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電鍍添加劑(electroplating additives)是加入到電鍍?nèi)芤褐袑﹀円汉湾儗有再|(zhì)有特殊作用的一類化學(xué)品的總稱。電鍍添加劑包括無機(jī)添加劑(如鍍銅用的鎘鹽)和有機(jī)添加劑(如鍍鎳用的香豆素等)兩大類。早期所用的電鍍添加劑大多數(shù)為無機(jī)鹽類,隨后有機(jī)物才逐漸在電鍍添加劑的行列中取得了主導(dǎo)地位。添加劑在電鍍工業(yè),也有其特殊作用。其效果表現(xiàn)在以下若干方面:
(1)擴(kuò)寬電鍍液的pH、溫度和電流密度的使用范圍
(2)對電鍍中析出的金屬粒子具有良好的分散性,有利于提高鍍件表面的平滑和光亮度。
(3)降低表(界)面張力有利于對鍍件的潤濕。
(4)促進(jìn)在陰極表面產(chǎn)生的氫氣盡快離脫可防止鍍件產(chǎn)生凹痕和針孔。
(5)經(jīng)過表面活性劑清洗的鍍件,其電鍍效果明顯改善。
電鍍添加劑現(xiàn)在已經(jīng)公認(rèn)是現(xiàn)代電鍍技術(shù)中的核心技術(shù)。很多電鍍液沒有電鍍添加劑就根本不能工作,完全鍍不出合格的鍍層。例如像酸性光亮鍍銅、酸性光亮鍍鋅、光亮鍍錫等。如果鍍液中只有主鹽和輔鹽而沒有相應(yīng)的添加劑,鍍出來的通常都是粗糙鍍層甚至沒有鍍層,而當(dāng)加入添加劑后,就可以得到光亮平整的鍍層。因此,電鍍添加劑在電鍍技術(shù)中有舉足輕重的作用。
現(xiàn)在從事電鍍添加劑研發(fā)、生產(chǎn)和銷售已經(jīng)成為一個很有規(guī)模的產(chǎn)業(yè),并且有許多是國際著名的公司參與。 現(xiàn)在,事實(shí)已經(jīng)證明,如果將電鍍配方當(dāng)做電鍍的核心技術(shù)的話,那實(shí)際上說的是電鍍添加劑技術(shù)。因?yàn)楹芏嚯婂円旱幕窘M成已經(jīng)是公知的技術(shù),但是電鍍添加劑的配方則是技術(shù)機(jī)密?,F(xiàn)在,電鍍添加劑的研發(fā)和制造以及銷售已經(jīng)是一個持續(xù)發(fā)展和增長的行業(yè),成為有機(jī)合成、精細(xì)化學(xué)和電化學(xué)等多學(xué)科支持的一個新興行業(yè)。其中一個很重要的分支就是電鍍添加劑中間體的研制和生產(chǎn)。
應(yīng)用廣泛的電鍍工藝有鍍鋅,鍍銅,鍍鎳,鍍鉻,鍍銀,鍍錫,鍍銅鋅合金,(仿金電鍍),銅錫合金,鋅鎳合金,鎳鐵合金等.鍍液有酸性,弱酸,堿性之分.不同類型的電鍍工藝只能加入不同種類的添加劑,因此電鍍添加劑的種類十分復(fù)雜,給電鍍添加劑的分類帶出困難.以下是本人根據(jù)電鍍添加劑的對鍍液和鍍層和作用的不同所作的分類,不一定準(zhǔn)確和全面.(同時,本分類僅包括電鍍液中的添加劑,不包括電鍍的前處理,后處理,也不包括化學(xué)鍍,陽極氧化等其他表面處理工藝.)
電鍍添加劑與輔鹽不同的是,用量比輔鹽少得多,而作用比輔鹽大得多。電鍍添加劑中最大的一族是光亮劑,其他還有走位劑、柔軟劑、抗針孔劑、沙面劑等。電鍍添加劑的奇妙就在于,其用量非常少,每升鍍液中只需加入幾毫升,現(xiàn)在更有只加零點(diǎn)幾毫升的。但是一旦加入,就有明顯的作用。比如,我們用硫酸銅和硫酸配成鍍銅液,如果不加入光亮添加劑,鍍出的鍍層根本就是不能用的粗糙無光的、甚至呈朱紅色銅粉狀的沉積物。但是,只要我們往這種鍍液里每升加入1~2mL光亮劑,再鍍出的鍍層就呈現(xiàn)出光亮細(xì)致的亮紫銅色。很多鍍種,比如鍍鎳、鍍鋅、鍍錫、鍍合金等,都有這種現(xiàn)象。
再比如鍍鎳的脆性問題,如果不加入柔軟劑,鍍出的鍍層會有內(nèi)應(yīng)力而發(fā)脆,有時會因太脆而開裂。但加入柔軟劑后,就可以使內(nèi)應(yīng)力大大減小,甚至出現(xiàn)零應(yīng)力狀態(tài)。而其添加量則是很小的,只能是零點(diǎn)幾至幾毫升。如果加多了,反而會產(chǎn)生另一個方向的應(yīng)力。
那么電鍍添加劑為什么會有如此奇妙的作用呢?這是因?yàn)樗械碾婂兲砑觿┒际窃陔姌O表面的微區(qū)域內(nèi)起作用的。在微觀表面的界面內(nèi),即使是單一的分子膜就已經(jīng)是一種重要的改變。所有這些微少量的添加劑之所以能起大的作用,主要是因?yàn)檫@些添加劑是在陰極區(qū)間的表面雙電層內(nèi)起作用的,有著類似表面活性劑的性質(zhì),只要單分子膜級別的添加劑進(jìn)入雙電層并干預(yù)金屬離子在陰極還原的過程,就會使鍍層的結(jié)晶發(fā)生改變,向著我們期待的結(jié)果變化。電鍍添加劑的作用可以認(rèn)為是以添加物對電結(jié)晶過程進(jìn)行的一種干涉。
曾經(jīng)有許多間接的測量技術(shù)證明了電鍍添加劑的表面活性作用。比如微分電容曲線、極化曲線、旋轉(zhuǎn)電極曲線等?,F(xiàn)在,更有表面直接觀測的微電子技術(shù)可以更加直接地了解各種有機(jī)物對陰極過程的影響。理想的狀態(tài)是要進(jìn)入這樣一種時代,那就是能夠了解和設(shè)計(jì)基團(tuán)或結(jié)構(gòu),讓特定的結(jié)構(gòu)去完成特定的表面干擾作用,以改變以往多少是盲目地摸索的研發(fā)過程。但是,在能夠真正完全按我們的意志合成添加劑以前,電鍍添加劑的研制就多少帶有煉丹術(shù)式的神秘。
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