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目前日期文章:20100708 (7)

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镍:银白色金属,密度8.9克/厘米3。熔点1455℃,沸点2730℃ 。化合价2和3。电离能为7.635电子伏特。质坚硬,具有磁性和良好的可塑性。有好的耐腐蚀性,在空气中不被氧化,又耐强碱。在稀酸中可缓慢溶解,释放 出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni2+;对氧化剂溶液包括硝酸在内,均不发生反应。镍是一个中等强度的还原剂。

镍是一种银白色金属,首 先是1751年由瑞典矿物 学家克朗斯塔特 (A.F.Cronstedt)分离出来的。由于它具有良好的机械强度和延展性,难熔耐高温,并具有很高的化学稳定性,在空气中不氧化等特 征,因此是一种十分重要的有色金属原料,被用来制造不锈钢、高镍合金钢和合 金结构钢,广泛用于飞机雷达导弹坦克舰艇宇 宙飞船原子反应 堆等各种军工制造业。在民用工业中,镍常制成结构钢、耐酸钢、耐热钢等大量用于各种机械制造业。镍还可作陶瓷颜料和防腐镀层,镍钴合金是一种永磁材料,广 泛用于电子遥控原子能工业和 超声工艺等领域,在化学工业中,镍常用作氢化催化剂

元素名称:镍
元素原子 量:58.69
元素类型:金属
原子体积:(立方厘米/摩 尔):6.59
元素在太阳中的含量:(ppm) :80
元素在海水中的含量:(ppm):太平洋表面   0.0001
地壳中含 量:(ppm):80

原子序数:28
元素符号:Ni
元素中文名称:镍
元素英文名称:Nickel

镍

镍钴合金

相对原子质量:58.69
核内质子数:28
核外电子数:28
核电核 数:28
质子质 量:4.6844E-26
质子相对质量:28.196
所属周期:4
所属族数:VIII
摩尔质量:59
氢化 物:NiH3
氧化物:NiO
最高价氧化物化学式:Ni2O3

氧化态:Main  Ni+2
Other  Ni-1, Ni0, Ni+1, Ni+3, Ni+4, Ni+6
密度:8.902
熔点:1453.0
沸点:2732.0
声 音在其中的传播速率:(m/S):4900

电离能 (kJ/ mol) 
M - M+ 736.7
M+ - M2+ 1735.0
M2+ - M3+ 3393
M3+ - M4+ 5300
M4+ - M5+ 7280
M5+ - M6+ 10400
M6+ - M7+ 12800
M7+ - M8+ 15600
M8+ - M9+ 18600
M9+ - M10+ 21660

外围电子排布:3d8 4s2
核外电子排布:2,8,16,2
晶 体结构:晶胞为面心立方晶胞,每个晶胞含有4个金属原子。

镍

晶胞参数:
aa = 352.4 pm
b = 352.4 pm
c = 352.4 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°

莫氏硬度:4 
颜色和状 态:银白色金属
原 子半径:1.62
常见化合价:+2,+3

镍-发现

发现人:克朗斯塔特
发现时间和地点:1751     瑞典
元素来源:镍黄铁矿 [(Ni,Fe)9S8]

镍

镍锌磁芯

发现过程:1751年,瑞典的克郎斯塔特,用红砷镍矿表面风化后的晶粒与木炭共热, 而制得镍。
镍在地壳中含量不小,大于常见金属等,但明显比铁少得多,而且镍和铁的熔点不相上 下,因此注定它比铁发现得晚。17世纪末,欧洲人开始注意镍砒(砷)矿。当时德国用它来制造青色玻璃,采矿工人称它为 kupfernickel。“kupfer”在德文中是“铜”;“nickel”是骂人的话,大意是“骗人的小鬼”。因此这一词可以义译为“假铜”。当时 人们认为它是铜和砷的混合物

瑞 典化学家克隆斯特研究了这个矿物, 他得到了少量与铜不同的金属。他在1751年发表研究报告,认为这是一种新金属,就称它为nickel,这也就是镍的拉丁名称niccolum和符号Ni 的来源。镍在欧洲被发现 后,德国人首先把它掺入铜 中,制成所谓日耳曼银,或称德国银,也就是中国白铜

镍-来 源及用途

元素来源:矿石经煅烧成氧 化物后,用水煤气或还原而制得。
元 素用途:主要用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金,如镍钢、铬镍钢及各种有 色金属合金,含镍成分较高的铜镍合金,就不易腐蚀。也作加氢催化剂和用于陶瓷制品、特种化学器皿、电子线路、玻璃着绿色以及镍化合 物制备等等。具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀。主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂(如拉内镍,尤指用作氢化的催化剂) ,可用来制造货币等,镀在其他金属上可以防止生

镍-同位素

最稳定的同位素
同 位素  丰度    半衰期   衰变模式   衰变能量    衰变产物
                                      MeV 
56Ni   人造     6.077天  电子捕获    2.136        56Co
58Ni   68.077 %   稳定
59Ni   人造     76,000年 电子捕获    1.072        59Co
60Ni   26.233 %   稳定
61Ni   1.14 %     稳定
62Ni   3.634 %    稳定
63Ni   人造     100.1年    β衰变     2.137        63Cu
64Ni   0.926 %    稳定

镍 -基本知识

在自然界,最主要的镍矿是 红镍矿(砷化镍)与辉砷镍矿(硫砷化镍)。古巴是世界上最著名的蕴藏镍矿的国家,在多米尼加也有大量的镍 矿。
金属镍主要用于电镀工业,镀镍的物品美观、干净、

镍

镍铬线

又不易锈蚀。极细的镍粉,在化学工业上常用作催化剂
镍 大量用于制造合金。在钢中加入镍,可以提高机械强度。如钢中含镍量从2.94%增加到了7.04%时,抗拉强度便由52.2公斤/毫米2增加到72.8公 斤/毫米3。镍钢用来制造机器承受较大压力、承受冲击和往复负荷部分的零件,如涡轮叶片、曲轴、连杆等。含镍36%、含碳0.3-0.5%的镍钢,它的膨 胀系数非常小,几乎不热胀冷缩,用来制造多种精密机械,精确量规等。含镍46%、含碳0.15%的高镍钢,叫“类铂”,因为它的膨胀系数与铂、玻璃相似, 这种高镍钢可熔焊到玻璃中。在灯泡生产上很重要,可作铂丝的代用品。一些精密的透镜框,也用这种类铂钢做,透镜不会因热胀冷缩而从框中掉下来。由 67.5%镍、16%铁、15%铬、1.5%锰组成的合金,具有很大的电阻,用来制造各种变阻器电热器
钛 镍合金具有“记忆”的本领,而且记忆力很强,经过相当长的时间,重复上千万次都准确无误。它的“记忆”本领就是记住它原来的形状,所以人们称它为“形状记 忆合金”。原来这种合金有一个特性转变温度,在转变温度之上,它具有一种组织结构,而在转变温度之下,它又有另一种组织结构。结构不同,性能也就不同。例 如:一种钛镍记忆合金,当它在转变温度之上时,很坚硬,强度大,而在这个温度以下,它却很软,容易冷加工。这样,当我们需要它记忆什么形状时,就把它做成 那种形状,这就是它的“永久记忆“形状,在转变温度以下,由于它很软,我们便可以在相当大的程度内使其任意变形。而当需要它恢复到原来形状时,只要把它加 热到转变温度以上就行了。
镍具有磁性,能被磁铁吸引。而用铝、钴与镍制成的合金,磁性更强了。这种合金受到电磁铁吸引 时,不仅自己会被吸过去,而且在它下面吊了比它重六十倍的东西,也不会掉下来。这样,可以用它来制造电磁起重机。镍的盐类大都是绿色的。氢氧化镍是棕黑色 的,氧化镍则是灰黑色的。氧化镍常用来制造铁镍碱性蓄电池。二价镍离子常用丁二酮肟来鉴定,在氨性溶液中,镍离子(Ni2+) 与丁二酮肟(Dimethylglyoxime)生成鲜红色沉淀(Ni(dmgH)2)。

 

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ニッケル (Niccolum Nickel) は、原 子番号28の金 属元素である。元 素記号Ni

地殻中の存在比は約 105ppmと推定されそれほど多いわけではないが、鉄隕石中 には数%含まれ、特に62Niは核子の質量当たりの結合エネ ルギーが全原子中で最大であるなど、結 合エネルギーの点から、と共に 最も安定な元素であり、岩石惑 星を構成する元素としては比較的多量に存在し、地球中心部のに も数%含まれると推定されている。

 

銀白色の金属で鉄 族に分類される。原子量は 約58.69である。常温で安定な結 晶格子は、面 心立方構造(FCC)であり、また、よ りは弱いが強 磁性体キュ リー点は350℃であり鉄 族元素としては最も低い。

銀白色の光沢ある金属であり乾燥した空気中ではさびにくいが、微粒子状のものは空気中で自 然発火することもあり、細いニッケル線は酸素中で火花を出して燃焼する。水素よりイ オン化傾向がやや大きく、塩酸および希硫酸に徐々に溶解し緑色の水和ニッケルイオンを生成 するがその反応は極めて遅い。酸化作用を持つ希硝酸には速やかに溶解し濃硝 酸では不動 態を形成する。ア ルカリに対しては比較的強い耐食性を示す。

Ni + 2 H+(aq) → Ni2+(aq) + H2
3 Ni + 8 HNO3 → 3 Ni(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

微粒子状の金属粉末は水素および窒素ガスなどを吸蔵し水素付 加反応を活性化させる作用をもち、融解状態でもこれらの気体を吸収し、凝固時にその大部分を放出するため表面が巣穴になりやすい。また鉄と同様に融解状態では炭素を 6.25%まで溶解し、凝固するとグ ラファイトを析出する。

50~60℃で微粉末状のニッケルに一酸化炭素を反応させるとニッ ケルカルボニルを生成し、これを200℃に加熱する分解してニッケルを生じるためこの反応はモ ンド法と称してニッケルの精製に用いられる。

Ni + 4 CO  \rightleftarrows\ Ni(CO)4

用途

耐食性が 高いためめっ きに用いられ、ス テンレス鋼硬貨な どの原料としても使用される。日 本において現在発行されている50円硬貨100円 硬貨とニッケルの合金である白銅貨である。ア メリカ合衆国5 セント硬貨も白銅貨であるが、「ニッケル」という通称で呼ばれている。純ニッケルも硬貨の材料として用いられたことがある。これはニッケルが特殊鋼薬莢の材料である白銅の原 料として重要であるため、国家が備蓄し、平時は硬貨として流通させ、有事に際しては他の素材の硬貨や紙幣で代替して回収するためである。日本でも第二次世 界大戦直前の1933年(昭和8年)から1937年(昭和12年)にかけて、5銭と10銭のニッケル硬貨が発行されており、その名目で軍需物資であるニッ ケルを輸入した。ただし、戦後もニッケル硬貨は発行されていて、1955年(昭和30年)から1966年(昭和41年)まで発行されていた50円硬貨が ニッケル硬貨である。

磁性材

ニッケルとモ リブデンクロムを 加えた合金パー マロイと呼ぶ。優れた軟 磁性材料であることから、変圧器鉄 心磁 気ヘッドに用いられている。

耐熱材

ニッケル36%、鉄64%の合金を「イ ンバー」、ニッケル36%、鉄52%、コ バルト12%の合金を「エ リンバー」と呼ぶ。インバー合金は熱膨張率が非常に小さく、エリンバー合金は温度による弾性率の 変化が非常に小さいという特徴があり、機械式時計の発条などの精密機械に 用いられている。ニッケルベースの合金である各種のイ ンコネルは、その耐熱性からター ビン用コンプレッサ材料等に用いられる。

形状記憶合金

チタンと ニッケルの1:1の合金は最も一般的な形 状記憶合金となる。

触媒

ニッケルは不 飽和炭素結合に対する水 素付加の不 均一系触媒として工業的に用いられる。

電極材

水酸化ニッケルはニッ ケル・水素蓄電池ニッ ケル・カドミウム蓄電池等の二 次電池の正極に使われる。

水素貯蔵合金

水素を取り込む性質を利用し、水 素貯蔵合金のAB5型、Mg型。

歴史

ア クセル・クロンステット(Axel Frederik Cronstedt)が1751年に単体分離。名称はド イツ語Kupfernickel (悪魔の)に由来する。これは、ニッケル鉱石である紅 砒ニッケル鉱 (NiAs)が銅鉱石に似ていながら これから銅を遊離できなかったために、坑夫達がこう呼んだためと言われている。

日 本のニッケル鉱山と産出

日本では第 二次世界大戦中、京都府与謝郡大江山で 開発されたニッケル鉱山で日 本冶金工業が採鉱して、近くの製錬所でフェロニッケルに製錬し、さらに川崎市の同社工場でニッケル合金として軍用に提供していた。

詳 細は「大 江山鉱山」を参照

また山口県においても、山口県周南市~岩国市にかけて断続的に蛇紋岩帯があり、昭和15年~20年にかけて金峰 鉱山などで採掘が行なわれた。

この金属は、日本国内において産業上重要性が高いものの、 産出地に偏りがあり[1]供 給構造が脆弱である。日本では国内で消費する鉱物資源の多くを他国からの輸入で支えている実情か ら、万一の国際情勢の急変に対する安 全保障策として国内消費量の最低60分 を国家備蓄すると定められている。

 

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A pitted and lumpy piece of silvery metal, with the top surface cut flat

 

Nickel is a chemical element, with the chemical symbol Ni and atomic number 28. It is a silvery-white lustrous metal with a slight golden tinge. It is one of the four ferromagnetic elements that exist around room temperature, the other three being iron, cobalt and gadolinium.

The use of nickel has been traced as far back as 3500 BC, but it was first isolated and classified as a chemical element in 1751 by Axel Fredrik Cronstedt, who initially mistook its ore for a copper mineral. Its most important ore minerals are laterites, including limonite and garnierite, and pentlandite. Major production sites include Sudbury region in Canada, New Caledonia and Norilsk in Russia. The metal is corrosion-resistant, finding many uses in alloys, as a plating, in the manufacture of coins, magnets and common household utensils, as a catalyst for hydrogenation, and in a variety of other applications. Enzymes of certain life-forms contain nickel as an active center, which makes the metal an essential nutrient for those life forms.

Atomic

The electronic configuration of isolated nickel atom is counterintuitive: direct investigation

finds that the predominant electron structure of nickel is [Ar] 4s1 3d9, which is the more stable form because of relativistic effects. Whereas Hund's rule, which works well for most other elements, predicts an electron shell structure of [Ar] 3d8 4s2 (the symbol [Ar] refers to the argon-like core structure). This latter configuration is found in many chemistry textbooks and is also written as [Ar] 4s2 3d8, to emphasize that the 3d shell is the electron shell being filled by the highest-energy electrons.

Physical

Nickel is a silvery-white metal with a slight golden tinge that takes a high polish. It is one of only four elements that are magnetic at or near room temperature. Its Curie temperature is 355 °C. That is, nickel is non-magnetic above this temperature.The unit cell of nickel is a face centered cube with the lattice parameter of 0.352 nm giving an atomic radius of 0.124 nm. Nickel belongs to the transition metals and is hard and ductile.

Isotopes

Main article: Isotopes of nickel

Naturally occurring nickel is composed of 5 stable isotopes; 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni and 64Ni with 58Ni being the most abundant (68.077% natural abundance). 62Ni is one of the most stable nuclides of all the existing elements, second in stability only to 56Fe. 18 radioisotopes have been characterised with the most stable being 59Ni with a half-life of 76,000 years, 63Ni with a half-life of 100.1 years, and 56Ni with a half-life of 6.077 days. All of the remaining radioactive isotopes have half-lives that are less than 60 hours and the majority of these have half-lives that are less than 30 seconds. This element also has 1 meta state.

Nickel-56 is produced by the silicon burning process and later set free in large quantities during type Ia supernovae. Indeed, the shape of the light curve of these supernovae at intermediate to late-times corresponds to the decay via electron capture of nickel-56 to cobalt-56 and ultimately to iron-56.Nickel-59 is a long-lived cosmogenic radionuclide with a half-life of 76,000 years. 59Ni has found many applications in isotope geology. 59Ni has been used to date the terrestrial age of meteorites and to determine abundances of extraterrestrial dust in ice and sediment. Nickel-60 is the daughter product of the extinct radionuclide 60Fe, which decays with a half-life of 2.6 million years. Because 60Fe has such a long half-life, its persistence in materials in the solar system at high enough concentrations may have generated observable variations in the isotopic composition of 60Ni. Therefore, the abundance of 60Ni present in extraterrestrial material may provide insight into the origin of the solar system and its early history. Nickel-62 has the highest binding energy per nucleon of any isotope for any element (8.7946 Mev/nucleon). Isotopes heavier than 62Ni cannot be formed by nuclear fusion without losing energy. Nickel-48, discovered in 1999, is the most proton-rich heavy element isotope known. With 28 protons and 20 neutrons 48Ni is "double magic" (like 208Pb) and therefore unusually stable.The isotopes of nickel range in atomic weight from 48 u (48Ni) to 78 u (78Ni). Nickel-78's half-life was recently measured to be 110 milliseconds and is believed to be an important isotope involved in supernova nucleosynthesis of elements heavier than iron.

Chemical

See also: Category:Nickel compounds

A nickel atom with four single bonds to carbonyl (carbon triple-bonded to oxygen; bonds via the carbon) groups which are laid out tetrahedrally around it

Tetracarbonyl nickel

The most common oxidation state of nickel is +2, but compounds of Ni0, Ni+, and Ni3+ are well known, and Ni4+ has been demonstrated

Nickel(0)

Tetracarbonylnickel (Ni(CO)4), discovered by Ludwig Mond,is a volatile liquid at room temperature. On heating, the complex decomposes back to nickel and carbon monoxide:

Ni(CO)4 \overrightarrow{\leftarrow} Ni + 4 CO

This behavior is exploited in the Mond process for purifying nickel, as described above.[11] The related nickel(0) complex bis(cyclooctadiene)nickel(0) is a useful catalyst in organonickel chemistry due to the easily displaced cod ligands.

Nickel(II)

A small heap of cyan crystal particles

Nickel sulfate crystals

Nickel(II) compounds are known with all common anions, i.e. the sulfide, sulfate, carbonate, hydroxide, carboxylates, and halides. Nickel(II) sulfate is produced in large quantities by dissolving nickel metal or oxides in sulfuric acid. It exists as both a hexa- and heptahydrates.This compound is useful for electroplating nickel.

The four halogens form nickel compounds, all of which adopt octahedral geometries. Nickel(II) chloride is of particular significance, and its behavior is illustrative of the other halides. Nickel(II) chloride is produced by dissolving nickel residues in hydrochloric acid. The dichloride is usually encountered as the green hexahydrate, but it can be dehydrated to give the yellow anhydrous NiCl2. Some tetracoordinate nickel(II) complexes form both tetrahedral and square planar geometries. The tetrahedral complexes are paramagnetic and the square planar complexes are diamagnetic. This equilibrium as well as the formation of octahedral complexes contrasts with the behavior of the divalent complexes of the heavier group 10 metals, palladium(II) and platinum(II), which tend to adopt only square-planar complexes.[10]

Nickelocene is known; it has an electron count of 20, making it relatively unstable.

Nickel(III)

Nickel(III) oxide is used as the cathode in many rechargeable batteries, including nickel-cadmium, nickel-iron, nickel hydrogen, and nickel-metal hydride, and used by certain manufacturers in Li-ion batteries

Creation

The stable form of nickel is created in supernovas via the r-process.

History

Because the ores of nickel are easily mistaken for ores of silver, understanding of this metal and its use dates to relatively recent times. However, the unintentional use of nickel is ancient, and can be traced back as far as 3500 BC. Bronzes from what is now Syria had contained up to 2% nickel.Further, there are Chinese manuscripts suggesting that "white copper" (cupronickel, known as baitung) was used there between 1700 and 1400 BC. This Paktong white copper was exported to Britain as early as the 17th century, but the nickel content of this alloy was not discovered until 1822.In medieval Germany, a red mineral was found in the Erzgebirge (Ore Mountains) which resembled copper ore. However, when miners were unable to extract any copper from it they blamed a mischievous sprite of German mythology, Nickel (similar to Old Nick) for besetting the copper. They called this ore Kupfernickel from the German Kupfer for copper. This ore is now known to be nickeline or niccolite, a nickel arsenide. In 1751, Baron Axel Fredrik Cronstedt was attempting to extract copper from kupfernickel and obtained instead a white metal that he named after the spirit which had given its name to the mineral, nickel.In modern German, Kupfernickel or Kupfer-Nickel designates the alloy cupronickel.

In the United States, the term "nickel" or "nick" was originally applied to the copper-nickel Indian cent coin introduced in 1859. Later, the name designated the three-cent coin introduced in 1865, and the following year the five-cent shield nickel appropriated the designation, which has remained ever since. Coins of pure nickel were first used in 1881 in Switzerland.After its discovery the only source for nickel was the rare Kupfernickel, but from 1824 on the nickel was obtained as byproduct of cobalt blue production. The first large scale producer of nickel was Norway, which exploited nickel rich pyrrhotite from 1848 on. The introduction of nickel in steel production in 1889 increased the demand for nickel and the nickel deposits of New Caledonia, which were discovered in 1865, provided most of the world's supply between 1875 and 1915. The discovery of the large deposits in the Sudbury Basin, Canada in 1883, in Norilsk-Talnakh, Russia in 1920 and in the Merensky Reef, South Africa in 1924 made large-scale production of nickel possible.

Occurrence

See also: Ore genesis and Category:Nickel minerals

Widmanstätten pattern showing the two forms of Nickel-Iron, Kamacite and Taenite, in an octahedrite meteorite

The bulk of the nickel mined comes from two types of ore deposits. The first are laterites where the principal ore minerals are nickeliferous limonite: (Fe, Ni)O(OH) and garnierite (a hydrous nickel silicate): (Ni, Mg)3Si2O5(OH). The second are magmatic sulfide deposits where the principal ore mineral is pentlandite: (Ni, Fe)9S8.

In terms of supply, the Sudbury region of Ontario, Canada, produces about 30% of the world's supply of nickel. The Sudbury Basin deposit is theorized to have been created by a meteorite impact event early in the geologic history of Earth. Russia contains about 40% of the world's known resources at the Norilsk deposit in Siberia. The Russian mining company MMC Norilsk Nickel obtains the nickel and the associated palladium for world distribution. Other major deposits of nickel are found in New Caledonia, France, Australia, Cuba, and Indonesia. Deposits found in tropical areas typically consist of laterites which are produced by the intense weathering of ultramafic igneous rocks and the resulting secondary concentration of nickel bearing oxide and silicate minerals. Recently, a nickel deposit in western Turkey had been exploited, with this location being especially convenient for European smelters, steelmakers and factories. The one locality in the United States where nickel was commercially mined is Riddle, Oregon, where several square miles of nickel-bearing garnierite surface deposits are located. The mine closed in 1987.In 2005, Russia was the largest producer of nickel with about one-fifth world share closely followed by Canada, Australia and Indonesia, as reported by the British Geological Survey.

Based on geophysical evidence, most of the nickel on Earth is postulated to be concentrated in the Earth's core. Kamacite and taenite are naturally occurring alloys of iron and nickel. For kamacite the alloy is usually in the proportion of 90:10 to 95:5 although impurities such as cobalt or carbon may be present, while for taenite the nickel content is between 20% and 65%. Kamacite and taenite occur in nickel-iron meteorites.

Extraction and purification

Nickel output in 2005

Nickel is recovered through extractive metallurgy. Most sulfide ores have traditionally been processed using pyrometallurgical techniques to produce a matte for further refining. Recent advances in hydrometallurgy have resulted in recent nickel processing operations being developed using these processes. Most sulfide deposits have traditionally been processed by concentration through a froth flotation process followed by pyrometallurgical extraction.

Nickel is extracted from its ores by conventional roasting and reduction processes which yield a metal of greater than 75% purity. Final purification of nickel oxides is performed via the Mond process, which increases the nickel concentrate to greater than 99.99% purity. This process was patented by L. Mond and was used in South Wales in the 20th century. Nickel is reacted with carbon monoxide at around 50 °C to form volatile nickel carbonyl. Any impurities remain solid while the nickel carbonyl gas passes into a large chamber at high temperatures in which tens of thousands of nickel spheres, called pellets, are constantly stirred. The nickel carbonyl decomposes, depositing pure nickel onto the nickel spheres. Alternatively, the nickel carbonyl may be decomposed in a smaller chamber at 230 °C to create fine nickel powder. The resultant carbon monoxide is re-circulated through the process. The highly pure nickel produced by this process is known as carbonyl nickel. A second common form of refining involves the leaching of the metal matte followed by the electro-winning of the nickel from solution by plating it onto a cathode. In many stainless steel applications, 75% pure nickel can be used without further purification depending on the composition of the impurities.

Nickel sulfide ores undergo flotation (differential flotation if Ni/Fe ratio is too low) and then are smelted. After producing the nickel matte, further processing is done via the Sherritt-Gordon process. First copper is removed by adding hydrogen sulfide, leaving a concentrate of only cobalt and nickel. Solvent extraction then efficiently separates the cobalt and nickel, with the final nickel concentration greater than 99%.

Metal value

The market price of nickel surged throughout 2006 and the early months of 2007; as of April 5, 2007, the metal was trading at 52,300 USD/tonne or 1.47 USD/oz.[26] The price subsequently fell dramatically from these peaks, and as of 19 January 2009 the metal was trading at 10,880 USD/tonne.The US nickel coin contains 0.04 oz (1.25 g) of nickel, which at the April 2007 price was worth 6.5 cents, along with 3.75 grams of copper worth about 3 cents, making the metal value over 9 cents. Since the face value of a nickel is 5 cents, this made it an attractive target for melting by people wanting to sell the metals at a profit. However, the United States Mint, in anticipation of this practice, implemented new interim rules on December 14, 2006, subject to public comment for 30 days, which criminalize the melting and export of cents and nickels.Violators can be punished with a fine of up to $10,000 and/or imprisoned for a maximum of five years.

As of June 24, 2009 the melt value of a U.S. nickel is $0.0363145 which is less than the face value.

Applications

Nickel superalloy jet engine (RB199) turbine blade

Nickel is used in many industrial and consumer products, including stainless steel, magnets, coinage, rechargeable batteries, electric guitar strings and special alloys. It is also used for plating and as a green tint in glass. Nickel is pre-eminently an alloy metal, and its chief use is in the nickel steels and nickel cast irons, of which there are many varieties. It is also widely used in many other alloys, such as nickel brasses and bronzes, and alloys with copper, chromium, aluminium, lead, cobalt, silver, and gold.

Nickel plated neodymium magnet on a bracket from a hard drive.

The amounts of nickel used for various applications are 60% used for making nickel steels, 14% used in nickel-copper alloys and nickel silver, 9% used to make malleable nickel, nickel clad, Inconel and other superalloys, 6% used in plating, 3% use for nickel cast irons, 3% in heat and electric resistance alloys, such as Nichrome, 2% used for nickel brasses and bronzes with the remaining 3% of the nickel consumption in all other applications combined.[ In the laboratory, nickel is frequently used as a catalyst for hydrogenation, sometimes Raney nickel, a finely divided form of the metal alloyed with aluminium which adsorbs hydrogen gas. Nickel is often used in coins, or occasionally as a substitute for decorative silver. The American 'nickel' five-cent coin is 75% copper and 25% nickel. The Canadian nickel minted at various periods between 1922-81 was 99.9% nickel, and was magnetic.Various other nations have historically used and still use nickel in their coinage.

Nickel is also used in fire assay as a collector of platinum group elements, as it is capable of full collection of all 6 elements, in addition to partial collection of gold. This is seen through the nature of nickel as a metal, as high throughput nickel mines may run PGE recovery (primarily platinum and palladium), such as Norilsk in Russia and the Sudbury Basin in Canada.

Nickel foam or nickel mesh is used in gas diffusion electrodes for alkaline fuel cells.

Biological role

Although not recognized until the 1970s, nickel plays important roles in the biology of microorganisms and plants. In fact urease (an enzyme which assists in the hydrolysis of urea) contains nickel. The NiFe-hydrogenases contain nickel in addition to iron-sulfur clusters. Such [NiFe]-hydrogenases characteristically oxidise H2. A nickel-tetrapyrrole coenzyme, F430, is present in the methyl coenzyme M reductase which powers methanogenic archaea. One of the carbon monoxide dehydrogenase enzymes consists of an Fe-Ni-S cluster. Other nickel-containing enzymes include a class of superoxide dismutaseand a glyoxalase.

Toxicity

Exposure to nickel metal and soluble compounds should not exceed 0.05 mg/cm³ in nickel equivalents per 40-hour work week. Nickel sulfide fume and dust is believed to be carcinogenic, and various other nickel compounds may be as well.[39][40] Nickel carbonyl, [Ni(CO)4], is an extremely toxic gas. The toxicity of metal carbonyls is a function of both the toxicity of the metal as well as the carbonyl's ability to give off highly toxic carbon monoxide gas, and this one is no exception. It is explosive in air.[41][42] Sensitized individuals may show an allergy to nickel affecting their skin, also known as dermatitis. Sensitivity to nickel may also be present in patients with pompholyx. Nickel is an important cause of contact allergy, partly due to its use in jewellery intended for pierced ears.[43] Nickel allergies affecting pierced ears are often marked by itchy, red skin. Many earrings are now made nickel-free due to this problem. The amount of nickel which is allowed in products which come into contact with human skin is regulated by the European Union. In 2002 researchers found amounts of nickel being emitted by 1 and 2 Euro coins far in excess of those standards. This is believed to be due to a galvanic reaction.It was voted Allergen of the Year in 2008 by the American Contact Dermatitis Society.

 

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金屬經初步加工成型後需修飾金屬表面,美化金屬表面 ,更進一步改變金屬表面的機械性質及物理化學性質等之各種操作過程,稱之為金屬表面處理.或稱之金屬 表面加工(metal surface finishing).

表 面處理的目的可以分四大類:

(1) 美觀(appearance)

為了提高製品之附加價值,賦予製品表面美觀,例如裝飾 性電鍍
(decorative plating) Au, Ag, Rh, Ni, Cr,黃銅等電鍍 (electroplating).

(2) 防護(protection)

為了延長製品的壽命,再製品表面披覆(coating)耐腐蝕之材料,例如保護性電鍍 (protective  plating) Zn,Cd,Ni,Cr,Sn 等電鍍.

 

(3) 特殊表面性質(special surface properties)

1. 提高製品之導電性(electrical conductiuity),例如電鍍Ag,Cu.
2. 提高焊接性(soderability)在通訊急電子工業應用,例如Sn-Pb 合金 電鍍.
3. 提高光線之反射性(light reflectivity ) 例如太空船,人造衛星的 外殼需
反射光線,Ag及Rh的鍍層 被應用上.
4. 減小接觸阻抗(contact resistance)例如在電子組件之Au及Pd電鍍.

(4) 機械或工程性質(mechanical or engineering properties )

1. 提高製品之強度(strenth),例如塑膠電鍍.
2. 提高製品之潤滑性 ( bearing propertries ) 例如多孔洛電鍍
   (porous  chromium plating), 內燃機之鋁合金活塞 (piston) ,鍍   錫Sn以防止汽缸 (cylinder)壁刮傷.
3. 增加硬度(hardness)及耐磨性(wear resistance) ,例如硬洛電鍍(    hard chromium plating).
4. 提高製品之耐熱性,耐候性,抗幅射線,例如塑膠,非金屬之電鍍.
5. 滲碳(carburizing) ,氮化(nitriding) 之防止,例如鋼鐵表面硬化    (case hardening)時在不要硬化部份鍍Cu.

表面處理工業雖然不是工業之主流,但只有透過表面處理,製品的特性及價值才能充份發揮出 來.應用電鍍(plating),陽極處理(anodizing),化成處理(convesion coating),塗裝(coating)等工業技術,達到防蝕,增進可焊性,潤滑性,耐磨性,附著性及鋼材防止滲碳等的多項目的.

所以 表面處理為各種加工製造工業不可或缺的過 從傳統工業到近代高科技,表面處理技術一直扮演非常重要性之角色.例如太空船,人造衛星,積體電路等之發展表面處理技術都有決定性之影響.由於表面處理對 材料月異,帶動相關科技工程之進步.

表面處理技術之種類 從表面處理之特性可分類:


_____ 機械法 __ 珠擊法,切削,搪磨,撒砂,精磨,研磨,超加工.

_____ 冶金法 __ 表面硬化,(淬火,滲碳,氮化),擴散皮膜法.

_____ 化學法 __ 電解研磨,酸洗,化學研磨,酸蝕雕刻.


_____ 表面披覆__ 電鍍,無電鍍,熱浸鍍,熔射鍍,真空蒸著,陰極噴濺,

_____ 無機披覆__ 陽極處理,化成處理,著色,琺瑯處理.

_____ 有機披覆__ 塗裝,橡膠加襯,塑膠加襯.

裝飾電鍍(decorative plating)

裝飾電鍍之主要目的改進 產品之外觀,提高產品附加價值,其主要產品如項鍊,胸 針,耳環等飾物,合法登記之裝飾電鍍廠不足十分之一,地下小廠不需付稅捐,廢水處裡費用等,導致小廠吃大廠,劣幣逐良幣之反淘汰之惡性循環. 所以發展之方向應為大廠增添新設備,提高技術水準,提高產品品質,加強取締公害,自然促使非法及小廠淘或合併經營才能進一步發展.

 

工程電鍍(engineering plating)

工程電鍍之目的是增加產品之耐蝕力,延長使用壽命,改進機械性質等.現在許 多精密模具無法使用機械加工, 也使用電鍍法, 稱之為電鑄 (electroforming).工之規模較大,許多操作採用自動化,多附屬於大規模較大機器製造廠.

     獨立之工程電 鍍廠也大都與大型機器金屬製造廠訂有長期加工契約,其惡性競爭較裝飾性電鍍小,筍嵹禤a經濟發展,工程電鍍技術水準必須精益求精,力爭上游,其發展是大有 可為的工程電鍍使用支援料數量鉅大,因此廢物處理之公害問題需特別重視,稍一不慎將 造成不可收拾的公害.

     一般中小廠為節省開支沒有廢物處理設備,或有也只供參觀檢 查時之用,浪費投資,罔顧員工及環境之安全與衛生.故今後發展方向為如何協助,促使這些小廠家合併始引進或研究開發更經濟更有效新技術.工程電鍍用之化學 品如進鍍成性質之添加劑,多為國外原料供應商之機密,利潤甚高,若能長期研究必能研 就發展成功替代品,以減低本國電鍍工業之成本.

 

鍍錫(tin plating)

鍍錫生產應往高速率之連續生產方向發展,唯有使用高度自動化設備才能節省日益高漲之連續工資及能 源.此種設備國內無法設計製造, 需向國外引進技術,近年來使用鋁罐,鋁箔,塑膠瓶罐,臘紙盒,玻璃瓶等材料越來越普遍, 佔去馬口鐵很大的市場尤其一些錫生產的開發國家如印尼,菲律賓,泰國,馬來西亞等也開始生產馬口鐵,另外有逐漸改無錫鐵皮(tin free steel)之趨勢.

 

熱漫鍍鋅(zinc hot dip coating)

鍍鋅鋼片主要有電鍍式鍍 鋅鋼片及熱浸式鋼片,其中以熱浸式佔大多數,鍍鋅鋼片具有優良耐蝕性與低廉價格.主要用途為建築如用在頂板(roofing),側板(siding ),廣告牌,風管等,其次為電器及機械業.國內鍍鋅鋼片業者需淘汰更新陳舊設備,採用新式連續式熱浸鍍鋅方式生產,產量大,品質佳,產品適用性廣,成本低 並加以配合耐高腐蝕力,鍍層延性,抗熱性,銲接性及美麗彩色塗裝之需求提高製品之品質.如發展出來的鐵鋅合金鍍面,差別鍍鋅,單面鍍鋅及鋁鋅合金鍍面等.

陽極處理(anodizing)

鋁的陽極處理是鋁金屬表面藉由電流的作用形成一層氧化物膜,堅硬耐磨,抗蝕性極高,色澤 優美.鋁合金本身易於加工,強度高,用途很廣,磥瑣T陽處理產品為鋁門窗,傢俱,照相機及儀表外殼另件.鋁材製造極其加工業也日益擴展,鋁陽處理有相當市 場潛力.

     陽極處理之發展例如硬質陽極處理(hard anodizing),在低溫電流亦有用交直流並用之陽極處理.這種硬化之陽極處理的鋁材可用於活塞,汽缸,汽缸內襯,油壓機及渦輪之另件,汽閥,齒 輪,'槍械另件,離合器,煞車圓片,(brake disk),機器另見及工具等.浴溫,電流密度, 溶液成份需自動控制才能嚴格管制成品之品質以達客戶要求.自動化需引進國外技術及大量之資金,所以同時要深入了解國外市場之潛力循序達成自動化.

 

塗裝(coating)

塗裝工業之成長仍應會繼續擴大,應設法取締地下工廠以減少公害保障合法廠商,避免惡性競爭.教育用戶重視 表面處理技術之價值,提高塗裝品質之要求.大廠商應力爭上游,自行發展高級產品而不能只埋怨小廠之低廉競銷.發展之趨勢大多採用粉體塗裝,以節省能源和溶 劑並可減少公害.非溶劑之塗裝和省能源型(紫外線硬化,低 溫硬化)之新產品我國塗裝工業當然應該迎頭趕上.

 

有關表面 處理技術之國內外學會有:

(1) 中國材料科學學會.
(2) 中國鋼鐵學會.
(3) 中國化學會.
(4) 中國腐蝕防蝕學會.
(5) American, Electroplater Society.
(6) American, Electrochemical Society.
(7) American, National Association of Corrosion Engineers .
(8) 英國Institute of metal fishing.
(9) 英國Corrosion Science Society.
(10) 英國Corrosion and Protection Association.
(11) 日本金屬表面技術學會.
(12) 日本金屬學會第三分科會(金屬表面物理化學).
(13) 日本鋼鐵學會.
(14) 日本電器化學協會.
(15) 日本化學學會.
(16) 日本輕金屬學會.
(17) 德國Bunsen Gesellechaff.

 

 

歡 迎來到Bewise Inc.的世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製 造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成 功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具協 助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀 具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生 刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭 迎您親自體驗!!

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS  DIN Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolNAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end milldisc milling cutter,Aerospace cutting toolhss drillФрезерыCarbide drillHigh speed steelCompound SharpenerMilling cutterINDUCTORS FOR PCDCVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden FingerPCD V-CutterPCD Wood toolsPCD Cutting toolsPCD Circular Saw BladePVDD End Millsdiamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE Single Crystal Diamond Metric end millsMiniature end millsСпециальные режущие инструменты Пустотелое сверло Pilot reamerFraisesFresas con mango PCD (Polycrystalline diamond) ‘FresePOWDER FORMING MACHINEElectronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterStaple CutterPCD diamond cutter specialized in grooving floorsV-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert PCD Diamond Tool Saw Blade with Indexable InsertNAS toolDIN or JIS toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsend mill grinderdrill grindersharpenerStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

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弊社は各領域に供給できる内容は:

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(2)Carbide Cutting tools設計

(3)鎢鋼エンドミル設計

(4)航空エンドミル設計

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(8)自動車部品&材料加工向けエンドミル設計

弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンドミル設計

(2)ミクロエ ンドミル~大型エンドミル供給

(3)小Lot生産~大量発注対応供給

(4)オートメーション整備調達

(5)スポット対応~流れ生産対応

弊社の 全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

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32bW

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電鍍之定義

           電鍍(electroplating)被定義為一種電沈積過程(electrodepos- ition process), 是利用電極(electrode)通過電流,使金屬附著於 物體表面上, 其目的是在改變物體表面之特性或尺寸。

 

電 鍍之目的

          電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit),改變基材表面性質或尺寸。例如賦予金屬光澤美觀、物品的防鏽、防止磨耗、提高 導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性、熱處理之防止滲碳、氮化 、尺寸錯誤或磨耗之另件之修補。

各種鍍金的方法

  •  
    •  
      •  
        • E=E0+RT/nF ln aMn+/aM

        • E=電極電位

        • E0=電極標準狀態電位 (volt)

        • R=氣 體常數(8.3143 J.K-1MOL-1)

        • T= 絕對零度( K)

        • n=原子價之改變數(電子移轉之數)

        • aMn+=金屬離子之活度 (activity),若極稀薄之溶液,其活度就等於金屬

        • 離子 之濃度(concentration)C。

        • 一般則活度為濃度乘上 活度係數,即a = r *c。

        • 金屬電極之活度,若為純金屬即為1 。

        • 法拉第常數

      •  

    • 溶液性質
      物質反應

      電化學
      化學式

      界面物理化學
      材料性質

      溶液(solution)

                 被溶解之物質稱之為溶質(solute),使溶質溶解之液體稱之溶 劑(solute)。溶劑為水之溶液稱之水溶液(aqueous solution)。

                  表示溶質溶解於溶液中之量為濃度(concentration)。 在一定量溶劑 中,溶質能溶解之最大量值稱之溶解度(solubility)。

                  達到溶解度 值之溶液稱之為飽和溶液(saturated solution),反之為非飽和溶 液(unsaturated solution)。 溶液之濃度,在工廠及作業現場,

      使用易了解及便利的重量百分率濃度(weight percentage)。 另外常用的莫耳濃度(molal concentration)。

      物質反應(reaction of matter)

      在 電鍍處理過程中,有物理變化及化學變化,例如研磨、乾燥等為物理反應,電解過程有化學反應,我們必須充份了解在處裡過程

      中各種物理及化學 反應及其相互間關係與影響。

      電化學(electrochemistry)

      電鍍是一種電沉積( electrodeposition )過程,利用電解體electrolysis)在電極(electrode)沉積金屬,它是屬於電化學之應用的一支。電化學 是研究

      有關 電能與化學能交互變化作用及轉換過程。

                電解質(electrolyte)例子NaCl,也就是其溶液具有電解性質之溶液 (electrolyticsolution)它含有部份之離子(ions),經由此等離子之移動 (movement)

      而能導電。帶陰 電荷朝向陽極(anode)移動稱之為陰離子 (anion),帶正電荷朝向陰極(cathode)移動(migrate)者稱之為陰離子 cations)。這些帶電荷之

      粒子(particles)稱之為離子(ions)。放出電 子產生氧化反應之電極稱之為陽極(anode),得到電子產生還元化應 之電極稱之為陰極(cathode)。整個反

      應過程稱之為電解 (electrolysis)。

      電極電位(electrode potentials)

      電位 (electrode potential)為在電解池(electrolytic)中之導電體,電流 經由它流入或流出。 電極電位(electrode potential)是電極與電解液之間的電動

      勢差, 單獨電極電位不能測定需參考一些標準電極(standard electrode)。

      例如氫標準電極(hydrogen standard electrode)以其為基準電位為0

               電極電位之大小可由Nernst equation表示之:

  • 電鍍法(electroplating)
    無電鍍法(electroless plating) 

    熱浸法(hot dip plating)
    熔射噴鍍法(spray plating) 

    塑膠電鍍(plastic plating)
    浸漬電鍍 (immersion plating) 

    滲透鍍金(diffusion plating)
    陰極濺鍍(cathode supptering)

    真空蒸著鍍金(vacuum plating)
    合金電鍍 (alloy plating)

    複 合電鍍 (composite plating
    局部電鍍 (selective plating) 

    穿孔電鍍 (through-hole plating)
    筆電鍍(pen plating)

    電鍍的基本知識

    電 鍍大部份在液體 (solution) 下進行,又絕大部份是由水溶 液 (aqueous solution)中電鍍,約有 30 種的金屬可由水溶液進 行電鍍, 由

    水溶液電鍍的金屬有:銅Cu、鎳Ni、鉻Cr、鋅Zn、鎘Cd" 、鉛Pb、金Au、銀Ag、鉑Pt、鈷Co、錳Mn、銻Sb、鉍Bi、汞Hg、鎵Ga、銦In、

    鉈、As、Se、Te、Pd、Mn、 Re、Rh、Os、Ir、Nb、W 等。

             有些必須由非水溶液電鍍如鋰、鈉、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo等。可油水溶液及非水溶液電鍍者有銅、

    銀、 鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等金屬。

    電鍍的基本知識包括下列幾項:

標準電極電位(standard electrode potential)

標準電極電位(standard electrode potential)是指金屬電極之活度為 1(純金屬)及在

金屬離子活度為1時之電極電位。

即 E=E0

E=E0+RT/nF ln 1/1 

=E0+0= E0

氫之標準電位在任何溫度下都定為0,做為其他電極之參考電極 (REFERENCEELECTRODE),以氫標準電極為基準0,各種金屬之標 準電位見表

排列在前頭之金屬如Li較易 失去電子,易被氧化,易 溶解,易腐蝕,稱之為濺金屬或 金屬(basic metal)。相反如Au金屬不易失去電子.不易氧化.不易溶解.

容 易被還元稱之為貴金屬(noble metal)。

電極

電位

電 極

電位

Li+ -3.045
Co ?
Co+2 -0.277   

Rb?
Rb+ -2.93
Ni ? 
Ni+2 -0.250 

K? 
K+ -2.924
Sn ?
Sn+2 -0.136

Ba?  
Ba+2 -2.90 
Pb ?  
Pb+2 -0.126 

Sr ?
Sr+2 -2.90
Fe ?
Fe+3 -0.04

Ca ?     
Ca+2 -2.87
Pt/H2?
H+ 0.000 

Na ?
Na+ -2.715
Sb ?
Sb+3 +0.15 

Mg ?
Mg+2 -2.37
Bi ?
Bi+3 +0.20

Al ? 
Al+3 -1.67
As ?
As+3 +3 

Mn ? 
Mn+2 -1.18
Cu ? 
Cu+2 +0.34 

Zn ? 
Zn+2 -0.762
Pt/OH-?
O2 +0.40 

Cr ?   
Cr+3-0.74
Cu ?
Cu+ +0.52 

Cr ?
Cr+2 -0.56
Hg ?
Hg2+2 +0.789 

Fe ? 
Fe+2 -0.441
Ag ?
Ag+ +0.799 

Cd ?
Cd +3 -0.402
Pd ?
Pd+2 +0.987 

In ? 
In+3 -0.34
Au ?
Au+3 +0.150

Tl ?
Tl+ -0.336
Au ?
Au+ +1.68

 

Nernst 電位學說

金屬含有該金屬離子之溶液相接觸,則 在金屬與溶液界面,會產生 電荷移動現象,此

等電荷之移動,仍是由於金屬與溶液的界面有電位勢之差別稱之為電位差所引起,此現象

Nernst 解說如下:

            設驅使金屬失去電子變為陽離子溶入溶液中之電離溶解液解壓 (electrolatic

solution pressure)為p而使溶液中的陽離子得到電子 還元成金屬滲透壓(osmotic pressure)為

p,則有三種情況發 生:

  •  
    •  

      E=E0+RT/Nf ln aMn+ / a
      式中為aM為不純金屬之活度

    • (1) P>P時,金屬被氧化,失去電子,溶解成金屬離子於溶液中,因此

           金屬電極本體接收電子而帶負電。

      (2) P<P時,金屬陽離子得到電子被還元沉積於金屬電極表面上,

           金屬電極本身供給電子,因此金屬電極帶正電

      (3) P=P時,沒有產生任何變化

           設金屬與溶液的界面所形成的電極電位為E,當1 mole金屬溶入於

           溶液中,則界面所通過的電量為nF , n為金屬陽離子之價數,即電子之

           轉移數,F為法拉第常數,此時所作功等於nFE,也等於下式:

      n F E= ? ppVdp=RT ? pp dp/p=-RTln P/P 

      \ E=RT/nF ln P/P 

      即金屬陽離子之活度(activity)為 aMn+活 度係數為K,則P= 

      KaMn+於是 

      E= - RT/nF ln p/KaMn+

      =- RT/nF ln P/K +RT/nF ln aMn+

      E在標準 狀態時,即aMn+=1,稱為標準電極電位E ,即 

      E0=- RT/ nF ln P/K + RT/nF ln 1 

      =-RT/nF ln P/R 

      所以純金屬的電極電位用上列式子表示:

      非 純金屬電位則為:

電極電位在熱力學的表示法

  電極反應是由氧化反應及還原反應所組成.

例如Cu ? Cu+++2e- 還原狀態 氧化狀態 可用下列二式表示之 :

  •  
    • Cu(R) Cu+++2e-
    • 氧化反應
    • Cu? Cu+++2e-
    • 還原反應
  •  

例1: 氧電極反應之電位

1/2O2+H2O+2e-? 2OH-

例2: 氯化汞電極反應之電位

Hg2+2+2e-? 2 Hg

E=E0- RT/nF ln aHg(s) /aHg2+2

  •  
    •  

      g act=a+b log i 

      b 為係數,i為電流, g act為活化能過電壓其電流i愈大 g act愈大,電鍍中 g act佔 很小一部份,幾乎可以忽略,除非電流密度很大。 

      氫過電壓(hydrogen overvoltage),在酸性水溶液中陰極反應產生 H2氣 體,此額外之電壓稱氫過電壓,即 g H2=Ei-Eeq=Ei-Eeq 式中 
      g H2==氫 過電壓 
      Ei=實際電壓 
      Eeq= 平衡電壓 

      在電鍍時由於氫過電壓的原因使氫氣較少產生,而使許多金屬 

      可 以在水溶液中電鍍。 

      例如鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛。

    • (1)電解電位分類為三種:

      M/M+n即 金屬含有該金屬離子的相接觸有二種形式:? 金屬與溶液間之水大於金屬陽離子M+n與電子的結合力,則金屬會溶解失去電子形式

      金 屬陽離子與水結合成為M+n? xH2O,此時金屬電極獲得額外電子,故帶負電這類金屬電極稱之陰電性,如Mg.Zn.及Fe等浸 入酸..鹽類水溶液

      時產生此種電極電位Mt M(aq)+n+ ne-· 金屬與溶液的水親合力小於金屬離子M+n與電子結合力時,金屬離子會游向金屬電極得到電子而沉積

      在金屬電極上, 於是金屬電極帶正電,溶液帶負電o

      (2)金屬M與難溶性的鹽MX相接觸,同時MX又與陰離子之KX相接觸,即(M x MX,KX) 如 化汞電極(Hg2Cl2) o

      (3)不溶性金屬,如Pt,與含有氧化或還元系離子的溶液相接觸,例如Pt x Fe++ .FE++或Pt x Cr+2,Cr+3等o

      界面電性二重層

      在金屬與溶 液的界面處帶電粒子與表面電荷形成的吸附層, 偶極子的排列層以及

      擴散層等三層所組合的區域稱之為界面 電性二重層。

      液 間電位差(liquid junction potential)

      又稱之為擴散電位差(diffusion potential),係由陰離子與陽 離子之移動度不同而形

      成之電位差,通常溶液之濃度差愈大 ,陰陽離子移動度差愈大,則液間電位差愈大。

      過電壓(overvoltage)

      當電流通過時,由於電極的 溶解、離子化、放電、及擴 散等過程中有一些阻

      礙,必須加額外的電壓來克服,這些 阻礙使電流通過,這種額外電壓消除阻礙者稱之

      為 過電壓。此種現象稱之為極化(polarization)。此時陰極、陽極實際電 位與平衡電位之

      差即為陰極過電壓、陽極過電壓。

      過 電壓可分下列四種

      1.活化能過電壓(activiation overvoltage)

                任何反應,不論吸熱或放熱反應皆有最低能障需克服 ,此能障稱為活化能,在電

      解反應需要額外電壓來克服活化能阻礙,此額外電壓之活化能 過電壓,可用Tafel 公式

      表示:

      2.濃度過電壓(concentration overvoltage)

      當電流變大,電極表面附近反應物質的補充速度及反應生成物 逸散之速度不夠

      快,必須 加上額外之電壓,以消除此阻礙,此額外 電壓稱濃度過電壓。在電鍍時可增

      加溫度即增加擴散速率,增加濃 度,攪拌或陰極移動可減少濃度過電壓,電流密度因

      而提高,電鍍的 速率也可增加。

      3.溶液電阻過電壓 (solution resistance overvoltage)

      溶液的電阻產生IR電壓降,所以需要額外的電壓IR來克服 此電 阻使電流通過,此

      額外電壓IR稱之溶液電阻過電壓。在電鍍時可增加溶液導電度,提高溫度以減少此電阻

      過電壓,有時 此IR形成熱量太多會使鍍液溫度一直上升,造成鍍液蒸發損失需冷卻或補

      充 液。

      4.電極鈍態膜過電壓 (passivity overvoltage)

      電解過程,在電極表面會形成一層鈍態膜,如A1的氧化物膜 ,錯離子形成之阻力

      膜,此等膜具有電阻需要額外電壓加以克服 ,此種額外電壓稱之為鈍態膜過電壓。

      電極鈍態膜過電壓 (passivity overvoltage)

      電解過程,在電極表面會形成一層鈍態膜,如A1的氧化物膜 ,錯離子形成之阻力

      膜,此等膜具有電阻需要額外電壓加以克服 ,此種額外電壓稱之為鈍態膜過電壓。

  • 例3: 氫電極反應之電位

    1/2H2(g) ? H++e-

    E=E0-RT/F ln aH+/aH21/2(g)

    電極電位之意義

 

 

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分解電壓(decomposition potential)

         電壓愈大,電流愈大,反應速率也愈大,其電壓與電流的關係如圖所示。

E點之電壓稱之分解電壓,亦稱之 實際分解電壓 (praticaldecomposition potential),然而要

產生電流I所需之電壓為:

  •  
    • EI=E0+g TOTAL
      g TOTAL= g c + g a + g conc. + IR 
      E0=Ec-Ea 
      式中: 
    • E0=平衡電動勢 
      Ec= 陰極可逆電極電位 
    • Ea=陽極 可逆電極電位 
    • g c=陰極過電壓 
    • g a=陽極過電壓 
    • g conc.= 濃度過電壓 
    • I=電流強度 
    • R=電阻

    例1:使用銅做陽極,硫酸銅溶液鍍銅,其欲產生電流I所需之電壓為:

    EI=E0+g c+g a+g conc.+IR 
    EI=g c+g a+g conc+IR 
    因Ec=Ea Ea=0

    例2:硫酸鋅鍍鋅使用鋅做陽極,攪拌良好,則產生電流I所需之電壓為

    EI=E0+g a+g c+g conc+IR 
    EI=g a+g c+IR 
    因Ea=Ec ? E0=0 
    又因攪拌良好 ? g conc=0

    •  
      •  
        1. 金屬鹽:提供金屬 離子之來源如硫酸銅。可分單鹽、鹽,及錯鹽。
        1. 導 電鹽:提供導電度,如硫酸鹽、氯鹽,可降低能量花費、鍍液熱蒸發損失,尤其是滾桶電鍍更需優良導電溶液。
        1. 陽極溶解助劑。陽極有時會形成鈍態膜,不易補充金屬離,則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。
        1. 緩衝劑,電鍍條件通常有一定pH值範圍,防止pH值變動加緩衝劑,尤其是中性鍍浴(pH5~8),pH值控制更為重要。
        1. 錯合劑,很多情況,錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良,防止置換沈積,如鐵上鍍銅,則需用錯合劑,或是合 金電鍍用錯合劑使不同之合金屬電位拉近才能同時沈積得到合金鍍層。
        1. 安定劑,鍍浴有些會因 某些作用,產生金屬鹽沈澱,鍍浴壽命減短,為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安定劑。
        1. 鍍層性質 改良添加劑,例如小孔防止劑、硬度調節劑、澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。
        2. 潤濕劑(wetting agent),一般為界面活性劑又稱去孔劑。
      • 電鍍的基本構成元素及工場設備
        電鍍使用之電流

        電鍍溶液
        金屬陽極與金屬陰極

        陽極袋
        電鍍架

        電鍍前的處理
        電鍍工場設備

        電鍍控制條件及影響因素
        鍍浴淨化

        鍍層要求項目
        鍍層缺 陷

        電鍍技藝
        金屬腐蝕

        電鍍的基本構成元素

        外部電路,包含有交流電源、整流器、導 線、可變電阻、電流計、電壓計。

        陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。
        電鍍液(bath solution)。
        陽 極(anode)。
        鍍槽( plating tank )
        加熱或是冷卻器(heating or colling coil )。

        電 鍍工場設備

        一個電鍍工場必須配備下列各項設備:

          @防酸之地板及水溝。

          @ 糟及預備糟。

          @攪拌器。

          @整流器或發電機。

          @導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具。

          @安培表、伏特表、安培小時表、電阻表。

          @泵、過濾器及橡皮管。

          @電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備。

          @操作用之上下架桌子。

         @檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器。

         @通風及排氣設備。

        電鍍 使用之電流

              在電鍍中,一般都僅使用直流電流。交流電流 因在反向電流時金屬沈積又再被

        溶解所以交流 電流無法電沈積金屬。直流電源是用直流發電機或交流電源經整流器產

        生。直流電流是電子向一個方向流通,所以可以電沈積金屬。但在有些特殊 情況會使

        用交流電流或其他種特殊電流,用來改 善陽極溶解消除鈍態膜、鍍層光層、降低鍍層

        內應力、鍍層分佈、或是用於 電解清洗等。

        電鍍溶液,又稱鍍浴(plating bath)

        電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其他化學物之 導電溶液,用來電沈積金屬。其主

        要類別可分酸性、中性及鹹性電鍍溶液。強酸鍍浴是pH值低於2的溶液 ,通常是金屬

        鹽 加酸之溶液,例如硫酸銅溶液。弱酸 鍍浴是pH值在2~5.5之間鍍浴,例如鎳鍍浴。

        鹹性鍍浴其pH值超過7之溶液,例如氰化物鍍浴、 錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍

        浴。

        鍍浴的成份及其功能

           例如:單鹽:CuSO4骒;NiSO4

              複鹽:NiSO4骒;(NH4)2SO4

              醋鹽:Na2Cu(CN)3

    • 例3:鎳鹽水溶液使用鎳做陽極,電極面積10c㎡,以10 -2Amp/c㎡進行鍍鎳。

      g c =0.445+0.065logI g a =0.375+0.045logI,內電阻R=300Ω,攪拌良好所需之電壓為若干?

      解:

      EI=g c+g a+IR 
      =0.445+0.65log(0.01*10)+0.375+0.045log(0.01*10)+(0.01*10)*300 =30.71volt 

      界面物理化學

      表面處理過程中,金屬會與水或液體接觸,例如水洗、 酸浸、電鍍、塗裝、琺瑯

      等。要使金屬與液體作用,需金 屬表面完全浸濕接觸,若不能完全接觸,則表面處理

      將不 完全,無法達到表面處理的目的。所以金屬與液體接觸以 介面物理化學性質對表

      面處理有十分重要的意義。

      表面張力 及界面張力

            液體表面的分子在表面上方沒有引力,處於不安定狀態稱之自由表面,故具有

      力,此力稱之 為表面張力。液 體之表面張力大小因液體的種類和溫度而異,溫度愈高

      表面張力愈小,到沸點時因表面分子氣化自由表面消失,故張力變為 零。液體和固體

      與別的液體交接的面也有如表 面張力之作用力,稱之界面張力。

      界面活性劑

               溶液中加入某種物質,能使其表回張力立即減小,具 有此種性質的物質稱之為界

      面活性劑。表面處理過程如 洗淨、脫脂、酸洗等界面活性劑被廣泛應用對表面處理 之

      光澤化、平滑化,均一化都有相當幫助。

      材料性質

        表面處理工作人員必須對材料特性充份了解,表面處 理的材料大多是金屬,所以

      首先要知道各種金屬的一般 性質。例如色澤、比重、比熱、溶點、降伏點、抗拉強 度

      、延展性、硬度、導電度等。

      電鍍基礎

鍍浴的準備

  • @ 將所需的電鍍化學品放入在預備糟內與水溶解。
    @去除雜質。
    @ 用過濾器清除浮懸固體,倒入一個清潔電鍍槽內。
    @鍍浴調整, 如pH值、溫度、表面張力、光澤劑等。
    @用低電流電解法去除雜質。

鍍浴的維持

  • @定期的或經常的分析鍍浴成份,用化學分析法或
          Hull試驗(Hull cell test)。
    @維持鍍浴在 操作範圍成份,添加各種藥品。
    @去除鍍浴可能被污染的來源。
    @ 定期淨化鍍液,去除累積雜質。
    @用低電流密度電解法間歇的 或連續的減低無機物污染。
    @間歇或連續的過濾鍍浴浮懸雜質。
    @經常檢查鍍件、查看缺點。

金屬陽 極

金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極,溶解性陽極用於電鍍上是為補充溶液中電鍍所消耗的金屬離子,是用一種金屬或合金鑄成、

滾 成、或沖製成不同形狀裝入陽極籃(anode basket)內。陽極電流密度必須適當,電流密 度太高會形成鈍態膜,因而使陽極溶解太慢或停

止 溶解,形成不溶解陽極,產生氧氣,消耗鍍液金屬離子而必 須補充金屬鹽。為了減小陽極電流密度,可多放些陽極, 或用波形陽極

增加面積, 或降低電壓。在酸性鍍浴可以 用增加攪拌、增高鍍浴溫度、增加氯離子濃度、降低pH 來提高陽極容許電流密度。

             而鹼性鍍浴可用增加攪拌、增加自由氰化物(free cyanide)的濃度,升高鍍浴溫度或升高pH值,也可將某種物質加入陽極內以減少因

高 電流密 度的陽極鈍態形成。電鍍使用不溶解陽極用來做傳導電流,鍍浴金屬離子需用金屬鹽來補充,如金鍍浴中用不溶解 之不銹鋼作

為陽極, 以金氰化鉀來補充。在鍍鉻中用不溶解 之鉛陽極,以鉻酸補充鉻離子。不溶解陽極有二個條件,一 是良好的導電體,二是不受

鍍液之化學作用 污染鍍浴及不受 侵蝕。不溶性陽極可用在控制金屬離子過度積集在鍍糟內,在貴金屬電鍍,如黃金電鍍,用不銹鋼做陽

極,可以代替金 陽極,以減低投資成本或避免偷竊的困擾。不溶解陽極將引 起強力的氧化,形成腐蝕問題及氧化鍍槽內物質,所以不能

使用有機物添加劑。槽內 之金屬離子必須靠金屬鹽來補充。

陽極袋(anode bag)

  陽極袋是一種有多細孔薄膜袋子,用來收集陽極不溶解金屬與雜質陽極泥,以防止污染鍍浴,阻止粗糙鍍層發生。陽極袋是用編織布

縫成陽極形狀 寬大適中,長度要比陽極稍長,材料需紮得緊,足夠收集陽極泥,不妨礙鍍浴流通,將陽極袋包住陽極並縛在陽極掛鉤上。

在放進電電鍍浴之前, 陽極袋要用熱水含潤濕劑中洗去漿水及其他污物,然後再用水清洗,並浸泡與鍍浴相同之pH的水溶液中,使用前需

再清洗。酸性鍍浴的陽極袋可 用棉織物,也可使用人造纖維。在高溫操作鹹性鍍浴可用乙稀隆材料陽極袋。

金屬陰極

         金屬陰極是鍍浴中的負電極,金屬離子還元成金屬形成鍍層及其他的還元反應,如氫氣之形成於金屬陰極上。準備鍍件做電鍍需做下

面各種步驟: 研磨、拋光、電解研磨、洗淨、除銹等。

電鍍之前處理

  電鍍前之處理,稱之前處理 (pretreatment),包括下列過程:

  1. 洗淨:去除金屬表面之油質、脂肪、研磨劑,及污泥。可用噴射洗淨、溶劑洗淨、 浸沒洗淨或電解洗淨。
  2. 清洗:用冷或熱水洗淨過程之殘留洗淨劑或污物。
  3. 酸浸:去除銹垢或其他氧化物膜,要注意防止 基材被腐蝕或產生氫脆。可加抑制劑以避免過度酸浸。酸浸完後要充份清洗。
  4. 活化:促進鍍層附著性,可用各種酸溶液使金屬表面活化。
  5. . 漂清:電鍍前立刻去除酸膜,然後電鍍。

電鍍掛架(rack)

電鍍掛架是用在吊掛鍍件及導引電 流之掛架,其主要部份有:

1.鉤,使電流接觸導電棒。2.脊骨,支持鍍件並傳導電流。3.舌尖,使電流接觸鍍件。4.掛架塗層,絕緣架框 部份,限制及導引電流通向鍍件。

電鍍掛架需有足夠的強度、尺寸、及導電性能通過的電流量足以維持電鍍操作。其決定尺寸的條件有1.鍍件重 量,2.電鍍的面積,3.每個掛架

之鍍件數,4.鍍槽的尺寸,5.電鍍操作所需之最大電流,鍍架上之附屬設備如絕緣罩或輔助電極,7.鍍 件及掛架最大重量。電鍍掛架基本型式

有1.直脊骨型,是以垂直中央支持,用舌尖夾持鍍件,適小鍍件可用手來操作。2. 混合脊骨型,經常用在自動電鍍上,是用方型框架聯合平行

及垂直骨架所構成夾持小鍍件。3.箱型,這種掛架可以處理許多鍍件,需配備有自動 輸送機、起重機、吊車等設備。4.T型,係垂直中央支持,

聯結許多垂直的交叉棒,此種適合手動及自動操作。選擇電鍍掛架的決定因素有1. 電流量,2.強度,3.荷重限制,4.鍍件位置安排,5.空間限制,

6.製造難易,7.維持費用及成本。電鍍掛架之電流總量為全部鍍件的 有效面積乘於操作過程中之最大電流密度,有效面積係指要被電鍍部份的

面積。鍍件應在不重要的部份如背面、孔洞、幽蔽處聯接電流。掛架之鍍 件數目應依據設計的重量限制、鍍槽尺寸、良好電流分佈空間、直流

電源之電量等決定。一般人力操作之鍍架安全限制重量是251b。由尺寸、 形狀、移動距離可有所變動。舌尖必須具備足夠的硬度、導電度、不

發生燒焦、孤光、過熱等現象。鍍件重量能維持地心引力良好的接觸,否則用 彈簧聯接。要能夠容易迅速上下架,並確保電流接觸。銅是最廣

泛應用的掛架材料,因有好的導電性,容易成型,有適當強度。鋼與銅導電性比銅 差,但較便宜。鋁掛架用在鋁陽極處理(anodizing),其優點是

輕。鎳鍍架耐腐蝕,可做補助電極。磷銅因它具有良好導電性,易彎曲 及易製造易焊接故廣泛用做舌尖。電鍍掛架之脊骨用較堅強材料製成如

硬的拉銅。電鍍架同時附帶有補助陽極加強供應電流稱之為雙極鍍架。除了 補助陽極外,還有補助陰極,漏電裝置、絕緣罩等附加在電鍍掛架

上以調整電流密度或引導電流進入低電流之隱蔽

區域。電鍍掛 架在某些地方加以塗層絕緣,其目的有下列幾項:

1. 減少電鍍金屬之浪費。

 2.限制電流進入要被電鍍之區域,減少電能 損失。

 3.減少鍍浴污染。

 4.改進金屬披覆分佈。

 5.減少電鍍時間。

 6.延長 鍍架壽命,防止鍍糟腐蝕。

  鍍架有下列塗層材料可應用:

  1. 壓力膠帶,容易使用,易鬆脫損壞,適合短時應用或 臨時使用。
  2. 乙稀塑膠,良好黏性,可用於酸鹹各種鍍液。尼奧普林,直接浸泡不需打底、熱烘乾、黏性好可用
  3. 任何鍍 浴,尤其適合使用於鉻電鍍。
  4. 空氣乾燥塑膠,不用塗底、浸泡或擦刷後空氣乾燥、黏性優良,適宜各種電鍍浴。
  5. 橡皮, 除鉻電鍍外其他鍍浴均可使用。
  6. 蠟,不能使用於強鹹及熱鍍浴。

  電鍍操作過程鍍架使用注意事項:

  1. 鍍件需定位,與陽極保持相同距離,使電鍍層均勻,防止鍍液之帶出 (drag-out)損失及帶入(drag-in)污染鍍液。
  2. 鍍 件安排要適當,要使氣泡容易逸出,稍傾斜放置鍍件。
  3. 空間安排,避免鍍件相互遮蔽。
  4. 堅固接觸,防止發燒、孤光等現 象發生。
  5. 防止高電流密度的形成,如尖、邊緣、角等處必須適當應用絕緣罩或漏電裝置。
  6. 使用陽極輔助裝置或雙極鍍 架,應小心調整以確保適當電流分佈。
  7. 鍍架應經常清洗,維持良好電流接觸,去除舌尖附著之金屬,塗層有損壞需之即修理、操作中隨時注意 漏電,鍍浴帶出損失及帶入污染等現象。

電鍍控制條件及影響因素

1.鍍液的組成。   12.覆蓋性。

  2.電流密度。    13.導電度。

  3.鍍液溫度。    14.電流效率。

  4.攪拌。      15.氫過電壓。

  5.電流波形。    16.電流分佈。

  6.均一性。     17.金屬電位。

  7.陽極形狀成份。  18.電極材質及表面狀況。

  8.過濾。      19.浴電壓。

  9.pH值。   

 10.時間。

  1.  11.極 化。
  2. 鍍液的組成:對鍍層結構影響最大,例如氰化物鍍浴或複鹽鍍浴的鍍層,要比酸性單鹽的鍍層細緻。其他如光澤劑等添加劑都影響很大。
  3. 電流密度:電流密度提高某一限度時,氫氣會大量析出,電流效率低,產生陰極極化作用,樹枝狀結晶將會形成。
  4. 鍍浴 溫度:溫度升高,極化作用下降,使鍍層結晶粗大,可提高電流密度來抵消。
  5. 攪拌:可防足氫氣停滯件表面形成針孔,一般攪拌可得到較細緻 鍍層,但鍍浴需過濾清潔,否則雜質因攪拌而染鍍件表面產生結瘤或麻點等缺點。
  6. 電流型式:應用交通電流,週期反向電流(PR)電流、脈 沖電流等特殊電流可改進陽極溶解,移去極化作用的鈍態膜,增強鍍層光澤度、平滑度、降低鍍層應力、或提高鍍層均一性。
  7. 均一性 (throwing power),或稱之投擲力,好的均一性

是指鍍層厚度分佈均勻。均一性的影響因素有:

  1. 幾何形狀,主要是指鍍槽、陽極、鍍件的形狀。分佈位置空間、陰陽極的距離、尖端放電、邊緣效應等因素。
  2. 極化作用,提高極化 作用可提高均一性。
  3. 電流密度,提高電流密度可改進均一性。
  4. 鍍浴導電性,導電生提高而不降低陰極極化作用太多則可 提高均一性。
  5. 電流效率,降低電流效率可提高均一性。

 所以要得到均勻鍍層的方法有:

  1. 良好的鍍浴成份,改進配方有。
  2. 合理操作,表面活生化均勻。
  3. 合理鍍裝掛,以得到最佳電流均勻分佈,防止 析出氣體累積於盲孔或低窪部分。
  4. 調節陰陽極間之距離及高度。
  5. 應用陽極形狀善電流分佈。
  6. 加設 輔助電極、輸電裝置、絕緣屏障等改進電流分佈。
  7. 應用沖擊電流、在電鍍前用較大電流進行短時間電鍍。
  8. 陰陽極形狀、 成份及表面狀況影響很大,如鑄鐵和高矽鋼的材料氫過電小,電鍍時大量氫氣析出,造成覆蓋性差、起泡、脫皮等缺陷,不銹鋼材料,鋁、鎂及合金類易氧化的材 料,不易得附差性良好鍍層。表面狀況如有油污、銹皮等鍍層不可能附著良好,表面粗糙也難得到光澤鍍層。陽極與陰極形狀也會影響鍍層。
  9. 過 濾,如陽極泥、沈碴等雜質會影響鍍層如麻點、結瘤、粗糙的表面,也會降低鍍層之防蝕能力,所以必須經常過慮或連續性過慮固體粒子。
  10. pH 值會影響鍍浴性質,如氫氣的析出、電流效率、鍍層硬度及內應力,添加劑的吸收,錯合離子的濃度都有相當的影響。
  11. 時間為控制鍍層厚度的 主要因素,電流效率高,電流密度大所需電鍍時間就少。
  12. 極化(polarization)電鍍時電極電位發生變化產生一逆電動勢,阻礙 電流叫做極化作用,克服極化作用的逆電動勢所需增加電壓稱之過電壓。

極化作用對電鍍的影響:

  1. 有 利於鍍層細緻化。
  2. 有利於改進均勻性,使鍍層厚度均勻分佈。
  3. 氫氣析出增加,降低電流效率和鍍層之附著力,會產生起 泡、脫皮現象。
  4. 不利陽極溶解,消耗電力、浴溫增高、鍍浴不安定。

  影響極化作用的因素有:

  1. 電鍍浴組成,如氰化物鍍浴之極化作用大,低濃度之鍍浴極化作用較大。
  2. 電流密度,電流密度愈大極化作用愈大。
  3. 溫 度愈高,極化作用愈小。
  4. 攪拌使離子活性增大而降低極化作用。
  5. 覆蓋性是指在低電流密度下仍能鍍上之能力,好的覆蓋 性,在鍍件低凹處仍能鍍上金屬。它與均一性意義不同,但一般好的均一性則也有好的覆蓋性,而覆蓋性不好的則均一性一定也不好。
  6. 導電 度,提高鍍浴導電度有利於均一性,鍍液的電流係由帶電離子輸送,金屬導體是由自由電子輸送電流,二者方式不相同,電解液的導電性比金屬導體差,其影響因素 有:
  7. 電解質的電離度、離子之活度,電離度愈大其導電性愈好,強酸強鹹電離度 都大;所以導電性好,簡單離子如鹽梭根離子較複雜離子如磷酸根離子活度大,所以導電性較佳。
  8. 電解液濃度,電解質濃度低於電離度時,濃 度增加可提高導電度,如濃度已大於電離度時,濃度增加反而導電性會降低。例如硫酸之水溶液在15~30%時導電度最高。
  9. 溫度,金屬的 導電度與溫度成反比,但是電解液的導電度與溫度成正比,因溫度升高了離子的活度使導電性變好,同時溫度也可提高電離度,因可提高導電度,所以電鍍時常提高 溫度來增加鍍浴的導電度以增高電流效率。
  10. 電流效率,電鍍時實際溶解或析出的重量與理論上應浴解或析出的重量的百分比數為電流效率。可 分為陽極電流效率及陰極電流效率。電流密度太高,陽極產生極化,使陽極電流效率降低。若陰極電流密度太大也會產出氫氣減低電流效率。氫過電壓,電鍍金屬 中,鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛的電位都比氫的電位要負,因此在電鍍時,氫氣會優先析出而無法電鍍出這些金屬,但由於氫過電壓很大,所以才能電鍍這些金 屬。然而某些基材如鑄鐵或高矽鋼等之氫過電壓很小,也就較難鍍上,需先用銅鍍層打底而後再鍍上這些金屬。氫氣的產生也會造成氫脆的危害,同時電流效率也較 差,氫氣也會形成針孔,所以氫氣的析出對電鍍都是不利的,應設法提高氫過電壓。
  11. 電流分佈,為了提高均一性,電流分佈將設法改善。如用 相似陰極形狀的陽極,管子的中間插入陽極,將陽極伸入電流不易到達的地方,使用雙極(bipolar)電極將電流分佈到死角深凹處,使難鍍到地方也能鍍 上。在高電流密度區如尖角、邊緣則可用遮板,輸電裝置避免鍍得太厚浪費或燒焦鍍層缺陷。
  12. 金屬電位;通常電位越負則化學活性愈大,電位 負的金屬可把電位正的金屬置換析出,如鐵、鋅可以把銅從硫酸銅液液析出置換出來產生沒有附差性的沈積層。在電鍍浴中若同時有幾種金屬離子,則電位正的金屬 離子先被還元析出。相反地電位負的金屬先溶解。電極材質及表面狀況對氫過電壓影響很大,光滑表面的過電壓較大,不同材質有不同氫過電壓,金屬鉑的氫過電壓 最小。
  13. 浴電壓,依鍍浴組成,極面積及形狀、極距、攪拌、溫度、電流濃度等而不同。一般在9~12V,有高到15V。

 

 

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS  DIN Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolNAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end milldisc milling cutter,Aerospace cutting toolhss drillФрезерыCarbide drillHigh speed steelCompound SharpenerMilling cutterINDUCTORS FOR PCDCVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden FingerPCD V-CutterPCD Wood toolsPCD Cutting toolsPCD Circular Saw BladePVDD End Millsdiamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE Single Crystal Diamond Metric end millsMiniature end millsСпециальные режущие инструменты Пустотелое сверло Pilot reamerFraisesFresas con mango PCD (Polycrystalline diamond) ‘FresePOWDER FORMING MACHINEElectronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterStaple CutterPCD diamond cutter specialized in grooving floorsV-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert PCD Diamond Tool Saw Blade with Indexable InsertNAS toolDIN or JIS toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsend mill grinderdrill grindersharpenerStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

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弊社は各領域に供給できる内容は:

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(7)医療用品エン ドミル設計

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弊社の製品の供給調達機能は:

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弊社の 全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

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鍍浴淨化

由於雜質污染,操作過久雜質累積,故必須經常淨 化鍍浴,

其主要的方法有:

1. 利用過濾材去除固體雜質。

 2.應用活性炭去除有機物。

  3.用弱電解方法去除金屬雜質。

 4.可用置換、沈澱、pH調整等化學方法去除特殊雜質。

鍍層要求項目

依 電鍍的目的鍍層必須具備某些特定的性質,鍍層的基本

要求有下列幾項:

  1. 密著性(adhesion),係指鍍層 與基材之間結合力,密著性不佳則鍍層會

有脫離現象,其原因有:

 (1)表面前處理不良,有油污、鍍層無法與 基材結合。

 (2)底材表面結晶構造不良。

 (3)底材表面產生置換反應如銅在鋅或鐵表面析出。

  1. 緻密性(cohesion),係指鍍層金屬本身間之結合力,晶粒細小,

無雜質則有很好的緻密 性。其影響的因素有:(1)鍍浴成份,

  1. 電流密度,(3)雜質,一般低濃度浴,低電流密度可得到

晶粒細而緻密。

  1. 連續性(continuity),係指鍍層有否孔隙(pore),對美觀及腐蝕

影響很大。雖鍍層均厚可減少孔隙,但不經濟,鍍層要連續

,孔率要小。

  1. 均一性 (uniformity),是指電鍍浴能使鍍件表面沈積均勻厚度的

鍍層之能力。好的均一性可在凹處難鍍到地方亦能鍍上,對美

觀、耐腐蝕性很重要。試驗鍍浴之均一性有Haring電解槽試驗

法、陰極彎曲試驗法、Hull槽試驗法。

  1. 美觀性(appearence),鍍件要具有美感,必須無斑點,氣脹缺陷

,表面需保持光 澤、光滑。可應用操作條件或光澤劑改良光澤度

及粗糙度,也有由後處理之磨光加工達到鍍件物品之美觀提高產

品附加價值。

  1. 應力(stress),鍍層形成過程會殘留應力,會引起鍍層裂開或剝離

,應力形成的原因 有:

(1)晶體生長不正常,(2)雜質混入,(3)前處理使基材表面變質妨

磚結晶生長。

  1. 物理、化學機械特性如硬度、延性、強度、導電性、傳熱性、

反射性、耐腐蝕性、顏色等。

2.5.12  鍍層缺陷

鍍層的缺陷主要有:

(1)密著性不好,(2)光澤和平滑性不佳,(3)均一性不良,(4)變色, (5)斑點,(6)粗糙,(7)小孔。

缺陷產生的原因有:

(1)材質不良,(2)電鍍管理不好,(3)電鍍工程不完全, (4)電鍍過程之水洗、乾燥不良,(5)前處理不完善。

電鍍技藝

電鍍技藝,必須具備化學、物理、電化、電機、機械的相關 技能,要能了解材料性質,表面性質與狀況,熟悉電鍍操作規範,對日常

作業發生的現象及對策詳加整理牢記在心,以便迅速正確地做異常處理。 平時要注意電鍍工場管理規則,尤其前後處理工程的每一步

驟都不能疏忽,否則前功盡棄。

金屬腐蝕

金屬腐 蝕,是由於化學及電化學作用的結果,可分為化學腐蝕與電化學腐蝕,按腐蝕還境可分為高溫氣體腐蝕、土壤腐蝕等。又依腐蝕

破壞情形可分為全 面腐蝕及局部腐蝕。局部腐蝕又可分為斑狀腐蝕、陷壞腐蝕、晶間腐蝕、穿晶腐蝕、表面下腐蝕、和選擇性腐蝕,如

黃銅脆鋅。影響腐蝕的因素 有:(1)金屬的本性,(2)溫度,(3)腐蝕介質。防止金屬腐蝕的方法有:(1)正確選用材料,(2)合理設計金屬結構,

(3)耐蝕合 金,(4)臨時油封包裝,(5)去除腐蝕介質,(6)電化保護,(7)覆層保護。

電鍍有關之計算

  電鍍 有關之計算,茲用一些範例或公式表示之:

  1. 溫度之換算:

    0C=5/9*(0F-32)

    0F=1.80C+32

    0K=0C+273

  2. 密度:

D=M/V M=質量 , V=體積

(3)比重:
S.G=物質密度/水在40C時密度

  1. 波美(baume')

Be’=145-145/比重

比 重=145/145-Be’

例 20%H2SO4的溶液,在20℃時其Be' 值為17,求比重多少?
比重=145/145-17=145/128=1.13

(5)合成物之水分比

例  NiSO4,7H2O中含水多少?

解 NiSO4,7H2O=280.87

  7H2O=126
H2O%=126/280.87*100%=44.9%

(6)比率

例  鉻鍍槽有400加侖的溶液含500磅鉻酸,問同樣的濃度

100加侖鍍槽需含多少鉻酸?
  400/500=100/X

     x=125

  ∴ 需125 1b鉻酸

(7)溶液的重量換成容積

例 96%的H2SO4,比重 1.854求製配1公升標準硫酸溶液

需多少ml 96%H2SO4?

一公升之標準酸液之硫酸銅重量=98/2=49克
49 克 /((1.8354克)/(ml*0.96))=27.82ml
∴需要27.82ml之96%H2SO4
(8)中和

例 1 用14.4ml的1N的HC1溶液中和310ml的NaOH溶液,

求NaOH溶液之當量濃度

解  14.4ml×1N=10ml×xN

  x=1.44

  ∴ 比N.OH之當量濃度為1.44N

例2  1.1738N的HC1溶液來中和10ml之1.1034NNaOH溶液,

求需HC1溶液多少ml?

解 x ml×1.1788N=10ml×1.1034N

  x=9.4

  ∴ 需9.4ml之1.1738NHC1溶液

(9) 法拉第定律(Faraday's Law)

例1計算以5安培電流經過5小時,銅沈積重量,其

電流放率為100%

沉 積重量=(原子量/(原子價*96500))*(電流*時間*電流效應)

W=(A/(n*96500))*(I*T*CE)
=(63.54/(2*96500))*(5*5*60*60*100%)=31.8(g)

∴可沉積31.8g的銅

例2要在10分鐘鍍2.5g的鎳在NiSO骒鍍浴需多大電流?

電流效率 100%。

I=( (n*96500)/(A))*((W)/(t*CE))

=((2*96500)/(58.69))*((2.5)/(10*60*100%))=13.7

∴需電流13.7安培

例3鍍件的表面積為1000cm2,在硫酸銅鍍液中通過 15

安 培電流,電流效率為100%,求鍍銅5 l m所需要的時間。

銅密度為8.93g/cm3
t = ((n*96500*D)/(A))*((area*d)/(I*CE))

=((2*96500*8.93)/(63.54))*((1000*5*10-4)/(15*100%))
=900(秒)=15(分)
? 所需電鍍時間為15分鐘

例4 鍍件總面積為1.5㎡,平均電流為1500安 培,15分鐘

鍍得平均鋅鍍層25 l m,鋅的密度為7.14g/cm3,鋅的原子量

為 65.38,求電流效率

CE=WAct/WThen*100%
=((1.5m2*25l m*7.14g/cm3)/(((65.38)/(2*96500))*1500*15*60))*100%
=59%

? 其電流效率為59%

例5酸性錫鍍浴做連續性鐵片鍍錫,鐵片寬0.9m,鐵片

進行速度 500m/min,電流密度5000A/㎡,上下二面欲鍍上

  1. 4l m錫厚,電流效率100%,錫的密度為7.31g/cm3,原子

量為118.7,求電鍍槽需多少m 長?

槽長L=((n*96500*D)/(A))*((S*d) /(DI*CE))
=((2*96500*7.31g/cm3)/(118.7))*((500m/min*0.4l m)/(5000A/m2*100%))
=8( M )
? 所需鍍長8M.

例6使用不溶性 陽極鍍鉻,電流效率為18%,通過電量為

1000安培小時,不考慮帶出損失求需補充多少CrO2饩,以維持

鍍浴中之鉻濃 度,鉻原子量為52,氧原子量為16。

W=((A/(n*96500))*(I*t*CE)
=((52)/(6*96500))*(1000*18%)

WCrO3=58.1*CrO3/Cr
=58.1*100/52
=112( g )

? 需補充CrO3 112 g

例7 15安培電流過通硫酸銅鍍浴10分鐘,鍍件面積為

1500cm2,電流效率100%,銅的密度為 8.93g/cm3,原子

量為63.54,求鍍層平均厚度多少 m?

鍍層厚度d= ((A)/(n*96500*D))*((I*t*CE) /(area))
=((63.54)/(2*96500*893g/cm3))*((15*10*60*100%)/(1500cm2))
=0.00022(cm)
=2.2l m

? 銅鍍層平均厚度為2.2l m

(10)鍍浴組成配製

例 100加侖瓦特鎳鈹槽,作業標準組成是300g/1 NiSO4,

30 g/1NiCl2及40 g/ H3BO3.目前鍍液經分析得220 /1NiSO4

25g/1 NiCl2及32g/1 H3BO3,求要補充多少藥品?

NiSO4=((300-220)g/1*100gal*3.785 1/gal)/454 g/lb
=66.7( lb)

NiCl2=(30-25)g/1*100gal*3.785 1/gal/454 g /lb
=4.17 (l b)
H3BO3=(40-32) g/1*100gal*3.785 1/gal/454 g/lb
=6.67( lb )

  1. 電極電位

E=E0+ RT/nF ln aM+n/aM

例 1 求0.5MCu(CN)3-2溶液中之銅電極電位,若銅電極

活度=1,溫度為25℃。

  1. 5-X X 3X

  2. Cu(CN)3-2(R) Cu++3CN
    Kdiss=[Cu+][CN-]3/[Cu(CN)3-2]=5.6*10-28
    X*(3X)3/0.5-X=5.6*10-28
    X=5*10-8=[Cu+]

aCu+? [Cu+]=5*10-8稀 溶液之化學濃度

ECu=E0Cu+8.3144*(273+25)/1*96500 ln 5*10-8/1

  1. 過電壓,分解電壓

  2. g =EI-Eeg

EI 為欲產生電流I所需之電壓
Eeg 為平衡電壓

Eeg= Ec- Ea
Ec 為陰極電位
Ea 為陽極電位
g =a+b log I
a , b為常數,隨不同電極而不同
EI=Eeg+g a+g c+g conc.+IR

例 攪拌良好的鎳鹽鍍浴,有緩 沖液pH=5,電極面積

1cm2,以0.01安培/cm2進行電鍍。若g c =0.445+0.065logI

g a=0.375+0.045logI,內電阻=100Ω,則分解電壓需多少?

Eeg =Ec-Ea
=ENi-ENi=0
g conc=0 (因攪拌良好)
I= 0.01 A/cm2*1cm2
? 分解電壓EI=Eeg+g a+g c+g conc+IR
=0+0.375+0.045log0.01+0.445+0.065log0.01+0+0.01*100

=1.6 ( V )

 

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