电镀工艺

电镀姓名：世业：材料学本文主要内容电镀的基本概念电镀要素及电镀工艺镀层方式及镀层分类典型的电镀种类电镀的优缺点内容1.电镀的基本概念1.1定义及目的电镀(Electroplating)就是利用电解原理，在待镀工件上镀一层其它金属或合金薄层的过程。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸,以此来增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性和表面美观。1.2电镀的原理在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等水溶液组成。通电后，阳极的金属会氧化（失去电子），电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。2.电镀要素及电镀工艺2.1电镀要素材料要求：镀层大多是单一金属或合金，如钛、锌、镉、金或黄铜、青铜等；也有弥散层，如镍-碳化硅、镍-氟化石墨等；还有覆合层，如钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等。电镀的基体材料除铁基的铸铁、钢和不锈钢等金属外，还有非铁金属或ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料电镀前，必须经过特殊的活化和敏化处理。电镀要素：电镀的要素：1.阴极：被镀物，指各种接插件端子2.阳极：若是可溶性阳极，则为欲镀金属。若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白金，氧化铱）3.电镀液：含有欲镀金属离子的电镀液4.电镀槽：可承受，储存电镀药水的槽体，一般考虑强度，耐蚀，耐温等因素5.整流器：提供直流电源的设备。2.2电镀工艺：一般包括电镀前预处理，电镀及镀后处理三个阶段。基本工艺流程图如下所示：产品工件除油酸浸清洗清洗电解除油清洗电镀清洗处理/烘干3.电镀方式及镀层分类3.1电镀方式电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。挂镀适用于一般尺寸的制品，如汽车的保险杠，自行车的车把等。滚镀适用于小件，如紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。电镀液有酸性的、碱性的和加有铬合剂的酸性及中性溶液，无论采用何种镀覆方式，与待镀制品和镀液接触的镀槽、吊挂具等应具有一定程度的通用性。挂镀滚镀滚筒连续电镀又称卷对卷电镀，素材一般是带状可以卷起来的，如钢带。每个电镀槽一般分为母槽和子槽。连续镀用一个同阳极连接并能提供电镀需要的电解液的专用镀笔，在作为阴极的制件表面上移动进行刷拭的电镀方法。3.2镀层分类镀层分为装饰保护性镀层和功能性镀层两类。装饰保护性镀层：主要是在铁金属、非铁金属及塑料上的镀铬层，特别是钢的铜-镍-铬层，锌及钢上的镍-铬层。为了节约镍，人们已能在钢上镀铜-镍/铁-高硫镍-镍/铁-低固分镍-铬层。与镀铬层相似的锡/镍镀层，可用于分析天平、化学泵、阀和流量测量仪表上。功能性镀层：这种镀层种类很多，如：①提高与轴颈的相容性和嵌入性的滑动轴承罩镀层，铅-锡，铅-铜-锡，铅-铟等复合镀层；②用于耐磨的中、高速柴油机活塞环上的硬铬镀层，这种镀层也可用在塑料模具上，具有不粘模具和使用寿命长的特点；③在大型人字齿轮的滑动面上镀铜，可防止滑动面早期拉毛；④用于防止钢铁基体遭受大气腐蚀的镀锌;⑤防止渗氮的铜锡镀层;⑥用于收音机、电视机制造中钎焊并防止钢与铝间的原电池腐蚀的锡-锌镀层。适用于修复和制造的工程镀层，有铬、银、铜等，它们的厚度都比较大，硬铬层可以厚达300微米。4.典型的电镀种类种类镀镍镀锌镀锡镀金镀铜镀银镀铬合金电镀复合电镀镀锌电镀锌：行业内又称冷镀锌，就是利用电解，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属锌层的过程。与其他金属相比，锌是相对便宜而又易镀覆的一种金属，属低值防蚀电镀层，被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，并用于装饰。国内按电镀溶液分类，可分为四大类：氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌。镀镍1.电镀镍层在空气中的稳定性很高，由于金属镍具有很强的钝化能力，在表面能迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。2.电镀镍结晶极其细小，并且具有优良的抛光性能。经抛光的镍镀层可得到镜面般的光泽外表，同时在大气中可长期保持其光泽。所以，电镀层常用于装饰。3.镍镀层的硬度比较高，可以提高制品表面的耐磨性，在印刷工业中常用镀镍层来提高铅表面的硬度。4.在电镀中，由于电镀镍具有很多优异性能，其加工量仅次于电镀锌而居第二位，其消耗量占到镍总产量的10%左右。镀锡(1)制造锡罐:因锡镀层无毒性,大量用在与食品及饮料接触之物件中,最大用途就是制造锡罐,其他如厨房用具,食物刀叉,烤箱等.(2)电器及电子工业:因锡容易焊接,导电性良好,广泛应用在电器及电子需要焊接的零件上.电子需要焊接的零件上.(3)铜线上:改善铜线的焊接性及铜线与绝缘皮之间壁障作用.(4)活性:因锡柔软,可防止刮伤,作为一种固体润滑剂.(5)防止钢氮化镀银目前镀银在电子工业、仪器仪表制造业中占有极其重要的位置。大部分用在电器元件的引线、接插件、波导管、电容器、屏蔽罩、印刷线路板等。一般镀银层的厚度只要0．1μm就可显出它的导电本领。不过在实际应用中，因考虑到摩擦、磨损以及镀层对基体的保护，常常还是镀5～l0μm厚，确保机器的可靠性和稳定性。镀铬铬是一种微带天蓝色的银白色金属。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。因为铬表面易于钝化，有很强的耐蚀性，所以用于装饰电镀的最外层，镀铬厚度一般只有0.5-1微米，通常称之为装饰镀铬。铬的另一个特点是具有极高的硬度，因而又经常用于有耐磨要求的场合，通常称之为硬铬。镀铜在PCB制造业中，电镀铜已经应用许多年了，印制板电镀铜溶液属酸性溶液，具有高酸低铜特点，有极好的分散能力和深镀能力镀后的铜层有光泽性。在印制板过程中，铜镀层有两种作用：一种是全板电镀铜，保护刚刚沉积的薄薄化学铜，防止化学铜氧化后被酸浸蚀掉，通过电镀将其加厚到一定的厚度，通常为5gm～8gm，也叫一次铜。另一种是图形电镀铜，将孔铜和线路铜加厚到一定厚度或作为镍的底层，通常厚度为20gm～25gm，也叫二次铜。镀金镀金分为两类，一类呈同质材料镀金，另一类是异质材料镀金。镀金同质材料镀金是指对黄金首饰的表面进行镀金处理。它的意义是提高首饰的光亮性及色泽。异质材料镀金是指对非黄金材料的表面迸行镀金处理，如银镀金，铜镀金。它的意义是欲以黄金的光泽替代被镀材料的色泽，从而提高首饰的观赏效果。合金电镀在阴极上，同时沉积出两种或两种以上的金属，形成结构和性能符合要求的镀层的工艺。耐高温性、耐磨性和镀层结构等通常都优于单金属镀层。按合金镀层性能分为：(1)可焊性合金，如Sn-Pb、Sn-Ce等。(2)耐磨性合金，如Cr-Ni、Cr-Mo、Cr-Wo、Ni-P等。(3)磁性合金，如Co-Ni、Ni-Fe、Co-Fe、Co-Cr、Ni-Fe-Co、Ni-Co-P等，具有良好的磁性性能。（4）轴承合金，如Pb-Sn、Pb-In、Pb-Ag、Pb-Sn-Cu、Pb-Sb-Sn等。具有良好的摩擦性能。（5）不锈钢合金，如Fe-Cr-Ni三元合金。复合电镀又称分散电镀。将固体不溶性固体微粒均匀分散在电镀液中，制成悬浮液进行电镀。根据不同微粒的特性如SiC具有高硬度耐高温特性，MoS2具有润滑性和自修复特性，使其与电镀基质金属共沉积，从而获得具有耐磨、自润滑、耐蚀、装饰、电接触等功能镀层。上述固体微粒指各种难熔的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等。电镀基质金属有镍、铜、铬和一些合金。不易撕型镀铝复合膜有色金属复合镀膜材料Ni-P-金刚石复合镀5.电镀的优缺点5.1电镀的优点电镀最大的优点是成本较低、使用的靶材少。利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术，电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。5.2电镀的缺点电镀的缺点首先是是污染问题：当镀液加温较高时，镀液会加速蒸发和分解，气雾中有高浓度的溶质成分。这时会严重污染环境，尤其是酸、碱气雾，氰化物和铬雾对环境的影响和人体危害会更大；镀液处理过程中若不加以注意，则镀液的损耗量是相当大的；电镀槽或加温(冷却)管渗漏往往也会造成严重污染。另外，电镀过程中常常会造成不连续水膜（表面被污染所引起的不均匀润湿性，使表面上的水膜变的不连续）、孔隙、针孔、起皮、剥离、海绵状镀层、烧焦镀层、麻点（在电镀或腐蚀中，与金属表面上形成的小坑或小孔）等。