实验焦磷酸盐镀铜

设计实验焦磷酸盐镀铜

一、实验目的

1.理解焦磷酸盐镀铜的基本原理及影响因素。

2.了解钢铁表面电镀铜的一般工艺。

3.掌握阴极（或阳极）电流效率的计算方法，明确电化当量的基本概念。

二、实验原理

电镀是金属表面处理的重要组成部分。它是以被镀基体为阴极，通过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属或合金膜（即镀层）。根据工程实际和人们日常生活中对金属镀层的不同要求，镀层分防护性镀层，防护—装饰性镀层，电性能镀层，可焊性镀层，修复性镀层等等。

电镀的基本过程（以焦磷酸盐镀铜为例）是将镀件浸在金属盐

（ K

6[Cu(P

2

O

7

)

2

] ）的溶液中作为阴极，金属铜板浸在金属盐的溶液中作为阳极。

接通直流电源后，阴极发生还原反应，溶液中的简单金属离子或络离子，在电极与溶液界面间获得电子，在镀件表面被还原形成一定晶体结构的铜镀层。电极反应式为：

[Cu(P2O7)2]6- + 2e Cu +2P2O74-

在阳极铜失去电子变成铜离子。电极反应为：

Cu - 2e Cu2+

在具体电镀工艺过程中，电镀液的温度，PH值及搅拌程度，电流密度，极间距离，施镀时间等因素均对镀层质量有一定的影响。

三、实验仪器、药品及装置。

1、仪器

稳压稳流电源 1台 500mA电流表 1只

调温电炉 1只温度计（0～1000C） 1支烧杯500mL 2只烧杯250mL 1只

玻璃棒 1根镊子（200mm） 1把

不锈钢片（60mmx40mm打孔） 1片

电解铜片（60mmx60mm打孔） 2片

低碳钢片（60mmx40mm打孔） 1片

自制挂勾（用漆包线制作） 3个

棕刚玉砂纸和金相砂纸各1小片

电子天平（公用）游标卡尺（公用）2、药品

Cu

2P

2

O

7

(市售) K

4

p

2

O

7

.3H

2

O(市售) NaOH Na

2

CO

3

Na

3

PO

4

.H

2

O

Na

2SiO

3

.9H

2

O

柠檬酸 NH

3

.H

2

O

3、电化学除油液、电镀液配方（由实验室配制）

a.电化学除油液

NaOH 30g.dm-3Na

2CO

3

30g.dm-3Na

3

PO

4

.H

2

O 30g.dm-3Na

2

SiO

3

.9H

2

O

9g.dm-3 b.电镀液

Cu

2P

2

O

7

（市售） 65g.dm-3 K

4

P

2

O

7

.3H

2

O (市售) 300g.dm-3

[(NH

4)

2

HC

6

H

5

O

7

(柠檬酸铵) 22g.dm-3 NH

3

.H

2

O ] pH 8.2～8.8

4、装置

四、实验步骤及数据处理

1、镀前预处理

用棕刚玉砂纸擦去低碳钢片表面锈迹和毛刺，再用金相砂纸打磨，磨得越光越好。然后用水洗净，放在500C去油液中进行电解除油。要求低碳钢片做阴极，不锈钢片做阳极，片间距离1～2cm，阴极电流密度取2A.dm-2，通电时间5min。取出低碳钢片用去离子水冲洗干净并吸干，用电子天平称量，质量记为m

1

。

2、电镀铜

按电镀装置，将经预处理的低碳钢片作阴极，电解铜片作阳极，置于电镀液中，片间距离为1～2cm ,阴极电流密度取，室温，电镀30min。将已镀低碳钢片取出

洗净擦干，用电子天平称量，质量记为m

2

。

3、镀层厚度的测定

用游标卡尺测量低碳钢片的长(a), 宽(b)，高(h)。由钢片总面积 S=2(ab+bh+ah)

及电镀前后质量差△m = m

2 –m

１

，估算出镀层的平均厚度（δ）。(铜的密度为

ρ=8.94g*cm-3)

δ= (m

2-m

1

)/ρs

4、计算焦磷酸盐镀铜实验阴极电流效率（η）

阴极电流效率是指当一定电量通过时，在电极上实际获得产物的质量（△m

实

）

与通过同一电量按法拉第定律获得产物的质量（△m

理

）之比。

η=△m

实/△m

理

*100%=△m

实

/KIT*100%

将式中电化当量K=M/nF代入上式并整理得

η=nF*△m

实

/MIt*100%

五、思考题

1、钢铁表面镀铜能否提高抗腐蚀性能？

2、为什么焦磷酸盐镀铜的电镀液pH值要控制在8.2～8.8之间，pH值偏高或偏低有什么影响？

3、本实验电镀铜时，将阳极换成铅片或不锈钢片时，其电极反应是否相同；阴极低碳钢片上会出现什么现象？

温州大学物理化学实验室编