电镀原理（三）电镀工艺

    铬是一种微带天蓝色的银白色金属。电极电位虽位很负﹐但它有很强的钝化性能﹐大气中很快钝化﹐显示出具有贵金属的性质﹐所以铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中很稳定﹐能长期保持其光泽﹐在碱﹑硝酸﹑硫化物﹑碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定﹐但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。

    铬层硬度高﹐耐磨性好﹐反光能力强﹐有较好的耐热性。在500OC以下光泽和硬度均无明显变化﹔温度大于500OC开始氧化变色﹔大于700OC才开始变软。

    由于镀铬层的优良性能﹐广泛用作防护一装饰镀层体系的外表层和机能镀层。

    镀铬的特点﹕1﹐镀铬用含氧酸作主盐﹐铬和氧亲和力强﹐电析困难﹐导流效率低﹔2﹐铬为变价金属﹐又有含氧酸根﹐故阴极还原过程很复杂﹔3﹐镀铬虽然极化值很大﹐但极化度很小﹐故镀液的分散能力和覆盖能力还差﹐往往要采用辅助阳极和保护阴极﹔4﹐镀铬需用大电流密度﹐而电流效率很低﹐大量析出氢气﹐导致镀液奥姆电压降大﹐故镀铬的电压要比较高﹔5﹐镀铬不能用铬阳极﹐通常采用纯铅﹑铅锡合金﹑铅锑合金等不溶性阳极。

    镀铬过程的特异现象﹕1﹐随主盐铬酐浓度升高而电流效率下降﹔2﹐随电流密度升高而电流效率提高﹔3﹐随镀液温度提高而电流效率降低﹔4﹐随镀液搅拌加强而电流效率降低﹐甚至不能镀铬。

第一节 镀铬层的种类

    装饰性镀铬是镀铬工艺中应用最多的。装饰镀铬的特点是﹕1﹐要求镀层光亮﹔2﹐镀液的覆盖能力要好﹐零件的主要表面上应覆盖上铬﹔3﹐镀层厚度薄。防护-装饰镀铬广泛用于汽车﹑自行车﹑日用五金制品﹐家用电器﹑仪器仪表﹑机械﹑船舶舱内的外露零件等。经抛光<铬层有很高的反射系数﹐可作反光镜。

   硬铬﹕在一下条年下沉积的铬镀层具有很高硬度和耐磨损性能﹐硬铬的维氏硬度达到900~~1200kg/mm2,铬是常用镀层中硬度最高的镀层﹐可提高零件的耐磨性﹐延长使用寿命。

Ø乳白铬镀层﹕在较高温度(65~~75OC)和较低电流密度下(20±5A/dm2)获得的乳白色的无光泽的铬称为乳白铬。镀层韧性好﹐硬度较低﹐孔隙少﹐裂纹小﹐色泽柔和﹐消旋旋旋旋旋光性能好﹐常用于量具﹐分度盘﹐仪器面板等镀铬。

    松孔镀铬﹕通常在硬铬之后﹐用化学或电化学将铬层的粗裂纹进一步扩宽加深﹐以便吸藏更多的润滑油脂﹐提高其耐磨性﹐这就叫松孔铬。松孔镀铬层应用于受重压的滑动摩擦件及耐热﹑抗蚀﹑耐磨的零件﹐如内燃机汽缸内腔﹑活塞环等。

    黑铬﹕在不含硫酸根而含有催化剂的镀铬中﹐可镀取纯黑色的铬层。以氧化铬为主成分﹐故耐蚀性和消旋旋旋旋旋光性能优良﹐应用于航空﹑光学仪器﹑太阳能吸收板及日用品之防护-装饰。

第二节 镀铬的阳极

    与一般电镀不同﹐镀铬用铅和铅合金等不溶性阳极﹐这就是镀铬过程的特殊性决定的。1﹐镀铬中若采用铬作阳极﹐阳极电流效率接近100%﹐高阴极电流效率仅8%~~13%﹐铬的浓度会不断升高﹔2﹐镀铬是六价铬直接还原的﹐而铬阳极溶解的铬成不同价态﹐而且以三价铬为主﹐会导致三价铬迅速增加﹐六价铬不断降﹐造成故障﹔3﹐金属铬很脆﹐难以成型和机加工。

第三节 镀铬工艺

    国内常规镀铬工艺规范(见下表1-5)

    国内加添加剂的中低浓度镀铬工艺规范(见下表1-6)

    国外加添加剂镀铬工艺规范(见下表1-7)

第七章 其它电镀

    镀铜﹕镀铜层呈粉红色﹐质柔软﹐具有良好的延展性﹑导电性和导热性﹐易于抛光﹐经适当的化学处理可得古铜色﹑铜绿色﹑黑色和本色等装饰色彩。镀铜易在空气中失去光泽﹐与三氧化碳或氯化物作用﹐表面生成一层碱式碳酸铜或氯化铜膜层﹐受到硫化物的作用会生成棕色或黑色硫化铜﹐因此﹐做为装饰性的镀铜层需在表面涂覆有机覆盖层。

    镀镉﹕镉是银白色有光泽的软质金属﹐其硬度比锡硬﹐比锌软﹐可塑性好﹐易于锻造和辗压。镉的化学性质与锌相似﹐但不溶解于碱液中﹐溶于硝酸和硝酸铵中﹐在稀硫酸和稀盐酸中溶解很慢。镉的蒸气和可溶性镉盐都有毒﹐必须严格防止镉的污染。因为镉污染后的危害很大﹐价格昂贵﹐所以通常采用镀锌层或合金镀层来取代镀镉层。目前国o生产中应用较多的镀镉溶液类型有﹕氨羧络合物镀镉﹑酸性硫酸盐镀镉和氰化物镀镉。此外还有焦磷酸盐镀镉﹑碱性三乙醇胺镀镉和HEDP镀镉等。

    镀锡﹕锡具有银白色的外观﹐原子量为118.7﹐密度为7.3g/cm3,熔点为2320C﹐原子价为二价和四价﹐故电化当量分别o2.12g/A.h和1.107g/A.h。锡具有抗腐蚀﹑无毒﹑易铁焊﹑柔软和延展性好等优点。锡镀层有如下特点和用途﹕1﹐化学稳定性高﹔2﹐在电化序中锡的标准电位纰铁正﹐对钢铁来说是阴极性镀层﹐只有在镀层无孔隙时才能有效地保护基体﹔3﹐锡导电性好﹐易焊﹔4﹐锡从-130C起结晶开始开o发生变异﹐到-300C将完全转变为一种晶型的同素异构体﹐俗称”锡瘟”﹐此时已完全失去锡的性质﹔5﹐锡同锌﹑镉镀层一样﹐在高温﹑潮湿和密闭条件下能长成晶须﹐称为长毛﹔6﹐镀锡后在2320C以上的热油中重溶处理﹐可获得有光泽的花纹锡层﹐可作日用品的装饰镀层。

    电镀单金属方面还有镀铅﹑镀铁﹑镀银﹑镀金等。

    电镀合金方面有﹕电镀铜基合金﹐电镀锌基合金﹐电镀镉基﹑铟基合金﹐电镀铅基﹑锡基合金﹐电镀镍基﹑钴基合金﹐电镀钯镍合金等。

    复合电镀方面有﹕镍基复合电镀﹐锌基s合电镀﹐银基复合电镀﹐金刚石镶嵌复合电镀。

第一节 电镀层外观检验

    金属零件电镀层的外观检验是最基本﹐最常用的检验方。外观不合格的镀件就无需进行其它项目的测试。

    检验时用目力观察﹐按照外观可将镀件分为合格的﹑有缺陷的和废品三类。

    外观不良包括有针孔﹐麻点﹐起瘤﹑起皮﹑起泡﹑脱落﹑阴阳面﹑斑点﹑烧焦﹑暗影﹑树枝状和海绵状江沉积层以及应当镀覆而没有镀覆的部位等缺陷。

第二节 结合力试验

    镀层结合力是指镀层与基体金属的结合强度﹐即单位面积的镀层从基体金属上剥离所需要的力。

    镀层结合力不好﹐多数原因是镀前外理不良所致。另外﹐镀液成分与工艺规范不当或基体金属与镀层金属的热膨胀系数县殊﹐均对镀层结合力有明显影响。

    评付撇阌牖体金属结合力通常采用定性方法。车间定性测量法﹐是以镀层金属和基体金属的物理-机械性能的不同为基础﹐即当试样经受不均匀变形﹐热应力和外力的直接作用后﹐检查镀层是否有结合不良现象。具体方法可根据镀种和镀镀件选定﹕(一)弯曲试验﹔(二)锉刀试验﹔(三)划痕试验﹔(四)热震试验

第三节 电镀层厚度的测量

    电镀层厚度的测量方法有破坏检测法与非破坏检测法两大类。其中破坏检测法有点滴法﹑液流法﹑溶解法﹑电量法和金相显微法等多种﹔非破坏检测法有磁性法﹑涡流法β射线反向散射法和光切显微镜法等等。

    测量时除溶解法等是镀层的平均厚度外﹐其余多数是镀层的局部厚度。因此﹐测量时至少应在有代表性部位测量三个以上厚度﹐计算其平均值作为测量厚度结果。

第四节 孔隙率的测定

    镀层的孔隙是指镀层表面直至基体金属的细小孔道 。孔隙大小影响镀层的防护能力。测定孔隙的方法有贴滤法﹑涂膏法﹑浸渍法等。

1.贴滤纸法﹕将浸有测试溶液的润湿纸贴于经预处理的被测试闰上﹐滤纸上的试液渗入孔隙中与中间镀层或基体金属作用﹐生成具有物征颜色的斑点在滤纸上显示。然后以滤纸上有色斑色的多少来评定镀层孔隙率。

2.涂膏法﹕将含有相应试液的膏状物涂覆于被测试样上﹐通过泥膏中的试液渗入镀层孔隙与基体金属或中间镀层作用﹐生成具有特征颜色的斑点﹐要据此斑点来评定镀层的孔隙率。

3.浸渍法﹕将试样浸于相应试液中﹐通过试液渗入镀层孔隙与基体金属或中间镀层作用﹐在镀层表面产生有色斑点﹐然后检查镀层表面有色斑点多少来评定镀层的孔隙率。本法适用于检验钢铁﹑铜或铜合金和铝合金基体表面的阴极性镀层的孔隙率。

第五节 镀层显微硬度的测定

一、硬度是镀层的重要机械性能之一。镀层的硬度决定于镀层金属的结晶组织。为了消除基体材对镀层的影响和镀层厚度对压痕尺寸了限制﹐一般用显微硬度法。即采用显微硬度计上特制的金刚石压头﹐在一定静负荷的作用下﹐压入试样的镀p表面或剖面﹐获得相应正方角锥体压痕。然后用硬度上测微目镜将压痕放大一定倍率﹐测量其对压痕对角线长度。

第六节 镀层内应力的测试

二、镀层内应力是指在没有外在载荷的情况下﹐镀层内部所具有的一种平衡应力。用来测量镀层宏观应力的方法有﹕幻灯p影法﹑电阻应变仪法﹑螺旋收缩仪法﹑X射线衍射法等多种。

第七节 电镀层脆性测试

三、镀层脆性是镀层物理性能中的一项重要指标。脆性的存在往往会导致镀层开裂﹐结合力下降﹐乃至直接影响镀件的使用价值。

四、镀层脆性的测试﹐一般通过试样p外力作用下使之变形﹐直至镀层产生裂纹﹐然后以镀层产生裂纹时的变形程度或挠度值大小﹐作为评定镀层脆性的依据。

五、测定镀层脆性的方法有杯突法﹑静压挠曲法等。测定镀层韧性的方法有心轴变曲法等。

第八节 氢脆性的测试

    金属材料在氢和应力联合作用下产生的早期脆断现象叫氢脆。测定氢脆的方法有延迟破坏试验﹑缓慢弯曲试验等方法。

    延迟破坏试验﹕此法适合于超高强度钢的氢脆试验﹐是一种灵敏而可靠的试验方法。试验时﹐将做成的三根缺口棒状试样放在持久强度试验机或蠕变试验机上﹐在材料脆断的时间﹐若三根平行试验的试样在规定的时间内均不脆断﹐即为合格。

    缓慢弯曲试验﹕此法对低脆性材料比较灵敏。测试时应注意﹕试片在热处理后如果变形﹐应静压校平﹔镀前应消除应力﹐镀扣要严格除氢﹔试前应选足够数量的试样材料进行空白试验﹐便于分析试验结果和选择合适的折断轴直径。

    挤压试验﹕将需检验的垫圈在同一直径的螺杆上﹐每一螺杆套10~~15个﹐螺杆两端旋上螺母﹐然后夹在虎钳上﹐用扳手将螺母旋紧到垫圈开口处挤平。放置24小时﹐然后松开﹐用5倍放大镜检查受试垫圈产裂纹和断裂的结果以脆断率表示 脆断率=b/aX100(%) (a-受试垫圈总数,b-产生裂纹或断裂数)

第九节 镀层焊接性能的测试

    镀层焊接性是表示焊锡在欲焊在欲焊金属表面流动的难易程度。评定镀层焊接性的方法有流布面积法﹑润湿时间法和蒸汽考法。

    流布面积法﹕本法是将一定质量的焊料放在待测试样表面上﹐滴上几滴松香异丙醇剂﹐放在加热板上加热至250OC﹐保持2分钟﹐取下试样﹐然后用面积仪检查计算焊料涂布面积。评定方法﹕流布面积愈大﹐镀层焊接愈好。

    润湿时间法本法是通过熔融焊料对规定试样全部润湿的时间来区别焊接性。测试时﹐将10块一定规格的试样先浸以松香丙醇焊剂﹐再浸入250 OC的熔融焊料中﹐浸入时间根据10块不同编号的试样﹐分别控制1~~10S﹐然后立即取出。冷却后后检查试样是否全部被润湿﹐取后以全部被润湿的试样的最短时间﹐评定镀层焊接性能。一般以2S以内全部润湿以好﹐10S润湿为最差。

    蒸汽考验法﹕本法是将试样放在连续的水面上部﹐溶器盖呈型﹐以防盖上的冷凝水滴在试样表面而影响测试。试样与沸水相距100mm﹐与顶盖相距50mm。经过240h后﹐不管试样变色与否﹐让试样在空气中干燥﹐然后用流布面积法或润湿时间法测试﹐根据结果评定合格与否。