超聲波作為促進(jìn)化學(xué)清洗的手段，在電鍍企業(yè)中已經(jīng)有很普遍的應(yīng)用，以至于超聲波清洗已經(jīng)成為一個(gè)專業(yè)，有了很多專業(yè)制造超聲波清洗設(shè)備的企業(yè)，說(shuō)明對(duì)這種清洗手段的需求很大，它不僅僅只限于電鍍領(lǐng)域。這也不僅僅只是加強(qiáng)清洗的效果，因超聲波對(duì)化學(xué)反應(yīng)等很多過(guò)程都有重要影響。

  (1)關(guān)于超聲波

大家知道，聲音是一種振蕩。人們的耳朵之所以能聽(tīng)見(jiàn)聲音，是發(fā)聲的物體產(chǎn)生的振蕩通過(guò)空氣的振動(dòng)傳到耳朵，引起耳膜共鳴而產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)。凡是振蕩都有一定的頻率，耳朵能聽(tīng)見(jiàn)的聲音的頻率范圍從20Hz到20000Hz。超過(guò)20000Hz以上的聲音，人類就聽(tīng)不見(jiàn)了。這種超出人類聽(tīng)覺(jué)范圍上限的聲波便簡(jiǎn)稱為超聲波。

超聲波和聲波一樣，是一定物質(zhì)的劇烈振蕩，可以在任何彈性或剛性體內(nèi)傳播。由于超聲波在液體內(nèi)的傳遞速度比在空氣中快得多，所以在電沉積過(guò)程中運(yùn)用超聲波是比較方便的。

超聲波既然是一種物理場(chǎng)，就有其場(chǎng)強(qiáng)，一般以下式表示：

      I=Eu

式中I-超聲波的場(chǎng)強(qiáng)；  

E-單位體積的平均能量；

u-在介質(zhì)中的傳播速度。其中單位體積的平均能量可以用下式求得

      E=1／2εV2L2

式中ε-介質(zhì)密度；

V2-頻率；

      L2-振幅。

超聲波場(chǎng)強(qiáng)的單位為W／cm2。但是也常常標(biāo)出所使用的頻率，單位為Hz。

(2)超聲波的去極化作用

早在20世紀(jì)30年代，就有人注意到了超聲波對(duì)電解過(guò)程的影響。發(fā)現(xiàn)在超聲波作用下，電解水的電壓下降了。后來(lái)有人在研究氫的析出電位時(shí)，也發(fā)現(xiàn)超聲波可以降低氫的析出電位，證明超聲波有去極化作用。并且隨著場(chǎng)強(qiáng)的增加，去極化作用也增加，可以達(dá)到很強(qiáng)的程度。電位值的變化可以從300mV到1000mV，這是很可觀的數(shù)值。

例如，在硫酸鈉溶液中，以2.5A／dm2的電流密度電解時(shí)，在弱超聲波作用下，在鉑電極上氫的析出電位是900mV，而在強(qiáng)超聲波作用下，氫的析出電位只有400mV。如果采用鋁電極，在弱超聲場(chǎng)內(nèi)的析氫電位是1300mV，而在強(qiáng)超聲場(chǎng)內(nèi)只有360mV。去極化作用非常明顯。

超聲波在液體內(nèi)傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種空化作用，使液體內(nèi)產(chǎn)生一定的壓差。這種壓差效應(yīng)會(huì)促使氣體迅速由陰極表面析出，并使氫離子的還原容易進(jìn)行，從而降低了氫還原的超電壓。

研究表明，在超聲場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行電鍍，金屬的析出電位也是降低的。在21kHz的超聲波作用下，使錫酸鈉鍍錫的電位下降400mV左右，采用瓦特型鍍鎳時(shí)，電位降低l00mV。如果沒(méi)有超聲波的作用，在這種低電位下，通常只有氫氧化物析出，但在有超聲波作用的條件下，卻有金屬鍍層析出。

美國(guó)的W．R．W01fe等在美國(guó)電化學(xué)協(xié)會(huì)發(fā)表的報(bào)告中，也指出了超聲波的去極化作用。他們?cè)诹蛩徙~鍍銅液內(nèi)，使用1000Hz、4W／cm2的超聲波，在1.5A／cm2的電流密度下，銅的析出電位由100mV變?yōu)?span lang=EN-US>35mV。

(3)超聲波的對(duì)電鍍過(guò)程的其他影響

但是，超聲波對(duì)電鍍過(guò)程的影響，不僅僅是去極化作用。超聲波是一種強(qiáng)力的攪拌器，使?jié)獠顦O化得以消除，可以使電鍍速度大大提高。例如，有人在超聲波作用下鍍銅，使用了高達(dá)140A／cm2的電流密度。有的資料顯示，在超聲波作用下，電鍍的速度可以提高50～100倍。

超聲波對(duì)電流效率也有明顯影響，通常都能提高陰極過(guò)程的電流效率，還可以擴(kuò)大鍍層的光亮區(qū)域。同時(shí)，由于超聲波對(duì)氣泡的驅(qū)除作用，鍍層的針孔也會(huì)大大減少。

超聲波對(duì)電鍍過(guò)程的影響還遠(yuǎn)不止是強(qiáng)攪拌作用，對(duì)電結(jié)晶過(guò)程也有影響。增加超聲波強(qiáng)度會(huì)使鍍層的結(jié)晶變細(xì)，尤其當(dāng)金屬結(jié)晶過(guò)程的速度較慢時(shí)，超聲波對(duì)改善鍍層的結(jié)晶組織是最有效的，因此，使用超聲波可以防止產(chǎn)生粗粒結(jié)晶或樹(shù)枝狀鍍層。因?yàn)閺?qiáng)烈的超聲波振蕩可以對(duì)粗糙結(jié)晶有粉碎作用，從而使晶粒變小。

超聲波不僅使鍍層細(xì)化，還可以提高鍍液的分散能力和均鍍能力。人們?cè)?jīng)在一種細(xì)銅管的內(nèi)壁鍍銀中采用了超聲波提高深度能力，這種銅管長(zhǎng)28mm，但是直徑只有4mm，管長(zhǎng)超過(guò)了直徑6倍，孔內(nèi)不易鍍上(只會(huì)有置換層)。而產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求內(nèi)壁鍍上一定厚度的鍍層。后來(lái)使用一臺(tái)功率為400W的超聲波發(fā)生器，在20～50kHz的頻率內(nèi)，以0．5A／cm2的電流密度作用下鍍銀，結(jié)果獲得了滿意的結(jié)果，即孔內(nèi)的鍍層結(jié)晶細(xì)致無(wú)孔，滿足了設(shè)計(jì)的要求。

超聲波的另一個(gè)特別的功能是可以促使獲得不易鍍出的鍍層。一般不易鍍出的金屬多半是易氧化、難還原的金屬，這類金屬離子的還原電位很負(fù)，在普通鍍液內(nèi)不易鍍出來(lái)，即使有析出也很容易被鈍化。但是在超聲波的作用下，將使這類金屬的還原變得較為容易，例如在鋼上鍍鋁。

超聲波對(duì)陽(yáng)極過(guò)程也有很大影響。有些鍍覆工藝由于陽(yáng)極很容易鈍化而使工作時(shí)的電流密度急劇下降，以致無(wú)法電鍍。例如，在琥珀酸中鍍銀，如果用超聲波使陽(yáng)極活化，就可以提高工作電流密度，使電鍍過(guò)程可以正常進(jìn)行。