电镀工艺基础和废水处理技术

2009年6月4日星期四电镀工艺基础及废水处理技术Preparedby:HenneyTongRevision:1Date:2009-5-292009年6月4日星期四page2电镀工艺基础及废水处理技术I.电镀基本原理与概念II.卷对卷电镀工艺介绍III.废水处理技术2009年6月4日星期四page3I.电镀基本原理与概念电镀的定义电镀的目的电镀池介绍电镀层的分类金属腐蚀金属电化学腐蚀的三大要素防止或延缓金属电化学腐蚀的方法镀层的性能介绍2009年6月4日星期四page4I.电镀基本原理与概念电镀的定义国标GB/T3138—1995对电镀做了明确的定义：电镀——利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。电镀的目的一般是改变表面的特性，以提供改善外观、耐介质腐蚀、抗磨损以及其它特殊性能，或这些性能的综合，但有时电镀也仅用来改变零件的尺寸。2009年6月4日星期四page5I.电镀基本原理与概念电镀池介绍简单地说，电镀是指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体例如金属的表面上沉积一层金属或合金层的过程。以镀铜电解池为例，用CuSO4作电解质溶液，被镀金属接电源负极，纯铜接电源正极。通电后，作为阳极的金属铜以离子状态进入镀液，并不断向阴极迁移，最后在阴极上得到电子还原为金属铜，逐渐形成金属铜镀层。阴极发生反应：铜离子(Cu2+)+2电子(e-)=铜(Cu)阳极发生反应：铜(Cu)-2电子(e-)=铜离子(Cu2+)2009年6月4日星期四page6I.电镀基本原理与概念电镀层的分类（依据性能的不同划分）（1）防护性镀层；（2）防护—装饰性镀层；（3）耐磨和减磨镀层；（4）电性能镀层；（5）可焊性镀层；（6）耐热镀层；（7）修复用镀层；（8）以及一些其它特殊功能性要求的镀层。CuNiSnAu2009年6月4日星期四page7I.电镀基本原理与概念金属腐蚀金属与周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起的金属破坏叫做金属腐蚀。金属遭受腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，甚至不能使用。金属电化学腐蚀的三大要素(1)金属电位差(贱金属，电位低；贵金属，电位高）(2)腐蚀回路(3)腐蚀介质防止或延缓金属电化学腐蚀的方法(1)施加防护层(电镀、涂料、防锈油等）(2)氧(钝)化处理(3)使用贵金属或提高金属抗腐蚀能力(4)阴极保护(牺牲阳极保护)(5)缓蚀剂(6)改善周边环境腐蚀回路铜金属（电位低,被氧化）腐蚀介质镍金属（电位高,被还原）腐蚀原电池Cu2009年6月4日星期四page8I.电镀基本原理与概念镀层的性能介绍1.镀镍：作为连接器端子的打底电镀，可以提供良好的防护性能、附着性能、耐磨性能和外观，能有效地阻碍腐蚀物的扩散。一般要求40~150u”。相对于铜底材而言，它是一种阴极性镀层，一旦有破损，将会加速铜材的腐蚀。2.镀金：镀金层具有延展性好、耐高温、接触电阻低、导电性能良好、易于焊接、耐腐蚀性强、抗变色能力强等特性。因此镀金工艺在电子、首饰、钟表等行业被广泛应用。目前TEGuangdong采用金钴合金电镀，金含量≥99.7%，属于硬金的范畴，Hv在160-220之间，具有良好的耐磨性。3.钯镍：钯镍合金镀被用来部分取代金镀层。钯含量为70%~90%的鈀镍合金镀层上面再加镀一层薄金，其主要性能已达到或接近硬金镀层的性能，同硬金相比具有更强的耐磨性，又由于价格低廉，可以作为硬金的取代镀种。2009年6月4日星期四page9I.电镀基本原理与概念镀层的性能介绍4.纯锡：纯锡镀层具有化学稳定性高、导电性好、易钎焊、无毒等优点，为连接器元件提供可靠的焊接性。2006年7月1日欧盟电器与电子设备所含有毒物质限制指令（RoHS）的实施，纯锡的电镀工艺被广泛的应用于电子行业。5.锡铅：锡铅电镀在全球已沿用了100多年，随着当前无铅化的进程，它将逐步被纯锡或锡的其它合金所代替。当然，纯锡电镀和锡的其它合金在性能上仍不及锡铅合金稳定和可靠。2009年6月4日星期四page10II.卷对卷电镀工艺介绍电镀液的组成部分卷对卷电镀线的工艺流程电镀的前处理---脱脂电镀的前处理---活化镀镍工艺镀金工艺电镀的后处理各工序之间的清洗2009年6月4日星期四page11II.卷对卷电镀工艺介绍-电镀液的组成部分1.主盐：是指沉积金属的盐类，如镀金液中的氰化金钾、镀锡中的甲基磺酸锡及镀镍溶液中的氨基磺酸镍等。它们提供电镀所必需的金属离子，以单盐或络合物的形式存在。2.络合剂：络合剂作为配体与金属离子形成络合物，改变了镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极过程，有利于结晶细致，改善镀层质量。常用的络合剂如镀金用的氰化物和柠檬酸，钯镍电镀使用的氨（NH3），镀镍用的氨基磺酸，镀锡用的甲基磺酸等。3.导电盐：为了提高电镀溶液的导电能力、降低槽端电压、提高工艺电流密度，需加入导电能力较强的物质，如镀金溶液中的柠檬酸盐，镀镍溶液中的氯化镍等。导电盐一般不参加电极反应。2009年6月4日星期四page12II.卷对卷电镀工艺介绍-电镀液的组成部分4.缓冲剂：在镀液中加入适当的缓冲剂，使镀液有自行调节pH值的能力，保持溶液的稳定性，如镀镍溶液中的硼酸，镀金溶液中的柠檬酸。缓冲剂要有足够的数量才有较好的效果。5.阳极活化剂：在电镀过程中金属离子是不断消耗的，一般采用可溶性阳极通过电解来补充溶液中的金属离子，保持镀液成分平衡。加入活化剂能维持阳极处于活化状态，不发生钝化，溶解正常。如氨基磺酸镀镍溶液中氯化镍。6.添加剂：添加剂是用来改善镀液性能提高镀层质量的，主要为有机化合物，加入量很少，一般只有几克范围，但效果非常明显。添加剂所起的作用包括：细化晶粒作用、光亮作用、整平作用和润湿作用等，另外有些添加剂还可以提高镀层硬度和降低镀层应力等。2009年6月4日星期四page13II.卷对卷电镀工艺介绍-卷对卷电镀线的工艺流程清洗活化镀镍放料机润滑油接料台贮料塔转向台脱脂钯镍活化收料机贮料塔清洗清洗清洗镀钯镍清洗剥金清洗锡前活化镀锡清洗烘干镀金清洗金封孔清洗热水洗主驱动2009年6月4日星期四page14II.卷对卷电镀工艺介绍-电镀的前处理：脱脂1.脱脂的目的脱脂也称为除油，是为了除去金属材料表面粘附的油污和脏物，使镀层与基体材料结合牢固，保证电镀质量。2.脱脂的分类*有机溶剂脱脂*化学脱脂*电化学脱脂*超声波脱脂*微生物化学脱脂3.脱脂的作用原理*皂化作用机理*乳化作用机理*气泡作用机理*超声波空穴作用*微生物降解作用4.脱脂液的主要成份和工艺条件*碱类：NaOH,Na2CO3,Na3PO4,Na2SiO3,焦磷酸盐*乳化剂和渗透剂等表面活性剂*60~70℃，搅拌2009年6月4日星期四page15II.卷对卷电镀工艺介绍-电镀的前处理：活化1.活化的目的在酸性物质的作用下，除去金属表面轻微锈蚀产物或氧化膜，露出新鲜的基体金属颗粒，使镀层与基体材料结合牢固，保证电镀质量。2.活化的机理CuO+2H+Cu2++H2OCu(OH)2+2H+Cu2++2H2O3.活化液的主要成份和工艺条件*酸类：盐酸、硫酸或它们的混合酸，浓度=10%*常温，搅拌2009年6月4日星期四page16II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺1.镍镀层的性质•电位比较高，化学稳定性好，能抵抗水、大气和碱的侵蚀•有强烈的钝化能力，钝化后的电位更高•能有效阻止腐蚀产物的迁移，尤其是横向迁移•作为底层，适合于其它电镀层的附着•硬度较高，Hv400~600•在大气中容易失去金属光泽2009年6月4日星期四page172.镀镍的机理•阴极反应Ni2++2e→Ni（有效反应）2H++2e→H2↑（副反应）•阳极反应Ni－2e→Ni2+（有效反应）2H2O－4e→4H+＋O2↑（副反应）II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺2009年6月4日星期四page183.镀镍溶液的配制II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺3毫升/公升NIKALSC湿润剂(2)6毫升/公升NIKALMP-200添加剂(1)35克/公升硼酸8克/公升氯化镍450ml/公升氨基磺酸镍浓缩液（180克/公升镍金属）开缸配比值氨基磺酸镍镀液配方：(1)NIKALMP-200添加剂是含初级和次级光亮剂的混合物，令镀层光亮且结晶细致；(2)NIKALSC是能产生良好延展性镀层的添加剂。2009年6月4日星期四page194.镀镍液的操作规范II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺置于钛蓝中的含硫镍冠阳极阳极15安培/平方分米5-30安培/平方分米阴极电流密度强烈的溶液搅拌搅拌60℃50-65℃温度3.63.2-4.0酸碱值3.5克/公升0-5克/公升*氯离子35克/公升35-50克/公升硼酸80克/公升60-100克/公升镍金属总量最佳值操作范围参数(1)每1000A.H的通电量可添加NIKALMP-20040ml，NIKALSC20ml；(2)若要调低酸碱值，可添加20%氨基磺酸。2009年6月4日星期四page205.镀镍液中各成份的作用•主盐：氨基磺酸镍，提供镀镍所需的Ni离子•阳极活化剂：氯化镍，保证阳极正常溶解，防止阳极钝化。不宜太高。•缓冲剂：硼酸，将镀液的酸度维持在一定范围之内。含量应高。•添加剂：NIKALMP-200，增加镀层的光亮性。含量不宜太高。•润湿剂：NIKALSC，减少或克服镀层出现的针孔、麻点等疵病，产生良好的延展性。II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺2009年6月4日星期四page216.镀镍工艺条件的影响•pH值：pH应控制在3.2~4.0为宜。太高，镀层粗糙变脆，也易产生麻点和毛刺；太低，镀层颜色发暗或难以沉积。•温度：操作温度一般维持在50~65℃为宜。温度低，电镀速度慢；温度高，有利于提高电镀速度，改善深镀能力。但太高，会促使盐类水解，设备变形。•电流密度：一般以5~30ASD为宜，太高容易造成局部电流密度过大而烧焦。随着浓度、温度的提高和搅拌强度的加大，电流密度可以相应增加。•搅拌：搅拌对于电镀十分重要，能有效地降低浓差极化，提高电镀速度；也有利于阴极表面产生的少量氢气很快逸出，减少可能出现的针孔、麻点。•镍阳极：使用含硫的活性镍阳极。硫能使阳极溶解均匀，即使在没有氯化物的镀液中，也能使阳极效率接近100％。但这种镍阳极需使用阳极袋，并经常清洗。II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺2009年6月4日星期四page22II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺7.镀镍溶液中杂质的影响•铁杂质：允许极限含量是0.01g/L。超出该值会使镀层的孔隙率上升，脆性增大，出现针孔、粗糙、龟裂等故障。•铜杂质：允许极限含量是0.01g/L。超过允许含量时，镀层粗糙成黑色甚至海绵状，耐蚀性能变差。•锌杂质：允许极限含量为0.02g/L。超过允许含量时，镀层内应力增加，镀层光亮而脆，更高的锌杂质含量会使镀层发黑或出现黑色条纹，还常有针孔发生。•硝酸根杂质：对镀镍溶液十分有害，显著降低阴极电流效率；使镀层发脆、发黑，甚至整个阴极表面镀不上镀层。•有机杂质：有机杂质含量较高时将使镀层出现雾状、发暗、发花、变脆，出现针孔，产生桔皮状镀层等。2009年6月4日星期四page23II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺8.镀液维护应注意的问题•选择高质量的氨基磺酸镍、氯化镍和硼酸至关重要。必要时通过赫尔槽试验对来料进行检验。•定期分析镀液中的主盐和辅盐成分，并及时给以补充，以保持镀液成分稳定。•及时检查和调整镀液的pH值，一般每12小时至少检查调整一次。•添加剂和润湿剂一般根据安培小时数进行补充，添加量需斟酌控制。•在日常生产中不停地通过过滤机进行炭处理或棉芯处理，并同时进行弱电解处理，以除去有机杂质、铜杂质和微小颗粒。•每隔一段时间(如1个月至半年不等)对镀液进行大处理，包括化学、电化学或机械过滤的方法，将溶液中的金属杂质和有机杂质彻底地清理一次，相当于镀液的再生。2009年6月4日星期四page24II.卷对卷电镀工艺介绍-镀金工艺1.镀金层的性质•电