阳极在电镀中的应用研究

阳极在电镀中的应用研究周望圃（湖南省涟源钢铁集团有限公司工程部，湖南娄底417009）摘要：本文从理论与实际出发，全面阐述了在电镀行业中应加大对阳极应用研究的原因及方法，从而得出利用阳极特性来稳定电镀工艺，显然是能提高电镀质量，降低成本的有效途径。

关键词：阳极电镀应用研究1 前言电镀经历了一百多年的发展，已经从一种手艺变成了一门科学，现已成为金属腐蚀与防护学科的一个重要分支，电镀以工艺设备简单，操作较容易，成本低廉等优点而成为种类繁多的表面处理技术中的一种常用技术。

电镀是对基体金属表面进行装饰、防护以及获得某些新性能的一种工艺方法，是一种涉及多学科的综合性技术。

面对新世纪的开始，科技与市场的竞争对电镀工艺和产品要求越来越高，电镀产品的质量、产量与效益直接影响了许多企业产品的竞争力。

因此，包括电镀在内的表面处理技术正与时俱进，不断创新，进入高质量、低消耗、无污染、低成本、多花色、装饰性、功能性和自动化高的新时代。

电镀应重视对阳极的应用研究，笔者在从事电镀实践中对此深有体会。

2 阳极的影响在电镀生产中，阴极过程和阳极过程是一对相互依存矛盾。

诚然，阴极过程往往是矛盾的主要方面，研究工作也较多，但阳极过程常常由于缺乏足够的重视而引起电镀故障。

2.1 可溶性阳极与不溶性阳极的选择2.1.1 可溶性阳极在电镀中，有可溶性阳极和不溶性阳极之分，在绝大部分镀种和镀液中采用可溶性阳极，其理由有：（1）镀层金属离子浓度易于控制：阴极沉积的金属离子可以通过阳极溶解补充，且阳极溶解电流效率往往大于阴极金属沉积的电流效率，再加上镀件将镀液带出损失，从而保证了主盐浓度的稳定。

（2）镀液的成份比较稳定：若采用不溶性阳极，则阳极析氧或使镀液组份发生电化学氧化或化学氧化。

例如：在氧化物镀液中，氧化物被氧化成碳酸盐和氨，从而会使镀液成份不稳定或由于炭酸盐的积累会使镀层粗糙，采用可溶性阳极，只要采取措施防止阳极钝化，则不会发生上述氧化反应。

（3）镀液的pH值比较稳定，例如采用不溶性阳极，由于阳极OH—放电与阴极H+放电的放电效率不同，从而导致镀液酸化。

（4）电镀维护费用较低，一般使用镀层金属比使用其盐类便宜，且操作简单方便，而补充盐类既增加操作的麻烦，又往往增大镀液的体积。

2.1.2 不溶性阳极的选择基于上述原因，一般采用可溶性阳极，但某些镀种亦采用不溶性阳极。

例如：（1）六价铬镀铬工艺：由于金属铬主要以三价铬形式溶解而无法使镀液成份稳定，故采用铅锡或铅锑不溶性阳极。

（2）锌酸盐镀锌工艺：由于在碱性溶液中自溶解很显著，从而阳极效率大于阴极效率，镀液中锌离子积累而使镀液组分失调，故采用不溶性缺阳极和可溶性锌阳极混合使用，这样即控制了金属离子的升高又保证了电力线的均匀分布。

2.2 理想的可溶性阳极与不溶性阳极应具备的条件2.2.1 可溶性阳极（1）溶解性能好，极限电流密度较高。

（2）阳极与阴极的电流效率应尽量接近。

（3）溶解均匀，尽量避免产生阳极泥。

（4）应有足够的纯度，以免可溶性杂质污染，恶化镀液镀层性能。

2.2.2 不溶性阳极应具有良好的导电性能和较高的化学和电化学稳定性。

2.3 可溶性与不溶性阳极的转化可溶性阳极和不溶性阳极在一定条件下的相互转化，必须掌握好可溶性阳极与不溶性阳极在不同镀液中的特点。

一般来说可溶性阳极与不溶性阳极在电镀中，相同之处是与阴极和镀液组电解池，传导电流进行氧化反应，不同之处，前者在电镀过程中，还发生化学与电化学溶解产生金属离子，而后者则不存在金属溶解。

前者的作用，是以补充阴极沉积的金属溶解；使镀液组成保持稳定。

如可溶性溶解过快、过慢或被钝化，溶液稳定性便遭到破坏而出现故障，如何防止上述问题，必须了解不溶性阳极，除传导电流与氧化反应或析氧外，还应注意其工艺的特殊需要。

如镀铬和镀某些重金属（因节约投资防止金耗）则需全部采用不溶性阳极。

在实际中，除注意在主盐过高，金属离子过剩下，如何合理调整两种不同阳极外，还须往往注意常用的不同的不溶性阳极铁、镍、铅铁和铝合金、不锈钢等不同金属的特性。

一些故障和损失，出自滥用不溶性阳极而造成，因为可溶与不可溶是相对而言的，如有的金属在某种镀液中是可溶性阳极，但在另一溶液中却成为不溶性阳极。

如铅板在镀铬中是不溶性阳极，但在镀铅中是可溶性阳极。

对不锈钢来说，由于它含有铬不可作为镀镍中的不溶性阳极，否则铬的污染，会出现故障，排除难度大，但它在碱性溶液中却不存在这种可溶性，可作不溶性阳极。

有的金属在不同的镀液中，虽可作为可溶性阳极，但随着电流密度的增高，氧气析出停止溶解，又成为不溶性阳极。

有时某些镀液（例如碱性镀锡）的阳极又应处于半钝化状态。

否则阳极锡有部分以Sn2+离子溶解而使镀层发灰和粗糙。

因此，应用时应善于掌握这些不同金属的作用、特点，务须从理论上弄懂，应用合理，采取有效的应用技术措施。

3 阳极在电镀应用中的几个实际问题3.1 阳极的材质在实际应用中应选择纯度高的阳极（压延阳极），既具有提高阳极电流密度，又可达到阳极溶解的均匀性，减少阳极泥沉渣的产生，从而使阳极难被钝化。

3.2 阳极的形状设计挂具时，应使镀件的主要表面面对阳极并与之平行，缩小阴极不同部位与阳极之间的距离比，必要时采用象形阳极（主要用于镀铬）和辅助阳极（用于深孔件或管状镀件），这样才能保证电力线均匀分布，使镀液的分散能力改善。

3.3 阴、阳极的距离在一定范围内，增大阴极与阳极之间的距离可以改善分散能力，另外，也会使远、近阴极与阳极距离之比（L1:L2=K)）减小，也会改善初次电流分布，提高分散能力。

但不能无限制增大极间距，否则，镀槽的宽度和占地面积增大，另外槽电压升高，耗能大。

3.4 阴、阳极面积一般镀种的阳极面积应大于阴极，一般为2:1，少数为1:1，个别像酸性镀铜为3~4:1。

特例：碱性镀锡的阴极面积应大于阳极面积（1.5~2.5:1）。

实践证明，这是防止阳极钝化，确保阳极正常溶解以及提高镀液电流密度的有效措施。

3.5 可溶性阳极与不溶性阳极面积比这是保证阳极的正常溶解，防止钝化以及保持镀液成份稳定的有效措施，例如：碱式锌酸盐镀锌槽中可溶性阳极与不溶性阳极面积应在3~4:1；又由于电镀液的搅拌，阳极一般要选用阳极筐、阳极袋，这个筐、袋一般是不溶性阳极，应用中应注意这方面。

3.6 要善于掌握一套防止阳极钝化的方法。

（1）掌握好阴、阳极面积比与电流密度，控制在工艺规范内生产。

实践证明，这是防止阳极钝化、确保阳极正常溶解的有效措施。

除碱性镀锡的阴极面积应大于阳极（1.5~2.5:1）外，一般镀种的阳极面积都应大于阴极，一般为2:1，少数为1:1，个别像酸性镀铜为3~4:1，这样才能与工艺规范的阴、阳极电流密度相适应，即一般Dk>DA才能使阳极正常溶解而防止钝化。

如上所述，任意加大阳极电流密度或增挂镀件（阴极）而不相应地增大和调整阳极面积，均可造成阳极钝化。

（2）辨析阳极发生钝化。

如何辨析阳极发生了钝化，可从整流器的电压突然升高察觉到。

因镀槽电源电流显示，除电流表，还有电压表用以指示槽电压，槽电压包括阴极电位k、阳极电位伞a、槽压降IR内以及槽外压降IR外，即E=，这四部分都会影响电流密度，由于具体条件差异，不同镀槽的槽电压也不同。

但同一槽内，如槽压突然升高则表明电镀不正常。

根据欧姆定律，当电路电阻增大，不是导电棒接触不良、零件脱落等，便可断定是阳极钝化，使电压升高，通常以此来监督电镀生产。

如何从阳极板状况识别钝化?如镀锌的阳极锌板溶解是灰黑色，而白色（氧化锌）即钝化；镀酸性铜时钝化为黑色膜发灰，表明CuSO4结晶析出，取出时自动掉落，有的完全无黑膜；氰化铜锡合金电镀正常溶解是“鱼鳞”花纹，钝化后发黑；镍阳极正常溶解为灰白色，钝化后为红褐色钝化膜。

（3）温度对形成阳极钝化的影响。

各种工艺有不同的温度要求，槽温过高、过低对其溶解与钝化都有直接影响，在镀铜中是常温5~40℃，高于上限，光亮消失，阳极易钝化。

氰化铜镍合金在60~65℃下进行，过高阳极溶解快，氰化物分解加剧，易使其铜锡比例失调，过低阳极极化增大钝化。

往往易误认为一切情况下，提高温度均可加快阳极溶解，这要因镀种而异。

当然一般升温便可增大盐类溶解度，改善阳极溶解性能，提高电导，但温度过低又由于临界钝化电流密度值比高温时小，阳极也易钝化。

这一切均须灵活掌握。

（4）善于选择纯度高的阳极和注意改变工艺因素，防止阳极钝化。

阳极通常有铸造和压延型两种，前者虽然经济但杂质较多，不溶性沉渣会缩短净化周期。

压延阳极，既具有提高阳极密度和溶解的均匀性，又具有减少沉渣的特点，因此宜选用后者。

选用合金阳极时应根据其工艺要求：如酸性镀铜的磷铜板作阳极，磷含量要求0.1％~0.3％内，高于上限溶解慢易钝化，低于下限时则产生铜粉和一价铜。

由于电镀液是由多种离子化合物或共价化合物等组成，各种工艺又都有其不同主盐，导电盐（阳极活化剂）等，如锌酸盐镀锌中的NaOH、镀镍中的NaCl等一般不参加电极反应，但能维持电极在较高电流密度下溶解，如NaCl不仅使镍阳极溶解，但Na+离子的作用还增加镀层内应力，这些工艺因素须善于严格控制，及时调整防止钝化。

此外如有提高槽液浓度、温度、pH值也可在一定程度上防止阳极钝化。

4 阳极在电镀生产中的作用4.1 阳极的作用综上述，阳极的作用体现在以下几个方面：（1）与阴极、镀液组成电解池闭合回路，传导电流并进行氧化反应。

（2）发生化学与电化学溶解产生金属离子，补充阴极沉积的金属离子。

（3）使镀液组成保持稳定。

（4）改变阳极工艺参数，改善电力线分布、镀液的分散能力，以及降低电镀生产成本。

4.2 生产实例下面列举三个实例（故障一例、经济成本二例）（1）碱性锌酸盐镀锌中镀层薄，局部镀不上，镀层发黑故障：从前，我大学同学的锌酸盐镀锌电镀线，投产后的初期生产正常，产品质量也很好，但不久出现产品发黑，有的局部镀不上，经化验，锌含量偏高，于是减少锌板，增挂铁板。

这样增来减去，造成阳极铁板过多（超过2/3基本达到1:1），接着便在一槽中（2t槽液）加NaOH75Kg。

故障未能排除，又加香蓝素1Kg及DE和EDTA5Kg多，问题越来越严重，最后用ck778重新处理，合理调整阳极，才恢复正常。

造成类似故障的原因是对阳极应用技术缺乏，忽视了科学的维护管理措施。

如该厂首先发现锌高即调整阳极，但增减多少缺乏“量”的概念，一般说碱式锌酸盐镀锌槽中，可溶性与不溶性阳极面积应在3~4:1为宜。

而该厂每槽阳极中2/3是铁板，加上挂锌板的铁筐两者总面积在1:5左右，这样必然造成含锌量的偏低，尽管锌少对电解液的分散能力有所改善，但允许使用的电流密度却相应大大降低，这样只能降低电流密度才能得到合格的镀层，但随着电流密度的降低金属锌的沉积速度急骤下降，必然出现镀层薄和局部镀不上。