯银镀层，而且与基体金属结合牢固。6、解释：空镀：也叫预镀，是基体经表面处理后放进镀槽中首次电镀而在基体表面上电沉积出薄薄一层金属镀层的电镀工序。其目的是使镀层与基体充分接触，以增强结合力。上砂镀：即上砂，它是连在空
36、镀步骤之后的一个电镀工序，其目的是通过金属的电沉积，将紧靠基体表面的一层砂子初步固结在底镀层上。加厚镀：简称加厚，是在已经上好砂的镀件除去外围浮砂之后而进行大电流电镀，从而将镀层加厚的一个电镀工序，其目的是充分固结磨粒。光亮镀：是复合电镀的最后一个步骤，它是制品整体的最后精饰步骤，将制品的工作层和非工作部分的表面都同时镀上薄层光亮镀层，作防护装饰之用。7、答：所谓带电入槽，就是将活化后的基体接电镀电源的负极，镀槽中的镇阳极接电源正极，在接通电源的情况下，将阴极迅速入槽中开始电镀。带电入槽可避免出现双性电极现象，这一现象会导致镀件上靠近阴极一侧的表面上在通电前发生阳极反应而生成氧化膜。所谓冲击电
37、流，就是电镀开始时短时间内的大电流，其电流密度一般比工艺规定的正常值大一倍左右。冲击之后逐渐恢复到规定的电流密度进行预镀。对于用高碳钢、合金钢等氢过电位小的材料制成的基体，以及形状复杂有凹腔和表面粗糙的基体，在预镀开始时需要使用冲击电流。因为上述基体易析氢，而金属难以析出，尤其在凹处，电流密度小时更难析出。使用冲击电流可提高覆盖能力。8、答：（一）落砂法特点：（1）上砂时磨料在镀液中呈分散悬浮状态，靠重力逐步沉降在基体表面上，随金属的电沉积而获初步的固结。（2）砂层薄，电解液流通性好，允许使用的电流密度较大。（3）一次只能完成一个面上砂，对于多个面的基体需转换角度上砂。（4）多用于细粒度磨粒上
38、砂。落砂法比较适用于多种形状的制品。（二）埋砂法特点：（1）将砂子埋在基体周围而上砂。（2）砂层厚，严重妨碍电解液中的传质和导电过程，只能允许较小的电流密度。（3）上砂时间长，但一次可完成不同方向多个表面的上砂。（4）多用于粗粒磨粒上砂。埋砂法适于小规格和圆柱形及各种复杂型面的制品。9、答：上砂时镀件上覆盖的砂层厚，电解液传质和导电性不好，不能允许较大的电流密度，否则极易引起氢氧化物沉淀的夹杂而造成废品。因此上砂电流密度比空镀和加厚镀时低得多。10、答：镀银电解液类型及特点；（1）普通镀银：瓦特镀液特点：是一种基础镀液，优点是操作简单，镀液易维护，价格低廉，镀层脆性及内应力小，沉积速度比光亮银
39、快。硫 酸 盐（高）氯化物型镀液特点：电导率高，分散能力好，ik 允许较大，沉积速率快，适合于厚镀，镀层内应力大，脆性大，腐蚀严重，成本比瓦特镀液高。氟硼酸盐镀液特点：易于控制，具有高的电导率、沉积速率和均镀能力，可用了电镀厚镀层和电铸，pH 值缓冲性好，但易腐蚀，氨基磺酸盐镀液特点：价格高，适用于需要内应力小和高速电镀的场合。（2）光亮镀银液特点：镀层光亮平整，内应力和硬度比暗银高，脆性大。11、答：普通镀银溶液中各成分作用：主 盐（硫酸镁和氯化银）：向阴极提供Ni?+。阳极活化剂（氯化银或氯化钠）：电离出c r而促进阳极溶解，同时提高导电性和分散能力。导 电 盐（硫酸钠和硫酸镁）：提高电导
40、率。此外硫酸镁还能使镀层色泽更白且柔软。缓 冲 剂（硼酸）：缓冲使pH 值稳定。润 湿 剂（十二烷基硫酸钠）：润湿电极，防止或减少针孔和麻点，促使硼酸部分转化成四硼酸从而增强缓冲性。12、答：银盐影响：浓度低时，阴极极化大，分散能力好，结晶细致，但电流密度允许小，沉积慢，阴极效率低；浓度高时，电流密度允许大，沉积快，但阴极极化小，分散能力差。饱盐影响：浓度低则合金镀层含钻少，质地软；浓度高则镀层含钻量高，硬度高，脆性增大。当合金中含钻量为30%时性能最佳。镀层中钻含量大于镀液中钻含量原因：银和钻的中值接近，但钻比镣的阴极极化作用小些。因此往往钻的实际电位比锲要正一些，结果是钻比银更容易析出。1
41、3、答：电镀银钻合金的电极反应：阳极：Ni-2e=Ni2+（主）2H2O-4e=O2T+4H*（副）Co-2e=Co2+4Ni+3O2=Ni2O3阴极：Ni2+2e=Ni（主）2H+2e=H2T（副）Co+2e=Co14、答：润湿剂的配制方法：十二烷基硫酸钠先用少量蒸懦水降其调成糊状，再 加 100倍以上的沸水溶解。最好煮沸一段时间，澄清后趁热在搅拌下加入镀液中。光亮剂：糖精和丁快二醇：可分别用温热的蒸储水溶解，配成浓度为20%30%的溶液，然后趁热加入镀液中。香豆素：一 份 香 豆 素 用 10倍质量的酒精溶解，接着用相当于泗精质量10倍的热蒸储水(8 0匕 以I.)稀释，然后立即在搅拌下加
42、入镀液中。甲醛：经过滤的甲醛溶液，用1 0倍的水稀释，在搅拌下加入镀液。1 5、答：镀银液中常见有害杂质及其允许含量：铁：较 低pH值时含量W 0.0 5 g/L；较 高pH值时含量W 0.0 3。铜：含量W 0.0 1 g/L,锌：含量W 0.0 2 0.l g/L。铅：含量於0.01 g/L 硝酸根：含量 0.2 g/L。有机杂质：含量W O 01 g/L o防止有害杂质方法：化学试剂要保证纯度；阳极纯度要符合要求(学9 9.8%),并且要使用阳极袋和阴极框；防止基体、挂具、镀件把有害杂质引入镀槽；防止污物和灰尘进入镀槽；对于用空气搅拌措施的溶液，最好进行连续过滤。16、答：除去镀银液中有
43、害杂质的方法：(1)无机杂质：铁：低 含 量 时 用 低i k电 解 法 除 去(以0.1 0.2A/d m 2电流定期电解处理)；高含量时用化学法除去(加入30%的双氧水，加热到6 0 7 0氧化并搅拌1 2小时，再以N i C C h或B a C O j调pH=6使生成氢氧化铁沉淀而除去)。铜：采用低ic电解法除去。将p H值调到3,用镀银的瓦楞形铁板作阴极，搅 拌 下 以0.05-0.1A/d m)电流进行电解。锌：以0.2 0.4 A/d m2电流电解处理。铅：以低i c电解法除去。硝酸根：电解法除去。方法:调p H值 为1 2,增大阳极面积，在1 A/d n f时电解，然后逐步降至
44、0.2 A/d m z,可使 NCV-NHJ(2)有机杂质：活性炭一双氧水联合处理：将3 5 g/L活 性 炭 粉 缓 慢 加 入 镀 液，加热到6 0 8 0,搅 拌0.5 1小时后过滤。高铳酸钾处理：用稀硫酸调pH =3,加热 到6 0 8 0,加入高 铳 酸 钾(0.3 1.5 g/L),强烈搅拌后，静 置 昼夜。多余高钵酸钾可用双氧水除去。低i电解。17、答：工艺参数对镀银过程及镀层性质影响：(l)p H值：影响很大。在允许范围内，较低pH值有以下优点：可获得较宽的“范围：可相应增加主盐含量和提高温度，从而采用较高的i c;阳极溶解性好;镀层针孔少。但是，当pH值过低时，阴极电流效率低
45、，光亮镀的温度范围窄，镀液不稳定。在允许范围内，随p H值升高，镀层内应力增大，硬度提高，延伸率下降，同时电流效率较高一些，但分散能力较差。当PH值过高时，阴极附近产生氢氧化物，造成镀层发脆、粗糙、针孔多、与基体结合不牢，甚至起泡、脱皮。(2)温度：对镀层内应力有较大影响。温度由1 0 升 到3 5 C,镀层内应力显著降低。此外，提高温度，可以使用较高的。升高温度不利影响：盐类水解及生成氢氧化物的倾向增大，使镀层容易出现针孔。镀液的分散能力会有些降低。(3)i c：过高将会使镀层内应力很大，很脆，结合不牢，出现针孔，甚至尖角烧焦，形成海绵状沉积物。i c对电流效率也有影响。当p H值低时，在低
46、电流区，n随i c增大而增大。此外，i c还影响磨粒分布和埋入率。同一工件，i c大的部位，上砂稠密，埋入率高。(4)搅拌：一 般，搅拌可减小浓差极化，从而提高i c ,减少镀层针孔，防止镀层粗糙发脆。1 8、答：加 个换算系数原因：镀层不仅是电沉积金属，还包含非电沉积的磨料颗粒。确定系数方法：若磨料所占镀层体积比为X,则金属体积 比 为l-x,以(1-x)6代 替3,可得到公式为(1-x )8 =K i c t 0 /Y o1 9、解：S=1 5 X (0.0 2 52 X 3.1 4+0.0 5 X 3.1 4 X0.1)=0.2 6 5 d m22 0、解：粒 度 为1 4 0/1 7
47、0的颗粒尺寸为1 0 6-9 0u m,则埋入粒径 6=0.7 X (1 0 6+9 0)/2=6 8.6 p m.由 6=2 K i c t n/Y ,得t=S=6 8.6 x 8.9 =2Kicrj 2 x 1.0 9 5 x 1 x 9 52 1、略2 2、解：平均粒径 d =(1 8 0+2 1 2)/2=1 9 6 u m o8y 1 9 6 x 0.8 x 8.9 ,、t=-=-=6.7 0(。)2Kic?j 2 x 1.0 9 5 x 1 x 9 52 3 解：S=2 S 环+S 第=2 X 2 0 0 7 4-(2 0 0-1 0 X 2)7 4 X 3.1 4+2 0 0X
48、3.1 4 X 2=1 3 1 8 8 m m2=1.3 2 d m224、解：由 v=2KiF/Y 得vl=2Kicl n/=2 X 1.096 X 0.4 X95/8.90=9.36(um/h).V2=2Kic2 n/=2 X 1.096 X 0.6 X95/8.90=14.04(um/h).v=2KiZ n/Y=2 X 1.096 X 1.2 X95/8.90=28.08(um/h).v 2=2Kic2 n/=2 X 1.096 X 1.6 X95/8.90=37.44(um/h).25、答：发展瓦特型以外的其它类型的电解液，如氨基磺酸盐电解液、氟硼酸盐电解液、电镀银磷合金电解液；在电镀
49、过程中采取高速循环连续过滤电解液的措施，如应用超声波技术、采用脉冲电镀等。26、答：超声波之所以能大大加速沉积过程，主要是它能够大大提高阴极附近扩散层放电金属离子的浓度。超声波振动和空化现象可以视为异常强烈的搅拌作用。普通搅拌只能在一定程度上减小阴极附近扩散层的厚度，但不能消除；而超声波的搅拌作用可达到阴极表面，使表面犷散层不复存在，因而可大大提高电极表面液层中的放电金属离子，大大加速电镀过程。从电化学观点看，超声波加速电镀机理，实质上是一种异常强烈的去极化作用，大大减小浓差极化。第 十 章 习 题1、答：电镀什锦铿时，为防止电力线的尖端效应可能导致性刀尖端镀层过厚甚至“烧焦”，加厚时应采用防
50、护阴极；或者在加厚结束前约一个半小 时 将 铿 刀 尖 端 往 上 提 起，使 之 露 出 液 面7-10m m,并相应调整电流,继续加厚。2、答：将锤坯放在专用的上砂夹具上,用小勺或吸管将金刚石一份一份地从槽外移来，均匀地撒在锂坯上，电镀上砂。为防止尖端效应导致上砂不均匀，可在尖端采取绝缘屏蔽措施。然后将铿刀朝下的部位换为朝上，再一次撒金刚石进行上 砂。上 砂 电 流 密 度 不 能 高，通 常 采 用0.25-0.5A/dm2。过高,则被镀面上会形成绿色的碱式银盐，从而造成废品。3、答案见P155。4、答：磨头芯杆直径与磨粒粒度的对应关系：不同直径的磨头需要与不同粒度的磨料相配合。般原则是