赫爾槽試驗(yàn)
赫爾槽試驗(yàn)是現(xiàn)代電鍍新工藝試驗(yàn)，新助劑開發(fā)及改進(jìn)，鍍液工藝維護(hù)等過程中最基本、最便捷的手段之一，不可或缺。不能熟練掌握赫爾槽試驗(yàn)，就稱不上是合格的電鍍技術(shù)工作者。然而，如何認(rèn)識(shí)、正確操作該項(xiàng)試驗(yàn)，卻有許多問題值得討論。
1.分析化驗(yàn)與小槽試驗(yàn)
調(diào)整電鍍液有三個(gè)途徑：一是憑經(jīng)驗(yàn)判斷，二是進(jìn)行化驗(yàn)分析，三是通過試驗(yàn)判定。對(duì)應(yīng)用年久、已有經(jīng)驗(yàn)的老工藝，憑觀察工件鍍層狀況，判定該如何調(diào)整，不能說完全無用。例如：一看氰化鍍銅層的色澤、低電流密度區(qū)狀況，就能立即判斷出游離氰濃度的高低。但這也只能在鍍層已表現(xiàn)出異常時(shí)才能判斷，且要有相當(dāng)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)新工藝、新助劑的采用則無法判定(因無經(jīng)驗(yàn)可言)。
1. 1 依分析化驗(yàn)結(jié)果調(diào)整鍍液
完全依分析化驗(yàn)結(jié)果來調(diào)整鍍液的工藝人員，稱不上合格，因?yàn)榉治龌?yàn)具有相當(dāng)大的局限性。
1. 1. 1 分析方法本身有問題
有一名經(jīng)驗(yàn)豐富、化學(xué)基本功很扎實(shí)的大學(xué)本科畢業(yè)的老分析員告訴筆者，書上所載的分析化驗(yàn)方法相互傳來抄去，其中有不少本身就有問題。筆者也學(xué)過分析化學(xué)、儀器分析等專業(yè)課程，有些方法并不切合大生產(chǎn)實(shí)際。例如，用于化驗(yàn)分析氯化鉀鍍鋅液中氯化鉀的常規(guī)方法只適于新配鍍液，而不適于大生產(chǎn)中應(yīng)用已久的鍍液。講一個(gè)真實(shí)的故事：多年前，一位電鍍廠化驗(yàn)員與工藝員吵得不可開交?；?yàn)員堅(jiān)持說自己的化驗(yàn)結(jié)果是準(zhǔn)確的，標(biāo)準(zhǔn)液是剛標(biāo)定了的，終點(diǎn)判定也是準(zhǔn)確的，計(jì)算無誤，鍍液中的氯化鉀就是多了。工藝員卻堅(jiān)持說，氯化鉀就是少了很多，要至少補(bǔ)充60g/L才能生產(chǎn)。其實(shí)兩人都是對(duì)的。問題不在于誰是誰非，而在于分析方法本身就存在有問題：先化驗(yàn)總氯、總鋅，換算出氯化鋅，余氯再從理論上換算為氯化鉀。大生產(chǎn)中用鹽酸酸洗，清洗不凈(尤其是管件)時(shí)，會(huì)將鹽酸不斷帶入鍍液中；平時(shí)因陰極電流效率遠(yuǎn)低于陽極電流效率，鍍液pH值會(huì)不斷上升，又用鹽酸調(diào)低pH值，總氯量不斷上升，而K+因帶出損耗又不斷減少。K+對(duì)提高鍍液電導(dǎo)率起重要作用(效果比Na+好)，而上述工廠并無條件用選擇性鉀離子電極法或高級(jí)儀器分析K+含量，只能采用常規(guī)化驗(yàn)法分析總氯。因此化驗(yàn)員雖然很辛苦，但結(jié)果沒有任何作用；工藝員根據(jù)實(shí)際電鍍或?qū)嶒?yàn)判定氯化鉀少了許多，是符合實(shí)際的。類似的問題還是應(yīng)該以工藝試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。
1. 1. 2 工廠分析手段的欠缺
現(xiàn)代儀器分析發(fā)展很快，對(duì)遠(yuǎn)在幾億光年的星球，能用光譜分析其組分；我國“嫦娥一號(hào)”飛船繞月球飛行，也能分析月球表層組分含量；DNA 法可分析千年古尸。但這些都要求采用高科技儀器分析手段，一般電鍍廠沒有能力采用這些高級(jí)儀器分析，連鍍液中微量金屬雜質(zhì)都難以分析，這是現(xiàn)實(shí)。
1. 1. 3 化驗(yàn)人員的責(zé)任心與操作水平
分析化驗(yàn)的準(zhǔn)確性受人為因素影響很大。同樣一種鍍液，找不同地方、不同化驗(yàn)人員分析，可能結(jié)果相差很大，這與化驗(yàn)人員的責(zé)任心、知識(shí)水平、操作熟練程度密切相關(guān)。化驗(yàn)是一項(xiàng)要求科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)心耐心的工作。例如使用分析天平的熟練程度(對(duì)苛性鈉等易潮解物，動(dòng)作慢了則越稱越重)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液是否及時(shí)標(biāo)定、更新，滴定終點(diǎn)的判定，采用重量法時(shí)對(duì)沉淀的洗滌與收集(如鍍鉻液，特別是低鉻鈍化液中硫酸的重量法分析，光亮酸銅液中氯離子的常規(guī)分析等的結(jié)果幾乎不可信)，干擾物質(zhì)的去除等等，影響因素太多。
要考察化驗(yàn)準(zhǔn)確性很簡(jiǎn)單：精確稱取分析純材料配液，叫化驗(yàn)一下，即可看出誤差。筆者原所在國營企業(yè)有一名正宗大學(xué)科班畢業(yè)的老化驗(yàn)員，她對(duì)電鍍液的分析在成都地區(qū)可稱王牌水平，但帶的幾個(gè)徒弟都半途而廢，原因是不能達(dá)到她近乎苛刻的要求，比如搖三角瓶要搖得均勻，清洗燒杯、三角瓶等要求內(nèi)外完全親水，并用蒸餾水淌一次。
1. 1. 4 無法常規(guī)化驗(yàn)的組分太多
鍍液中含量少、影響大的無機(jī)雜質(zhì)、有機(jī)雜質(zhì)無法分析?，F(xiàn)代廣泛采用由多種有機(jī)中間體復(fù)配而成的添加劑、光亮劑，即使知道組分，也無法分析；售品更多以代號(hào)表示，連組分都不知，分析化驗(yàn)更無從談起。
作者并不否定分析化驗(yàn)的作用，但常規(guī)化驗(yàn)僅供參考，還須輔以試驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)于合金電鍍，鍍液或鍍層中合金元素的多少，難以通過試驗(yàn)來確定。此時(shí)，準(zhǔn)確的分析化驗(yàn)就很必要了。
1. 2 試驗(yàn)方法的選擇
試驗(yàn)可供選擇的方法有多種：(1) 在小型鍍槽中利用小型工件作小試。此法用液量較大，且陰陽極距離近，不能真實(shí)反映大生產(chǎn)的幾何因素對(duì)分散能力等的影響，只能作為新工藝、新助劑等研發(fā)的第二階段試驗(yàn)用(研發(fā)通常包括實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、小試、中試和生產(chǎn)應(yīng)用4 個(gè)階段)。(2) 燒杯內(nèi)試驗(yàn)。小燒杯試驗(yàn)用液不多，但用試片試驗(yàn)時(shí)，只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范圍內(nèi)鍍層的狀況，但可用不同基體材料小件(特別是難鍍材料)判定電鍍效果。(3) 赫爾槽試驗(yàn)。其最大的優(yōu)點(diǎn)是：能用很少的鍍液，一次試驗(yàn)即可反映出十分寬廣的電流密度范圍內(nèi)鍍層的狀況。它是實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用最廣、最快捷的試驗(yàn)方法。正因?yàn)槿绱?，一?jīng)發(fā)明，就迅速獲得了推廣應(yīng)用。
2. 赫爾槽及陰極試片上的電流分布
2. 1 赫爾槽
赫爾槽是1939 年英國人R. O. Hull 發(fā)明的一種小型電鍍?cè)囼?yàn)槽，又譯為霍爾槽。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(英制用)和250mL(公制用)兩種。我國采用公制，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密度的分布
試驗(yàn)時(shí)，在圖1中的AD 邊放陽極，BC 邊放陰極試片。試片B 端距離陽極最近，鍍液電阻最小，因而電流密度最大，稱為高端或近端；C 端正好相反，稱為低端或遠(yuǎn)端。
標(biāo)準(zhǔn)尺寸267 mL 赫爾槽的陰極試片上，電流密度的分布可用下式(1)計(jì)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(qiáng)度，即試驗(yàn)用電流(A)；
L──陰極試片上該位置距近端的距離(cm)。
式(1)僅適于L 為1~9cm 范圍內(nèi)的計(jì)算，L<1cm或L>9cm 都不適用。
表1 為計(jì)算結(jié)果。
3.赫爾槽試驗(yàn)的基本要求
3. 1 電源
(1) 輸出直流紋波系數(shù)與大生產(chǎn)用電源基本一致。這就要求電流具有多種輸出波形供選擇，制作起來比較難。對(duì)于必須要求低紋波直流的工藝，應(yīng)采用低紋波直流小電源。市場(chǎng)上部分高頻開關(guān)試驗(yàn)用電源能達(dá)到此要求。單相可控硅或硅整流的全波(或橋式)整流電源若未加π 型濾波，也達(dá)不到要求(懂電器的人可購100W/24V 的變壓器，用低壓側(cè)作電感線圈，另加2只24V/6800μF 的電解電容制作濾波器)。
(2) 輸出電壓0~15V、電流0~10A 的小電源。電源額定輸出電流越大，讀數(shù)越不準(zhǔn)確(尤其是動(dòng)圈式電流表、電壓表)，試驗(yàn)不具有重現(xiàn)性。有人居然還用大生產(chǎn)用的500A 整流器做赫爾槽試驗(yàn)，實(shí)在令人費(fèi)解。
(3) 最好帶有時(shí)間預(yù)置定時(shí)聲音報(bào)警，可不必死盯時(shí)間。時(shí)間不準(zhǔn)，試驗(yàn)重現(xiàn)性也差。
(4) 必須同時(shí)有電流與電壓顯示。電流相同時(shí)，電壓越低，說明鍍液電導(dǎo)率越高。對(duì)于光亮酸銅液，2A攪拌鍍，正常試驗(yàn)電壓應(yīng)為3.0~3.2V(與所用外電路線肯定硫酸多了。通過電壓即可大致判定硫酸的多少。筆者用的是自研自裝的0~15V、0~5A 的小型單相電源，全波整流后大電容濾波，由具有恒流特性的功率場(chǎng)效應(yīng)管(VMOS 管)調(diào)整輸出，具有低紋波直流輸出，帶風(fēng)冷且以撥碼開關(guān)預(yù)置時(shí)間，到時(shí)音樂報(bào)警。
3. 2 陽極
3. 2. 1 材料
陽級(jí)用材料應(yīng)與大生產(chǎn)相同。如光亮酸銅用低磷銅陽極，鍍鉻用鉛錫陽極，鍍鋅用0#鋅陽極，堿銅用紫銅陽極，仿金鍍用仿金合金陽極或H68黃銅板等。
3. 2. 2 尺寸
標(biāo)準(zhǔn)尺寸為寬63mm、長(zhǎng)65~68mm。不允許過窄，否則安放時(shí)或左或右，試驗(yàn)重現(xiàn)性差；也不允許有缺角現(xiàn)象，用殘了就應(yīng)更新。厚度不宜大于5mm，否則液位上升過多，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)。可選生產(chǎn)上用薄了的陽極截割，但尺寸應(yīng)符合要求。筆者則制有模具，對(duì)于鋅、錫、錫鉛合金，用模具熔鑄多個(gè)備用。
3. 2. 3 砂洗
由于赫爾槽試驗(yàn)時(shí)陰、陽極(指平板陽極)的面積比約1∶0.63，但大生產(chǎn)要求該比值大于1，因此，對(duì)光亮酸銅等進(jìn)行赫爾槽試驗(yàn)時(shí)，時(shí)間久了陽極可能鈍化。若發(fā)現(xiàn)陽極有鈍化現(xiàn)象(電流減小、電壓升高)，應(yīng)將其取出，砂洗干凈或活化處理后再用。對(duì)于酸性亮銅，2A 攪拌鍍5min，磷銅陽極不應(yīng)鈍化；若鈍化了，則應(yīng)尋找原因(硫酸過少、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?？疾熹撹F件上無氰堿銅的結(jié)合力時(shí)，用光亮冷軋鋼片；考察裝飾鍍鉻的光亮范圍時(shí)，用剛鍍過亮鎳而尚未鈍化的試片。一般試片經(jīng)砂洗，或鐵試片褪鋅、褪鉻后，可重復(fù)使用多次，一次性使用則過于浪費(fèi)。
3. 3. 2 尺寸
標(biāo)準(zhǔn)尺寸為長(zhǎng)100mm、寬65~68mm、厚0.3~0.5mm。過長(zhǎng)，放不下，貼不緊；過短，或左或右，試驗(yàn)重現(xiàn)性差且電流密度分布不正常。最好用剪床下料，規(guī)矩、平整。
3. 3. 3 保存
若試片要保存供客戶看，鍍后應(yīng)鈍化(除鍍鉻外)、吹干，密封保存。可重復(fù)使用的試片，若是鋼片，則應(yīng)褪除鍍層后存放于稀堿水中，以防生銹；對(duì)于光亮酸銅試片，應(yīng)存放于稀硫酸中，防止嚴(yán)重氧化變色，否則再處理時(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(yàn)達(dá)不到預(yù)期效果，與鍍前處理不細(xì)心關(guān)系很大。
3. 3. 4. 1 砂磨
由于試片本身或重復(fù)使用時(shí)鍍層硬度可能相差很大，應(yīng)備有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。重復(fù)使用的鍍鎳試片，應(yīng)先用較粗的砂紙將亮鎳層磨至失光，再用細(xì)砂紙將粗砂路磨干凈。鍍錫、鍍銅、鍍銀層很軟，要用840#以上細(xì)砂紙砂磨，必要時(shí)再用金相砂紙砂磨至基本看不見砂路。專門考察半光亮鎳、亮鎳、酸銅等的整平能力時(shí)，因一般無專門測(cè)試儀器，黃銅試片應(yīng)先拋光至鏡面光亮，再用寬約5cm的840#細(xì)砂紙?jiān)谠嚻胁垦亻L(zhǎng)度方向均勻磨出一條砂路帶，在相同條件下鍍10min后，比較砂路被填平的范圍。若考察鍍鎳液有無因硝酸根造成的低區(qū)漏鍍，銅試片低區(qū)2cm內(nèi)應(yīng)砂現(xiàn)銅。砂磨試片應(yīng)注意兩點(diǎn)：(1)細(xì)砂路應(yīng)磨順直，不允許沿不同方向或旋轉(zhuǎn)式地亂磨，否則光亮電鍍后會(huì)造成誤判；(2)手指只能壓住長(zhǎng)度方向邊緣1cm處不受鍍的部分，因多數(shù)情況下砂磨后不用再除油，若按住受鍍部分，鍍后會(huì)留下指紋印。砂磨試片是做赫爾槽試驗(yàn)的基本功，也是第一道關(guān)口。砂磨試片不合格，試驗(yàn)難免問題百出。
3. 3. 4. 2 試片背面絕緣
不少人做試驗(yàn)時(shí)試片背面不作絕緣處理，這是不對(duì)的。因每次夾持試片時(shí)貼緊槽壁的程度不一樣(特別是試片薄而不平整時(shí))，背面消耗的電流不一樣，正面的電流也就不一樣，結(jié)果重現(xiàn)性差。簡(jiǎn)單的辦法是在干燥試片背面貼透明膠帶，其寬度應(yīng)足夠，無氣泡。若用銅試片，用剪床剪取表面無壓痕、銅箔較厚的單面印制板最好，背面不用再作絕緣，可重復(fù)使用多次。
3. 3. 4. 3 除油與活化
采用手工除油：用細(xì)布沾水泥漿、室溫除油劑、優(yōu)質(zhì)洗衣粉等擦洗除油。若砂磨過的試片已能完全親水，可不再除油；若不能完全親水，則應(yīng)除油至全部親水。用堿性除油后或浸泡于堿水中的鐵試片時(shí)，清洗后要做活化處理。對(duì)新砂磨后又親水的試片，因砂磨已去掉表面鈍化層，可不經(jīng)活化，水洗后立即鍍。
3. 3. 4. 4 鍍前水洗
筆者在試驗(yàn)光亮酸銅液時(shí)，用水砂紙砂磨試片，以水沖洗后電鍍，鍍層起細(xì)麻砂。開始懷疑M過多，但無論如何調(diào)整光亮劑中M的含量，鍍層仍起細(xì)麻砂。后來才想到可能試片有問題。在沖洗的同時(shí)用細(xì)布對(duì)試片表面認(rèn)真抹洗，鍍后則再無麻砂。原來，砂磨時(shí)試片表面粘附的細(xì)砂塵，即使沖洗也洗不掉，更不用說浸洗了。筆者在試驗(yàn)亮鎳等其他工藝時(shí)也出現(xiàn)過同樣問題。吸取教訓(xùn)后，以后都要求試片在鍍前沖洗的同時(shí)用細(xì)布抹洗徹底。
3. 4 加溫(冷卻)與攪拌
3. 4. 1 加溫與冷卻
對(duì)于帶電加熱的赫爾槽，可直接用其進(jìn)行鍍液加溫，若無自動(dòng)控溫，則應(yīng)注意監(jiān)測(cè)液溫。對(duì)于普通赫爾槽，若試驗(yàn)時(shí)氣溫較高，可在電爐上用燒杯多取一點(diǎn)鍍液進(jìn)行加熱，至高于試驗(yàn)溫度5~7°C(因陰、陽極板要吸收部分熱量)時(shí)，倒250mL 鍍液于赫爾槽中，立即試驗(yàn)，3~5min 內(nèi)能維持在工作范圍內(nèi)。若氣溫低，則應(yīng)在恒溫水浴鍋內(nèi)先將液溫加夠，赫爾槽放在水浴鍋內(nèi)保溫。鍍鉻時(shí)，液溫對(duì)鍍層光亮范圍的影響很大，試驗(yàn)溫度應(yīng)準(zhǔn)確，要先在槽中放入陽極，倒入加熱至高于試驗(yàn)溫度約3°C的鍍液，并放入一支溫度計(jì)，待液溫降到試驗(yàn)溫度時(shí)立即放入事先準(zhǔn)備好的試片，鍍1min。由于放熱，液溫會(huì)有所升高。250mL鍍液用10A 電流，125mL鍍液則用5A電流。若氣溫較高時(shí)要做硫酸鹽光亮酸銅或酸錫鍍液的低溫試驗(yàn)，應(yīng)將事先制好的冰塊存于小保溫桶中，在幾個(gè)小燒杯中裝入鍍液，然后放入水浴鍋中，往水浴鍋中加入冰塊，待鍍液降到略低于試驗(yàn)溫度時(shí)，將鍍液倒入赫爾槽中，再將赫爾槽放入冷卻了的水浴中進(jìn)行試驗(yàn)，并應(yīng)及時(shí)用溫度計(jì)監(jiān)測(cè)液溫。
3. 4. 2 鍍液攪拌
攪拌雖可減小濃差極化，擴(kuò)大允許陰極電流密度，但會(huì)使光亮整平范圍向高端移動(dòng)，導(dǎo)致低電流密度區(qū)光亮整平性下降。攪拌強(qiáng)度不一樣，鍍層的光亮整平性也不一樣。筆者不主張用帶空氣攪拌的赫爾槽作空氣攪拌，原因是這種整體注塑的赫爾槽 ，出氣孔的孔徑大而且分布稀疏，對(duì)試片攪拌不均勻，鍍層易出現(xiàn)亮度不一的豎狀條帶，可能造成誤判。若孔小而密，一是注塑困難，二是易堵塞，三是換液清洗較麻煩。故寧可多花點(diǎn)勞力，采用普通赫爾槽，用直徑3mm左右的細(xì)玻棒，按約每秒一個(gè)來回的均勻速度，在陰極表面附近來回作機(jī)械攪拌。這樣，試驗(yàn)的重現(xiàn)性好得多，也易判斷鍍液本身是否會(huì)使鍍層產(chǎn)生豎狀條紋。
3. 5 電流強(qiáng)度與時(shí)間的選擇
應(yīng)根據(jù)工藝要求及試驗(yàn)?zāi)康膩盱`活選擇。一般而言，半光亮鎳、亮鎳、光亮酸銅，2A攪拌鍍5min左右，專門考察整平能力時(shí)鍍10min；硫酸鹽光亮鍍錫，1A攪拌鍍5min；氯化物鍍鋅，2A靜鍍5min；鋅酸鹽鍍鋅，3A靜鍍5min；無氰堿銅，1A攪拌鍍5min；氰化鍍銅，2A靜鍍3~5min。要特別考察深鍍能力或低區(qū)雜質(zhì)影響，是否有漏鍍(如硝酸根造成鍍鎳低區(qū)漏鍍)及處理效果時(shí)，以0.1~0.3A 鍍3~5min。當(dāng)所用電流太小，電壓太低時(shí)，應(yīng)串接小量程數(shù)字式電流表，并接電壓表作測(cè)定(可用數(shù)字式萬用表的直流電流、電壓檔)，否則讀數(shù)不準(zhǔn)，重現(xiàn)性差。筆者試驗(yàn)HEDP無氰堿銅時(shí)曾用過50mA，試驗(yàn)深孔鍍鎳時(shí)用過30mA。要判定主鹽濃度時(shí)，可用大電流靜鍍。如新配亮鎳液，3A靜鍍5min 后，高端應(yīng)無燒焦，生產(chǎn)液應(yīng)做到2A靜鍍后高端無燒焦。
3. 6 換液
因只用250mL鍍液，故鍍液的各種組分消耗快。2A鍍5min時(shí)，鍍4次就應(yīng)另換新液。
3. 7 陰、陽級(jí)的夾持
鈦夾子最好，但貴且不好買。一般用較大的鱷魚夾，但市面上的鱷魚夾多為鐵件滾鍍薄層亮鎳，很易生銹。使用鱷魚夾夾持陰、陽極時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)夾持時(shí)，接導(dǎo)線的一邊應(yīng)與陰、陽極的使用面接觸，不能夾反了，否則導(dǎo)電不好；(2)用后立即以清水清洗，電吹風(fēng)吹干；(3)銹蝕嚴(yán)重時(shí)應(yīng)換新。
4.加料及條件的改變
4. 1 赫爾槽試驗(yàn)應(yīng)遵守的原則
4. 1. 1 單因素變更原則
赫爾槽試驗(yàn)時(shí)，無論是工藝條件還是鍍液組分，一次只能改變一個(gè)因素，不能同時(shí)改變兩個(gè)或兩個(gè)以上的因素，否則無法判定是哪一個(gè)因素的變更在起作用。例如，氯化鉀鍍鋅燒焦區(qū)過寬時(shí)，若既調(diào)低鍍液pH值又同時(shí)補(bǔ)加主鹽氯化鋅，則不對(duì)。若pH值過高，應(yīng)先調(diào)低pH值至正常值試一次。pH值正常后若燒焦區(qū)仍寬，則應(yīng)補(bǔ)加硼酸試一次，還不行時(shí)才能考慮補(bǔ)加氯化鋅。
4. 1. 2 先易后難原則
試驗(yàn)時(shí)要從一般電鍍規(guī)律入手，先改變易測(cè)定、判斷的因素，并抓住主要矛盾，才能少走彎路。下面舉兩個(gè)例子。
【例1】鍍液pH值與液溫對(duì)電鍍效果影響很大，但容易測(cè)定。比如，對(duì)于亮鎳低區(qū)光亮性不足的現(xiàn)象，應(yīng)先用精密pH 試紙測(cè)定pH值，若過低，低電流密度區(qū)效果肯定差，且光亮劑用量大增(吸附效果變差)，此時(shí)應(yīng)先調(diào)高pH值(最好加一水合碳酸鈉干粉，攪拌至氫氧化鎳完全溶解)。試驗(yàn)后如果可以，就不必補(bǔ)加光亮劑。當(dāng)亮鎳液溫低于45°C時(shí)，很難鍍亮，此時(shí)應(yīng)測(cè)定液溫，調(diào)整至52~55°C再試。pH值不低而液溫又夠時(shí)，應(yīng)判斷硼酸是否足夠(取液冷至室溫后應(yīng)有較多結(jié)晶才行)，不夠則補(bǔ)加硼酸后再試。若硼酸也夠，補(bǔ)加10~15g/L氯化鎳進(jìn)行試驗(yàn)。若不行，才考慮補(bǔ)加光亮劑或“低區(qū)光亮走位劑”之類。若還不行，則考慮是否銅雜質(zhì)過多或有少量硝酸根存在。千萬不能一開始就猛加光亮劑，一是成本高，二是過量則有害無益。要明確亮鎳的規(guī)律：pH值過低、硼酸過少、氯離子過少，都會(huì)導(dǎo)致低電流密度區(qū)光亮整平性差。
【例2】六價(jià)鉻鍍鉻試驗(yàn)若發(fā)現(xiàn)原液光亮范圍窄，低區(qū)無黃膜，應(yīng)先加少量碳酸鋇，沉淀部分硫酸根后進(jìn)行試驗(yàn)。原因是采用2~3級(jí)回收時(shí)，硫酸只會(huì)增加不會(huì)減少。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的六價(jià)鉻鍍鉻溶液而言，分散能力的最佳時(shí)的硫鉻比不是100∶1， 而是155∶1。多數(shù)廠的硫酸根都偏高。若低區(qū)緊靠鉻層有黃膜，補(bǔ)加鉻酐進(jìn)行試驗(yàn)。若液色發(fā)黑，則應(yīng)考慮是否三價(jià)鉻含量過高。
4. 1. 3 趨優(yōu)化原則
若改變某一工藝條件或補(bǔ)加某一組分，赫爾槽試片與原液相比，結(jié)晶細(xì)致光亮范圍加寬或某一故障好轉(zhuǎn)，則說明這一改變是正確的，應(yīng)繼續(xù)改變?cè)撘蛩?，以找出最佳?/span>。相反，若改變某一因素后鍍層還不如原液狀況好，則說明這一改變是錯(cuò)誤的。
4. 2 樣液及補(bǔ)加材料的要求
4. 2. 1 樣液的準(zhǔn)備
鍍液中作為溶質(zhì)的各種組分都有一個(gè)最佳含量或其組合，過多或過少都有害。赫爾槽試驗(yàn)的主要目的之一就在于尋求其最佳含量或范圍，某些有交互影響作用的組分則要尋找其最佳組合。對(duì)于加入量很少的組分，應(yīng)先準(zhǔn)確計(jì)量后，配成標(biāo)準(zhǔn)濃度的稀液，盛于廣口磨口棕色玻璃瓶備用。例如，某些光亮劑的開缸量?jī)H1mL/L左右，應(yīng)將其配成0.01mL/mL的標(biāo)準(zhǔn)液，供調(diào)整補(bǔ)加試驗(yàn)用。自配酸銅光亮劑，標(biāo)準(zhǔn)液的濃度為：M與N：0.01mg/mL；SP：2mg/mL；P：10mg/mL；氯離子：2mg/mL；AESS：0.01mL/mL。調(diào)整光亮劑時(shí)，每次一種，加0.5~1.0mL于250mL液中。若光亮劑本來不足，一下加入過多后導(dǎo)致了不良作用，會(huì)誤判為其本身過多，得出不宜補(bǔ)加的錯(cuò)誤結(jié)論。
4. 2. 2 固體化工材料的準(zhǔn)備及稱量
試驗(yàn)所用化工材料應(yīng)與工業(yè)生產(chǎn)的一致(生產(chǎn)廠家及生產(chǎn)批次也應(yīng)一樣)。所有材料都要用塑料瓶備有樣品，并貼好標(biāo)簽。若試驗(yàn)時(shí)用分析純材料而大生產(chǎn)時(shí)用含雜質(zhì)較多、含量不一的工業(yè)級(jí)材料，則無法以試驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)。250mL赫爾槽中加1g 相當(dāng)于4g/L。稱量應(yīng)準(zhǔn)確。宜用準(zhǔn)且快、精度0.1g 或0.01g 的電子天平，不宜再用架盤藥物天平。加入液體時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備多支1mL和5mL醫(yī)用注射針筒，分開使用，以免混液(清洗不凈所致)。這樣，計(jì)量快且較準(zhǔn)確。用后應(yīng)徹底清洗干凈。
5.試驗(yàn)結(jié)果的判定與記錄
5. 1 結(jié)果判定
5. 1. 1 鍍后試片的處理
陰極試片鍍后應(yīng)認(rèn)真清洗干凈，必要時(shí)用細(xì)布抹洗。有條件的宜用純水清洗后再用電吹風(fēng)吹干。若未用純水清洗過，則吹干時(shí)先開冷風(fēng)，將試片傾斜約45°，從低端至高端將表面的積水吹掉，再開熱風(fēng)吹干，以免直接用熱風(fēng)吹干時(shí)干燥過快，試片表面因水的硬度高而產(chǎn)生水跡，造成對(duì)光亮整平性及均勻性的誤判。
5. 1. 2 放大鏡仔細(xì)觀察
采用20倍以上的放大鏡，對(duì)好焦距及調(diào)整光線反射角度至最清楚時(shí)，仔細(xì)觀察鍍后(或鍍前)試片的狀況。對(duì)于光亮酸銅鍍層，肉眼看時(shí)光亮整平性不足，但難辨原因。用放大鏡仔細(xì)觀察時(shí)，可能有三種情況：(1) 肉眼不可見的微細(xì)凸起物為主，其原因可能是液中一價(jià)銅過多而造成微細(xì)Cu2O夾附，或采用高染料型光亮劑時(shí)染料聚沉懸浮物夾附，又或是鍍液不夠清潔。用5μm以上精度的過濾機(jī)認(rèn)真過濾即可(實(shí)驗(yàn)時(shí)用精密濾紙過濾后再試)。(2) 以微細(xì)凹下麻點(diǎn)為主，這是鍍液潤濕性不足所引起的。如M–N–SP–P體系中P過少而M過多。(3) 以不規(guī)則條帶狀凸起沉積為主，其原因是鍍液整平能力不足。如B劑、“高位劑”之類不足，M–N–SP–P體系中SP及P不足，或氯離子過多等引起?，F(xiàn)象不一樣，原因大不相同，解決辦法也不一樣。
5. 1. 3 試片低區(qū)光亮性的判斷
不少人因試片砂路太粗，將低區(qū)砂路未被整平誤判為不光亮。低區(qū)光亮與否，應(yīng)在試片吹干后沿長(zhǎng)度方向傾斜對(duì)光觀察，若無泛紅、泛黃、灰霧等，而是光亮均勻，則應(yīng)判為光亮。若正面觀看不夠光亮，則是因鍍層未能整平砂路造成光線漫反射所致。若電流效率為100%，則赫爾槽2A鍍5min后，距低端1cm處的鍍層最大厚度，對(duì)于二價(jià)銅鹽鍍光亮酸銅而言是0.221μm，鍍亮鎳則是0.206μm。小于1cm處的鍍層厚度更薄。即使鍍前用新的1000#水砂紙磨過，砂路深度也遠(yuǎn)大于此，一般光亮劑根本無法使其填平。除非鍍前試片磨拋至近鏡面光亮，才能反映出真實(shí)光亮效果。此時(shí)若鍍液因雜質(zhì)或光亮劑不良而造成問題，即使基體很亮，也可能出現(xiàn)發(fā)黃、泛紅、灰霧等現(xiàn)象。
5. 2 試驗(yàn)記錄
5. 2. 1 試驗(yàn)條件的記錄
每做一輪試驗(yàn)，都應(yīng)記錄目的、時(shí)間、人員、生產(chǎn)槽編號(hào)、鍍種等信息。試驗(yàn)后應(yīng)作結(jié)論分析，包括故障原因、解決辦法、處理程序、應(yīng)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(yīng)記錄電流，電鍍時(shí)間，電壓，液溫，攪拌與否及攪拌方式，當(dāng)次試驗(yàn)的改變因素及其數(shù)值，累計(jì)改變量等，越詳細(xì)越好。
5. 2. 2 試片狀況的記錄
一般采用250mL赫爾槽做試驗(yàn)，陰極試片長(zhǎng)度為100mm。建議用帶橫格的記錄本，每間隔一格用鉛筆畫出長(zhǎng)100mm的矩形框，供1∶1 對(duì)齊記錄試片狀況，間隔處供記錄試驗(yàn)條件。
試片上部與下部鍍層的狀況不一樣。如圖1所示，按照國際慣例，記錄試片有鍍層部位1/2至1/2+1cm條帶內(nèi)的鍍層狀況。圖1為國際上比較通行的用符號(hào)記錄鍍層狀況的示例（主要取自日本野田平著日文《電鍍實(shí)用手冊(cè)》）。當(dāng)無法用符號(hào)表示時(shí)，則用文字注明，如漏鍍記“無”、泛彩、灰霧等。
有的赫爾槽高、低端剛好相反。若發(fā)表論文時(shí)，應(yīng)標(biāo)明高端與低端、所用符號(hào)意義。
6.赫爾槽試驗(yàn)的應(yīng)用
赫爾槽試驗(yàn)有多方面的廣泛用途。舉例如下。
6.1判斷化工材料的質(zhì)量。在偽劣產(chǎn)品充斥的情況下, 對(duì)所購化工材料是否可用特別是雜質(zhì)多的、用廢舊材料制作或?qū)嶋H含量低的工業(yè)品, 務(wù)必先通過赫爾槽試驗(yàn)判定能否用、用量要多大。不經(jīng)試驗(yàn)而貿(mào)然加入生產(chǎn)大槽, 加進(jìn)去容易, 取出來就難了，如不少工業(yè)硫酸鎳都含有硝酸根及銅雜質(zhì)。
6.2確定添加劑的加入量。無論添加劑開發(fā)還是生產(chǎn)液中各種添加劑的調(diào)整, 赫爾槽試驗(yàn)幾乎是不可缺少的最佳實(shí)驗(yàn)手段。
6.3確定最佳工藝條件。通過赫爾槽試驗(yàn)確定最佳pH值、鍍液溫度、攪拌方式及攪拌強(qiáng)度, 大生產(chǎn)允許陰極電流密度范圍等工藝條件。
6.4測(cè)定鍍液的分散能力。試片鍍厚一點(diǎn), 用小探頭測(cè)厚儀測(cè)定不同點(diǎn)的鍍層厚度, 可比較鍍液分散能力。有赫爾槽三點(diǎn)法與八點(diǎn)法兩種, 在此不再贅述。
6.5判斷鍍液的深鍍能力。有文獻(xiàn)介紹的方法是試片背面不絕緣, 鍍后看試片背面鍍層狀況來判斷深鍍能力。這是不恰當(dāng)?shù)?span>, 原因是每次試驗(yàn)時(shí)試片與槽壁緊貼的程度不一樣, 試片薄時(shí)有的并不很平整, 背面鍍層狀況大不一樣, 試驗(yàn)無重現(xiàn)性、可比性。正確的方法是對(duì)背面絕緣的試片, 逐漸減小試驗(yàn)用電流,直至低端有漏鍍現(xiàn)象, 在同樣電鍍條件下比較低端漏鍍范圍。所用電流越小、低端漏鍍?cè)缴?span>, 則鍍液深鍍能力越好。
6.6確定雜質(zhì)的影響及處理辦法。對(duì)難以分析而對(duì)電沉積影響又大的雜質(zhì), 可用赫爾槽試驗(yàn)來判斷及尋求處理辦法。對(duì)已有明確認(rèn)識(shí)的雜質(zhì)影響, 易于判斷。比如鍍鎳液中有硝酸根, 會(huì)造成高電流密度區(qū)鍍層燒焦起皮處發(fā)黑, 低電流密度處鍍層漏鍍。
6.7判斷主要材料的含量或加入量。如氯化鉀鍍鋅液中的氯化鉀、氯化鋅、硼酸等, 許多工藝的主鹽濃度、絡(luò)合劑多少等。具體內(nèi)容很多, 故不詳述。
6.8判定鍍層脆性。比如可采用赫爾槽試驗(yàn)簡(jiǎn)單判斷亮鎳層的脆性。
7.赫爾槽試驗(yàn)的局限性
赫爾槽試驗(yàn)的局限性也是有的, 并非萬能。例如:
7.1難以直接判定合金電鍍時(shí)鍍層合金的比例。仿金鍍有經(jīng)驗(yàn)時(shí), 尚可由鍍層色澤大致判定合金比例,并尋求接近金色的陰極電流密度范圍。但對(duì)于鋅-鎳、鋅-鐵、鎳-鐵等合金, 則只能依靠分析化驗(yàn)了。
7.2難以判定不同材質(zhì)的電鍍效果。試驗(yàn)時(shí)用鐵試片或銅試片, 鑄造鐵件、粉末冶金件、釹-鐵-硼等多孔材質(zhì)以及鈦、鋁、可伐合金等難鍍金屬的電鍍效果很難判定。
7.3對(duì)非電沉積的化學(xué)鍍、轉(zhuǎn)化膜形成技術(shù)、化學(xué)與電化學(xué)拋光等工藝幾乎無能為力。
8.試驗(yàn)結(jié)果不能指導(dǎo)生產(chǎn)的問題
有的人因?yàn)樵囼?yàn)結(jié)果用于大生產(chǎn)時(shí)的不一致性,而對(duì)該試驗(yàn)不重視或持否定態(tài)度, 是不對(duì)的。
產(chǎn)生這種現(xiàn)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(shè)備不到位, 鍍液很臟, 調(diào)pH值、補(bǔ)加添加劑、補(bǔ)充蒸發(fā)水后, 只敢在液面附近輕微攪拌一下, 因?yàn)槿魯噭蛄藙t底部沉渣泛起, 鍍層粗糙而無法生產(chǎn)。若試驗(yàn)從鍍液表層直接取, 則不具有代表性。應(yīng)采用分析化驗(yàn)取樣法取樣在鍍液不同位置、不同深度用取液管分別取液, 混合均勻后做試驗(yàn)。若對(duì)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(yīng)在鍍液加溫并將槽底硼酸結(jié)晶認(rèn)真攪溶后, 取熱液做試驗(yàn)。
(2)所用試驗(yàn)電源的紋波系數(shù)與大生產(chǎn)整流器的不一樣。若大生產(chǎn)用電源的輸出直流是低紋波的, 而實(shí)驗(yàn)所用單相小整流器輸出直流的紋波系數(shù)很大, 則試驗(yàn)效果與大生產(chǎn)效果不一致。反之亦然。試驗(yàn)用電源的直流紋波系數(shù)應(yīng)與大生產(chǎn)一致才行。這就要求試驗(yàn)電源應(yīng)有多種輸出直流方式供選擇。脈沖電鍍應(yīng)采用脈沖直流小電源, 且頻率、占空比等參數(shù)與大生產(chǎn)相一致。
(3)試驗(yàn)時(shí)馬虎大意。赫爾槽試驗(yàn)時(shí)必須講求科學(xué), 態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn), 否則得不出正確結(jié)果。本講對(duì)該試驗(yàn)提出了許多嚴(yán)格要求近乎苛求, 但卻是筆者幾十年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié), 有其中一條未辦好都不行。“世界上怕就怕`認(rèn)真' 二字” , 科技工作者無十分認(rèn)真的精神, 只會(huì)一事無成