電鍍是使被鍍金屬通過陰極失去電子成為陽離子,然后利用鍍液中的鍍液使這些陽離子在被鍍金屬表面獲得電子,在陽極上形成鍍層,涉及電鍍。
(1) 陰極工藝
由于電化學反應中鎳交換的電流密度低(Ni2+,i0 約 10-8~10-9 A/cm2;Zn2+,i0 約 10-5 A/cm2;Cu2+,i0 約 10-3 A/cm2 ),因此鎳本身具有較大的極化電阻,在單鹽鍍液中存在較大的電化學極化以獲得良好的鍍層,而且鎳的分散性好,得到的鍍層均勻,所以雖然有許多類型的電鍍溶液,但它們都由單獨的鹽組成。鍍鎳液中的陽離子包括Na+、Mg2+、NH4+、H+等,陰離子包括SO42-、Cl-、OH-等。由于Na+、Mg2+和NH4+的電位相對為負,在原電池電位,不發生反應,所以它的陰極反應
Ni2++2e→Ni
2H++2e→H2↑
鍍液生產中,pH值在3~6之間(pH高于6時Ni(OH)2易析出,低于3時析氫嚴重),因此有效H+濃度很低,鍍液中Ni2+濃度很高。例如,在 NiSO4·7H2O 濃度為 350 g/l 時,Ni2+ 的活度為 0.0492 mol/l。根據 Nernst 方程,平衡鎳沉積電位為 -0.29 V,在 pH=6 或 pH=3 時,根據能斯特方程 根據方程的計算,析氫的平衡電位分別為-0.36V和-0.18V。
鎳上的H2過電壓為0.42V(50℃,5A/dm2),鎳沉積過電壓為0.34V,因此實際鎳沉積電位為-0.63V,pH=6時實際氫沉積電位為-0.78V, pH=3 時析氫的實際電位為 -0.60V。
實際沉積電位非常接近或略低于Ni2+/Ni,因此,在鍍鎳液中,目前的鎳沉積效率很大程度上取決于酸度和鎳離子濃度,鎳離子濃度越高,酸度越低,鍍鎳電流效率越高,反之,鍍鎳電流效率越低。常規鍍鎳液,當pH值降至2-3時,陰極析氫嚴重,鎳難以沉積;在接近中性的鍍鎳液中,pH值變化不大,電流輸出發生變化。基本的。
(2) 陽極工藝
鍍鎳一般采用金屬鎳作為陽極材料,如電解鎳、鑄造鎳、硫鎳、氧鎳等。正常情況下,鎳陽極的溶解反應進行
Ni-2e→Ni2+
此時鎳陽極處于活化狀態,表面呈灰白色,溶解的Ni2+不斷補充溶液中Ni2+的濃度。
但由于金屬鎳的輕微鈍化,溶解電位變為正值,使鎳難以溶解,可能會排出其他離子,主要發生以下反應:
4OH--e→2H2O+O2↑
2Cl--2e→Cl2↑
由于氧氣的產生有助于陽極表面的鈍化并進一步增加鎳的溶解電位,因此陽極會發生以下反應:
Ni2+-e→Ni3+
Ni3+不穩定,水解后生成Ni(OH)3,然后分解成深棕色Ni2O3沉積在電極表面,使陽極完全鈍化,停止溶解,導致陰極電流效率下降和劣化的涂層質量。
Ni3++3OH-→Ni(OH)3↓
Ni(OH)3→Ni2O3+H2O
由于氯氣的釋放,有時會在陽極處感覺到氯氣的氣味。
目前解決陽極鈍化問題較有效的方法是在鍍液中加入適當的陽極活化劑,通常與氯化鈉或氯化鎳配合使用。但氯離子含量不宜過高,否則會造成陽極過度腐蝕或溶解不均勻,造成大量陽極泥懸浮在鍍液中,使鍍層粗糙或形成毛刺。 .
在生產中,為了克服扁平鎳陽極電流分布不均和鑄造鎳陽極產生大量油泥降低電極剩余速度的缺點,常將電解鎳軋制成圓形截面,如鎳球,并放入陽極包。