一、实验目的和要求
1．理解电镀等电化学方法的基本原理；
2．了解钢铁表面电镀铜的一般工艺,学习电镀操作；
二、实验原理
在电镀时,将待镀的工件作为阴极,用作镀层的金属作为阳极,两极置于欲镀金属的盐溶液即电镀液或电解液中;在适当的电压下,阳极上发生氧化反应,金属失去电子而成为阳离子进入溶液中,即阳极溶解若为不溶性阳极,则一般是溶液中的OH-失去电子放出O2保安对讲机；阴极发生还原反应,金属阳离子在阴极镀件上获得电子析出,沉积成金属镀层;一般地,电镀层是靠镀层金属在基体金属上结晶并与基体金属结合形成的;
电镀液的选择直接影响电镀质量;例如,镀铜工艺中,用基本成分为CuSO4和H2SO4的酸性镀铜
液,往往使镀层粗糙,与基体金属结合不牢;
本实验采用焦磷酸盐镀铜液,能获得厚度均匀、结晶较细密的镀铜层,而且操作简便,成本较低,污染小;这种电镀液的主要成分是CuSO4和Na4P2O7焦磷酸钠;CuSO4在过量Na4P2O7溶液中形成配位化合物镀铬添加剂——Na6CuP2O琴谱架72焦磷酸铜钠,化学反应方程式为：
CuSO4+2Na4P2O7→Na6CuP2O72＋Na2SO4
该配位化合物中的配离子CuP一叶荻2O726-比较稳定,稳定常数K稳＝1×109,因此溶液中游离的Cu2+浓度很低,阴极上的电极反应为：
CuP2O726-＋2e-→Cu＋2 P2O7低频放大器4-
在具体电镀工艺过程中,镀液的pH、温度及搅拌程度、电流密度、极板间距、施镀时间等因素对镀层质量均有一定影响;
三、操作方法和实验步骤
实验步骤 | 注意事项 |
预处理：用砂纸打磨钢片的正反面,至表面绣层、毛刺除尽,然后用去离子水洗干净,挂在电极挂钩上,放入温度50℃的除油液中进行除油;除油、洗净、吸干后称量质量m1;打磨漆包线,导线,鳄鱼夹等; | 钢片要打磨干净,不要残留红的镀层;在去油后,不要用手直接拿钢板的表面;线路的各个接头也要打磨干净,特别是钢板的打孔处,挂钩的底端,鳄鱼夹的夹口处等地方,防止电路不通; |
镀铜：装配仪器,选择是否加入搅拌器;将钢板和铜片挂在挂钩之上,保证两块板正对平行,且处在同一高度上,板间距为2cm;将两块板完全浸入电镀液中,通电,调节电流粗调旋钮至后马上开始计时,时间为20min10min; | 连接电路时,红线阳极连铜板,黑线阴极连钢板;接通电路前,须将电压旋钮调至最大,电流旋钮调至最小;调节电流时,粗调旋钮比较敏感,必须缓慢调节 |
厚度测定：电镀结束后,将钢板取出,用去离子水洗净;观察钢板的电镀情况,以及正反两面的电镀区别;吸干后称量质量m2,并测量钢板的长a和宽b;利用这些数据计算镀层的厚度; | 电镀结束后先断电源,取下钢板后可观察钢板正对铜板那面与背对铜板那面的镀层情况;在称量之前要先洗净吸干,因为数据变化本来就很小,一定要注意细节,减小相对误差; |
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四、数据记录与处理
阻燃纤维
电流/A | 时间/min | 是否 搅拌 | 钢板长/cm | 钢板宽/cm | 钢板质量m1/g | 钢板质量m2/g | 表面积S/cm2 | 镀层厚度h/cm |
| 20 | 是 | | | | | | X10-05 |
| 20 | 否 | | | | | | X10-05 |
| 10 | 是 | | | | | | X10-05 |
| 10 | 否 | | | | | | X10-05 |
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五、实验结果分析
先分析是否搅拌这个自变量,在20min情况下,是否搅拌对镀层厚度的影响不大;估计是长时间电镀后,镀层覆盖到一定程度,不再覆盖,从镀层均匀度来看,搅拌的镀层更均匀;10min的情况下,不搅拌的镀层厚度搅拌的镀层更厚,估计是4号钢片表面积更大,易于镀铜的关系;4组数据也说明了搅拌对镀层厚度影响不大,但是从镀层观察结果来看,搅拌后的镀层更均匀光亮;
再来看时间这个自变量,4组实验总库伦量相等,20min的镀层厚度明显比10min的大,而且镀
层也更均匀;
以上结果说明,长时间、低电流、搅拌都有利于提高电镀效果;
六、心得
顾佳辉：通过这次试验,我理解了电镀等电化学方法的基本原理,了解了钢铁表面电镀铜的一般工艺,学习电镀操作,明白了电镀液的选择和影响镀层质量的因素;准备阶段方面,对碳钢片的预处理很重要,用砂纸打磨钢片的正反面,至表面绣层、毛刺除尽,然后用去离子水洗干净,这几步我们做的很仔细;在板间距的控制上,我们在搅拌过程中很难保持每个部位都是相距2cm,只能保证中线相距2cm;另外镀层结束后对镀层观察方面,对于均匀度这样的特性,我们只能通过肉眼观察,难免有较大误差,最好可以用专门的仪器来判定;
此实验通过控制变量的方法,研究单一变量对电镀效果的影响;在实验过程中,我认为有两点需要改进的地方;其一是该实验作为分析实验,需要数据的精确性,但是因为本实验中质量差最大为,只精确到的数据不足以显示出其变量改变后对镀层厚度的影响,应该使用更高精度的测重仪器;同时镀铜过程实际镀层覆盖六个表面积,但是计算过程只考虑了两个,也会造成误
差;其二是四次实验分两组由不同的操作者在不同的仪器上完成,尽管电镀液混合过,但是仪器本身有所差别,操作者也有差别,会导致实验数据不准;综上,本次试验结论有待考究,结合以上两点改进后实验数据会更加精确;
万舜：这次“电镀铜及条件实验的探究”实验;实验的原理我们在化学课程中早已学习过,但是在实际的电镀工业中,考虑到镀层的光滑程度以及牢固度,所以我们选用的不是基本成分为CuSO4和H2SO4的酸性镀铜液,而是焦磷酸盐镀铜液,这样能获得厚度均匀、结晶较细密的镀铜层;
在实验操作方面,预处理阶段非常关键,直接关乎到整个实验的成功与否;所以打磨,清洗,去油等处理都需要很细心的去做;由于我们是要探讨不同条件下电镀的效果差异,所以我们需要与另一个小组保持其余条件的一致,所以电镀液需要实现进行混合平分;
在电镀过程中,由于需要将钢板和铜片完全浸没在电镀液中,所以我们无法观察到电镀过程中的每一个变化;而且我们的比较的变量中有一个是是否搅拌,所以为了让数据更我说服力,我们最好是和另一个组同步搅拌速率;
最后称重,计算镀层厚度时,我们所做的两个数据结果非常接近,而另一组的结果相差则比较大;我觉的最终的原因应该是空气天平的灵敏度不够,达不到实验的精度要求,这一点在我们称量镀铜后的钢板质量时就可以发现了,两次质量差仅有或,质量产生的误差可能就达到了50%;再就是我们计算钢板表面积时,只计算了上下两个表面,没有加上侧面积,也没有减去打孔的面积,但是表面积引起的相对误差较小;
最后观察镀层时,虽然正反两面差距都不大,但是仍可以观察到,搅拌过的那组两面的镀层均匀程度更接近;
这个实验不但让我直接了解并操作了电镀铜的工序,也让我重温了电路的连接,更重要的是可以探究不同条件下对镀层质量的影响;
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