電沉積電鍍工藝研究方法與應(yīng)用

李大雙

摘 要：電沉積技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用相對(duì)較為廣泛，本文主要通過電沉積技術(shù)的基礎(chǔ)概念和電沉積技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行分析，并總結(jié)出電沉積技術(shù)的主要影響和其所應(yīng)用到的設(shè)備，本文主要針對(duì)兩個(gè)不同的應(yīng)用進(jìn)行分析，分別為電沉積防護(hù)性鍍層和制備電性材料鍍層，從而為本文的主題思想奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電沉積;發(fā)展;應(yīng)用

0 引言

所謂金屬電沉積就是通過電化學(xué)原理，在直流電場(chǎng)或脈沖電場(chǎng)的影響下，在一定的金屬電沉積是指解決方案的過程中，金屬離子沉積在陰極表面的陽(yáng)極和陰極在某些電解質(zhì)溶液（電鍍解決方案）直流或脈沖電場(chǎng)的作用下基于電化學(xué)原理的電場(chǎng)，電沉積是金屬電解冶煉、電解精煉、電鍍和電鑄的基礎(chǔ)。綜述了電沉積技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

1 電沉積技術(shù)的發(fā)展

從第一個(gè)電沉積金屬在19世紀(jì)早期到現(xiàn)在200年，電沉積技術(shù)開發(fā)了從傳統(tǒng)的單一金屬的電沉積電流電鍍單金屬、合金、金屬氧化物薄膜和納米復(fù)合材料層。目前，電解質(zhì)的解決方案用于電沉積可分為四類：水溶液、有機(jī)溶劑、熔鹽和離子液體（也稱為低溫熔鹽）。金屬電沉積的難度和形態(tài)學(xué)的沉積物的性質(zhì)不僅取決于沉積金屬，還取決于電鍍液的組成、pH值、溫度、電流密度、電源、電解池大小和添加劑等外部條件，用于實(shí)施操作的電沉積儀器包括電化學(xué)工作站（利用恒電勢(shì)、恒流或脈沖電鍍功能）、穩(wěn)壓器、電流表等，穩(wěn)壓器和電流表有簡(jiǎn)單的功能和易于使用。電化學(xué)工作站所發(fā)揮的價(jià)值很大，除了電沉積，循環(huán)伏安曲線法和交流阻抗法也可以用詮釋電沉積的整個(gè)流程，國(guó)內(nèi)電化學(xué)工作站在近幾年取得了快速的進(jìn)步，已經(jīng)能夠滿足大部分的工作需求。掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）和場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）可以用來描述電沉積層的形態(tài)，用x射線衍射（XRD）對(duì)電沉積層的成分進(jìn)行了揭示。

2 電沉積規(guī)律研究方法

2.1 電解方法

本文中的電解試驗(yàn)均采用晶體管直流穩(wěn)壓電源和恒溫水浴，在恒定電流密度的條件下進(jìn)行。試驗(yàn)用陰極均采用低碳鋼板材質(zhì);陽(yáng)極采用12.78%（Ni）的鋅鎳合金。

2.2 分析方法

合金鍍層中鋅、鎳含量用電子探針測(cè)定。陽(yáng)極及電解液中鋅、鎳含量用絡(luò)合滴定方法分析測(cè)定。

3 電沉積技術(shù)的應(yīng)用

除了對(duì)最初的裝飾、耐磨、減摩、防腐等方面的使用以外，近幾年，電沉積技術(shù)應(yīng)用很多，可以用來制作新型功能涂料，如高溫氧化涂料、電氣性能涂料、磁性性能涂料、光學(xué)性能涂料、半導(dǎo)體性能涂料等。本文從電沉積保護(hù)涂層和電沉積電沉積材料涂層兩個(gè)不同的角度電沉積技術(shù)的使用范圍進(jìn)行分析。

3.1 電沉積防護(hù)性鍍層

增加耐磨程度、和腐蝕程度以及減少耐磨程度是工程材料的必要因素之一，其中部件損耗引起的摩擦磨損和腐蝕以及部件損耗導(dǎo)致發(fā)揮效果受到的影響是非常驚人的，這足以證明，減少部件的摩擦磨損和腐蝕具有很大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。電化學(xué)方法在工程材料表面沉積納米復(fù)合材料涂層，可以有效降低工作環(huán)境中部件的摩擦磨損，提高材料的耐磨性、減摩性和耐腐蝕性。

碳化硅顆粒是一種陶瓷材料，具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐磨性。金屬的制備碳化硅納米分散相由電沉積涂層磨損，摩擦和耐腐蝕層的組件已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。夏Fafeng等人研究了耐腐蝕的Ni-SICnano-coating下電沉積的影響。結(jié)果表明，Ni-SIC的電沉積納米涂料的耐蝕性比直流電鍍、脈沖電沉積和超聲波脈沖電沉積，此外，研究表明，ni-sicnano-coating具有良好的耐磨性。EGHANI等人研究了電流的影響，攪拌速率和濃度SiC納米顆粒的磨損、腐蝕、電鍍CR-SIC納米復(fù)合材料涂層的性質(zhì)，結(jié)果表明，與純鉻涂層相比，CR-SIC納米復(fù)合涂層的表面更平整、更均和、而且密度也非常的高，復(fù)合涂層的耐磨性和耐腐蝕性也更好。

3.2電沉積制備電性材料鍍層

3.2.1電源電極

國(guó)家的不斷進(jìn)步，大多數(shù)對(duì)隨身攜帶的移動(dòng)電源有了新的要求。對(duì)具有高容量和循環(huán)壽命長(zhǎng)的設(shè)備更加感興趣。目前，鋰離子二次電池作為隨身攜帶設(shè)備的一個(gè)主要能量來源。鋰離子電池的金屬化廣泛應(yīng)用于各種碳與石墨、石油焦、碳纖維改性后，炭等無序碳材料的裂解，但碳材料的鋰存儲(chǔ)容量較低，理論比容量?jī)H為372ma、h/g，在某種程度上，對(duì)鋰離子電池容量的改進(jìn)造成了不同程度的影響，由于化工電源的大容量、大功率需求，針對(duì)電子設(shè)備及電動(dòng)汽車的各種小型化的標(biāo)準(zhǔn)不斷的增加，現(xiàn)有的條件不能很好的滿足以上兩點(diǎn)的需求。與金屬合金類陽(yáng)極材料相比，其理論比容量相對(duì)較高，如Al、Cd、Ga和Pb、Si和Sn、鋅等均可與Li形成合金，為了改善陽(yáng)極材料容量存在的缺陷，人們轉(zhuǎn)向了目標(biāo)大體積金屬材料，如Sn-Ni合金電鍍制備，電極放電比容量首次達(dá)到554ma、h/g;電沉積法制備的Sn-cu合金陰極第一放電比容量可達(dá)747mA·h/g，電沉積法制備的Sn膜鋰離子嵌入電極性能對(duì)比研究表明，細(xì)粒Sn膜電極第一放電比容量可達(dá)787mA·h/g，此外，制備TiB2，取代碳鋁電解陰極內(nèi)襯材料，和多孔鎂電極的制備有機(jī)鎂燃料電池明顯擴(kuò)大了電沉積技術(shù)的使用覆蓋率。

3.2.2電催化電極

不同的有機(jī)污染物的降解。是利用電化學(xué)原理催化，其主要的技術(shù)是電沉積技術(shù)在催化領(lǐng)域。直接或間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化電極污染物的電化學(xué)反應(yīng)，即直接電解和間接電解是有機(jī)污染物電化學(xué)降解的基本原理。電催化氧化是最重要的競(jìng)爭(zhēng)性副反應(yīng)是陽(yáng)極氧的沉淀，一個(gè)好的電催化電極一定擁有極高的析氧電位和精良的催化性能。涂層電極由電鍍很容易改變材料和結(jié)構(gòu)，所以它已成為一種電極廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的電催化作用。Apostolos等采用柱狀固定床電極有效處理制革產(chǎn)生的廢水，并收獲了良好的效果。COD的去除效率，苯化合物和硫化合物達(dá)到52%，分別為95.6%和100%，與此同時(shí)，廢水的生物降解性大大增強(qiáng)，在中國(guó)，綠色環(huán)保的生活意識(shí)逐漸被引入到人們的生活當(dāng)中，有機(jī)廢水如何處理成為人們關(guān)注的重點(diǎn)問題之一。

比如，研究電沉積的零價(jià)鐵從水中六價(jià)鉻的去除和降解甲基橙脫色表明，零價(jià)鐵具有效率高、經(jīng)濟(jì)在水污染處理和簡(jiǎn)單的后續(xù)治療，特別是消除有毒重金屬和有機(jī)污染物的一系列問題中。六價(jià)鉻鉻易被生物體吸收并在體內(nèi)蓄積，三致效應(yīng)發(fā)揮的價(jià)值不容小視，對(duì)含鉻廢水的處理有著非常重要的價(jià)值。染料廢水是一種很難處理的工業(yè)廢水，及其對(duì)環(huán)境造成破壞越來越大。甲基橙是一種典型的難以降解的有機(jī)染料化合物。電沉積法制備的零價(jià)鐵對(duì)甲基橙的脫色率已經(jīng)達(dá)到98%左右。王巖坤采用陽(yáng)極恒流電沉積技術(shù)，不銹鋼二氧化鉛電極制備0.30mol/L，pH值=1～2pb（3號(hào)）2的解決方案，通過電極的電催化氧化活性研究了苯酚模擬廢水的去除率。結(jié)果表明，鄰苯二酚的去除率高達(dá)93%，酚超過80%0.0lmol/L苯酚模擬廢水在50ma/cm2電流密度。鋅-Se/不銹鋼薄膜電極在染料廢水處理中的應(yīng)用Pt-二氧化鈦/鈦復(fù)合電極電催化甲醇，降解苯酚廢水，Ti/匯總/20mg/L的質(zhì)量濃度的二氧化鉛電極電催化降解羅丹明B的模擬廢水，采用涂層法和電沉積的Ti/SnO2，CeO2準(zhǔn)備印染廢水處理的電極等。結(jié)果表明，電鍍技術(shù)在有機(jī)廢水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)束語(yǔ)

電催化電極電沉積的價(jià)值以及發(fā)展的前景不容小視。針對(duì)當(dāng)前的研究進(jìn)行總結(jié)，筆者提出兩點(diǎn)建議：

電沉積技術(shù)：催化降解針對(duì)有機(jī)廢水處理具備一定的基礎(chǔ)條件，但對(duì)于當(dāng)前的生活廢水處理存在的問題，還是沒有達(dá)到的預(yù)計(jì)效果，該問題具有很大的研究?jī)r(jià)值，通過使用該技術(shù)制備電極材料具有很高的催化效果，以便處理有機(jī)廢水的高效、節(jié)能、環(huán)保的方式。

加強(qiáng)理論研究：目前，關(guān)于電沉積技術(shù)催化降解有機(jī)廢水的研究大多停留在宏觀水平，通過各種分析手段對(duì)有機(jī)污染物的電催化降解機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，以便更好地理解電化學(xué)水處理的原理，為電極材料的選擇提供理論指導(dǎo)。