关于化学镀（答得好的即加100分）在电解水制取氢气中,常用到那些电极?如何通过加入稀土提高电极效率?应该是用稀土作为催化剂？

Question

关于化学镀（答得好的即加100分）
在电解水制取氢气中,常用到那些电极?
如何通过加入稀土提高电极效率?
应该是用稀土作为催化剂？

Answer 1

化学镀技术是在金属的催化作用下,通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积过程.与电镀相比,化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备 、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点.另外,由于化学镀技术废液排放少,对环境污染小以及成本较低,在许多领域已逐步取代电镀,成为一种环保型的表面处理工艺.目前,化学镀技术已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用.
本研究所经过十余年的化学镀技术研究开发工作,已具备化学镀镍(中磷、低磷、高磷)工艺,可根据客户提供的部件的使用工况,制定出具体的化学镀工艺方案,并承接对外加工服务.目前,结合汽车铝质活塞表面处理工艺,开发出一种全新的化学镀Ni-P-B工艺,成功通过本田公司150小时台架试验,化学镀镀层的表面硬度及耐磨性比一般的化学镀有大幅度提高,表面硬度Hv>800.
化学镀Ni-P
一、化学镀Ni-P主要技术指标：
镀层厚度10-50μm,硬度Hv 550-1100（相当于HRC 55～72）,结合强度大于15kg/mm²,耐腐蚀性能大大优于不锈钢.
二、化学镀Ni-P主要技术特点：
1．硬度高,耐磨性好：化学镀镀层经热处理后硬度达Hv 1100,工模具镀膜后一般寿命提高3倍以上.
2．耐腐蚀强：化学镀镀层在酸、碱、盐、氨和海水等介质中都具有很好的耐蚀性,其耐蚀性好于不锈钢.
3．表面光洁、光亮：工件经化学镀镀膜后,表面光洁度不受影响,无需再加工和抛光.
4．可镀形状复杂：工件形状不受限制,不变形,可化学镀较深的盲孔和形状复杂的内腔.
5．被镀材料广泛：可在模具钢、不锈钢、铜、铝、塑料、尼龙、玻璃、橡胶、木材等材料上化学镀.
三、化学镀Ni-P主要应用部件
1．各类模具：注塑模、橡胶模、玻璃模、电木模、压铸模等.
2．石油化工耐腐蚀部件：反应器、阀门、管道、泵体、转子叶片等.
3．机械部件：汽车零部件,纺织机械以及各种需耐磨耐腐蚀的机械零部件.如齿轮、齿轮轴、编织针导向杆、大型针盘、针筒.
化学镀镍溶液的组成及其作用
主盐：
化学镀镍溶液中的主盐就是镍盐,一般采用氯化镍或硫酸镍,有时也采用氨基磺酸镍、醋酸镍等无机盐.早期酸性镀镍液中多采用氯化镍,但氯化镍会增加镀层的应力,现大多采用硫酸镍.目前已有专利介绍采用次亚磷酸镍作为镍和次亚磷酸根的来源,一个优点是避免了硫酸根离子的存在,同时在补加镍盐时,能使碱金属离子的累积量达到最小值.但存在的问题是次亚磷酸镍的溶解度有限,饱和时仅为35g/L.次亚磷酸镍的制备也是一个问题,价格较高.如果次亚磷酸镍的制备方法成熟以及溶解度问题能够解决的话,这种镍盐将会有很好的前景.
还原剂：
化学镀镍的反应过程是一个自催化的氧化还原过程,镀液中可应用的还原剂有次亚磷酸钠、硼氢化钠、烷基胺硼烷及肼等.在这些还原剂中以次亚磷酸钠用的最多,这是因为其价格便宜,且镀液容易控制,镀层抗腐蚀性能好等优点.
络合剂：
化学镀镍溶液中的络合剂除了能控制可供反应的游离镍离子的浓度外,还能抑制亚磷酸镍的沉淀,提高镀液的稳定性,延长镀液的使用寿命.有的络合剂还能起到缓冲剂和促进剂的作用,提高镀液的沉积速度.化学镀镍的络合剂一般含有羟基、羧基、氨基等.
在镀液配方中,络合剂的量不仅取决于镍离子的浓度,而且也取决于自身的化学结构.在镀液中每一个镍离子可与6个水分子微弱结合,当它们被羟基,羟基,氨基取代时,则形成一个稳定的镍配位体.如果络合剂含有一个以上的官能团,则通过氧和氮配位键可以生成一个镍的闭环配合物.在含有0.1mol的镍离子镀液中,为了络合所有的镍离子,则需要含量大约0.3mol的双配位体的络合剂.当镀液中无络合剂时,镀液使用几个周期后,由于亚磷酸根聚集,浓度增大,产生亚磷酸镍沉淀,镀液加热时呈现糊状,加络合剂后能够大幅度提高亚磷酸镍的沉淀点,即提高了镀液对亚磷酸镍的容忍量,延长了镀液的使用寿命.
不同络合剂对镀层沉积速率、表面形状、磷含量、耐腐蚀性等均有影响,因此选择络合剂不仅要使镀液沉积速率快,而且要使镀液稳定性好,使用寿命长,镀层质量好.
缓冲剂：
由于在化学镀镍反应过程中,副产物氢离子的产生,导致镀液pH值会下降.试验表明,每消耗1mol的Ni2+ 同时生成3mol的H+,即就是在1L镀液中,若消耗0.02mol的硫酸镍就会生成0.06mol的H+.所以为了稳定镀速和保证镀层质量,镀液必须具备缓冲能力.缓冲剂能有效的稳定镀液的pH值,使镀液的pH值维持在正常范围内.一般能够用作PH值缓冲剂的为强碱弱酸盐,如醋酸钠、硼砂、焦磷酸钾等.
稳定剂：
化学镀镍液是一个热力学不稳定体系,常常在镀件表面以外的地方发生还原反应,当镀液中产生一些有催化效应的活性微粒——催化核心时,镀液容易产生激烈的自催化反应,即自分解反应而产生大量镍-磷黑色粉末,导致镀液寿命终止,造成经济损失.
在镀液中加入一定量的吸附性强的无机或有机化合物,它们能优先吸附在微粒表面抑制催化反应从而稳定镀液,使镍离子的还原只发生在被镀表面上.但必须注意的是,稳定剂是一种化学镀镍毒化剂,即负催化剂,稳定剂不能使用过量,过量后轻则降低镀速,重则不再起镀,因此使用必须慎重.
所有稳定剂都具有一定的催化毒性作用,并且会因过量使用而阻止沉积反应,同时也会影响镀层的韧性和颜色,导致镀层变脆而降低其防腐蚀性能.试验证明,稀土也可以作为稳定剂,而且复合稀土的稳定性比单一稀土要好.
加速剂：
在化学镀溶液中加入一些加速催化剂,能提高化学镀镍的沉积速率.加速剂的使用机理可以认为是还原剂次磷酸根中氧原子被外来的酸根取代形成配位化合物,导致分子中H和P原子之间键合变弱,使氢在被催化表面上更容易移动和吸附.也可以说促进剂能起活化次磷酸根离子的作用.常用的加速剂有丙二酸、丁二酸、氨基乙酸、丙酸、氟化钠等.
其他添加剂：
在化学镀镍溶液中,有时镀件表面上连续产生的氢气泡会使底层产生条纹或麻点.加入一些表面活性剂有助于工件表面气体的逸出,降低镀层的孔隙率.常用的表面活性剂有十二烷基硫酸盐、十二烷基磺酸盐和正辛基硫酸钠等.
稀土元素在电镀液中可以改善镀液的深镀能力、分散能力和电流效率.研究表明,稀土元素在化学镀中同样对镀液的镀层性能有显著改善.少量的稀土元素能加快化学沉积速率,提高镀液稳定性,镀层耐磨性和搞腐蚀性能.
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