2.5.8 电镀挂架（rack）
电镀挂架是用在吊挂镀件及导引电流之挂架，其主要部份有：
1.钩，使电流接触导电棒。2.脊骨，支持镀件并传导电流。3.舌尖，使电流接触镀件。4.挂架涂层，绝缘架框部份，限制及导引电流通向镀件。电镀挂架需有足够的强度、尺寸、及导电性能通过的电流量足以维持电镀操作。其决定尺寸的条件有1.镀件重量，2.电镀的面积，3.每个挂架之镀件数，4.镀槽的尺寸，5.电镀操作所需之最大电流，镀架上之附属设备如绝缘罩或辅助电极，7.镀件及挂架最大重量。电镀挂架基本型式有1.直脊骨型，是以垂直中央支持，用舌尖夹持镀件，适小镀件可用手来操作。2.混合脊骨型，经常用在自动电镀上，是用方型框架联合平行及垂直骨架所构成夹持小镀件。3.箱型，这种挂架可以处理许多镀件，需配备有自动输送机、起重机、吊车等设备。4.Ｔ型，系垂直中央支持，联结许多垂直的交叉棒，此种适合手动及自动操作。选择电镀挂架的决定因素有1.电流量，2.强度，3.荷重限制，4.镀件位置安排，5.空间限制，6.制造难易，7.维持费用及成本。电镀挂架之电流总量为全部镀件的有效面积乘于操作过程中之最大电流密度，有效面积系指要被电镀部份的面积。镀件应在不重要的部份如背面、孔洞、幽蔽处联接电流。挂架之镀件数目应依据设计的重量限制、镀槽尺寸、良好电流分布空间、直流电源之电量等决定。一般人力操作之镀架安全限制重量是251b。由尺寸、形状、移动距离可有所变动。舌尖必须具备足够的硬度、导电度、不发生烧焦、孤光、过热等现象。镀件重量能维持地心引力良好的接触，否则用弹簧联接。要能够容易迅速上下架，并确保电流接触。铜是最广泛应用的挂架材料，因有好的导电性，容易成型，有适当强度。钢与铜导电性比铜差，但较便宜。铝挂架用在铝阳极处理(anodizing)，其优点是轻。镍镀架耐腐蚀，可做补助电极。磷铜因它具有良好导电性，易弯曲及易制造易焊接故广泛用做舌尖。电镀挂架之脊骨用较坚强材料制成如硬的拉铜。电镀架同时附带有补助阳极加强供应电流称之为双极镀架。除了补助阳极外，还有补助阴极，漏电装置、绝缘罩等附加在电镀挂架上以调整电流密度或引导电流进入低电流之隐蔽区域。电镀挂架在某些地方加以涂层绝缘，其目的有下列几项：
1.减少电镀金属之浪费。
2.限制电流进入要被电镀之区域，减少电能损失。
3.减少镀浴污染。
4.改进金属披覆分布。
5.减少电镀时间。
6.延长镀架寿命，防止镀糟腐蚀。
镀架有下列涂层材料可应用：
压力胶带，容易使用，易松脱损坏，适合短时应用或临时使用。
乙稀塑料，良好黏性，可用于酸咸各种镀液。尼奥普林，直接浸泡不需打底、热烘干、黏性好可用
任何镀浴，尤其适合使用于铬电镀。
空气干燥塑料，不用涂底、浸泡或擦刷后空气干燥、黏性优良，适宜各种电镀浴。
橡皮，除铬电镀外其它镀浴均可使用。
蜡，不能使用于强咸及热镀浴。
电镀操作过程镀架使用注意事项：
镀件需定位，与阳极保持相同距离，使电镀层均匀，防止镀液之带出(drag-out)损失及带入(drag-in)污染镀液。
镀件安排要适当，要使气泡容易逸出，稍倾斜放置镀件。
空间安排，避免镀件相互遮蔽。
坚固接触，防止发烧、孤光等现象发生。
防止高电流密度的形成，如尖、边缘、角等处必须适当应用绝缘罩或漏电装置。
使用阳极辅助装置或双极镀架，应小心调整以确保适当电流分布。
镀架应经常清洗，维持良好电流接触，去除舌尖附着之金属，涂层有损坏需之即修理、操作中随时注意漏电，镀浴带出损失及带入污染等现象。
2.5.9 电镀控制条件及影响因素
1.镀液的组成。 11.极化。
2.电流密度。 12.覆盖性。
3.镀液温度。 13.导电度。
4.搅拌。 14.电流效率。
5.电流波形。 15.氢过电压。
6.均一性。 16.电流分布。
7.阳极形状成份。 17.金属电位。
8.过滤。 18.电极材质及表面状况。
9.pH值。 19.浴电压。
10.时间。
镀液的组成：对镀层结构影响最大，例如氰化物镀浴或复盐镀浴的镀层，要比酸性单盐的镀层细致。其它如光泽剂等添加剂都影响很大。
电流密度：电流密度提高某一限度时，氢气会大量析出，电流效率低，产生阴极极化作用，树枝状结晶将会形成。
镀浴温度：温度升高，极化作用下降，使镀层结晶粗大，可提高电流密度来抵消。
搅拌：可防足氢气停滞件表面形成针孔，一般搅拌可得到较细致镀层，但镀浴需过滤清洁，否则杂质因搅拌而染镀件表面产生结瘤或麻点等缺点。
电流型式：应用交通电流，周期反向电流(PR)电流、脉冲电流等特殊电流可改进阳极溶解，移去极化作用的钝态膜，增强镀层光泽度、平滑度、降低镀层应力、或提高镀层均一性。
均一性(throwing power)，或称之投掷力，好的均一性
是指镀层厚度分布均匀。均一性的影响因素有：
几何形状，主要是指镀槽、阳极、镀件的形状。分布位置空间、阴阳极的距离、尖端放电、边缘效应等因素。
极化作用，提高极化作用可提高均一性。
电流密度，提高电流密度可改进均一性。
镀浴导电性，导电生提高而不降低阴极极化作用太多则可提高均一性。
电流效率，降低电流效率可提高均一性。
所以要得到均匀镀层的方法有：
良好的镀浴成份，改进配方有
合理操作，表面活生化均匀。
合理镀装挂，以得到最佳电流均匀分布，防止析出气体累积于盲孔或低洼部分。
调节阴阳极间之距离及高度。
应用阳极形状善电流分布。
加设辅助电极、输电装置、绝缘屏障等改进电流分布。
应用冲击电流、在电镀前用较大电流进行短时间电镀。
阴阳极形状、成份及表面状况影响很大，如铸铁和高硅钢的材料氢过电小，电镀时大量氢气析出，造成覆盖性差、起泡、脱皮等缺陷，不锈钢材料，铝、镁及合金类易氧化的材料，不易得附差性良好镀层。表面状况如有油污、锈皮等镀层不可能附着良好，表面粗糙也难得到光泽镀层。阳极与阴极形状也会影响镀层。
过滤，如阳极泥、沉碴等杂质会影响镀层如麻点、结瘤、粗糙的表面，也会降低镀层之防蚀能力，所以必须经常过虑或连续性过虑固体粒子。
pH值会影响镀浴性质，如氢气的析出、电流效率、镀层硬度及内应力，添加剂的吸收，错合离子的浓度都有相当的影响。
时间为控制镀层厚度的主要因素，电流效率高，电流密度大所需电镀时间就少。
极化(polarization)电镀时电极电位发生变化产生一逆电动势，阻碍电流叫做极化作用，克服极化作用的逆电动势所需增加电压称之过电压。
极化作用对电镀的影响：
有利于镀层细致化。
有利于改进均匀性，使镀层厚度均匀分布。
氢气析出增加，降低电流效率和镀层之附着力，会产生起泡、脱皮现象。
不利阳极溶解，消耗电力、浴温增高、镀浴不安定。
影响极化作用的因素有：
电镀浴组成，如氰化物镀浴之极化作用大，低浓度之镀浴极化作用较大。
电流密度，电流密度愈大极化作用愈大。
温度愈高，极化作用愈小。
搅拌使离子活性增大而降低极化作用。
覆盖性是指在低电流密度下仍能镀上之能力，好的覆盖性，在镀件低凹处仍能镀上金属。它与均一性意义不同，但一般好的均一性则也有好的覆盖性，而覆盖性不好的则均一性一定也不好。
导电度，提高镀浴导电度有利于均一性，镀液的电流系由带电离子输送，金属导体是由自由电子输送电流，二者方式不相同，电解液的导电性比金属导体差，其影响因素有：
电解质的电离度、离子之活度，电离度愈大其导电性愈好，强酸强咸电离度 都大；所以导电性好，简单离子如盐梭根离子较复杂离子如磷酸根离子活度大，所以导电性较佳。
电解液浓度，电解质浓度低于电离度时，浓度增加可提高导电度，如浓度已大于电离度时，浓度增加反而导电性会降低。例如硫酸之水溶液在15～30％时导电度最高。
温度，金属的导电度与温度成反比，但是电解液的导电度与温度成正比，因温度升高了离子的活度使导电性变好，同时温度也可提高电离度，因可提高导电度，所以电镀时常提高温度来增加镀浴的导电度以增高电流效率。
电流效率，电镀时实际溶解或析出的重量与理论上应浴解或析出的重量的百分比数为电流效率。可分为阳极电流效率及阴极电流效率。电流密度太高，阳极产生极化，使阳极电流效率降低。若阴极电流密度太大也会产出氢气减低电流效率。氢过电压，电镀金属中，锌、镍、铬、铁、镉、锡、铅的电位都比氢的电位要负，因此在电镀时，氢气会优先析出而无法电镀出这些金属，但由于氢过电压很大，所以才能电镀这些金属。然而某些基材如铸铁或高硅钢等之氢过电压很小，也就较难镀上，需先用铜镀层打底而后再镀上这些金属。氢气的产生也会造成氢脆的危害，同时电流效率也较差，氢气也会形成针孔，所以氢气的析出对电镀都是不利的，应设法提高氢过电压。
电流分布，为了提高均一性，电流分布将设法改善。如用相似阴极形状的阳极，管子的中间插入阳极，将阳极伸入电流不易到达的地方，使用双极(bipolar)电极将电流分布到死角深凹处，使难镀到地方也能镀上。在高电流密度区如尖角、边缘则可用遮板，输电装置避免镀得太厚浪费或烧焦镀层缺陷。
金属电位；通常电位越负则化学活性愈大，电位负的金属可把电位正的金属置换析出，如铁、锌可以把铜从硫酸铜液液析出置换出来产生没有附差性的沉积层。在电镀浴中若同时有几种金属离子，则电位正的金属离子先被还元析出。相反地电位负的金属先溶解。电极材质及表面状况对氢过电压影响很大，光滑表面的过电压较大，不同材质有不同氢过电压，金属铂的氢过电压最小。
浴电压，依镀浴组成，极面积及形状、极距、搅拌、温度、电流浓度等而不同。一般在9～12Ｖ，有高到15Ｖ。
2.5.10 镀浴净化
由于杂质污染，操作过久杂质累积，故必须经常净化镀浴，
其主要的方法有：
1.利用过滤材去除固体杂质。
2.应用活性炭去除有机物。
3.用弱电解方法去除金属杂质。
4.可用置换、沉淀、pH调整等化学方法去除特殊杂质。
2.5.11 镀层要求项目
依电镀的目的镀层必须具备某些特定的性质，镀层的基本
要求有下列几项：
密着性(adhesion)，系指镀层与基材之间结合力，密着性不佳则镀层会有脱离现象，其原因有：
(1)表面前处理不良，有油污、镀层无法与基材结合。
(2)底材表面结晶构造不良。
(3)底材表面产生置换反应如铜在锌或铁表面析出。
致密性(cohesion)，系指镀层金属本身间之结合力，晶粒细小，无杂质则有很好的致密性。其影响的因素有：(1)镀浴成份，电流密度，(3)杂质，一般低浓度浴，低电流密度可得到晶粒细而致密。
连续性(continuity)，系指镀层有否孔隙(pore)，对美观及腐蚀影响很大。虽镀层均厚可减少孔隙，但不经济，镀层要连续，孔率要小。
均一性(uniformity)，是指电镀浴能使镀件表面沉积均匀厚度的镀层之能力。好的均一性可在凹处难镀到地方亦能镀上，对美观、耐腐蚀性很重要。试验镀浴之均一性有Haring电解槽试验法、阴极弯曲试验法、Hull槽试验法。
美观性(appearence)，镀件要具有美感，必须无斑点，气胀缺陷，表面需保持光泽、光滑。可应用操作条件或光泽剂改良光泽度及粗糙度，也有由后处理之磨光加工达到镀件物品之美观提高产品附加价值。
应力(stress)，镀层形成过程会残留应力，会引起镀层裂开或剥离，应力形成的原因有：
(1)晶体生长不正常，(2)杂质混入，(3)前处理使基材表面变质妨砖结晶生长。
物理、化学机械特性如硬度、延性、强度、导电性、传热性、反射性、耐腐蚀性、颜色等。
2.5.12 镀层缺陷
镀层的缺陷主要有：
(1)密着性不好，(2)光泽和平滑性不佳，(3)均一性不良，(4)变色，(5)斑点，(6)粗糙，(7)小孔。
缺陷产生的原因有：
(1)材质不良，(2)电镀管理不好，(3)电镀工程不完全，(4)电镀过程之水洗、干燥不良，(5)前处理不完善。
2.5.13 电镀技艺
电镀技艺，必须具备化学、物理、电化、电机、机械的相关技能，要能了解材料性质，表面性质与状况，熟悉电镀操作规范，对日常作业发生的现象及对策详加整理牢记在心，以便迅速正确地做异常处理。平时要注意电镀工场管理规则，尤其前后处理工程的每一步骤都不能疏忽，否则前功尽弃。
2.5.14 金属腐蚀
金属腐蚀，是由于化学及电化学作用的结果，可分为化学腐蚀与电化学腐蚀，按腐蚀还境可分为高温气体腐蚀、土壤腐蚀等。又依腐蚀破坏情形可分为全面腐蚀及局部腐蚀。局部腐蚀又可分为斑状腐蚀、陷坏腐蚀、晶间腐蚀、穿晶腐蚀、表面下腐蚀、和选择性腐蚀，如黄铜脆锌。影响腐蚀的因素有：(1)金属的本性，(2)温度，(3)腐蚀介质。防止金属腐蚀的方法有：(1)正确选用材料，(2)合理设计金属结构，(3)耐蚀合金，(4)临时油封包装，(5)去除腐蚀介质，(6)电化保护，(7)覆层保护。
2.6 电镀有关之计算
电镀有关之计算，兹用一些范例或公式表示之：
温度之换算：
0C=5/9*(0F-32)
0F=1.80C+32
0K=0C+273
密度：
D=M/V M=质量 , V=体积
(3)比重：
S.G=物质密度/水在40C时密度
波美(baume')
Be’=145-145/比重
比重=145/145-Be’
例 20％H2SO4的溶液，在20℃时其Be'值为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 铬镀槽有400加仑的溶液含500磅铬酸，问同样的浓度
100加仑镀槽需含多少铬酸？
400/500=100/X
x=125
∴ 需125 1b铬酸
(7)溶液的重量换成容积
例 96％的H2SO4，比重1.854求制配1公升标准硫酸溶液
需多少ml 96％H2SO4？
一公升之标准酸液之硫酸铜重量=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溶液之当量浓度
解 14.4ml×1N＝10ml×xN
x＝1.44
∴ 比N.OH之当量浓度为1.44N
例2 1.1738N的HC1溶液来中和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计算以5安培电流经过5小时，铜沉积重量，其电流放率为100％沉积重量=(原子量/(原子价*96500))*(电流*时间*电流效应)
W=(A/(n*96500))*(I*T*CE)
=(63.54/(2*96500))*(5*5*60*60*100%)=31.8(g)
∴可沉积31.8g的铜
例2要在10分钟镀2.5g的镍在NiSO镀浴需多大电流？电流效率100％。
I=( (n*96500)/(A))*((W)/(t*CE))
=((2*96500)/(58.69))*((2.5)/(10*60*100%))=13.7
∴需电流13.7安培
例3镀件的表面积为1000cm2，在硫酸铜镀液中通过15安培电流，电流效率为100％，求镀铜5 l m所需要的时间。铜密度为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)
? 所需电镀时间为15分钟
例4 镀件总面积为1.5㎡，平均电流为1500安培，15分钟镀得平均锌镀层25 l m，锌的密度为7.14g/cm3，锌的原子量为65.38，求电流效率
CE=WAct/WThen*100%
=((1.5m2*25l m*7.14g/cm3)/(((65.38)/(2*96500))*1500*15*60))*100%
=59%
? 其电流效率为59%
例5酸性锡镀浴做连续性铁片镀锡，铁片宽0.9m，铁片进行速度500m/min，电流密度5000A/㎡，上下二面欲镀上4l m锡厚，电流效率100％，锡的密度为7.31g/cm3，原子量为118.7，求电镀槽需多少m长？
槽长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 )
? 所需镀长8M.
例6使用不溶性阳极镀铬，电流效率为18％，通过电量为1000安培小时，不考虑带出损失求需补充多少CrO2，以维持镀浴中之铬浓度，铬原子量为52，氧原子量为16。
W=((A/(n*96500))*(I*t*CE)
=((52)/(6*96500))*(1000*18%)
WCrO3=58.1*CrO3/Cr
=58.1*100/52
=112( g )
? 需补充CrO3 112 g
例7 15安培电流过通硫酸铜镀浴10分钟，镀件面积为1500cm2，电流效率100％，铜的密度为8.93g/cm3，原子量为63.54，求镀层平均厚度多少 m？
镀层厚度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
? 铜镀层平均厚度为2.2l m
(10)镀浴组成配制
例 100加仑瓦特镍铍槽，作业标准组成是300g/1 NiSO4,
30 g/1NiCl2及40 g/ H3BO3.目前镀液经分析得220 /1NiSO4，
25g/1 NiCl2及32g/1 H3BO3，求要补充多少药品？
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 )
电极电位
E=E0+ RT/nF ln aM+n/aM
例1 求0.5MCu(CN)3-2溶液中之铜电极电位，若铜电极活度＝１，温度为25℃。
5-X X 3X
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稀溶液之化学浓度
ECu=E0Cu+8.3144*(273+25)/1*96500 ln 5*10-8/1
过电压，分解电压
g =EI-Eeg
EI 为欲产生电流I所需之电压
Eeg 为平衡电压
Eeg= Ec- Ea
Ec 为阴极电位
Ea 为阳极电位
g =a+b log I
a , b为常数,随不同电极而不同
EI=Eeg+g a+g c+g conc.+IR
例 搅拌良好的镍盐镀浴，有缓冲液pH＝5，电极面积1cm2，以0.01安培/cm2进行电镀。若g c ＝0.445＋0.065logIg a＝0.375＋0.045logI，内电阻＝100Ω，则分解电压需多少？
Eeg =Ec-Ea
=ENi-ENi=0
g conc=0 (因搅拌良好)
I= 0.01 A/cm2*1cm2
? 分解电压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 )
