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电镀铜及条件实验的探究一、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；3．理解电镀液的选择和影响镀层质量的因素。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）；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——Na6[Cu(P2O7)2]（焦磷酸铜钠），化学反应方程式为：CuSO4+2Na4P2O7→Na6[Cu(P2O7)2]＋Na2SO4该配位化合物中的配离子[Cu(P2O7)2]6-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：[Cu(P2O7)2]6-＋2e-→Cu＋2P2O74-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，不要残留红色的镀层。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0.06A(0.12A)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，必须缓慢调节后马上开始计时，时间为20min(10min)。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。四、数据记录与处理五、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0.04g，只精确到0.01g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/cm0.0620是5.913.9550.8950.9246.77.19X10-050.0620否5.873.9751.0451.0746.67.20X10-050.1210是6.003.9050.2250.2446.84.78X10-050.1210否6.004.0553.0753.1048.66.90X10-05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0.02g或0.03g，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。