电镀原理（二）电镀工艺

    电镀工艺过程一般包括电镀前预处理﹐电镀及镀后处理三个阶段。

第一节 镀前预处理

    镀前预处理的目的是为了得到干有孪实慕鹗舯砻姗o为最后获得高质量镀层作准备。主要进行脱脂﹐去锈蚀﹐去灰尘等工作。步骤如下﹕

第一步 使表面粗糙度达到一定要求﹐可通过表面磨光﹐抛光等工艺方法来实现。

第二步 去油脂﹐可采用溶剂溶解以及化学﹐电化学等方法来实现。

第三步 锈﹐可用机械﹐酸洗以及电化学方法除锈。

第四步 活化处理﹐一般在弱酸中侵蚀一定时间进行镀前活化处理

第二節 镀后处理

1.钝化处理。

    所谓钝化处理是指在一定的溶液中进行化学处理﹐在镀层上形成一层坚实致密的﹐稳定性高的薄膜的表面处理方法。钝化使镀层耐蚀性大大提高并能增加表面光泽和抗污染能力。这种方法用途很广﹐镀Zn,Cu等后﹐都可进行钝化处理。

2.除氢处理。

    有些金属如锌﹐在电沉积过程中﹐除自身沉积出来外﹐还会析出一部分氢﹐这部分氢渗入镀层中﹐使镀件产生脆性﹐甚至断裂﹐称为氢脆。为了消除氢脆﹐往往在电镀后﹐使镀件在一定的温度下热处理数小时﹐称为除氢处理。

第四章 镀锌

    锌镀层的外观呈青白色﹐标准电极电位为-0.76V﹐易溶于酸闳苡诩瞟o是曲型的两性金属。锌在干燥空气中几乎不发生变化﹐锌腐蚀的临界湿度大于70%﹐因此在潮湿大气中能与二氧化碳和氧作用生成一层主要由碱式碳酸锌组成的薄膜﹐这层膜有一定的缓蚀作用﹐锌与硫化氢等含硫化物起反应生成硫化锌﹔锌易受氯离子浸蚀﹐故在海水中不稳定。

    锌在密闭或通风不良﹐空气潮湿的条件下﹐与非金属材料的挥发物(低分子羧酸﹐醛﹐酚﹐氨等)接触时﹐锌易遭腐蚀﹐生成白色疏松的腐蚀产物﹐俗称”白霜”。锌在高温﹐高湿﹐密闭条件下﹐与胶木﹐油漆﹐木材释放的挥发物接触﹐锌有生长细丝状单晶的>向﹐俗称”长毛”

    锌的标准电位比铁负﹐对钢铁而言是阳极性镀层﹐可提供可靠的电化学保护。在工业大气﹐农村大气和海洋性大气中使用的钢铁制品均可选择锌作保护层﹐其防护寿命几乎与锌层厚度成正比关系。凡属有工业废气污染的大气中﹐锌镀层的耐蚀优于镉镀层﹐在海上或海水中则相反。

    锌镀层经铬酸盐钝化之后﹐耐蚀性可提高6~~8倍。故镀锌钝化处理是必不可少的的步骤。在钝化膜上进行有机染色﹐可作低档产品的防护---装饰镀层。

    为降低锌镀层厚又能提高耐蚀能力﹐国内外采如下两种措施﹕一是提高钝化膜的质量﹐如用蓝色﹐绿色﹐军绿色﹐黑色钝化代替常规的彩虹色钝化膜﹐尤以军绿化钝化膜耐蚀性最好﹔二是以较薄的含铁0.3%~~0.6%的Zn-Fe合金﹐或含镍6%~~10%的Zn-Ni合金代替纯锌镀层﹐耐蚀性能提高三倍以上﹐广泛用于汽车钢板上代替镀锌。

    锌镀层的使用温度不得超过2500C,在此温度上锌结晶组织变形﹐发脆﹐耐蚀性下降。有耐蚀﹐耐热要求的零件宜用Zn-Ni合金层。

    镀锌电解液可分为碱性和弱酸性两大类﹐国内外常用的有无氰锌酸盐镀锌﹐氰化镀锌﹐铵盐镀锌﹐氰化物镀锌﹐硫酸盐镀锌等。就国内而言﹐无氰锌酸盐镀锌仍是主流。近年来由于镀锌添加剂的性能的改进提高﹐氰化物镀锌和低氰光亮镀锌发展较快﹐而铵盐镀锌在继续下降。

    选择镀液要根据镀件材质﹐形状﹐外观要求而定﹐如冲压小件和复杂件﹐特别是需要辅助阳极的深孔或管状件宜选用碱性镀液﹔件和对氢脆敏感的零件宜用弱酸性镀锌液。当采用两种性能不同的镀液时﹐对生产十分有利。

第一节 锌酸盐镀锌

1.锌酸盐镀液的特点﹕1﹐不用剧毒的氰化物﹐废水易处理﹔2﹐镀层结晶细密﹐光泽好﹐分散能力和深镀能力接近氰化镀液﹐适合复杂∽吹牧慵电镀﹔3﹐镀液稳定﹐操作方便﹔4﹐对设备无腐蚀性﹔5﹐综合经济效益好。这种镀液亦存在沉积速度慢﹐允许温度范围窄(高于400C不好)﹐厚度超过15um时有脆性﹐铸锻件较难电镀以及工作时会产生刺激性气体逸出﹐必须要安装通风装置等缺点。

2.锌酸盐镀液之镀液成々sA﹐氧化锌(纯度大于98%)﹔B﹐氢氧化钠﹔C﹐DE和DPE添加剂﹔D﹐光亮剂﹔E﹐水

3.维护管理技朮﹕A﹐严格控制锌﹐碱浓度和比值﹔B﹐主添加剂和光亮剂都只能靠经验补加﹔C﹐注意温度和电流密度的相互关系﹔D﹐极间距离及电极排布﹔E﹐杂质的危害及清除﹔F﹐可能产生的≌霞熬勒方法

第二节 氰化镀锌

1.氰化镀锌具有分散能力和深镀能力好﹐结晶细密﹐与基体结合力好﹐耐蚀性能好﹐工艺范围宽﹐镀液稳定易操作﹐对杂质不太敏感等优点。但是剧毒﹐严重污染境。现在大部分应用无氰镀锌﹐或低氰镀锌。

2.氰化镀锌的镀液组成﹕A﹐氧化锌﹔B﹐氰化钠﹔C﹐氢氧化钠﹔D﹐氰化镀锌光亮剂﹔

第三節 铵盐镀锌

1.从氯化铵-氨羧络合剂镀锌电解液中沉积的锌层﹐结晶细致﹐镀层光泽美观﹐分散能力和深镀能力好﹐适合于复杂零件的电镀。该工艺曾在我国普启遍应用﹐但在生产中发现该类镀液存在钝化膜易变色﹐镀液腐蚀性大﹐废水中重金属难处理﹐氨对鱼类有毒等问题。从70年代后期逐渐被锌酸盐镀锌所取代。为发挥弱酸镀锌的优点。80年代起﹐无氨氯化物镀锌在我国崛起﹐铵盐镀锌应用时不断下降。

第四節 氯化物镀锌

1.氯化物镀锌八十年代初发展起来的光亮镀锌工艺。氯化物镀液的特点﹕A﹐是不含络合剂的单盐镀液﹐废水极易处理﹔B﹐镀层的光亮性和整平性优于其镀液体系﹔C﹐电流效率高﹐沉积速度快﹔D﹐氢过电位低的钢材如高碳钢﹐铸件﹐锻件等容易施镀。

2.氯化物镀锌镀液成分﹕A﹐氯化锌﹔B﹐氯化钾﹔C﹐硼酸﹔D﹐添加剂(主光亮剂﹐载体光亮剂﹐辅助光亮剂)

第五節 硫酸盐镀锌

1.硫酸盐镀锌的分散能力比前述几种镀锌溶液差些﹐且结晶较粗﹐为改善镀液性能﹐引入阿拉伯树胶或天然桃胶﹐对细化结晶有效果﹐但货源不足。为此近来国内外电镀工作者开发了由芳香族醛或酮磺酸盐﹐聚醚化合物和芳香族磺酸盐组合的光亮剂﹐使镀液和镀层性能获得很大改善﹐镀层细致﹐光亮。由于这种镀液成本低﹐电流效率高﹐可使用很高的电流密度﹐沉积速度快﹐适合于电镀外形简单的线材﹐带材﹐板材和管材的内壁。镀液的pH值较低﹐獾幕褂新然物﹐所以对设备有腐蚀性。

2.硫酸盐镀锌镀液组成﹕A﹐硫酸锌是主盐﹔B﹐硫酸钠﹐氯化铵是导电盐﹔C﹐硫酸铝﹐明矾和硼酸是缓冲剂﹔D﹐糊精为细化结晶﹐提高分散能力﹔E﹐硫锌

第六节 镀锌常见故障及纠正方法(1-3)

镀锌常见故障及纠正方法

第七节 镀锌后除氢处理

1.钢铁零件镀锌过程中﹐除锌的电沉积外﹐往往伴有随有氢离子还原析氢的副反应﹐氢还原后一部分变成气体逸出﹐还有一部分以氢的原子形态渗入到镀层和基体金属晶格的点阵中去﹐造成晶格歪扭﹐零件内应力增加﹐镀层和基体变脆﹐人们称之为氢脆。除氢采用加热处理法将氢从零件内部.出去。除氢效果与除氢温度﹐保温时间有关。温度高﹐时间长﹐除氢越彻底。但加热温度不能太高﹐超过2500C锌结晶组织变形﹐发脆﹐耐蚀性明显下降。一般采用190~~230OC﹐2~~3h。渗碳件和锡焊件除氢温度是140~~160OC﹐保温3h。

第八节 锌镀层的钝化处理

1.锌的化学性质活泼﹐在大气中容易氧化变暗﹐最后产生白锈腐蚀。镀锌经过铬酸盐处理﹐以便在锌上覆盖一层化学转化膜﹐使活泼的金属处于钝态﹐这就叫铬酸盐钝处理。膜厚0.5um能使锌的耐蚀性提高6~~8倍﹐并赋予锌以美丽的外观和抗污染能力。

2.钝化膜从外观可分白钝化﹐淡蓝色﹐彩虹色钝化﹐金黄色﹐黑色钝化﹐军绿色钝化。这些钝化膜耐蚀强弱的顺序是军绿色>黑色>彩虹色>金黄色>淡蓝色>白色。所以凡用于耐蚀目标机械零件镀锌都必须进行彩虹色钝化。

3.钝化液依浓度可分为高浓度﹐中浓度﹐低浓度三种。因钝化中生产消耗铬酸不足5%﹐而95%被零件带出损失﹐造成严重的环境污染。采用低浓度钝化液可降低生产成本﹐减轻污染﹐钝化膜质量与高浓度铬酸钝化作用﹐故以低铬钝化为主。

4.组成铬酸钝化液的三要素﹕一﹐主盐及其浓度﹔二﹐活化剂及其浓度﹔三﹐一定的氢离子浓度(pH值)

第五章 镀镍

    镍是银白色微黄的金属﹐具有铁磁性﹐密度8.9/g.cm-2﹐熔点为14530C。金属镍易溶于稀硝酸﹐难溶于盐酸和硫酸﹐在硝酸中处于钝化状态。在空气中镍与氧作用﹐表面迅速生成一极薄的钝化膜﹐能抵抗大气﹐碱和一些酸的腐蚀。镍与/碱不发生作用。

    镍的标准电极电位为-0.25V﹐镀镍的应用很广﹐可分为防护装饰性和功能性两方面。

第一节 普通镀镍(暗镀)

1.普通电镀又称暗镍工艺﹐根据镀液的性能和用途﹐普通镀镍可以分为低浓度的预液﹐普通镀液﹐瓦/液和滚镀液等。

Ø预镀液﹕经预镀可保证层与铜铁基体和随后的镀铜层结合力良好。

Ø普通液﹕该镀液的导电性好﹐可在较低温度下电镀﹐节省能源﹐使用比较方便。

Ø瓦特液﹕满足小零件的电镀﹐但镀液必须要有良好的导电性和覆盖能力。

2.镀液配制方法

Ø根据容积计算好所需要的化学药品﹐分别用热水溶解﹐混合在一个容器中﹐加蒸馏水稀释到需体积﹐静置到所需体积﹐静置澄清﹐用虹汲法或过滤法把镀液引入镀槽﹐再加入已经溶解的十二基硫酸钠溶液﹐搅拌均匀﹐取样分析﹐经调整试镀合格后﹐即>生产。

3.镀镍用阳极

Ø镍阳极材料的纯度是电镀中最重要的条件﹐镍的含量>99%﹐不纯的阳极导致镀液污染﹐使镀层的物理性能变坏。

Ø在镀镍中比较适宜的镍阳极有以下几种﹕1.含碳镍阳极﹐2.含氧镍阳极﹐3.含硫镍阳极。

第二节 光亮镍

Ø镀光亮镍有很多优点﹐不仅可以省去繁重的抛光工序﹐改善操作条件﹐节约电镀和抛光材料﹐还能提高镀层的硬度﹐便于实现自动化生产﹐但是光亮镀镍层中含硫﹐内应力和脆性较大﹐耐蚀性不如镀暗镍层﹐为了克服这些缺点﹐可采用多层镀镍工艺﹐使镀层的机械性能和耐蚀性得到显着的改善。

第三节 高硫镍

Ø高硫镍一般含量为0.12~~0.25%。这种镍具有比铜﹐铜锡合﹐暗镍﹐光亮镍﹐半光亮镍﹐铬等都高的电化学活性。高硫镍镀层主要用于钢﹐锌合金基体的防保-装饰性组合镀层的中间层﹐其原理是上层这镍比层半亮镍含硫量高﹐因而使两层间的电位差到100~~140mV﹐这样使双层镍由单层镍的纵向腐蚀转变为横向腐蚀﹐构成对钢铁基体的电化学保护作用。

第四节 镍封

Ø镍封是在一般光亮镍液中加入直径在0.01~~1um之间的不溶性固体微粒(Sio2等)﹐在适当的共沉积促进剂帮助下﹐使这些微粒与镍共沉积而形成复合镀镍层。当在这种复合镀镍层表上沉积铬层时﹐由于复合镀镍层表面上的固体微粒不导电﹐铬不能沉积在微粒表面上﹐因而在整个镀铬层上的形成大量微孔﹐即形成微孔铬层。表面存大的大量微孔﹐可在很大程度上消除普通铬层中存的巨聊谟αΙo因而减少了镀层的应力腐蚀﹐尤为重要的是铬层上的大量微孔﹐将铬层下面的镍层大面积地暴露出来﹐在腐蚀介质的作用下﹐铬与镍组成腐蚀电池﹐铬层为阴极﹐微孔处暴露的镍层为阳极而遭腐蚀﹐从而改变了大阴极小阳极的腐蚀模式﹐使得腐蚀电流几乎被分散到整个镀镍层上﹐炼防止了产生大而深的直贯基体金属的少量腐蚀沟纹和凹坑﹐并使镀层的腐蚀速度减小﹐且向横向发展﹐因而保护了基体金属﹐显着的提高了镀层的耐腐蚀性能。

第五节 缎面镍

Ø缎面镍又叫缎状镍。缎面镍与镍封工艺没有本质的区别。它具绸缎状的外观﹐谅绾蟛换嵯窆饬聊镀层镀铬那样有闪光﹐因而人眼注视后不会觉得疲劳﹐可以作为避免光线反射的防眩镀层。这类镀层在汽车反光镜﹐车辆内部注视零件﹐医疗手朮器械﹐机床零件﹐眼镜镜框等表面已得到广泛应用。

第六節 高应力镍

    在特定的镀烈褐屑尤胧柿康奶砑蛹俩o能获得应力较大的容易龟裂成微裂纹的镍层﹐这种镍层﹐叫做高应力镍。

    高应力镍是在光亮镍的表面上再镀一层1um左右的镍层。由于高应力镍的内应力大﹐所以在它的表面按常规再镀0.2~~0.3um的普通铬层后﹐在铬层与高应力镍应力的相磷饔么Ιo高应力镍层即产生大量微裂纹﹐并导致铬层表面也形成均匀的微裂纹。与镍封一样﹐铬层成为微间断铬﹐只是由高应力得到的是微间断铬﹐在腐蚀介质的作用下﹐这些裂纹部位殂成无数个微电池﹐使腐蚀电流分散在微裂纹处﹐从而使整个镀层的而蚀性能得到明显的提高﹐见下图1-4

第七節 镀多层镍

    镀多层镍是在同一基体上﹐选用不同的镀液成分及工艺条件﹐获得二4或三层的镀镍层﹐目的是在不增加镍层厚度或减低镍层的基础上﹐增加镍层的耐蚀能力。目前在生产上应用较多的多层镍/铬组合层休系有

双层镍 半光亮镍/光亮镍/铬

三层镍 半光这镍/高硫镍/光亮镍/铬

半光这镍/光亮镍/镍封/铬(微孔铬)

半光这镍/4亮镍/高应力镍/铬(微裂纹铬)

第八節 氨基磺酸盐镀镍

    氨基磺酸盐镀镍的主要优点是所得到的电镀层应力低﹐镀液沉积速度快﹐但价格较贵﹐用于电铸和印刷电路板镀金前镀镍。

第九節 柠檬酸盐镀镍

    柠4酸盐镀镍工艺主要用于锌压铸件的电镀。主要的维护措施是﹕控制硫酸镍与柠檬酸盐之比在1﹕1.1~~1.2﹐温度不可过高﹐以防止柠檬酸盐分解﹐严格控制﹐pH值﹐零件入槽进采用冲击电流(2~~3A/dm2)以保证结合力良好。