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电镀 培训教材
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青岛市海拓表面工程有限公司,电镀培训教材,第一章 电镀基础知识,一.电镀的原理: 电镀是用电解的方法对零件表面进行加工的一种工艺。电镀时零件为负极,镀液中金属离子在直流电的作用下沉积在零件表面形成均匀,致密的金属层。 1.电镀的必须条件:外加的直流电源,镀液,镀件及阳极组成的电解装置。 2.电解的目的:改变零件表面的外观和物理化学性能,达到装饰性,耐腐蚀,耐磨性等各种技术性能。 3.电解的结晶过程:电解液中的金属离子或络离子在阴极还原沉积出金属镀层的过程叫电解晶。 说明:电解晶是一个电化学反应过程,金属离子是否能还原决定于阴极点位。只有在阴极电位偏离于平衡状态,即产生一定的过电位时才能在阴极上沉积出金属金体。,4.金属电沉积是一个复杂的过程,它一般有几个连续的或同 时的界面反应步骤: A.溶液中的金属离子(如水化金属离子或络和离子)通过电迁移,对流,扩散等形式到达阴极表面附近。 B.金属离子在还原之前在阴极附近或表面发生化学转换。 C.金属离子从阴极表面得到电子还原成金属原子。 D.金属原子沿表面扩散到达生长点进行晶格生长,或 与其他离子相遇形成经晶核长大成晶体。 说明:形成金属晶体的两个步骤:结晶核的生成与成长。,二.影响电镀结晶的因数: 晶核的生成速度快,晶核生长后的成长速度就较慢,则生成的晶核数目较多,则晶粒就较细,反之就较粗。晶核的生长速度愈大于晶核的成长速度,镀层结晶就愈细致,紧密。提高电结晶时的阴极极化作用可以加速晶核的生长速度,便于形成微小的晶体。 1.提高金属电结晶时的阴极极化方法: A.提高阴极电流密度:一般情况下,阴极极化作用随阴极电流密度的增大而增大,镀层结晶也随之变得细致紧密。在阴极极化作用随电流密度的提高而增大的情况下,适当提高电流密度的方法提高阴极极化作用。 2.适当降低电解液的温度:降低温度能减慢阴极反应速度或离子扩散速度,提高阴极极化作用。当在实际操作中对于提高温度带来的负面影响可通过增大电流密度而获得弥补。在生产具体操作中,根据实际情况调节电解液的温度。,3.加入络化剂 在电镀生产中能够络合主盐中金属离子的物质称络合剂。络离子较简单离子难以在阴极上还原,从而提高阴极极化值。 4.加入添加剂 添加剂吸附在电极的表面上阻碍了金属的析出,提高阴极极化作用。 阴极极化作用并非愈大愈好,极化作用超过一定范围,会导致氢气的大量析出,从而使镀层变得多孔,粗糙。在生产中,更具实际情况,采取具体措施适当提高金属结晶时的阴极极化作用。,三.影响镀液分散能力和覆盖能力的因素: 镀液的优劣用分散能力和覆盖能力表示。 分散能力指镀液所具有的镀层厚度的均匀分布能力.只说明镀件表面的均匀程度。 覆盖能力指镀液能使零件深孔,凹洼的表面沉积出镀层的能力,也叫深度能力。只说明镀件表面凹入处或深孔处有无镀层沉积。 1.电流分布 电流通过电解质溶液时,在阴极上析出物质的量与通过的电量成正比。电流密度愈大,镀层也就愈厚。金属在阴极表面上的沉积取决于电量在阴极上的分布。电解液的阻力与阴极电化学反应的阻力,是影响电流在阴极分布的两个重要因素,其中一个起主导作用。,2.电流效率:镀层金属的分布取决于电流的分布,但并不等于电流的分布。通过一级的电流不单是消耗于金属离子的沉积,而且消耗于析氢和其他副反应。电流 效率随电流的密度改变而改变。 影响金属在不同部位的分布: A.阴极电流效率随电流密度的改变而几乎没有变化。阴极不同部位上镀出的金属多少直接取决于该处的电流的大小。 B.阴极的电流效率随电流密度的升高而下降的则能提高分散能力。电流密度大的地方电流效率低,而电流密度小的地方电流效率高。要使各处的电流密度分布均匀,则要改变电解液的分散能力。 C.机体的表面状态 金属在不洁净的阴极表面上很难沉积出均匀的镀层,甚至不能沉积。由于氢在粗糙表面上的过电位小于光洁表面,所以在粗糙表面上氢容易析出,镀层就难以沉积。,D.阴极电流效率随电流密度的升高而增大的则会降低分散能力。由于阴极上的电流密度大的地方电流效率高,电流小的地方电流密度低,这样各处的实际电流密度更加不均匀,造成分散能力低下。 E.几何因素 电镀槽的几何形状,阴阳极的形状,两个电极在电镀槽中的排布形式等几何因素直接影响镀层的分布。 所有这些与电解液分散能力和覆盖能力有关的因素,彼此不是孤立的,而又作实际的联系。,四.改善电解液分散能力和覆盖能力的途径: 1.阴极极化度 对于阴极极化较小的电解液,力求增大阴极极化的因素。直接或间接促成阴极极化度增大的因素,如选择适当的络化剂及添加剂,均能改善镀层的分散能力和覆盖能力。 2.镀液电导率 对电阻较大的电解液,可适当加入导电能力较强的电解质。当镀液的阴极极化度较大时,提高电导率能明显地提高分散能力和覆盖能力。如果极化度极小那么对分散能力影响就不大。 3.阴极电流效率 改善阴极电流效率,提高电解液的分散能力和覆能盖能力。 4.机体的表面状况 提高机体表面光洁度,采用短时间冲击电波,提高氢在机体上的过电位等,可以消除机体对分散能力和覆盖能力的不良影响。,5.几何因素的影响 在实际生产中采用辅助阴极和象形阳极,合理调节阴阳极之间的距离等方法尽可能消除对几何因素对电解液分散能力的影响。镀铬电解液是一个特殊,它是一种强氧化性的酸性电解液,在所应用的电解液中分散能力最差的一种,在镀铬时为了提高电解液的分散能力往往从电化学性能以外的角度出发,采用防护阴极,是用辅助阳极和非金属屏蔽以及合理调节电极之间的距离等方法,使其处于最佳的电流分布状态。,五.电镀层的分类和选择: 1.按电化学性质分类 分阴极性镀层和阳极性镀层。 2.按用途分类 分为防护性镀层,防护-装饰性镀层,修复性镀层,功能性镀层。 3.按镀层的组合形式分类 分为简单结构,多层组合结构和符合镀层三类。简单结构指镀单层镀层;多层组合结构可由不同金属组成,如铜-镍-络三层结构;也可由相同金属层组成,如高耐腐蚀性双层镍-高硫镍-光亮镍等。,六.镀层的检验项目: 1.附着力 镀层与基体,镀层与镀层间的结合强度。 2.表面效果 完整覆盖并均匀分布。 3.镀层厚和尽可能少的孔隙率 有效阻止外界介质。 4.光亮度 5.硬度 6.色泽 7.耐腐蚀性 8.外观质量 不允许有明显的针孔,麻点,划伤等。,七.影响镀层质量的主要因素: 1.镀前处理是否良好 镀前处理的每一道工序直接影响镀层的质量,生产实践中造成镀层质量事故的多数因素是制品镀前处理不当和欠佳所致。 2.电镀溶液本性 镀液的性质,组成各成分的含量以及附加盐,添加剂的含量等都会影响镀层质量。 3.基体的本性 4.电镀过程 电流密度,温度,送电方式,移动和搅拌等。 5.析氢反应 电镀过程中大多数镀液的阴极反应伴随氢的析出。在不少情况下,氢的析出导致镀层表面上针孔,麻点,鼓泡,氢脆等。消除氢脆的不良影响,在镀厚进行高温除氢处理。 6.镀后处理 镀后对制件的清洗,钝化,除氢,抛光,保管方法等。 7.电源 除一般采用直流电外,根据实际情况,可采用换向电镀方法,使用周期换向电流。,第二章 塑胶电镀,一.塑胶电镀对塑胶件的技术要求: 1.要求光度高的部位,制件必须表面平滑。 2.零件表面设计符合电镀要求,即较大平面中间应呈突起状,一般突起在0.10-0.15mm;菱角部位到圆,v型槽的宽度应是深度3倍,盲孔深度为直径的1/2-1/3。 3.零件应有足够的强度,壁厚一般在3mm左右,最薄不应低于1.9mm,最厚不应大于3.8mm. 4.有镶嵌件的塑胶制品,应为铝制件。 5.应留有电镀装挂位置。装挂位置应设计在不影响外观部位。,二.ABS料电镀: ABS料的组成部分:丙烯腈A,丁二烯B,苯乙烯S三元共聚,丙烯腈和苯乙烯形成树脂相,橡胶状的丁二烯 组分以球形分散于丙烯腈和苯乙烯树脂组成的混合物中。在强碱强氧化性的粗化液中,将制品表面的橡胶离子溶去,形成凹陷,使表面粗化。橡胶离子的多少影响镀层附着力,因此电镀产品对ABS料要求丁二烯的含量应控制在18%-23%间。 1.对塑胶成型要求:原料在注塑前应在80-90℃下烘干4h,除去原料中的水分。 2.注塑不使用脱模剂,尤其是有机硅脱模剂(脱模严重困难时可使用滑石粉或肥皂水)。 3.注塑采用较高温度,一般在255-275℃,模具温度一般在45-95℃间,注塑的压力应低,速度应慢。,二.ABS料的电镀工艺: 1.ABS塑胶电镀工艺: 消除应力 化学脱脂 热水洗 冷水洗 粗化 冷水洗 中和 冷水洗 敏化 冷水洗 去离子水洗 活化 还原 冷水洗 化学镀 冷水洗 电镀,,,,,,,,,,,,,,,,,2.过程原理与方法: A.去应力 内应力降低镀层的附着能力。 检验方法: a.冰醋酸浸渍法 将制件完全浸入(21-27)℃的冰醋酸溶液中30秒后,取出后立即清洗,晾干后检查制件表面,若有细小致密的裂纹,说明此处有残余不应力,裂纹越大,应力越大。 b.溶剂浸渍法 将零件完全浸入(20-22)℃1:1的甲乙酮和丙酮的混合溶液液中15秒,取出后立即甩干,检验裂纹状态。 解决办法:在60-75℃的温度下加热2-4h,或在25%(体积)的丙酮中浸泡30分。 常用塑胶热处理温度:ABS塑胶65-75 ℃,聚丙烯80-100 ℃,氯化聚醚80-120 ℃,聚碳酸酯110-130 ℃,改性聚苯烯50-60 ℃,聚苯醚100-120 ℃;聚酰胺在沸水中处理。,2.脱脂 去除制件表面的脱模剂及油污。经常用碱性除油溶液,处理温度在50-70 ℃。 3.粗化 主要目的是提高塑件制品的表面粗糙度和塑胶的亲水性。粗化的好坏对镀层的附着力有很大影响,粗化的方法有机械粗化,化学粗化,有机溶剂胀粗化。 A.机械粗化 用滚磨,喷砂,砂纸打磨等方法去除塑胶零件的毛边,分型线条和浇口等。滚磨粗化适用小型零件,大型制件采用喷砂法。 B.有机溶剂粗化 聚乙烯:二氯乙烷,丙酮,二甲苯 聚丙烯:汽油,卤代烃,C.化学粗化 用化学浸渍剂使非金属材料得到粗化的表面,提高镀层的结合能力。 ABS料化学处理规范,,高铬酸型粗化溶液应用广,效果好,粗化速度快,粗化温度低于60℃时,粗化速度慢,温度高粗化速度快。粗化的质量要求:塑胶表面全部被水湿润后,从表面状态上看:粗化好的表面呈微暗,平滑;粗化不足的表面平滑有光泽;粗化过渡的的表面显发暗,严重时呈白绒状,裂纹,疏松的表面。 4.中和,还原和浸酸 将粗化后残留在制件表面的六价铬清洗干净。在室温条件下处理1-3min. A.10%的氨水进行中和处理; B.5%-10%NaOH中和处理。 C.1%-5%亚硫酸钠进行还原处理; D.2-10mL/L水合肼,10-15mL/L盐酸中进行还原处理。 E.100-200mL/L盐酸溶液进行浸酸处理。,5.敏化 敏化处理是使制件表面吸附一层具有还原性的金属离子,在活化处理时,将具有催化作用的银或钯离子还原成银或钯原子,活化处理使制件表面形成一层催化活性的金属层。为化学沉积提供必要的条件。 常见的敏化剂:氯化亚锡,三氯化钛,及常用的硫酸亚锡。 ABS料常用敏化工艺规范表,特别说明:配制敏化剂必须使用去离子水和试剂级的化学药品,配制时要把氯化亚锡溶于盐酸溶液中,否则氯化亚锡会水解,产生白色碱式氯化亚锡[Sn(OH)CL]沉淀。 5.活化 活化处理是使制品表面形成一层具有催化活性的贵金属,使化学镀能自发进行。 ABS塑胶料活化工艺: A.硝酸银活化液适用于化学镀铜,配制溶液必须用去离子水,零件入槽前也应用去离子水洗清洗干净。防止自来水中的氯离子和活化液中的银离子形成沉淀。在配制活化液时,将硝酸银溶于水中,在搅拌下缓缓加入氨水,当溶液从褐色浑浊状变透明时即可停止添加氨水,氨水过量太多,活化速度太慢,会影响活化效果。,B.氯化钯活化液对化学镀酮,镍等均有催化作用,而且溶液比较较稳定,应用较广,在使用过程中会逐渐变脏,发黑,过滤后认可使用。 C.胶态钯活化是将活化,敏化两道工序并在一起。 7.解胶 经胶态钯活化的零件,其表面吸附胶态钯微粒,它并没有催化作用,必须把周围吸附的二价锡水解胶层去除,露出钯离子,即进行解胶处理。解胶一般在(37%)80-120mL的盐酸溶液中,在35-45℃的条件下浸1-3min,也可在下列溶液中进行解胶处理 :经处理后的制品表面呈均匀的浅灰色。 A.氢氧化钠:50g/L,室温,0.5-3min; B.次磷酸钠:30g/L,18-30℃, C.HBF4:50-100g/L,s室温,0.5-3min; D.硫酸:100mL/L,室温,0.5-3min;,8.化学镀或电镀:经前处理后的塑胶件,经过化学镀后,表面形成一层很薄的金属膜,应根据使用条件,要求进行电镀处理,可采用通常的电镀工艺,电镀铜,镍,铬等合金或金属。一般在化学电镀后再用酸性铜溶液镀一层铜,然后根据要求在读其他金属。三.常用塑胶料的退镀处理: 1.三氯化铁 200-300g/L; 盐酸60-80mL/L 温度 40-50℃ 时间:退净为止 2.盐酸 1000mL/L 双氧水(30%)80-100mL/L 温度 低于80℃ 时间:退净为止,,,,,,,,,
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