电镀镍与无电镀镍试验-逢甲大学材料科学与工程学系

電鍍鎳與無電鍍鎳實驗 楊聰仁教授編撰 1、 實驗目的 由低碳鋼的電鍍、無電鍍鎳來瞭解電鍍、無電鍍之原理及差異，並可認識電鍍、無電鍍鎳之施鍍方式與鍍層特性。 2、 實驗原理 2.1 電鍍技術 電鍍是將鍍件做為陰極 ，浸於含欲鍍金屬離子之電解液中，另一端置適當陽極，通入直流電後，在鍍件 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面析出金屬膜的表面處理。 電鍍目的在於表面改質，提高附加經濟價值，例如裝飾性用途，鍍貴重金屬、光澤鎳、鋁等；提高表面硬度，增加耐磨耗性，如鍍硬鉻；增加抗蝕性，如鍍錫、鉛；增加導電性，如鍍銀、銅等。 為了達到需求性質，皮膜色澤、硬度、均一性、被覆力、厚度、銲接性等，皆是考慮因素，此外，為達到適當管理與鍍浴穩定性，如何分析、補充，都是應考慮的操作要點。 電鍍作業步驟，依序為(1)研磨，(2)前處理，(3)電鍍，(4)後處理，(5)乾燥等，就欲鍍物件之材質、形狀、加工後情況，選擇適當處理方式。 當電解液受外加電壓作用時，電解質的陽離子向陰極移動，而陰離子向陽極移動，此現象稱為電解(Electrolysis)，在電解時，通入之電流量與析出金屬量，需遵守法拉第電解定律，即第一電解定律與第二電解定律： 第一定律：在陰極析出之金屬量與通入之電量呈正比。 第二定律：在不同電解液中，通入相同電量時，各溶液析出物質質量與其電化當量成正比關係。 以1秒鐘通過1安培電流，在陰極析出之物質重量，稱為該物質之電化當量，單位為毫克/庫侖，為使用方便起見，亦可用克/安培一小時為單位，表一為常見金屬之電化當量。 名 稱 鋅 鎘 銅 銅 鎳 鎳 錫 錫 鉻 鉻 銀 金 化合價 2 2 1 2 2 3 2 4 3 6 1 3 電化 當量 毫克/庫倫 0.339 0.582 0.658 0.329 0.304 0.203 0.615 0.307 0.18 0.0896 1.118 0.681 克/安培-小時 1.22 2.097 2.372 1.186 1.095 0.730 2.214 1.107 0.647 0.324 4.025 2.452                             電解時，實際析出重量與依電解定律計算理論值之比例，用百分率表示，稱為電流效率，即 式中 m：實際析出重量(克)， I：通入之電流(安培) t：時間(小時)    C：電化當量(克/安培一小時) 根據電解定律和電化當量，電流效率 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ，可以導出電鍍層厚度之公式為： 式中 δ：鍍層厚度(毫米) γ：金屬比重 Dk：電流密度(安培/平方公寸) 2.1.1 電極電位(Electrode Potential) 當金屬(陽極)置入電解液中，溶解的金屬陽離子，受電解液中的極性分子吸引，往電解液方向移動。但是金屬中的自由電子亦有吸引陽離子的作用，使金屬陽離子聚積在金屬與電解液界面附近，形成「電雙層」(Electrical double layer)，產生了電壓，即金屬的電極電位。 金屬的電極電位，可視為金屬釋出電子能力的電化學位能，金屬釋出電子傾向愈大，其電化學位能愈高，金屬的電極電位絕對值無法測定，通常以相對於氫標準電極零電位比較而得。 Mn+ + ne- M            E0 H+ + e- 1/2H2             E0          = 0 伏特 按照能斯特方程式(Nernst equation) 在25℃時，並假設金屬為標準熱力狀態(aM=1) 離子濃度的改變為影響電極電位的主要因素，將溶液稀釋的話(即降低 值)，會使得E值向負方向移動，也就是金屬更容易溶解，當 = 1，E = E0 = 標準電極電位，E0值為較大之負值時，代表金屬易溶解成陽離子，此類金屬如鉀、鈉、鋁，活性大或容易氧化。 2.1.2 極化與過電壓 (1) 極化的成因 當有電流流過電極時，電極上發生一系列的化學過程，例如析出氣體、金屬離子沈積、金屬或氣體的溶解、產生氧化膜等等，過程的每一步都或多或少地存在著阻力或障礙(barrier)，為了使電極過程能夠繼續不斷地進行，就需要消耗自身較多的能量或額外增加一定的電壓去克服這些阻力，越過能量障礙高度(height of energy barrier)，表現在電極電位上就會出現與可逆電極電位的偏離。 任何電極反應至少包括下列三個步驟： 1.反應物擴散到電極表面 2.反應物在電極-溶液交界處進行化學反應 3.產物離開電極的擴散 這三步中若有某一過程受阻而緩慢，那這一過程將影響整個電極過程的電極電勢。如果反應緩慢是由1，3步造成的，則將產生濃度極化(concentration polarization)。如果緩慢是由第二步造成，則將產生活性極化(activation polarization)。 (2) 極化對電鍍的影響 可說利弊互見，可得到結晶細緻鍍層，且鍍層均上性較好，但是陰極氫氣析出加速，降低電流效率與鍍層附著性，陽極因極化而溶解不正常，浪費電力，也影響鍍液安定性。 (3)影響極化作用的因素 A. 電解液濃度低時，極化作用較強，這是因為濃度低的電解液，更不易補充陰極區域陽離子缺乏的緣故。 B. 電流密度提高時，極化作用增強，因為離子擴散速度和放電速度，更落後電子運動速度所致。 C. 升高電解液溫度，可降低極化作用。 D. 加速攪拌，使離子擴散加快，降低極化作用。 2.1.3 氫的過電壓 電解時電極電位發生改變，並產生反向電動勢，阻礙電流通過，此現象稱為極化，由於極化所增加電壓稱為過電壓(over voltage)。 由於極化作用，氫的實際析出電位，往往高出其標準電位，此超出之數值，即氫的過電壓，由於鋅、鎳、銘、鐵、鎘、錫、鉛等之還原電位，都比氫的電位要小，亦即在電解時，氫要比這些金屬優先析出，那麼這些金屬便無法析鍍出來，但是由於氫的過電壓，使得這些金屬可以析鍍，而且減少氫的析出，可降低氫脆影響，提高電流效率，增加鍍層附著性。 氫的過電壓值，受下列因素影響： (1)電極材料與表面特性 表三、各種電極材料的氫過電壓 材料 過電壓(伏) 材料 過電壓(伏) 材料 過電壓(伏) 電鍍鉑 0.030 黃銅 0.640 石墨 0.779 光滑鉑 0.068 碳 0.700 鉻 0.826 金 0.390 鋅 0.746 錫 1.077 電解鐵 0.557 鎳 0.747 鉛 1.030 銅 0.584 銀 0.762 鎘 1.134             (2)電解液溫度升高，則氫過電壓減少。 (3)隨電流密度增加，和電解時間增長而增高 (4)降低氫離子濃度，可提高氫的過電壓。 2.1.4 鍍鎳沿革 鎳是銀白色金屬，在空氣和鹼液中有良好的化學安定性，抗蝕性比銅佳，化性比鋼鐵不活潑，適合鍍於銅或鐵表面 。 鎳電鍍始於1842年，Bottger由硫酸鎳銨沈積出鎳層，1869年Adams使用氯化鎳銨，1878年Weston在鍍液添加硼酸，1882年Vander mersch提議在鍍液中加入硫酸，1906年Bancreft記述添加氯化物的重要性，1916年Watts的鎳電鍍液含硫酸鎳、氯化鎳和硼酸，電流密度由0.5 A/dm2提高至4.0 A/dm2，成為典型的鍍鎳液，也是電鍍鎳的轉淚點，1938年Cambi與Piontelli提出銨基磺酸鹽鍍浴，而氟硼酸鎳鍍液在1909年時，Kern曾提出報告，1939年Wesley及Carey使用純氯化鎳鍍液。 光澤鎳電鍍填加劑的專利，首先由Schlotter得到(U.S.Pat. 1,972,693 (1934))，使用苯二磺酸鎳與奈三磺酸鹽，Wetslerg則以硫酸鈷、蟻酸鈉和甲醛之添加，在1936年得到專利(U.S.Pat.  2,026,718)，至此以後光澤劑之開發甚為迅速，添加物種類繁多。 2.1.5 電鍍液的組成 (1)欲鍍上金屬之離子 欲鍍上金屬之離子在電鍍液中或以簡單的水合離子(hydrated ion)形態存在，通常用Mn+表示，或以錯合離子(complex ion)形態存在，離子濃度一般為1.0~3.0M。在合適電流密度條件下，簡單的水合離子適合於形狀簡單的鍍件，電鍍時金屬沈積速度快，生產率高。但對於形狀複雜的鍍件，為了使其厚度均勻，通常採用金屬錯離子，使金屬在鍍件上的沈積速度減慢，以得到細致的光亮平滑的鍍層。實際中採用何種形式的欲鍍金屬離子，應視鍍件表面狀態及鍍層質量 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 而定。一般情況下，以簡單金屬水合物離子形態存在的電鍍液比較穩定，不易變質，而以金屬錯合離子形態存在的電鍍液則較不穩定，容易分解。 (2)電解質 合適的電鍍液導電性是通過調整電解質的濃度來實現的。電解質在電鍍液中同時還有控制pH值的功能，尤其是在陽極析出氧氣或陰極析出氫氣時，電解質對pH值的變化能起緩衝之作用，即減少pH值的變化量。這是因為不論是陰極析出氫氣，使陰極附近的pH值增大，還是陽極析出氧氣使陽極附近pH值減少，都會造成氫離子濃度的改變而影響某些電解質的電離度或電解質形成金屬氫氧化物沈澱，故需使氫離子濃度變化很小，pH值維持不變。 (3)錯合劑(Complexing agents) 為了使某些金屬沈積電位更負，尤其是防止鍍液中的金屬離子被陰極金屬還原，需加入錯合劑。例如，在鐵基材上鍍銅時會發生下列反應： Cu2+ + FeFe2++Cu    如果在電鍍液中加入錯合劑(CN-)，則可使Cu2+/Cu的電極電位低於Fe2+/Fe的電極電位，使反應不能進行。在合金電鍍時，為了控制鍍層中的合金成分，也加入錯合劑。常用的錯合劑有：氰化物、氫氧化物、甲基硫離子(sulfamate ion)等。 (4)有機添加劑(Organic additive) 電鍍液中常含有各種不同的有機添加劑，用以改善鍍層的結構和性能。有機添加劑對鍍層作用的原理至今仍了解很少，添加劑的種類和加入量主要由經驗確定。有些添加劑參加電極反應並改善金屬離子在陰極上電沈積的電位，有些添加劑則被金屬鍍層吸附且有時包含在鍍層內部。根據有機添加劑在鍍層中的作用，可分為以下幾類： (a)光亮劑(Brightner)： 加入光亮劑是為了提高金屬鍍層的反光性能。要使金屬鍍層反光性能好則須使其表面的微觀粗糙度(micros-copicroughness)大大低於入射光的波長。因此加入光亮劑實質上是減小沈積顆粒的粒度，使鍍層光亮。對於鍍鎳而言，加入光亮劑後，陰極電位升高，使金屬鎳沈積更為困難，為了繼續沈積就必須採用更高的電位。 (b)結構改善劑(Structure modifier) 這類添加劑用於改善金屬鍍層結構，並可能改變晶格的類型和取向。也用於調整鍍層的應力等。 (c)整平劑(Flattening agent) 能減小鍍層微觀凹凸不平幅度，使鍍層表面平整光滑。許多光亮劑同時具有整平作用。將一定的光亮劑和整平劑結合使用可以在很寬的電流密度範圍內獲得平整的鍍層。 (d)潤濕劑(Wetting agent) 當電極上有氣體析出時，為加速氣體的排出，常加入潤濕劑。潤濕劑的加入實質上是降低氣體與鍍液間的表易形成面張力，使氣泡更和長大。若不加潤濕劑，則由於陰極氫氣析出困難，會使氫氣析出與金屬沈積並列進行，從而使鍍層氫含量較高，引起材料的氫脆(hydrogen embrittlement)。 2.1.6 瓦茲浴(The Watts bath) 瓦茲浴的基本配方組成為 : NiSO4?6H2O 330 g/l NiCl?6H2O 45 g/l H3BO3 37 g/l H2O2 (30%) 0.5 ml 溫度 60 ℃ pH 3.5 電流密度 5.0 A/cm2     鎳陽極在電鍍過程易鈍化，使用氯化鎳可促進陽極之腐蝕與溶解，氯化物亦可提高陰極電流效率，使鍍層平滑，硼酸的主要作用為緩衝劑，硼酸為弱酸，H3BO3 H2BO3▔ + H+ , KA = 5×10-10 ，大多數呈未解離之分子狀態，會與陰極表面附近之Ni(OH)2生成Ni(OH)2．2H3BO3錯化合物，減少膠狀氫氧化鎳的形成。瓦茲浴的pH值可在2.0~5.2之間 ，pH 5.2~5.8通常用於鍍暗鎳(dull nickel)，2.4~4.8則適於鍍光澤鎳，pH值太高，易於生成氫氧化鎳沈澱，對於鋼鐵鍍件而言，易生成鐵鹽的沈澱，pH值太低的話，陰極會產生氫氣，降低電流效率，鍍層也易產生微孔；鍍層硬度也與pH值有關，溶液之pH值較高時，鍍層硬度較大。在析鍍過程中，需經常測定pH值，因為pH值會逐漸升高，必須以適量稀硫酸調整。 所使用之陽極鎳，有三種型式，即(1)去極化輥壓陽極，(2)含碳陽極，與(3)各種形狀之電解鎳塊(置於陽極籃中)，去極化陽極(depolarized anode)含仔細調整過的適量氧化鎳(0.25~1.10%)與硫(約0.003%)，在電流密度高時，仍可均勻地溶解 ;在光澤鎳電鍍時，使用含碳量0.26~0.32%，Si 0.28~0.35%，Cu 0.20%(max)，Fe 0.05%(max)之含碳陽極，陽極沈渣對電流之流通沒有影響，適宜之電流密度約為3 A/dm2，pH值為4.5至5.0；置於鈦籃之鎳塊可為電解級純度，或含活化成份(如硫)之鎳。 在瓦茲浴中加入潤濕劑，可降低溶液表面張力，減少氫氣在鍍面之吸附，操作之電流密度為2~4 A/dm2(或20~40 A/ft2)，圖一為假設陰極電流效率為95%時，各電流密度之鎳析鍍速率。 圖一、電流密度對析鍍速率之曲線圖 2.1.9 鍍鎳缺陷，產生原因及解決方法： 缺 陷 特 徵 產 生 原 因 排 除 方 法 (1)鍍層剝落，附著不良 pH值太高;鍍前處理不良;有機雜質過多。 調整pH值;改善前處理;過濾除去雜質。 (2)鍍層粗糙 電流密度太高。 降低電流密度。 (3)陽極鈍化 氯鹽含量少;陽極電流密度高。 補充氯化物;加大陽極面積或降低電流密度。 (4)鍍層呈黑色條紋 電解液中含鋅雜質。 加碳酸鎳，沈澱後過濾。 (5)局部無鍍層 零件相互重疊;pH值不準確;吊掛情形不當，氣體無法順利逸出;前處理不良。 調整排列方式，或抖動；調整pH值；改變吊掛方法，使產生之氣體順利排出；加強鍍前處理。 (6)鍍層明亮，有縱向條紋 電解液含鐵雜質超過0.1克/升。 加入過氧化氫，使鐵氧化物除去。 (7)鍍層粗糙，孔隙度高 電解液有雜質，氣體停滯表面。 加強過濾鍍液，適當抖動鍍件。 (8)鍍件麻點 電解液中存在有機雜質。 用活性碳過濾除去。 (9)析鍍速率慢 電解液溫度低。 保持在18℃以上       2.2 無電鍍鎳 無電鍍法亦可稱為自身催化鍍法(Autocatalytic Plating)，先在工作物表面形成具有催化力的金屬面，或是利用工作物表面本身的催化作用，以化學還原方法，使金屬離子成金屬狀態析出。 無電鍍法可用來產生鎳、鈷、鈀、鉑、銅、金、銀和含這些金屬合金的鍍層。使用的還原劑為次磷酸鈉、甲醛、聯胺、硼氫化物及胺基硼烷，其中應用最早且最為廣泛者，為使用次磷酸鈉的無電鍍鎳，所得的鎳層並不是純鎳，而是含磷3至15%的鎳磷合金。 無電鍍法具有下列特性，使得其應用更為有利： (1) 鍍層的均一性良好，不論工作物之幾何形狀如何複雜，各部份析鍍的厚度近乎一致；可以鍍到任何所希望的厚度。 (2) 鍍層的孔隙度比電鍍法的鍍層還要小。 (3) 不需電鍍設備。 (4) 包含玻璃、陶瓷及塑膠等非導體，經過適當前處理後，便可施行無電鍍法。 鍍層具有獨特的化學性質、機械性質或磁性。 2.2.1 無電鍍鎳之沿革 1846年時，A. Wurtz 發現次磷酸鎳水溶液，當加熱至100℃，有一部份還原成金屬鎳析出，1911年P. Breteau研究此反應，說明此反應為自身催化反應，而且反應產物有磷的成分，1920年L. Frederich 觀察鎳鹽與次磷酸鈉在鈀觸媒存在下與不存在時的反應；同期(1916年12月)，法國F. A. Roux獲得美國專利編號1,207,218的許可，其內容為在檸檬酸銨促進下，鎳在金屬表面的沉積(尤其是鋁金屬面)。 1946年與1947年間，在美國國家標準局服務的A. Brenner和G. Riddell，為了研究鋼鐵鍍鎳的去極劑，與使用不溶性內部陽極做鎳鎢合金管內面電鍍時，發現了次磷酸鈉異乎尋常的還原力，使得電鍍的電流效率超過100﹪，獲得美國專利，編號為2,532,283(1950)，從此工業界開始注意其實用價值，1947年通過美國運輸公司(General American Transportation Corporation)的工程部，為了降低運送濃氫氧化鈉(72%)槽車內部襯裏的製造成本，預估使用電鍍鎳襯裏的費用，覺得不划算，公司的研究開發部，建議使用無電鍍鎳，襯裏厚度可以較薄，鍍層孔隙度很小，而且使用期限較長，於是1948年初，正式研究工作開始，試驗工業化生產的可行性，1952年8月成立試驗工廠，1953年末期建立兩座大型生產工廠，該公司開發出來的專利程序，註冊商標為 Kanigen(是Katalytic Nickel Generation的縮寫)，經過該公司大力推動，工業界不斷改良，無電鍍鎳技術出現了不少專利。 Brenner與Riddell是公認無電鍍鎳的發明者，通過美國運輸公司則為工業界第一家應用此技術的廠商。 2.2.2 無電鍍鎳原理 無電鍍鎳可用一些基本反應式來說明反應的進行；首先次磷酸根(還原劑)被氧化成亞磷酸根離子，釋出的電荷，可使鎳離子還原，金屬鎳沉積在具催化作用的活化表面上，而析出的鎳，又繼續催化反應的進行，所以析出反應連鎖進行，鍍層呈層狀結構，厚度可任意控制。 析鍍的反應機構，可以下列方程式表示： H2PO2－＋Ni(觸媒) PO2－＋2H(Ni)          (1) PO2－＋H2O HPO3－2＋H＋                (2) H(Ni)代表吸附在Ni表面，活性很強的氫原子 2H(Ni) H2                             (3) Ni＋2＋2H(Ni) Ni＋2H＋                    (4) H2PO2－＋H(Ni) P＋OH－＋H2O            (5) H2PO2－＋3Ni＋2＋7H(Ni) Ni3P＋5H＋＋2H2O (6) 第(1)式中，次磷酸根的脫氫反應速率較慢，而第(2)式與第(3)式的反應速率最快；在相同pH值時，第(5)式、第(6)式的反應速率較第(4)式緩慢，無電鍍鎳層是鎳與鎳磷合金(包含NiP、NiP2、Ni6P5、Ni2P、Ni5P2及Ni3P，而以Ni3P居多)的共析層，並非純鎳，鎳的含量為93-97%左右，餘者為磷量。 圖二、次磷酸根在酸性溶液中的解離過程 圖三、次磷酸根在鹼性溶液中的解離過程 圖四、次磷酸根水解產生氫氣的過程 在無電鍍鎳中之重要因素為觸媒作用(Catalytic Action)，鈀、鉑等週期表中第八族元素，其原子表面極易吸收氫原子，再較高溫度時，次磷酸根離子極不穩定，放出氫原子，被觸媒金屬吸收，引發無電鍍鎳反應。 在較酸性情況下，鎳析鍍速率緩慢，相對磷含量較高，一般酸型無電鍍鎳液之pH值在4.6~4.8之間，超過5.0析鍍速率快，鍍液易傾向瞬間分解；鹼型鍍液之pH值則控制在8.5與9.5之間，在10.0以上鍍液不穩定。析鍍速率與操作溫度有關，在65℃以下析鍍速率緩慢，超過95℃以上易分解，通常操作溫度範圍80~90℃間較適當。 2.2.3 鍍液組成 實用的無電鍍鎳溶液，為包括下列主要成份的水溶液： 1.提供鎳離子的鹽類，如氯化鎳(NiCl2 · 6H2O)，硫酸鎳( NiSO4 · 6H2O)。 2.次磷酸鹽，通常為含一結晶水的次磷酸鈉(Na(H2PO2)· H2O)，作為還原劑與鎳磷合金中，磷的提供者。 3.有機鉗合劑(Chelating agents)，避免鎳離子與亞磷酸根離子生成沉澱，同時可作為防止pH值迅速下降的緩衝劑，一般為含羥基的羧酸，如羥基醋酸、羥基丙酸、檸檬酸等。 4.促進劑，活化次磷酸根離子，加速鎳沉積速率，此類化合物為鹼金屬鹵化物，不飽合的短鍵二羧酸鹽，如琥珀酸鈉( Sodium Succinate)，己二酸鈉(Sodium adipate)。 5.安定劑，用來遮蔽或吸收溶液中的亞磷酸鎳細粒，防止鍍鎳液分解，如有機或無機之硫代複合物，像硫尿(thiourea)，和一些含硫重金屬鹽，硫化鉛或硫化錫，都有安定作用。 6. pH調整劑，調節溶液的pH值，使pH值在連續操作時保持一定，常用之酸，如硫酸，常用之鹼，如碳酸鈉、氨水。 7.潤濕劑，增加欲鍍物被溶液潤濕的情形，如醇的硫酸鹽，脂肪酸的磺酸鹽等。 8.光澤劑(Brighteners)，如苯磺酸鈉、硒鹽、鎘離子或鉛離子等，與一般電鍍鎳光澤劑相同；無電鍍鎳，通常是半光澤，使用此類填加劑，可增加其光澤度。 常用的鍍浴有兩種，包括鹼型鍍浴(pH 8~10)和酸型鍍浴(pH 4~6)，其中以酸型鍍浴較為廣泛使用，所有鍍浴基本上皆源自Brenner-Riddell浴之組成，只是各成份量和緩衝劑、鉗合劑之選擇，略有更改。 2.2.4 鍍液之安定性與壽命 無電鍍鎳溶液本身是一種介穩定狀態(Metastable State)，有外來刺激因素時，容易引發瞬間分解，快速地消耗鍍浴壽命，並且在與溶液接觸的所有表面上，包括鍍槽槽壁，生成鎳磷合金，其發生情形為(1)在鍍浴各部份，都有溫和且均勻的冒泡現象，並非局限於工作表面；(2)隨後有更激烈的氣體發生，使鍍浴充滿泡沫；(3)最後生成黑色沉積物。 瞬間分解的原因，可分述如下： 1. 局部過熱； 2. 次磷酸鈉的填加過於迅速； 3. 次磷酸鈉的濃度太高； 4. 鹼的加入速率太快； 5. 在槽的內壁或加熱線圈上，有過量的鎳沉積； 6. 鍍浴在建浴的過程，pH值甚高，造成鎳化合物的沉澱； 7. 用鈀將工作表面活化後，沒有完全除去鈀； 8. 新鍍浴的不安定性； 9. 鍍浴負載量太低； 10. 鍍浴過度使用，產生亞磷酸鎳沉澱。 針對這些原因的某些對策很明顯，即控制鍍浴的操作溫鍍，維持在適當範圍；次磷酸鈉和其它鍍浴成份要填加或補充時，不可直接加入高溫鍍浴中，最好使浴溫冷卻到約50℃，或冷卻至室溫，才進行大量填加，若要直接填加的話，需先配成稀釋液，一邊攪拌，一邊加入，如果是分次填加各成份時，需俟前一種成份充分混合後，才可再行填加其它成份，此外，設備要經常清洗，槽內或加熱線圈不能有沉積物累積的情形。 化合物的含量，不可超過操作限制範圍，一個良好且安定的鍍浴，會因過量的亞磷酸鹽存在而降低反應速率或分解；次磷酸鹽增加，不僅造成浪費，也使得鍍浴功能迅速退化；pH的調整也很重要，尤其當鍍浴沒有良好緩衝液保護時，更需注意；隨著鍍液的操作，pH逐漸降低，鍍鎳速率也下降，所以儘量避免低負載量的鍍浴操作，一般操作負載量為每加侖50到100平方吋。 2.2.5 鍍後處理 剛析鍍完的無電鍍鎳層是非晶形構造，係磷溶解在微細晶狀鎳粒內，呈層狀排列，經過400℃熱處理一小時後，有Ni3P晶相析出，使得鍍層表面硬度提高，具耐磨效果。若為防蝕目的，可利用析鍍時的非晶形狀態，若底材光滑時，厚度為5μm的鍍層就有防蝕力，底材粗糙時，鍍層厚度要加大，才能有同等防蝕力。 三、實驗設備及材料 3.1 電鍍 低碳鋼片(2cmx5cmx0.1cm)、電鍍槽、瓦茲浴、鎳電極板，直流整流器、加熱槽、溫度計、微小硬度計、電子天平。 3.2 無電鍍 低碳鋼片(2cm×2cm×0.1cm)，10% H2SO4溶液，無電鍍鎳液，攪拌器，2公升之加熱燒杯，可變電壓器、溫度計、酸鹼度計、微小硬度計、熱處理爐，慢速切割機。 4、 實驗方法 4.1 電鍍鎳 1.將低探鋼片以砂紙研磨至#1200，並加以拋光至鏡面。研磨時應與予倒角處理，去除試片之尖銳突起處。 2.以游標尺量測試片之長、寬、高，計算其表面積，並稱重之。 3.以量得之表面積及所須之電流密度，求出需施加之電流。 4.製備電鍍液 NiSO4?6H2O 330 g/l NiCl?6H2O 45 g/l H3BO3 37 g/l H2O2 (30%) 0.5 ml 溫度 60 ℃ pH 3.5 電流密度 5.0 A/cm2     5.將直流電源供應器之正極端以導線與鎳板相接並將整塊鎳陽極浸入鍍液中。 6.電源供應器之負極端則與欲鍍之碳鋼片相連接，相同的也將碳鋼片浸入鍍液中並與鎳陽極平行分隔一段距離。 7.開啟直流電源供應器，將電壓值調至最大。壓下【cc set】鈕，切換至電流調整，旋動電流調整鈕至所須之電流。 8.析鍍10分鐘，鍍後充分水洗，以天平稱取析鍍鎳重量。 9.將鍍鎳後之試片切割、鑲埋、研磨，以微小硬度計測定鍍層硬度，並做金相觀察。 4.2 無電鍍鎳 1. 試片依前述方法經研磨、拋光後，稱取其重量。 2. 前處理 脫脂：將低碳鋼進入含中性清潔劑之超音波震盪器內，震洗約5分鐘，取出並以蒸餾水清洗。 酸洗：試片脫脂後，以10% H2SO4酸洗5分鐘，取出並以蒸餾水清洗。 酸活化：再浸入10% H2SO4中30秒 3. 依下列組成配製，俟前一成份完全溶解後，再行填加另一成份，最後稀釋至1升體積，並調整pH至4.8。 硫酸鎳 (NiSO4．6H2O)              20克/升 琉珀酸鈉 (Sodium Succinate)          16克/升 次磷酸鈉(NaH2PO2．H2O)            27克/升 4. 以2公升加入燒杯盛裝無電鍍鎳液，置於磁石攬拌器上，將轉速旋鈕旋至刻度2之位置，進行攪拌 5. 將可變電壓器的輸出端以電線連接至加熱燒杯之加熱絲兩端。以溫度計監控浴溫，並隨時調整輸出電壓，使浴溫維持為88土l℃。 6. 將試片浸入鍍液，經過 40分鐘之析鍍後，取出試片，充份水洗，乾燥後，經切割、鑲埋、研磨後，觀察其金相組織及鍍層厚度並以微小硬度計測量鍍層硬度。 5、 實驗結果 1. 觀察並探討實驗過程中所發生的現象。 2.學習實驗操作程序及相關技巧。 6、 問題與討論 1. 瓦茲浴中各成份之功能為何? 2. 由鎳析鍍重量、鍍層膜厚、試片表面積，計算鎳之密度，並與查得之參考值比較(鎳密度8．908克/毫升)。 3. 由操作之定電密度、時間，依法拉第電解定律，計算使用直流電鍍鎳之陰極效率(Cathode Efficiency)。 4. 試比較電鍍鎳與無電鍍鎳之硬度，並說明造成差異的原因。 5. 試說明無電鍍酸型鍍液與鹼型鍍液之優缺點。 7、 參考文獻 1. F.A. Lowenheim, “Electroplating”, McGraw-Hill, Inc. (1978) 2. 熊楚強，王月，”電化學”，文京出版社 (1997)。 3. “無電鍍之介紹”，楊聰仁(逢甲大學材料科技，第3期，第9~19頁，七十三年四月) 4. 楊聰仁，”無電鍍鎳及其應用”，國璋出版社(1987)。 5. Lester F. Spencer, “Electroless Nickel Plating-A review”, Metal Finishing, Oct. 1974, p. 35; ibid, Nov. 1974, p. 50; ibid, ibid, Dec. 1974, p. 58; ibid, Jan. 1975, p. 38.