电镀基本知识介绍

电镀基本知识介绍 陈怀超（2001-10-20） 1． 电镀基本原理 电镀是一种电化学过程﹐也是一种氧化还原过程。电镀的基本过程是将零件浸在金 属盐的溶液中作为阴极﹐金属板作为阳极﹐接直流电源后﹐在零件上沉积出所需的镀 层。 例如﹕镀镍时﹐阴极为待镀零件﹐阳极为纯镍板﹐在阴阳极分别发生如下反应﹕ 阴极(镀件)﹕Ni2++2e→Ni (主反应) 2H++e→H2↑ (副反应) 阳极(镍板)﹕Ni ﹣2e→Ni2+ (主反应) 4OH-﹣4e→2H2O+O2+4e (副反应) 不是所有的金属离子都能从水溶液中沉积出来﹐如果阴极上氢离子还原为氢的副反 应占主要地位﹐则金属离子难以在阴极上析出。根据实验﹐金属离子自水溶液中电沉积 的可能性﹐可从元素周期表中得到一定的规律﹐如表 1.1 所示 阳极分为可溶性阳极和不溶性阳极﹐大多数阳极为与镀层相对应的可溶性阳极﹐ 如﹕镀锌为锌阳极﹐镀银为银阳极﹐镀锡-铅合金使用锡-铅合金阳极。但是少数电镀由 于阳极溶解困难﹐使用不溶性阳极﹐如酸性镀金使用的是多为铂或钛阳极。镀液主盐离 子靠添加配制好的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 含金溶液来补充。镀铬阳极使用纯铅﹐铅-锡合金﹐铅-锑合金等 不溶性阳极。 2． ★电镀基本工艺及各工序的作用 2．1 基本工序 (磨光→抛光)→上挂→脱脂除油→水洗→(电解抛光或化学抛光)→酸洗活化→(预镀) →电镀→水洗→(后处理)→水洗→干燥→下挂→检验包装 2．2 各工序的作用 2.2.1 前处理﹕施镀前的所有工序称为前处理﹐其目的是修整工件表面﹐除掉工件表 面的油脂﹐锈皮﹐氧化膜等﹐为后续镀层的沉积提供所需的电镀表面。 前处理主要影响到外观，结合力﹐据统计﹐60%的电镀不良品是由前处 理不良造成﹐所以前处理在电镀工艺中占有相当重要的地位。在电镀技 朮发达的国家﹐非常重视前处理工序﹐前处理工序占整个电镀工艺的 一半或以上﹐因而能得到表面状况很好的镀层和极大地降低不良率。 喷砂﹕ 除去零件表面的锈蚀﹐焊渣﹐积碳﹐旧油漆层﹐和其它干燥的油污﹔ 除去铸件﹐锻件或热处理后零件表面的型砂和氧化皮﹔除去零件表面 的毛刺和和方向性磨痕﹔降低零件表明的粗糙度﹐以提高油漆和其它 涂层的附着力﹔使零件呈漫反射的消光状态 磨光﹕ 除掉零件表明的毛刺﹐锈蚀﹐划痕﹐焊缝﹐焊瘤﹐砂眼﹐氧化皮等各 种宏观缺陷﹐以提高零件的平整度和电镀质量。 抛光﹕ 抛光的目的是进一步降低零件表面的粗糙度﹐获得光亮的外观。有机械 抛光﹐化学抛光﹐电化学抛光等方式。 脱脂除油﹕ 除掉工件表面油脂。有有机溶剂除油﹐化学除油﹐电化学除油﹐擦 拭除油﹐滚筒除油等手段。 酸洗﹕ 除掉工件表面锈和氧化膜。有化学酸洗和电化学酸洗。 2.2.2 电镀 在工件表面得到所需镀层﹐是电镀加工的核心工序﹐此工序工艺的优劣直接影响 到镀层的各种性能。此工序中对镀层有重要影响的因素主要有以下几个方面﹕ 2.2.2.1 主盐体系 每一镀种都会发展出多种主盐体系及与之相配套的添加剂体系。如镀锌有氰化镀 锌﹐锌酸盐镀锌﹐氯化物镀锌(或称为钾盐镀锌)﹐氨盐镀锌﹐硫酸盐镀锌等体系。 每一体系都有自己的优缺点﹐如氰化镀锌液分散能力和深度能力好﹐镀层结晶 细致﹐与基体结合力好﹐耐蚀性好﹐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﹐严重污染环境。氯化物镀锌液是不含络合剂的单盐镀液﹐废水极易处 理﹔镀层的光亮性和整平性优于其它体系﹔电流效率高﹐沉积速度快﹔氢过电位低的 钢材如高碳钢﹐铸件﹐锻件等容易施镀。但是由于氯离子的弱酸性对设备有一定的腐蚀 性﹐一方面会对设备造成一定的腐蚀﹐另一方面此类镀液不适应需加辅助阳极的深孔 或管状零件。 2.2.2.2 添加剂 添加剂包括光泽剂，稳定剂，柔软剂，润湿剂﹐低区走位剂等。光泽剂又分为主 光泽剂﹐载体光亮剂和辅助光泽剂等。对于同一主盐体系﹐使用不同厂商制作的添加剂 ﹐所得镀层在质量上有很大差别。总体而言欧美和日本等发达国家的添加剂最好﹐台湾 次之﹐大陆产的相对而言比前两类都逊色。 主盐与具体某一厂商的添加剂的联合决定了使用的镀液的整体性能。优秀的添加 剂能弥补主盐某些性能的不足。如优秀的氯化物镀锌添加剂与氯化物主盐配合得到的镀 液深镀能力比许多氰化镀锌镀液的深度能力好。 2.2.2.3 电镀设备 （1） 挂具﹕方形挂具与方形镀槽配合使用﹐圆形挂具与圆形镀槽配合使用。 圆 形镀槽和挂具更有利于保证电流分布均匀﹐方形挂具则需在挂具周围加 设诸如铁丝网之类的分散电流装置或缩短两侧阳极板的长度﹐使用如图 所示的椭圆形阳极排布。 （2） 搅拌装置﹕促进溶液流动﹐使溶液状态分布均匀﹐消除气泡在工件表面的 停留。 （3） 电源﹕ 直流﹐稳定性好﹐波纹系数小。 2.2.3 后处理 电镀后对镀层进行各种处理以增强镀层的各种性能﹐如耐蚀性﹐抗变色能力﹐可 焊性等。 脱水处理﹕ 水中添加脱水剂﹐如镀亮镍后处理 钝化处理﹕ 提高镀层耐蚀性﹐如镀锌 防变色处理﹕水中添加防变色药剂﹐如镀银﹐镀锡﹐镀仿金等 提高可焊性处理﹕如镀锡 因此后处理工艺的优劣直接影响到镀层这些功能的好坏。 3. 电镀的分类 3.1 按镀层组成分 单金属电镀(应用较广的镀层有锌﹑镉﹑铜﹑铬﹑锡﹑镍﹑金﹑银等) 二元合金电镀(常用的有锡-铅合金﹐锌-镍﹐锌-钴﹐铜-锡等) 合金电镀 三元合金电镀(常用的有铜-锡-锌﹐锌-镍-铁等) 多元合金电镀(基本处于研究阶段) 复合电沉积 (电镀层中嵌入固体颗粒形成复合镀层) 3.2 按获取镀层方式分 挂镀(Rack Plating) 常规电镀 滚镀(Barrel Plating) 电刷镀 脉冲电镀 电铸 装饰性电镀﹐如镀金﹐镀银﹐铜╱镍／装饰铬电镀 防护性电镀﹐如镀锌 耐磨性电镀﹐如镀硬铬 功能性电镀 提高可焊性电镀﹐如镀锡 增强导电性﹐如镀银﹐镀金 …….. 4． 电镀在表面处理技术领域的地位 4.1 表面处理的方式和手段 电镀(电沉积) 阳极氧化(铝﹑镁﹑钛及它们的合金) 化学氧化(铝及其合金﹐钢铁) 电化学及化学转化 铬酸盐处理(钢铁上的锌﹑铬镀层﹐铝﹐镁﹐ 铜) 磷酸盐处理(磷化) 热浸镀(常用的有热浸锌﹑锡﹑铝﹑铅) 火焰喷涂 气喷涂 爆炸喷涂 热喷涂 电弧喷涂 电喷涂 等离子喷涂 高频感应喷涂 橡胶涂层 非金属涂覆 塑料涂层 油漆涂层 渗镀 化学气象沉积 扩散涂镀 真空镀膜 包镀 达克罗(Dacromet﹐浸入锌铝﹐锌铬浆液中﹐形成涂层﹐然后烘烤干燥) 4.2 电镀的现状和发展趋势 电镀由于工艺和技朮成熟﹐在金属精饰中按吨位计占加工的首位。电镀的发展分三 个时期﹐第一时期为改善光泽或耐蚀性﹐第二时期为因劳力不足而迈向胜利化﹑自动 化﹐第三时期为减轻公害问题。电镀不可避免带来环境污染问题﹐随着其它污染小的新 技朮的发展﹐电镀使用范围正面临着逐渐被压缩的威协。另一方面﹐电镀本身也正在大 力开发污染小新工艺﹐同时开发能获取新功能镀层的工艺﹐以拓展自身的生存空间。 5． ★新产品开发段表面处理的工作内容 5.1 根据产品的用途和功能确定合适的表面处理方式。 进行表面处理前需弄清使用材料，材料金属学状态，材料的表面状态﹐镀层厚度﹐ 耐蚀性要求﹐外观要求﹐每个电镀面的等级﹐镀层检验 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 等。以上内容确定后才能确 定合适表面处理方式和具体工艺。同为一种电镀﹐由于材料的种类﹐表面状态﹐金属学 状态不同﹐所采取的工艺会有很大的不同﹐如钛材上镀银与普通钢材镀银工艺上的区 别 对钢材﹕除油→活化(盐酸)→镀铜→镀镍→预镀银→镀银 对钛材﹕除油→浸蚀(含氟化物的溶液)→活化→预镀银→镀银 5.2 寻找合适的供货商(针对 NWE 现有状况而言) 基于 NWE 没有自己的表面处理部门﹐寻找到合适供货商对 NWE 产品的表面处理 至关重要﹐是现阶段所有表面处理工作重心和核心。 5.3 供货商的管控和辅导(针对 NWE 现有状况而言) 由委外加工单位组织﹐产工和品保派相关技朮工程师参与。 6．★表面处理外协商的寻找和管控 6．1 部分表面处理外协商介绍 硬件设施 公司名称 年总产 值 厂房及设备配置 使用工 艺 人员构成 管理规范 加工产品来源 宏升电镀厂 2 千万 租用厂房﹐有专门 的工艺管控室和质 量管控室﹐电镀加 工为手工进行﹐上 挂后运输到加工线 和产品加工完成后 输送到下挂和检验 室为自动线 日本和 香港产 的药剂 总经理有丰富的表 面处理经验﹐各部 门经理主要负责业 务﹐对工艺和质量 管控参与不多 未见到成文管 理规范 大陆 中有氧化厂 租用厂房﹐无专门 的工艺管控室和质 量管控室﹐所有工 序皆为手工进行 大陆产 的药剂 有一来自航空工业 的老专家负责技朮 指导﹐其余人员在 技朮方面皆不专业 无成文的管理 规范 大陆 恒基 3 亿 租用厂房﹐有专门 的工艺管控室和质 量管控室﹐电镀加 工为手工进行﹐上 挂后运输到加工线 大部分 为香港 产的药 剂 每个生产部门经理 皆为技朮工程师﹐ 工艺管控也由有经 验的工程师主导工 作 有成文的管理 规范 香港和东南亚 和产品加工完成后 输送到下挂和检验 室为自动线 6．2 常见工艺和质量管控手段 管控手段 管控内容 常用仪器 *化学分析 镀液主盐浓度﹐酸碱度 滴定管﹐滴定架﹐标准液﹐指示剂 *安时计﹐荷氏 槽 添加剂 安时计﹐荷氏槽 电导率测试 杂质浓度 电导率测试仪 *pH 值测试 酸碱度 pH 值测试仪﹐pH 试纸 波美度测试 镀金﹐镀铬﹐酸性镀铜主 盐浓度 波美度测试 工艺管控 *温度测试 镀液温度 温度计 *厚度测试 镀层厚度 X-RAY 厚度测试仪﹐电解式测厚仪 ﹐金相显微镜﹐涡流测厚仪﹐磁性测 厚仪﹐计时液流测厚仪﹐β射线反向 散射测厚仪 耐蚀性测试 镀层耐蚀性 盐雾试验箱(中性盐雾试验﹐醋酸盐 雾试验﹐铜加速盐雾试验等)﹐潮湿 试验箱﹐户外暴晒实验场﹐电解腐蚀 试验仪﹐二氧化硫腐蚀实验箱﹐硫化 氢腐蚀试验箱﹐腐蚀膏。 *结合力检验 镀层与基体﹑镀层与镀层 之间的集合力 刃口为30度锐角的硬质划刀﹐粗齿扁 锉﹐高温烘箱。 可焊性检验 镀层可焊性 松香异丙醇﹐焊料 显微硬度检验 镀层硬度 显微硬度计 脆性测试 镀层柔韧性 杯突试验机﹐静压弯曲试验机﹐心轴 品质管控 氢脆性测试 镀层氢脆性 持久强度试验机﹐蠕变试验机﹐缓慢 弯曲试验机﹐应力环 6．3 对供货商的寻找和管控的几点建议 （1） 供货商引入竞争﹐促使供货商改良质量﹐降低加工价格。 寻找到合适供货商对 NWE 产品的表面处理至关重要﹐是现阶段所有表面处理工 作重心和核心。 （2） 购进常用仪器进行质量管控 如膜厚测试仪。 （3） 定期到厂家制程管控现场观察和了解厂家的制程﹐对不完善或不规范的地方提 出建议﹐并同厂家一起商讨改善对策。 7. 镀层缺陷的补救或重工 不良现象 补救措施 备注 脏浯 溶剂搽试﹐如酒精﹐丙酮 等易挥发而不残留的溶剂 因脏浯而变质 重工 桔皮﹐发花﹐发雾﹐条纹 ﹐漏镀﹐起泡﹐起皮﹐结 合力不良等 重工 较大面积的划伤或搽伤 返电或重工 部分镀种如镀铜﹐镀铬可 打磨后返电补镀﹐但是大 部分镀种需彻底重工﹐即 先剥掉镀层﹐然后再从第 一道工序开始进行处理。