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電鍍基本知識李曉東2003.07.16前言電鍍是一種獲得金屬保護層的有效方法﹐由電鍍得到金屬鍍層結晶細致﹐結合力好﹐可提高產品的抗腐蝕性﹐導電性﹐導磁性﹐光澤﹐表面硬度和耐磨性等﹐在工業生產中有廣泛的應用。如儀表﹐家用電器﹐潔具﹐化妝品﹐精密量具﹐運動器材﹐建材等。隨著科技的發展﹐表面鍍膜的技朮現已發展出了很多新工藝新方法.但應用最廣泛的還是熱鍍.化學鍍.刷鍍.真空鍍等方法。以下主要對熱鍍和電鍍作一些詳細介紹﹐刷鍍和真空鍍等只作一些原理性介紹。電鍍分類電鍍按其特點和作業方式的不同主要分為﹕一.熱浸鍍二.電鍍三.刷鍍四.真空鍍五.噴鍍六.離子鍍七.濺鍍電鍍分類電鍍按其特點和作業方式的不同主要分為﹕一.熱浸鍍熱浸鍍簡稱熱鍍﹐是將經過表面處理的金屬工件放入遠比工件熔點低的熔融金屬中﹐工件表面鍍上一層金屬鍍層的過程.熱鍍的前擔是﹕基體金屬與被鍍金屬之間能發生溶解﹐化學反應和擴散等過程﹐在此過程中有中間合金層形成﹐而且在提出時合金層表面會附著一層熔融金屬﹐經冷卻凝固后形成鍍層.用于熱鍍的低熔點金屬有鋅419.50C.錫231.90C.鋁658.70C.鉛327.40C.熱鍍常用于對鋼材進行防腐蝕處理。熱浸鍍工藝分為熔劑法和還原法1.熔劑法工藝流程﹕制品鹼洗酸洗水洗稀鹽酸處理熔劑處理熱浸鍍后處理成品熔劑法是在熱鍍前對制品表面進行處理的方法﹐它分為濕法(浸入熔融熔劑)和干法(浸入濃熔劑并烘干)目的是在制品表面形成熔劑層﹐在熱浸鍍時即可在熔劑層上鍍上一層金屬﹐形成鍍膜。熱鍍一般要進行后處理﹐先冷卻再進行平整矯直。冷卻是為了防止鍍層刮傷﹐平整矯直是修復熱鍍時的變形翹曲。2.還原法工藝流程工件微氧化爐還原爐冷卻熱浸鍍后處理成品還原法是﹕工件表面的油污.乳化液在微氧化爐中被燒掉后在制品表面產生氧化膜﹐氧化膜在還原爐中將被還原為適合于熱浸鍍的活性海棉狀鐵﹐同時制品會繼續進行再結晶退火以減少變形翹曲。電鍍質量控制項目主要有﹕1.膜厚測量儀器﹕膜厚計2.硬度測量儀器﹕維氏硬度計3.附著力4.表面粗糙度測量儀器﹕表面粗糙度計電鍍是一種電化學反應﹐也是一種氧化還原過程.電鍍時將制品作為陰極﹔被鍍金屬或合金作為陽極﹔接在銅或黃銅電極上浸入含有鍍層金屬或合金的電解液中﹐并接通直流電源.在電流的作用下﹐陽極的金屬被不停地溶解在電解液中﹐電解液中的金屬離子則會沉積析出在陰極的制品上.二.電鍍工作原理電鍍原理簡圖+Mn+陽極ANODE陰極(工件)CATHOD電解液ELECTROPLATING+一影響電鍍層結晶的主要因素1.主鹽在電鍍中把含有鍍層金屬的鹽稱為主鹽。主鹽分為單鹽CuSO4和絡鹽Na2[Zn(OH)4])。單鹽陰極極化作用較弱﹐鍍層結晶晶粒較粗﹐其外觀質量及防護性能較差﹔絡鹽陰極極化作用較強﹐鍍層結晶晶粒細致﹐緊密。主鹽濃度在陰極電流密度和溫度不變時﹐隨著主鹽濃度的增大﹐陰極極化作用下降﹐晶核生成變慢﹐鍍層晶粒變粗﹔主鹽濃度下降時,陰極極化作用會加強﹐但導電性能差﹐不能采用大陰極電流密度來改善鍍層結晶細致程度。2.附加鹽電鍍液中往往會加入某些鹼金屬或鹼土金屬鹽﹐其主要作用是提高電鍍液的導電性及陰極極化作用﹐使鍍層細致緊密。2.附加鹽電鍍液中往往會加入某些鹼金屬或鹼土金屬鹽﹐其主要作用是提高電鍍液的導電性及陰極極化作用﹐使鍍層細致緊密。3.添加劑為提高鍍層質量和性能﹐電鍍液中常加入添加劑以改善鍍層質量.常用添加劑有阿拉伯樹膠.糊精.聚乙二醇.平平加.丁炔二醇.糖精及動物膠等。添加劑可吸附在陰極表面并和金屬離子形成絡合物﹐大大提高金屬離子的陰極極化作用﹐使鍍層細致.均勻.平整.光亮.4.陰極電流密度陰極電流密度對電鍍晶粒粗細有較大的影響。陰極電流密度過低時﹐陰極極化作用較小﹐鍍層晶粒較粗大。在適當加大陰極電流密度后鍍層晶粒會變得較細密。當陰極電流密度過大時﹐陰極表面會長出枝狀晶或形成海棉狀鍍層。5.溫度電鍍液溫度升高時會加大陰極反應速度和金屬離子擴散速度﹐會使鍍層晶粒變粗﹐但也會使陰極電流密度變大﹐增強陰極極化作用﹐從而提高沉積速度﹐提高生產效率。反應原理陰極反應ZnSO4Zn2++SO42-Zn2++2eZn2H++2eH2陽極反應ZnZn2+-2e4OH-2H2O+O2-4e以鍍鋅為例﹕將產品浸在ZnSO4溶液中,產品接陰極﹐鋅板接陽極﹐并接通直流電源。鋅板就會不斷溶解入ZnSO4﹐產品表面將會不斷析出金屬鋅﹐這樣就達到了產品表面鍍鋅的效果。二.工藝流程鍍鋅工藝流程1打磨水洗鹼性除油水洗酸性除油水洗電鍍水洗鈍化水洗老化鍍鋅工藝流程2除油熱水洗流動水洗浸蝕流動水洗二次浸鋅水洗鉀鹽鍍鋅水洗熱鹼水洗流動水洗出光水洗鈍化水洗封閉干燥制程2較制程1有以下優點﹕光亮性好﹐耐蝕性強﹐鍍層附著力好塑料及其它非金屬的電鍍塑料.陶瓷.玻璃.石膏等非金屬材料的電鍍目前應用也日益廣泛﹐作為非金屬材料的代表塑料電鍍應用最多。它的優點有﹕1.提高塑料制品表面機械強度﹐延長使用壽命2.使塑料制品具有導電性.導磁性.焊接性3.提高塑料制品的對光和大氣的穩定性﹐防止老化4.使塑料制品表面具有金屬光澤.美觀易受污染5.塑料電鍍制品重量較金屬制品電鍍輕塑料電鍍的表面准備1.除油塑料制品表面需除去脫模油﹐常先用有機溶劑除油后再化學除油。2.粗化用化學粗化液(有機溶液)進行表面粗化﹐常用的含有鉻酐和硫酸﹐是強氧化性酸溶液﹐成分簡單配制容易﹐粗化速度快效果好。3.敏化將粗化后的塑料制品放入含有敏化劑的的溶液浸漬﹐使表面吸咐一層容易氧化的物質﹐在活化時將會被氧化﹐在表面形成活化層或催化膜以縮短化學鍍的誘導期并保証化學鍍的順利進行﹐敏化質量對塑料電鍍效果有極其重要作用。常用敏化劑是二價錫鹽和三價鈦鹽。對于難以浸漬的塑料在敏化液中可加入少量潤濕劑以提高浸漬效果。4.活化敏化后的塑料還需進行活化處理﹐在塑料表面產生有催化性的貴重金屬如金.銀.鉑.鈀等。常用活化液有離子型活化液和膠體鈀活化液。銀氨活化后的塑件呈淺褐色﹐膠體鈀活化的塑件呈淺咖啡色。5.解膠與還原活化后的塑料表面吸咐一層膠體鈀微粒作為核心膠團。為使鈀能起催化作用﹐必須進行解膠處理﹐把附著在鈀外面的SnO32-.Sn2+.Cl-離子去掉.活化后的塑料件還必須進行還原處理﹐以使下一工序化學鍍加速或防止化學鍍溶液污染。塑料件經過表面前處理后即可進行化學鍍﹐化學鍍后塑件表面附著一層金屬導電膜﹐但因膜厚較薄﹐僅0.05---0.08um﹐故還需要電鍍處理以增加膜厚。電鍍時應使塑料帶電進入電鍍槽﹐并控制起始電流密度較低﹐否則電阻過大易被燒穿﹐然后逐漸增加電流密度至要求。挂具與零件接觸點要緊密﹐接觸點面積盡可能大些﹐接觸點應增多﹐以加強導通效果。刷鍍原理刷鍍是利用與陽極接觸的刷鍍布提供電鍍所需的電解液的電鍍方法,電鍍時被鍍陰極與Brush罩頭作相對移動.五角罩頭十一料帶直流電源罩頭不溶性陽極外包刷鍍布,槽液經流量管,在五角罩頭頂端流出,刷鍍布浸潤電鍍液,被鍍件(端子料帶)于刷鍍布上作相對運動,電解液中金屬離子在電場作用下,沉積于所需電鍍之表面上.刷鍍特點1.刷鍍設備簡單﹐操作靈活2.鍍層質量好3.鍍層結合強度好4.可進行局部電鍍5.膜厚范圍大﹐從1um---1mm.刷鍍的應用范圍1.修復磨損表面﹐恢復尺寸和几何形狀2.填補零件有面上的划傷.凹坑.斑蝕.孔洞等3.修補槽鍍產品上的缺陷真空蒸鍍原理真空蒸鍍是在真空條件下﹐把鍍膜材料加熱蒸發﹐使之氣化沉積在制品表面上形成固態薄膜。它與離子鍍和濺鍍同屬于物理氣相沉積(PVD),蒸鍍方法簡單﹐應用較為廣泛。它分為蒸發過程﹐遷移過程和沉積過程。1.蒸發過程鍍膜材料在真空容器中加熱變為蒸氣的過程。它與材料的蒸氣壓和蒸發速率有關。蒸氣壓是氣態與固態或氣態與液態達到平衡時所表現出來的壓力﹐它的大小取決于溫度。2.遷移過程蒸氣從蒸發源到制品表面的過程。蒸發源與制品間的距離一般在10---30cm.3.成膜過程蒸氣原子在基體上形成晶核﹐然后長大合并形成膜層。沉積薄膜大多屬于此種類型。影響薄膜生長和性能的因素有制品溫度﹐鍍膜真空度﹐蒸發速率﹐制品材料和鍍膜材料。真空蒸鍍廣泛用于鍍制各種金屬.合金和化合物薄膜﹐應用于光學.電子.輕工和裝飾等領域。謝謝﹗