搜索
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(RackPlating)常规电镀滚镀(BarrelPlating)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公司名称年总产值硬件设施加工产品来源厂房及设备配置使用工艺人员构成管理规范宏升电镀厂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室为自动线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和产品加工完成后输送到下挂和检验室为自动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工艺管控*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*温度测试镀液温度温度计品质管控*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。