赫爾槽試(shì)驗
赫爾槽試驗是現代電鍍新工藝(yì)試驗，新(xīn)助劑開發及改進，鍍液工藝維護等過程中最(zuì)基本、最便捷(jié)的手(shǒu)段之(zhī)一，不可或缺。不能熟練掌握赫爾槽試驗，就(jiù)稱不上是合格的電鍍技術工作者。然而，如何認識、正确操(cāo)作該項試驗，卻有許多問題值得讨論。
1.分析化驗與(yǔ)小槽試驗
調整電鍍(dù)液有三個(gè)途徑：一是憑經驗判斷，二(èr)是進行化驗分析(xī)，三是通過試驗判(pàn)定。對應用(yòng)年久、已(yǐ)有經驗的老工藝，憑觀察工件鍍(dù)層(céng)狀況，判定該如何調整，不能說完全無用。例如：一看氰化鍍銅層的色(sè)澤、低電流密度區狀(zhuàng)況，就能立(lì)即判斷出遊離氰濃度的高低。但這(zhè)也隻能在鍍層已表現出異常時才能判斷，且要有相當豐富的實踐經驗，對新工藝、新(xīn)助劑的采用則無法判定(因(yīn)無經驗可言(yán))。
1. 1 依分析化驗結果調整鍍液
完全依(yī)分析(xī)化驗結果來調整鍍液的工藝人員，稱不(bú)上合格，因為分析化驗具有相當大的局限性。
1. 1. 1 分析方法(fǎ)本身(shēn)有問題(tí)
有一名經驗豐(fēng)富、化學基本功很(hěn)紮實的大學本科畢(bì)業的老分析員告訴筆者，書上所載的分(fèn)析化驗方法相互傳(chuán)來抄去，其中有不少(shǎo)本身就有問題。筆者也學過分析化學、儀(yí)器分析等專業課(kè)程，有些方法并不切合(hé)大生産實際。例如，用于化驗分析氯(lǜ)化鉀鍍鋅液(yè)中氯化鉀(jiǎ)的常規(guī)方法隻适于新(xīn)配鍍液，而不适于大生産中應用已久的鍍液。講一個真(zhēn)實的故事：多年前，一位電鍍廠化驗員與工藝員吵得不可(kě)開交。化驗員(yuán)堅持說自己的化驗結果(guǒ)是準确的(de)，标準液是剛标定了(le)的，終點判定也是準确(què)的，計(jì)算(suàn)無誤，鍍液中的氯化(huà)鉀就是多了。工藝員卻堅持說，氯化(huà)鉀就是少了很多，要至少補充60g/L才能(néng)生産。其實兩人都是對的。問題(tí)不在于誰是誰非，而在于分析(xī)方法本身(shēn)就存在有(yǒu)問題：先化驗總氯、總鋅，換(huàn)算出氯化鋅，餘氯再從理論上換算(suàn)為氯化鉀。大生産中用鹽酸酸洗，清(qīng)洗不淨(尤其是管件)時，會将鹽酸不斷帶入鍍(dù)液中；平時因陰極電流效(xiào)率遠低于陽極電流效率，鍍(dù)液pH值會(huì)不斷上升，又用鹽酸(suān)調低pH值，總氯量不斷上升，而K+因帶出損耗又不斷減少。K+對提高鍍液電導(dǎo)率起(qǐ)重要作用(效果比Na+好)，而上(shàng)述工廠并無條件用(yòng)選擇性鉀離子電極法(fǎ)或高級儀器分析K+含量，隻能采用常規化驗(yàn)法分析總氯。因此化驗員(yuán)雖然很辛苦，但(dàn)結果沒(méi)有任何(hé)作用；工藝員根據實(shí)際電鍍或實驗判定氯化鉀少了許(xǔ)多，是符合實際的。類似的問題還是應該以工藝試(shì)驗結果為準。
1. 1. 2 工廠分析手段的欠缺
現代儀器分析(xī)發展很快，對遠在幾億光年的星球，能用(yòng)光譜(pǔ)分析其組分；我國“嫦(cháng)娥一号”飛船繞月球飛行，也能分析月球表(biǎo)層(céng)組分含量；DNA 法可分析(xī)千年古屍。但這(zhè)些都要求采用高(gāo)科技儀器分析手(shǒu)段，一般電鍍廠沒有能力采用這些(xiē)高級(jí)儀器分析，連鍍液中微量金屬(shǔ)雜質都難以分(fèn)析，這是現實。
1. 1. 3 化(huà)驗人員的責任心與操作水平
分析化驗(yàn)的準(zhǔn)确性受(shòu)人為因素影響很大。同樣(yàng)一種鍍(dù)液，找不(bú)同地(dì)方、不同化驗(yàn)人員分析，可能結果相差很大，這(zhè)與化驗(yàn)人員的責任(rèn)心、知識水平(píng)、操作熟練程度密切相(xiàng)關(guān)。化驗是一(yī)項要求科學嚴謹、細心耐心的工作(zuò)。例如使(shǐ)用分析天平的熟練程度(對苛性(xìng)鈉等易潮解物，動作慢了則越稱越重)，對标準溶液是(shì)否及時标定、更新，滴定終(zhōng)點的判(pàn)定(dìng)，采用重量法時對(duì)沉澱的洗滌(dí)與(yǔ)收集(如鍍鉻液，特别(bié)是低鉻鈍(dùn)化液中硫酸的重量法(fǎ)分析，光亮酸銅液中氯離子的常規分析等(děng)的結果幾乎不可信)，幹擾(rǎo)物質的去除等等，影響因素太多。
要考察(chá)化驗準确性很簡單(dān)：精确稱取分(fèn)析純材料配液，叫化驗一下，即可看出誤差。筆者原所在(zài)國營企業(yè)有(yǒu)一名正宗大學科班畢業的老(lǎo)化驗(yàn)員，她對電鍍液的分析在成(chéng)都地區可稱王牌水平，但帶的幾個徒(tú)弟都半途(tú)而廢，原因是不能達到她近乎苛刻的要求，比如搖(yáo)三角瓶要搖得均勻(yún)，清洗燒杯、三(sān)角瓶(píng)等(děng)要求内外完全親水，并用蒸餾水淌一次。
1. 1. 4 無法常規化驗的組分太多
鍍液中含量少、影響大的無機雜質、有機雜(zá)質無法分析。現代廣泛采用由多種有機中間(jiān)體複配而成的添加劑、光亮劑(jì)，即使知道組分(fèn)，也無法分析；售品更多以代号表示，連組(zǔ)分都不知，分析化驗更無從談起。
作者(zhě)并不否定分析化(huà)驗的作用，但常規化驗僅供參考，還須輔以試驗驗證。對(duì)于合金電鍍，鍍(dù)液或鍍層中(zhōng)合金元素的多少，難以(yǐ)通(tōng)過試驗來确定。此時，準确的分析(xī)化驗(yàn)就很必要了。
1. 2 試驗方(fāng)法的選擇
試驗可供(gòng)選擇的(de)方法有多種：(1) 在小(xiǎo)型鍍槽中(zhōng)利用小型工件作小試。此法用液量較大，且陰陽極距離近，不(bú)能真實反映大生産的幾何因素對分散能力等的影響，隻能作為新工藝、新助劑等研發的第二階段試驗用(研發通常包括(kuò)實驗室試驗(yàn)、小試、中試和生産應用4 個階段(duàn))。(2) 燒杯内試驗。小燒杯試驗用液不多，但用試片(piàn)試驗時，隻能反映某一特定電流密度下的情況，難以在同一試片上反映出寬電流密度(dù)範圍内(nèi)鍍層(céng)的狀(zhuàng)況，但可用不(bú)同基體材料小件(特别是(shì)難鍍材(cái)料)判定(dìng)電鍍效(xiào)果。(3) 赫爾槽試驗。其最大的優(yōu)點(diǎn)是：能用很少的鍍液，一次試驗即可反映出十分寬(kuān)廣(guǎng)的(de)電流密度範圍内鍍層的狀況(kuàng)。它是(shì)實驗室應用(yòng)最廣、最快捷的試(shì)驗方法。正因為如此，一經發明(míng)，就迅(xùn)速獲得了推廣應用。
2. 赫爾(ěr)槽及陰極(jí)試片上的電流分布
2. 1 赫爾槽
赫爾槽是1939 年英國人R. O. Hull 發(fā)明的一(yī)種小型電鍍試驗槽，又譯為霍(huò)爾(ěr)槽。因形為梯形，故又稱梯形槽。按盛液體積來分，有1000mL、534mL、320mL、267mL、250mL 等多種尺寸。用得最多的是267mL(英(yīng)制用)和(hé)250mL(公制用)兩種。我(wǒ)國采用(yòng)公制，為便于換算，多直接于267 mL的赫爾槽中盛裝250 mL 鍍液使用。
2. 2 赫爾槽陰極試片上電流(liú)密度的分布
試驗時，在圖1中的AD 邊放陽極，BC 邊放陰極試片。試片B 端距離陽(yáng)極最近，鍍液電阻(zǔ)最小，因而電流密度最(zuì)大，稱為高端(duān)或近端；C 端正好相反，稱為低(dī)端或遠端(duān)。
标準尺(chǐ)寸267 mL 赫爾槽的陰極試片上，電流密度的分布(bù)可用下式(1)計算：
Jk = I (5.1 − 5.24 lgL) (1)
其中：
Jk──陰極上某位置的電流密度(A/dm2)；
I──選用的電流強度，即試(shì)驗用電流(liú)(A)；
L──陰極試(shì)片上該位置距近端的距離(cm)。
式(1)僅适于L 為1~9cm 範(fàn)圍内的計(jì)算，L<1cm或L>9cm 都不适用。
表1 為計算結果。
3.赫爾(ěr)槽試驗的基本(běn)要求
3. 1 電源
(1) 輸出(chū)直流紋波系數與大生産用電源基(jī)本一緻。這(zhè)就要求電(diàn)流具有多種輸出波形(xíng)供選擇，制作起來比較難。對于必須(xū)要(yào)求低紋波直(zhí)流的工(gōng)藝，應采用低紋波直流小電源。市場上部(bù)分高頻開關試驗用(yòng)電源能(néng)達到此要求。單相可控矽或矽整(zhěng)流的全波(bō)(或橋式)整(zhěng)流電源若未(wèi)加π 型濾波，也達不(bú)到要求(懂(dǒng)電器的人可購100W/24V 的變(biàn)壓器(qì)，用低壓側作電感(gǎn)線圈，另加2隻24V/6800μF 的電(diàn)解電容制作濾波器)。
(2)輸出電壓0~15V、電流(liú)0~10A 的小電源。電源額定輸出電流(liú)越大，讀數越不(bú)準确(尤(yóu)其是動圈式電流表、電壓(yā)表)，試驗(yàn)不具有重現性。有人居然(rán)還用大生産用的500A 整流器做赫爾槽(cáo)試驗，實在令人費解(jiě)。
(3) 最好帶有時間預置定時聲音報警，可不必死盯時間。時間不準，試驗重現性也差。
(4)必須同時有電流與電壓顯(xiǎn)示。電流(liú)相同(tóng)時，電壓越低，說明鍍液電導率(lǜ)越高。對于光亮酸銅液，2A攪拌鍍，正常試驗電壓應為3.0~3.2V(與所用外電路線肯定硫酸多了。通過電(diàn)壓即可大緻判定硫酸的多少。筆者用的是自研自(zì)裝的0~15V、0~5A 的小(xiǎo)型單相電源，全波整流後大電容濾(lǜ)波，由具有恒流特性的功(gōng)率場效(xiào)應管(VMOS 管)調整輸出，具有低紋(wén)波直流輸出，帶風冷且以撥碼開關預置時間，到時音樂報警。
3. 2 陽極
3. 2. 1 材料(liào)
陽級用材料應(yīng)與大生産相同。如光亮酸銅用低磷銅陽極，鍍鉻用鉛錫陽極(jí)，鍍鋅用0#鋅陽極，堿銅用紫銅陽極，仿金鍍(dù)用仿金合金陽極或H68黃銅闆等。
3. 2. 2 尺寸
标準尺寸為寬63mm、長65~68mm。不允(yǔn)許過窄，否則安(ān)放時或左或右，試驗重現性差；也不允(yǔn)許有缺角現象，用(yòng)殘了就應更新。厚度不宜大于5mm，否則液位上(shàng)升過多(duō)，導緻試驗結果不準。可選生産上(shàng)用薄了的陽極截割，但尺(chǐ)寸應符合要求。筆者則制(zhì)有模具，對于鋅、錫、錫鉛(qiān)合金，用模具熔鑄多個備用。
3. 2. 3 砂洗
由于(yú)赫爾槽(cáo)試驗時陰、陽(yáng)極(指平闆陽極)的(de)面積比約1∶0.63，但大生産要求該比值大于1，因此，對光亮酸銅等進行赫爾槽試驗時(shí)，時(shí)間久了陽極可能鈍化。若(ruò)發現陽(yáng)極有鈍化現象(xiàng)(電流減小、電壓升高)，應将其(qí)取(qǔ)出，砂(shā)洗幹淨或(huò)活(huó)化處理後再用。對于酸性亮(liàng)銅，2A 攪拌鍍5min，磷銅陽極不應(yīng)鈍化；若鈍化了，則應尋找(zhǎo)原因(硫酸(suān)過少、氯離子不足、含磷量過高等)。
3. 3 陰極試片
3. 3. 1 材料
一般可用黃銅片，鍍鋅與硬鉻則用冷軋鋼片。考察鋼(gāng)鐵件上無氰堿銅的(de)結合力時，用光亮冷(lěng)軋鋼片；考察裝飾(shì)鍍鉻的光亮範圍(wéi)時，用剛鍍過亮鎳而尚未鈍(dùn)化的試片。一般試片(piàn)經砂洗，或鐵試片(piàn)褪鋅(xīn)、褪鉻後，可重複使用多次，一次性使(shǐ)用則過于浪費。
3. 3. 2 尺寸(cùn)
标準尺寸為長(zhǎng)100mm、寬65~68mm、厚(hòu)0.3~0.5mm。過長，放不下，貼不緊；過短，或左或右，試驗重現性差且電流密度分布不正常。最好用剪床下料，規矩、平整。
3. 3. 3 保存
若試片要保存供客戶(hù)看，鍍後應鈍化(除(chú)鍍鉻(gè)外)、吹幹，密封保存。可重(zhòng)複使用的試片(piàn)，若是(shì)鋼(gāng)片(piàn)，則應褪除鍍層後存(cún)放于稀堿水中，以防生鏽；對于光亮酸銅試片，應存放于稀硫酸中，防止嚴重氧化變色，否則(zé)再處理時(shí)很麻煩。
3. 3. 4 鍍前處理
陰極試片的鍍前處理十分重要。試驗達不(bú)到預期效果，與鍍(dù)前處理不細心關系很(hěn)大。
3. 3. 4. 1 砂磨
由于試片本身或重複使(shǐ)用時鍍(dù)層硬度(dù)可能相差很大，應(yīng)備有(yǒu)640#、850#甚至金相砂紙等多種水砂紙。冷軋鋼片鍍鋅一般不用砂磨。重複使用的(de)鍍鎳試片，應先用較粗的砂(shā)紙将(jiāng)亮鎳層磨至失光，再用細砂紙(zhǐ)将粗砂路磨幹淨。鍍錫、鍍銅、鍍銀層很軟，要用840#以(yǐ)上細砂紙砂磨，必要時再用金相砂紙砂磨至基本看不見砂路。專門(mén)考察半光亮鎳、亮鎳(niè)、酸銅(tóng)等的整平能力時(shí)，因一般無專門(mén)測(cè)試儀器，黃銅試片應先抛光至鏡面光亮，再用寬約5cm的840#細砂紙在試片中(zhōng)部沿長度(dù)方向均勻磨(mó)出(chū)一條砂路帶，在(zài)相同條件下鍍10min後，比較砂路被(bèi)填平的範圍。若考察(chá)鍍鎳液有無因硝酸根造成的低區漏鍍(dù)，銅試片低區2cm内應砂(shā)現銅。砂磨(mó)試片應注意兩(liǎng)點：(1)細砂(shā)路應磨順直，不允許沿不同方向或旋轉式地亂磨，否則光亮電鍍後會造成誤判；(2)手指隻(zhī)能壓(yā)住長度方向邊緣1cm處不受(shòu)鍍的部分，因多數情況下砂磨後(hòu)不用再除油，若按(àn)住(zhù)受鍍部分，鍍後會留下指紋(wén)印。砂(shā)磨試片是做赫爾槽試驗的基本功，也是第一道關口。砂磨試片(piàn)不合格(gé)，試驗難免問題百出。
3. 3. 4. 2 試片背面絕緣
不少人做試驗時試片背面不(bú)作絕緣處理，這是不對的。因每次夾持試片時貼緊槽(cáo)壁的程度不一樣(特别是試片薄而不平整時)，背面消耗的電流不一樣，正面的電流也就不一樣，結果重(zhòng)現性差(chà)。簡單的辦法是在幹燥試片背面貼透明膠帶，其寬度(dù)應足夠，無氣泡。若用銅試片，用剪床剪取表面無壓痕、銅箔較厚的(de)單面(miàn)印制闆最好，背面不用再作絕緣，可(kě)重複使用多次。
3. 3. 4. 3 除油與活化
采用手(shǒu)工除油：用細布沾水泥漿、室(shì)溫除油劑、優質洗衣粉等擦洗除(chú)油。若砂磨過的試片已能完全親水，可不再除油；若不能(néng)完全親水(shuǐ)，則應除油至全(quán)部親水。用(yòng)堿性除油後或(huò)浸泡于堿水中的鐵(tiě)試片時(shí)，清洗後(hòu)要做活(huó)化處理。對新砂磨後又(yòu)親水的試片，因砂磨已去(qù)掉表面鈍化層，可不經活化，水洗後立即鍍。
3. 3. 4. 4 鍍前水洗
筆者在(zài)試驗(yàn)光亮酸銅液時，用水砂紙砂磨試片，以水沖洗(xǐ)後電鍍，鍍層起細麻砂。開始懷疑M過多(duō)，但無論如何調整光亮(liàng)劑中M的含量，鍍層仍起細麻砂。後來才想到可能試片有問(wèn)題(tí)。在沖洗的同時用細布對試片表面認真抹洗，鍍後則再無麻砂。原來，砂磨時試片表面粘附(fù)的細砂塵，即使沖洗(xǐ)也洗不掉，更不用說浸洗了。筆者在試驗(yàn)亮鎳等其他工藝時也(yě)出現過(guò)同樣問題。吸取教訓後，以後都要求試片在鍍前沖洗的同時用細布抹洗徹底。
3. 4 加溫(冷卻)與(yǔ)攪拌
3. 4. 1 加溫與冷卻
對于帶電加熱(rè)的赫爾槽，可直接用其進行鍍液加溫，若無自動控溫，則應注意監測(cè)液(yè)溫。對于普通赫爾槽，若(ruò)試驗時氣溫(wēn)較(jiào)高，可在電爐上用燒杯多取一點鍍液進行加熱，至高于(yú)試驗(yàn)溫度5~7°C(因陰、陽極闆要吸收部分熱量)時，倒(dǎo)250mL 鍍液于(yú)赫爾槽中，立即試驗，3~5min 内能維持在(zài)工作範圍内。若氣溫(wēn)低，則應在恒溫水浴(yù)鍋内先将液溫加夠，赫爾(ěr)槽放在(zài)水浴鍋内保溫。鍍鉻時，液溫對(duì)鍍層光亮範圍的影響很大，試驗溫度應準确，要先在槽中放入陽極，倒入加熱(rè)至高(gāo)于試驗溫度約3°C的鍍液，并放入一支溫度計(jì)，待(dài)液溫降到試驗溫度時立即放入事先準備好的(de)試片，鍍1min。由于放熱，液溫會有所升高。250mL鍍液用10A 電流(liú)，125mL鍍液則用5A電流(liú)。若氣溫較高時要(yào)做硫酸鹽光亮酸銅或(huò)酸錫鍍液的低溫試驗，應将事先制好的冰塊存于小保溫桶(tǒng)中，在幾個小燒杯中裝入鍍液，然後放入水浴鍋中，往水浴鍋中加入冰塊，待鍍液降到略低于試驗溫度時，将鍍液(yè)倒入赫(hè)爾槽中，再将赫爾槽放入(rù)冷卻了的水浴中進行試驗，并應及時用溫度計監測液溫。
3. 4. 2 鍍液攪(jiǎo)拌
攪拌雖可(kě)減小濃差極化，擴大(dà)允許陰極電流密(mì)度，但會使(shǐ)光亮(liàng)整平範圍(wéi)向高端移動，導緻低電流(liú)密度區光亮整平性下降。攪拌強度不一樣，鍍層的光(guāng)亮整平性(xìng)也不一樣。筆者不主張用帶空氣攪拌的赫爾槽(cáo)作空(kōng)氣攪拌，原因是這種整體(tǐ)注塑的赫爾槽(cáo) ，出氣(qì)孔的孔徑大而且分布稀疏，對試片攪拌(bàn)不均勻，鍍(dù)層易出現亮(liàng)度不(bú)一(yī)的豎狀條帶，可(kě)能造成誤判(pàn)。若孔小而密，一是注塑困難，二是(shì)易堵塞，三是換(huàn)液清洗較(jiào)麻煩。故甯可多花點勞力，采用普通(tōng)赫爾槽，用直徑(jìng)3mm左右的細玻棒，按約每秒一個來回的均勻速(sù)度，在(zài)陰極表面(miàn)附近來回作機(jī)械攪拌。這樣，試驗的重現性好(hǎo)得多，也易判斷鍍液(yè)本身是否會使鍍層産生豎狀條紋(wén)。
3. 5 電流(liú)強度與(yǔ)時間的選擇
應根據工藝要求及(jí)試驗目的來(lái)靈活選擇。一(yī)般而言，半光亮鎳、亮(liàng)鎳、光亮酸銅，2A攪拌鍍5min左右(yòu)，專門考察(chá)整平能力時鍍10min；硫酸鹽光亮鍍錫(xī)，1A攪拌鍍5min；氯化物鍍鋅，2A靜鍍5min；鋅(xīn)酸鹽鍍鋅，3A靜鍍5min；無氰堿銅，1A攪拌鍍5min；氰化鍍(dù)銅，2A靜鍍3~5min。要特别考察(chá)深(shēn)鍍能力或低區雜質影響，是否有漏鍍(如硝酸根造(zào)成鍍鎳低區漏鍍(dù))及處理效(xiào)果時，以0.1~0.3A 鍍3~5min。當所用電流太小，電壓太低時，應串接小量程數字(zì)式電(diàn)流表(biǎo)，并接電(diàn)壓表作測定(可用(yòng)數字(zì)式萬用表的直流電流、電壓檔)，否則讀數不準，重現性差。筆者試驗HEDP無氰堿銅時曾用過50mA，試驗深孔鍍鎳(niè)時用(yòng)過30mA。要判定主鹽濃度時，可用大電流靜鍍。如新配亮鎳液，3A靜鍍5min 後，高端應無燒(shāo)焦，生(shēng)産液應做到2A靜鍍後高端(duān)無燒焦(jiāo)。
3. 6 換液
因隻用250mL鍍液，故鍍(dù)液的各種(zhǒng)組分消耗快。2A鍍5min時，鍍4次就應另換新液。
3. 7 陰(yīn)、陽級的夾持
钛夾子最好，但貴且不好買。一般用較(jiào)大的(de)鳄魚夾，但市面上的(de)鳄魚夾多為鐵件滾鍍薄(báo)層亮鎳，很(hěn)易生鏽。使用鳄(è)魚夾(jiá)夾持陰、陽極時應注意以下幾點：(1)夾持時，接導線的一邊應(yīng)與陰、陽極的使用面接觸，不能夾(jiá)反了，否則導電不好；(2)用後立即(jí)以清水清洗，電吹風吹幹；(3)鏽蝕(shí)嚴重時應(yīng)換新。
4.加料及條件的(de)改變
4. 1 赫爾槽試驗應遵守的原則
4. 1. 1 單因素變更原則
赫爾槽試驗時，無(wú)論是工藝條件還是鍍(dù)液組分，一次隻能改變一個因素，不能同時改變兩(liǎng)個或兩個以上的因素，否則無法判定是哪一個因素的變更在起作用(yòng)。例如，氯化(huà)鉀鍍鋅燒焦區過寬時，若既調低鍍液pH值又同時補加主鹽氯化鋅，則不對。若pH值過高，應先調低pH值(zhí)至正常(cháng)值試一次。pH值正常(cháng)後若燒焦區仍寬，則應補加硼酸試一次，還不行時才(cái)能考慮補加氯化(huà)鋅。
4. 1. 2 先易後難原則
試驗時要從(cóng)一般電鍍規律入手，先改變易測定、判斷的因素，并抓住(zhù)主要矛盾，才能少走彎路。下面舉(jǔ)兩個例子。
【例1】鍍液pH值與液溫對電鍍效果(guǒ)影響很大，但容易測定。比如，對于亮鎳低區光亮性不足的現象(xiàng)，應先用精密pH 試紙測定pH值，若過低，低電流密度區效果肯定差，且光亮劑用量大增(吸附效果(guǒ)變差(chà))，此時應先(xiān)調高pH值(最好加一水合碳酸鈉幹粉，攪拌至氫(qīng)氧化鎳(niè)完全溶解)。試(shì)驗後如果可以，就(jiù)不必補加光亮劑。當亮(liàng)鎳液溫低于(yú)45°C時，很難鍍亮，此時應測定(dìng)液溫，調整至52~55°C再試。pH值不低而液溫又夠(gòu)時，應判斷硼酸是否足夠(gòu)(取液冷至室(shì)溫後應有較多結晶才行)，不夠則補(bǔ)加(jiā)硼酸後再試。若(ruò)硼酸也(yě)夠，補加10~15g/L氯化鎳進行試驗(yàn)。若(ruò)不行，才考(kǎo)慮補加光(guāng)亮劑或“低區光亮走位劑”之類。若還不行，則考慮是(shì)否(fǒu)銅雜質過多(duō)或有少量硝酸(suān)根存在。千萬不能一開始就猛加光亮劑(jì)，一是成本高，二是過量則有害無益(yì)。要明确亮鎳的規律：pH值過低、硼酸過少、氯離子(zǐ)過少，都會導緻低電流密度區光亮整平性差。
【例2】六價鉻鍍鉻試驗若發現原液光(guāng)亮範圍窄，低區無黃膜，應(yīng)先加少量碳酸鋇，沉澱部(bù)分硫酸根後進行(háng)試驗。原因是采用(yòng)2~3級回收時，硫酸(suān)隻會增加不會減少(shǎo)。對于标準(zhǔn)的六價鉻鍍鉻溶液而言，分散能力的(de)最佳時的硫鉻比不是(shì)100∶1， 而是155∶1。多數(shù)廠的硫酸根都偏高(gāo)。若低(dī)區緊靠鉻層有黃膜，補加鉻酐進行試驗。若液色發黑，則應考慮是否三(sān)價鉻含量過高。
4. 1. 3 趨優化原則
若改變某一工藝條件或(huò)補加某一(yī)組分，赫爾槽(cáo)試片與原(yuán)液(yè)相比，結晶(jīng)細緻光亮範圍加寬(kuān)或某一故(gù)障好轉，則說明這(zhè)一改變是正确的，應(yīng)繼續改變該因素，以找出最(zuì)佳值。相反，若改變(biàn)某一因素後鍍(dù)層還不如原液狀況好，則說明(míng)這一改變是錯誤的。
4. 2 樣液及補加材料的要求
4. 2. 1 樣液的準備
鍍液中作為溶質的各種組分都有一個最(zuì)佳含量或其(qí)組合，過多或過少都(dōu)有害。赫爾槽試驗的主要目的之一就在于尋求(qiú)其最佳含(hán)量或範圍，某(mǒu)些有交互影響作用的組分則要尋找其最佳組合。對于加入(rù)量很少的組分，應先準确計量後，配成标準(zhǔn)濃度的稀液，盛于廣口磨口棕色玻(bō)璃瓶備用。例如，某些(xiē)光亮劑的開缸量僅1mL/L左右(yòu)，應将其配成0.01mL/mL的标準液，供(gòng)調整補加試驗(yàn)用。自配酸銅光(guāng)亮劑(jì)，标準(zhǔn)液的濃度為：M與N：0.01mg/mL；SP：2mg/mL；P：10mg/mL；氯離子(zǐ)：2mg/mL；AESS：0.01mL/mL。調整光(guāng)亮劑時，每次一(yī)種(zhǒng)，加(jiā)0.5~1.0mL于250mL液中。若光亮劑本來(lái)不足，一下加入過多後導緻(zhì)了不良作用，會誤判為其本身過多，得出不宜補加的錯(cuò)誤結論。
4. 2. 2 固體化工材料的準備及稱量
試驗所(suǒ)用化工材(cái)料應與工業生(shēng)産的一緻(生産(chǎn)廠家及生(shēng)産批次也應一樣)。所有材料都(dōu)要用塑料瓶(píng)備有樣品，并貼好标簽。若試(shì)驗時用分析純材料而大生産時用含雜質(zhì)較多、含量不一的工業級材料，則無法以試驗結果指導生産。250mL赫爾槽中加1g 相當(dāng)于4g/L。稱量應(yīng)準确。宜用準且快、精度0.1g 或0.01g 的電子天平，不宜再用架盤藥物天平。加入(rù)液體時，應準備多支1mL和(hé)5mL醫用注射針筒(tǒng)，分開使(shǐ)用，以免混液(清洗不淨所緻)。這樣，計量快且較準确。用後應(yīng)徹底清洗幹淨。
5.試驗(yàn)結果的判(pàn)定(dìng)與記(jì)錄(lù)
5. 1 結果判定
5. 1. 1 鍍後(hòu)試片的處理
陰極試片鍍後應(yīng)認真清洗幹淨(jìng)，必要時用細布抹洗。有條件的宜用純水(shuǐ)清洗後再用電吹風吹幹。若未用純水清(qīng)洗過，則吹幹時先開冷風，将試片傾(qīng)斜約45°，從低端至高端将表(biǎo)面的積水吹掉，再開熱風(fēng)吹幹，以免直(zhí)接用熱風吹幹時幹燥過快(kuài)，試片(piàn)表面因水(shuǐ)的硬度高(gāo)而産生水迹，造成對光亮(liàng)整平性及均勻性(xìng)的誤判。
5. 1. 2 放大鏡仔細觀察
采用20倍以上的放大鏡，對好焦距及調整光線反射角度至最清(qīng)楚時，仔細觀察鍍後(或鍍前)試片的狀況。對于(yú)光亮酸銅鍍層(céng)，肉眼看時光亮整平性不足，但難(nán)辨(biàn)原因。用放(fàng)大鏡仔細觀察(chá)時(shí)，可能有三種情況：(1) 肉眼不可見的微細凸起物為主，其原因(yīn)可能是液中一(yī)價銅過(guò)多而造(zào)成微細Cu2O夾附，或采用高染料型光亮劑時染料聚沉(chén)懸浮物夾附，又或是鍍液不夠清(qīng)潔。用5μm以(yǐ)上精度的過濾機認(rèn)真過濾即可(實驗時用精密濾(lǜ)紙過濾後再試)。(2) 以(yǐ)微細凹下麻點為主，這(zhè)是鍍(dù)液潤濕性不足所引起的(de)。如M–N–SP–P體系中P過少而M過多。(3) 以不規則條帶狀凸起沉積為主，其原因是鍍液整平能力(lì)不足。如B劑、“高位劑”之類不(bú)足，M–N–SP–P體系(xì)中SP及P不足，或氯離子過多等引起。現象不一樣(yàng)，原因大(dà)不(bú)相同，解(jiě)決辦(bàn)法也不一樣。
5. 1. 3 試片低區光亮性(xìng)的判斷
不少(shǎo)人因試(shì)片砂路太(tài)粗，将低區砂路未被整平誤判為不光(guāng)亮。低區光亮與否，應(yīng)在試片吹幹後沿長度方向傾斜對光觀察，若無(wú)泛紅、泛黃、灰霧(wù)等，而是(shì)光亮均勻，則應判為光亮。若正面觀(guān)看不夠光亮，則是因鍍層未能整(zhěng)平砂路造成光線漫反(fǎn)射所緻。若電流效率為100%，則赫爾槽(cáo)2A鍍5min後，距低端(duān)1cm處的鍍層最大厚度，對于二價銅鹽鍍光亮酸(suān)銅(tóng)而言是0.221μm，鍍(dù)亮鎳則是0.206μm。小于1cm處的(de)鍍層厚(hòu)度更薄。即使(shǐ)鍍前用新的1000#水砂紙(zhǐ)磨過，砂路深度也遠大于此，一般光亮劑根本無法使其填平。除非鍍前試片磨抛(pāo)至近(jìn)鏡面光亮，才能(néng)反映出真實光亮效果。此時若鍍液因雜(zá)質或光亮(liàng)劑不良而造成問題，即使基體(tǐ)很亮，也可能出現(xiàn)發黃、泛紅、灰霧等現象(xiàng)。
5. 2 試驗記錄
5. 2. 1 試驗條件的記錄
每做一輪試驗，都應記錄(lù)目的、時(shí)間、人員、生産槽編号、鍍種等信息。試驗後應作結論(lùn)分析，包括故障(zhàng)原因、解決辦法、處理程序(xù)、應加各種材料的量等。原液必須先做一次。每做一個(gè)試片，都應記錄電流，電(diàn)鍍時間，電壓，液溫，攪拌與否及攪拌方式，當次試驗的改變因素及其數值，累(lèi)計改變量等，越詳細(xì)越好。
5. 2. 2 試片狀況(kuàng)的記錄
一般采(cǎi)用250mL赫爾槽(cáo)做試驗，陰極試片長度為(wéi)100mm。建議用帶橫(héng)格的記錄本，每間隔一(yī)格用鉛(qiān)筆畫出長100mm的矩形框，供(gòng)1∶1 對齊記錄試片狀況，間隔處供記錄試驗(yàn)條件(jiàn)。
試片上部與下部鍍層的狀況不(bú)一樣。如(rú)圖1所(suǒ)示，按照國際慣例，記錄試片有鍍層部位1/2至1/2+1cm條(tiáo)帶内的(de)鍍層狀(zhuàng)況。圖1為(wéi)國際(jì)上比較通行的用符号記錄鍍層狀(zhuàng)況的示例（主(zhǔ)要取自日本野田平著日文《電鍍實用手冊》）。當無法用符号表示時，則用(yòng)文字(zì)注明，如漏鍍記(jì)“無”、泛彩、灰霧等。
有的赫爾槽高、低端剛好相反。若發表論文時，應标明高(gāo)端與低端、所(suǒ)用符号(hào)意義。
6.赫爾槽試驗的應用
赫(hè)爾槽試(shì)驗有多方面的廣泛用途。舉例如下(xià)。
6.1判斷化(huà)工材料的質量。在僞劣産品充斥(chì)的情況下, 對所購化工材料是否可用特别是雜(zá)質多的、用廢舊材(cái)料制作或實際含量低的工業品, 務必先通過(guò)赫爾槽試驗判定能否用、用量要多大。不經試驗而貿然加入(rù)生産大槽, 加進去容易(yì), 取出來就難了，如不少工業(yè)硫(liú)酸鎳都含有硝酸根及銅雜質。
6.2确定添加劑的加入量。無論添加(jiā)劑開發還是生産液中各種添加劑的調整, 赫爾槽試驗幾乎是不可缺少的(de)最佳實驗(yàn)手段。
6.3确定最佳工藝條件。通過赫爾槽試驗确(què)定最佳pH值、鍍液(yè)溫度、攪拌(bàn)方式及攪拌強度, 大生産允(yǔn)許(xǔ)陰極電流密度(dù)範圍等工藝條件。
6.4測定鍍液的分散(sàn)能力。試片鍍厚一點, 用小探頭(tóu)測厚儀(yí)測定不同點(diǎn)的鍍層(céng)厚(hòu)度, 可(kě)比較鍍液分散能力(lì)。有赫爾槽三點法與八點法兩種, 在(zài)此不再贅(zhuì)述。
6.5判斷鍍液的深鍍能力。有文獻介紹的方法是試片背面不絕緣, 鍍後看試片背面鍍層狀況來判斷深鍍能力。這是不恰(qià)當的, 原因(yīn)是每次試驗時試片(piàn)與槽壁緊貼的程度不一樣(yàng), 試片薄(báo)時有的并(bìng)不很(hěn)平整, 背面鍍層狀況大不一樣, 試驗無重現性、可比性。正确的方法是對背(bèi)面絕緣的試片, 逐漸減小試(shì)驗用電流,直(zhí)至低端(duān)有漏(lòu)鍍現象, 在(zài)同樣(yàng)電鍍條件下比較(jiào)低(dī)端漏鍍範圍。所用(yòng)電流越小、低端漏鍍越(yuè)少, 則鍍液深鍍能力越(yuè)好(hǎo)。
6.6确定雜質的影響及處理辦法。對難(nán)以分(fèn)析而(ér)對電沉積影響(xiǎng)又大的(de)雜質, 可(kě)用赫(hè)爾槽試驗來判斷及尋求處理(lǐ)辦法。對已有明确認識的雜質影響, 易于判斷。比如鍍鎳液中有硝酸根, 會造成高電流密度區鍍層燒焦起皮處發黑(hēi), 低電流密度處鍍層漏鍍。
6.7判斷(duàn)主要材料的含量(liàng)或加入量。如氯化鉀鍍(dù)鋅液(yè)中的氯化鉀、氯化鋅、硼酸等, 許多工(gōng)藝(yì)的主鹽濃度、絡合(hé)劑多(duō)少等。具體内容(róng)很多, 故不詳述。
6.8判定鍍層脆性(xìng)。比如可采(cǎi)用赫爾槽(cáo)試(shì)驗簡單(dān)判斷亮鎳層的脆性。
7.赫爾槽試驗的局限性(xìng)
赫爾槽試驗的局(jú)限性也是有的, 并非萬能。例如:
7.1難以直接(jiē)判定(dìng)合金電鍍時鍍層合金(jīn)的比例。仿金鍍有經驗(yàn)時, 尚可由(yóu)鍍層色澤大緻(zhì)判定合金比例,并尋求接近金色的陰(yīn)極電流(liú)密度範圍。但對(duì)于鋅-鎳、鋅-鐵、鎳-鐵等合金, 則隻能依靠分析化驗了。
7.2難以判定不同(tóng)材質的電鍍效果。試(shì)驗(yàn)時用鐵試片或銅試片, 鑄造鐵件、粉末冶金件、钕-鐵-硼(péng)等多孔材質以及钛、鋁、可伐合金(jīn)等(děng)難鍍金屬的電鍍效果很難判(pàn)定(dìng)。
7.3對非電沉積的化(huà)學鍍、轉化膜形成技(jì)術、化學與電化學(xué)抛光等工藝幾乎無能為力。
8.試驗結果不能指導生産的問題
有的人因為試驗(yàn)結果用于(yú)大生産時的不一緻性,而對該試驗(yàn)不重視或持否定态度, 是不對(duì)的。
産生這(zhè)種現象的主要原因有:
(1)取液不具有代表性。有的低檔電鍍廠過濾設備不到位, 鍍(dù)液很髒, 調pH值、補加添(tiān)加劑、補充蒸發水後, 隻敢在液面附近輕微(wēi)攪拌一下, 因為若攪勻了則(zé)底部沉渣泛起, 鍍(dù)層粗糙而無法生産。若試驗從鍍液(yè)表層直接取(qǔ), 則不(bú)具有代表性。應(yīng)采用分析化驗取樣法取樣在鍍液(yè)不同位置、不同深度用取液管分别取液, 混(hùn)合均勻後做試驗。若對亮鎳等硼酸含量高的鍍液取冷液做試驗(yàn), 則硼酸含量顯示不足。應在鍍液加溫并将槽底硼酸結晶認真攪溶後, 取熱液做試(shì)驗。
(2)所用試驗電源的紋波系數與大生産整流器的不一樣。若大生産用電源的輸出直流是低紋波的(de), 而實驗所用單相小(xiǎo)整流器輸出直流的紋波系數很大, 則試(shì)驗效果與大生産效(xiào)果不一緻。反之亦然。試驗用電源的直流紋波系數應與大(dà)生産一緻才行。這就要求試驗電源應有多種輸出直流(liú)方式供選擇。脈沖電鍍(dù)應采(cǎi)用脈沖直流小電源, 且頻率、占空比(bǐ)等參(cān)數與大生産相一緻(zhì)。
(3)試驗時馬虎大意。赫(hè)爾槽試驗時必須講求科(kē)學, 态度嚴謹, 否(fǒu)則得不出正确結果。本講對該試驗提出了許多嚴格要求近乎苛求, 但卻(què)是筆者幾十年的應用(yòng)經驗總結, 有其中一條未辦好都(dōu)不(bú)行。“世界上怕就怕`認真' 二(èr)字” , 科技工作者無十分認真的精神, 隻會(huì)一事無成