在銀的氰化物電鍍過程中，使用冷軋銀板作為陽極，電流密度為0.4A/dm2，溫度控制在25℃~28℃。單批次銀板電鍍時出現(xiàn)以下情況：如圖1(a)所示，電鍍中銀陽極表面有較多區(qū)域未溶解，呈島狀，同時其它已溶解區(qū)域有較多球面坑。其他正常電鍍銀板表面如圖1(b)所示，表面腐蝕均勻。
圖1 銀板溶解表面情況
銀陽極不均勻溶解，會對電鍍產(chǎn)生以下影響：①在一定的電流密度下，陽極溶解速度降低，而陰極上析出速度不變，導(dǎo)致溶液內(nèi)銀離子濃度降低，失去了溶液中的金屬離子平衡[1]，同時電鍍時極間距較近，陽極上有較大面積的不溶解，會導(dǎo)致附近區(qū)域銀離子濃度降低，而使鍍層厚度不均勻;②其不均勻溶解極可能導(dǎo)致部分銀溶解較慢，而其周圍銀溶解較快，導(dǎo)致這部分銀形成顆粒而脫落，從而縮短陽極的使用壽命。
1 銀陽極不均勻溶解分析
生產(chǎn)過程中，對電流密度和溫度控制嚴格，同時銀作為不易鈍化材料[1]，且從表面已溶解情況分析，陽極不均勻溶解不是陽極鈍化引起的。
對銀陽極生產(chǎn)過程中的樣品進行顯微組織分析，從圖2可以看出板材內(nèi)部晶粒均勻性一般，并多為孿晶，比例達到了82.4%。銀板材冷軋和400℃退火1h后，銀板內(nèi)部會形成較大比例的孿晶[2]，作為fcc結(jié)構(gòu)的銀形成的退火孿晶中Σ3孿晶界的比例很高[3],并在板面上呈現(xiàn)隨機分布。Σ3孿晶界晶界能低，可以明顯改變一些材料的性能：如抗晶間斷裂、抗腐蝕、韌性等性能提升[4]，其他孿晶的晶界能較高，如銀的快速遷移孿晶界是Σ13b[2]，這些孿晶和其他大角度晶界一樣較活潑，易失去電子而形成銀離子。
圖2 銀板的顯微組織-200倍
Σ3孿晶界具有晶界能低、境界擴散率低、晶界上偏聚程度輕微、沿晶析出幾率小等重要特性，才使其具備如此高的晶界腐蝕力和低的蠕變速率等特殊性能[5]。
Σ3孿晶界優(yōu)良的抗晶間斷裂、抗腐蝕、抗電遷徙能力使得這些晶粒在電鍍過程中，較難釋放電子形成離子進入溶液，從而導(dǎo)致板面不均勻溶解。而其他晶粒(包括非孿晶、亞孿晶、其它Σ晶界的晶粒)能夠在電鍍過程中正?；蚩焖偃芙?。
所以銀陽極的不均勻溶解極可能是其內(nèi)部Σ3孿晶界的孿晶比例較高，且分布不均，導(dǎo)致其他晶粒先溶解且相對于Σ3孿晶界溶解較快，而Σ3孿晶界溶解緩慢，從而形成了如圖1的溶解面。
2 形成Σ3孿晶界的原因
孿晶界一般是通過一定的變形量，然后再熱處理而形成的。在形變過程中，例如銀這種低層錯能的fcc結(jié)構(gòu)金屬，其多晶材料在位錯發(fā)生交滑移之前易產(chǎn)生孿晶變形，在晶體內(nèi)產(chǎn)生較大的形變能，為之后熱處理提供了驅(qū)動力。在退火過程中，晶界發(fā)生重新取向，從而形成孿晶，而Σ3孿晶界占很大的比例。
孿晶形成過程中需要較大的應(yīng)力即形核驅(qū)動力，對于fcc結(jié)構(gòu)金屬一般在室溫和沖擊載荷下才能產(chǎn)生孿生變形[6]。
在銀板冷軋過程中，壓下量數(shù)據(jù)如下表：
表1 不同銀板的道次壓下量和道次軋制比
從上表中可以看出電鍍異常銀板的道次軋制比較高，形成了較大的載荷，軋制溫度為20~50℃，較容易形成孿生變形，再經(jīng)過高溫退火，即形成了退火孿晶。
所以形成Σ3孿晶界的主要原因是在室溫下采用了較大的道次軋制比，并由于銀是低層錯能的fcc結(jié)構(gòu)多晶金屬，更易形成孿生變形。在400℃退火1h后，孿生晶粒重新取向，形成很大比例的Σ3孿晶界。
3 減少Σ3孿晶界的工藝實驗
鑒于Σ3孿晶界的形成原因，所以生產(chǎn)過程中應(yīng)盡量避免孿晶的生成。所以生產(chǎn)過程中銀冷軋時，不易采用大的道次軋制比。設(shè)計兩個工藝方案，進行對比分析，方案1：小道次軋制比的冷軋，道次軋制比為2%~6%。方案2：先熱軋再小道次軋制比冷軋，熱軋軋制比為33.3%，熱軋溫度為500℃[7]，冷軋道次軋制比為2%~5%，冷軋軋制比為27.5%。兩個樣品一起在400℃下退火1h。然后對兩個方案生產(chǎn)出的銀板進行金相分析，結(jié)果如下：
圖3(a)所示方案1生產(chǎn)出銀板內(nèi)部微觀組織，經(jīng)抽樣統(tǒng)計其孿晶比例比大道次軋制比銀板的孿晶比例降低了約50%，并且多數(shù)為亞孿晶，但其晶粒顆粒大小均勻性一般，而圖3(b)所示方案2生產(chǎn)出銀板內(nèi)外晶粒均勻，且均孿晶比例降低了近70%，其中亞孿晶也較多。
圖3 兩種方案生產(chǎn)出銀板的顯微組織-200倍
圖4 抽樣統(tǒng)計不同方法生產(chǎn)銀板的孿晶占總體晶粒數(shù)量的比例
所以采用先熱軋再小道次軋制比冷軋生產(chǎn)的銀板內(nèi)部晶粒更均勻細小，且孿晶數(shù)量明顯減少，同時熱軋工藝能夠明顯減少整體的加工道次，提升加工效率。此方案生產(chǎn)的銀板電鍍實驗后，銀板表面腐蝕均勻，顆粒細小，提高電鍍的穩(wěn)定性。從表面觀察，與圖1(b)所示基本一致，但從微觀組織上分析，其內(nèi)部晶粒更均勻，孿晶數(shù)量更少，且加工道次更少，提高生產(chǎn)效率。
4 結(jié)論
(1)銀的氰化物電鍍時，陽極不均勻溶解形成表面島狀的情況是由于銀板內(nèi)部生成較多的孿晶，其中較多比例是Σ3孿晶界且不均勻分布，其抗晶間斷裂、抗腐蝕、抗電遷徙能力較強，所以溶解速度很慢，而其他晶粒溶解正?；蚩焖伲葱纬刹痪鶆蛉芙獾那闆r。
(2)Σ3孿晶界形成的主要原因是銀板生產(chǎn)過程中在20~50℃以12.1%~15.4%的大道次軋制比冷軋，晶粒內(nèi)部主要是孿生變形，再經(jīng)退火后形成了退火孿晶，由于銀屬于fcc結(jié)構(gòu)，底層錯能導(dǎo)致其退火孿晶多為Σ3孿晶界。
(3)通過兩種工藝方案的比較，生產(chǎn)電鍍銀板易采用先熱軋再小道次軋制比冷軋，此方案生產(chǎn)出的銀板內(nèi)部晶粒均勻，且退火后孿晶數(shù)量明顯減少，同時減少總加工道次，生產(chǎn)出銀板電鍍效果較好，表面腐蝕均勻。
參考文獻
[1]張允誠，胡如南，向榮.電鍍手冊 第3版[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007.301-310.
[2]楊平.電子背散射衍射技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007.44-46.
[3]夏爽，李慧，周邦新，陳文覺. 金屬材料中退火孿晶的控制及利用_晶界工程研究[J].自然雜志,2010,32(2):94-100.
[4]張玉彬，A.Godfrey，劉偉.大應(yīng)變量冷軋金屬Ni再結(jié)晶過程中Σ3晶界演化[J].金屬學報,2009,45(10):1159-1165.
[5]劉思維.冷軋退火316L不銹鋼的晶間腐蝕性能及晶界特征分布研究[D].成都:成都理工大學,2008.4-9.
[6]鄭子樵.材料科學基礎(chǔ)[M].長沙:中南大學出版社,2005.337-340.
[7]黃伯云，李成功，石力開，邱冠周，左鐵鏞.中國材料工程大典.第5卷,有色金屬材料工程(下)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.350-353.
聲明：
“銀電鍍陽極不均勻溶解的研究” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
1051
編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：濟源豫金靶材科技有限公司
分享 0
舉報 0
收藏 0
反對 0
點贊 0
中冶有色技術(shù)平臺
2025年03月25日 ~ 27日 
