汽车行业电镀工艺技术简介.ppt

1 塑料电镀在汽车行业的应用 内门把手 塑料电镀件被大量用于汽车内 外装饰性零件上 散热器格栅 车轮盖 保险杆饰条 字标 汽车标牌 防擦饰条 防擦饰条 挡位面板 2 塑料电镀的相关概念 电镀 以直流电进行电解的方式使金属或合金沉积在工件表面 以形成均匀 致密 结合力良好的金属层的过程 塑料电镀 采用一定的加工方法 通常为化学镀 先在塑料表面获得导电膜 然后用电镀的方法加厚的过程 金属腐蚀 金属和周围环境中的电解质接触就会发生化学或电化学作用 导致金属被破坏 例如钢铁在环境中生锈 阳极性镀层 在一定条件下 镀层的电位负于基体金属电位的一种镀层 常常被用于牺牲该镀层来保护基体 阳极牺牲性腐蚀 通过牺牲电位较负的金属 从而延缓电位较正金属的腐蚀 相关概念 电镀过程 电镀 阳极 阴极 以镀铜为例 其它金属电镀过程类似 硫酸铜溶液 铜球 阳极 Cu 2e Cu2 氧化反应 铜阳极被溶解 产品 阴极 Cu2 2e Cu 还原反应 铜在阴极析出 零件在溶液中为阴极 铜在其表面沉积 光亮铜镀槽 先决条件 1 直流电源2 电解质溶液3 阳极4 阴极5 闭合回路 3 电镀工艺流程 1 上挂 2 除油 3 粗化 4 中和 5 催化 6 解胶 7 化学镍 8 闪镀镍 9 光亮铜 11 光亮镍 10 半光亮镍 11 珍珠镍 12 镍封 13 光亮铬 13 三价铬 13 黑铬 14 下挂 注 1 7属于化学镀范畴 8 14和普通金属电镀类似 电镀流程 1 上挂 作用将零件固定在导电工装 挂具 上 使其能够和电源相连形成闭合回路 让电镀能顺利进行 将产品挂在挂具的导电钩上 铜棒与电源相连可形成闭合回路 产品上挂完成准备进入电镀线 电镀流程 2 除油 作用清洁零件表面 除去注塑件表面的油脂 灰尘 汗渍等物质 这些物质将直接影响后工序处理效果 以及零件表面的电镀外观 A 丙烯晴B 丁二烯S 苯乙烯 ABS塑料 电镀流程 3 粗化 作用1 使零件表面形成微观粗糙增加电镀面与注塑件的接触面积 2 使零件表面呈亲水性有利于后工序的顺利进行 最终目的 增加镀层与零件表面的结合力 粗化前产品表面光滑发生镜面反射 粗化后产品表面粗糙发生漫反射 电镀流程 3 粗化 原理利用粗化液的强酸性溶解ABS塑料中的B 丁二烯 成分 使零件表面形成微观粗糙的 燕尾状 小孔增加了电镀面与零件的接触面积 并且在零件表面产生一些 OH SO3H C 0等极性亲水基团 使零件表面具有亲水性 ABS塑料的B成分在粗化液中被溶解形成 燕尾状 小孔 显微镜下观察粗化过后的零件表面 电镀流程 4 中和 作用利用溶液的还原性 将零件表面藏留的铬酸还原祛除 这些藏留铬酸对后面的工序均产生不利影响必须中和干净 如果铬酸藏留在零件表面被带入后面工序后 将会使零件发生局部镀不上 露塑 的不良情况 电镀流程 5 催化 作用溶液中的催化物质 胶体钯 Pd 被均匀吸附在零件表面燕尾状的小孔中 为后面化学镍反应的发生提供了催化中心 胶体钯核的组成示意图 Cl 0 181nm Pd 0 128nm Sn2 0 093nm 胶体钯被吸附在粗化过后的零件表面小孔中 钯锡胶体 电镀流程 6 解胶 作用零件表面在催化液中所吸附的胶体钯并不具有催化活性因为其周围被二价锡离子 Sn2 所包裹着 需要通过解胶工序溶解钯周围的二价锡使其裸露并真正具有催化活性 钯锡胶体 通过解胶 胶体钯变成了具有真正活性的钯催化剂 钯 电镀流程 7 化学镍 作用此工序前面的所有工序都是在为此工序的顺利进行作准备 经过化学反应后 零件表面被覆盖了一层能够导电的镍 磷合金层 约0 2um 使原先并不导电的塑料零件变成了导体 使其在后面一系列的电镀 铜 镍 铬 过程都成为了现实 零件表面被覆盖了一层黑色的化学镍具有了导电性能 电镀流程 7 化学镍 原理对于化学镍的机理 目前尚无统一的认识 按照 原子氢态学说 来解释 在有催化剂存在的情况下发生如下一系列的氧化还原反应 H2PO2 H2O H HPO32 2H Ni2 2H Ni 2H H2PO2 H P H2O OH H2PO2 H2O H HPO32 H2 反应的过程中主要生成Ni P合金和氢气 产品在化学镍中发生化学反应析出氢气 通过反应零件表面被覆盖一层化学镍 Ni P合金 电镀流程 8 预镀镍 作用化学镍层比较薄 0 2um左右 导电性能不佳 在化学镍表面增加一层预镀镍可增加零件的导电性能 电镀流程 9 光亮铜 作用铜具有良好的延展性 柔韧性 较其它镀层的热膨胀系数更接近于塑料 在零件表面镀上一层厚约15 25um平滑而柔韧的铜层 有利于增加零件与整个镀层的结合力 耐温变能力以及耐腐蚀性 在零件受到外界环境温度变化或冲击时能够起到一个缓冲作用 减小零件受损程度 镀好铜的VW标牌 电镀流程 10 半光亮镍 作用零件外观呈半光亮状所以称为半光亮镍 该镀层具有良好的延展性及整平性 半光亮镍层基本上不含硫 0 005 电位较光亮镍镀层高 零件在铜层上继续镀上一层半光镍和光亮镍组合 使零件同时具有良好的机械性能和耐腐蚀性能 镀好半光亮镍的VW标牌 电镀流程 11 光亮镍 作用使零件外观具有镜面光亮效果 颜色白中偏黄 在零件遭受腐蚀介质产生腐蚀时 由于光亮镍镀层中含硫 0 06 0 08 电位较半光亮镍低 作为阳极性镀层优先腐蚀 并且腐蚀方向由纵向变成横向 避免了大而纵深的腐蚀结果 从而大大延缓了零件腐蚀的速率 镀好光亮镍的VW标牌 电镀流程 12 镍封 微孔镍 作用 原理在光亮镍溶液的基础上在电镀溶液中添加一些不导电的细小微粒 一般直径约在0 5um 左右 在电镀过程中镍不断在零件上沉积 同时这些微粒也被带入了镀层 这些微粒由于不导电所以在微粒上是镀不上其它镀层的 因此镀完铬层以后在零件上形成了贯穿至镍层的不连续的小孔 俗称微孔 在零件遭受腐蚀的时候 正是这些微孔的存在增大了镍层的暴露面积 很好的分散了腐蚀电流 使单位面积镍表面积上的腐蚀电流大为降低 腐蚀速度也因此而降低 从而避免了集中纵深的强烈腐蚀 起到了非常好的耐腐蚀性效果 硫酸铜 半光亮Ni 光亮Ni Cr MP Ni 微孔镍 微孔 powder 镀层构成示意图 显微镜观察微孔 电镀流程 13 光亮铬 6 作用镀层呈耀眼的银白色 使零件达到最佳的装饰效果 镀好光亮铬的VW标牌 电镀流程 14 下挂 作用将零件从挂具上摘下 进行检验 包装 员工正在进行下挂作业 电镀流程 11 珍珠镍 外观具有珍珠光亮效果使零件看起来幽雅 色泽柔和 BORAA5拉手珍珠镍效果 电镀流程 11 珍珠镍 原理 珍珠镍 不导电乳化小液滴 小液滴脱附后形成小凹坑 半光沢Ni 漫反射 半光亮镍 珍珠镍 镀铬 无数小凹坑重叠使产品表面被凹凸化 通过光的漫反射 可见珍珠光亮表面 电镀流程 13 三价铬 3 特点1 环保 毒性低 只有六价铬的1 废水处理简单 2 电流效率高覆盖性能 分散性能高于六价铬 缺点1 镀层色泽较六价铬稍暗 2 耐腐蚀性能及硬度没有六价铬好 电镀流程 13 黑铬 作用镀层外观呈光亮黑色 略偏黄 使零件更显高档 华贵 原理黑铬并不是纯铬而是铬和三氧化二铬的水合物组成 晶粒呈树枝状结构 其特殊的物理性质能够完全吸收光波而发黑 镀好黑铬的SGM710格栅 塑料电镀影响因素1 塑件选材塑料的种类很多 但并非所有的塑料都可以电镀 有的塑料与金属层的结合力很差 没有实用价值 有些塑料与金属镀层的某些物理性质如膨胀系数相差过大 在高温差环境中难以保证其使用性能 目前用于电镀最多的是ABS 其次是PP 另外PSF PC PTFE等也有成功电镀的方法 但难度较大 2 塑件造型设计在不影响外观和使用的前提下 塑件造型设计时应尽量满足如下要求 1 金属光泽会使原有的缩瘪变得更明显 因此要避免制品的壁厚不均匀状况 以免出现缩瘪 而且壁厚要适中 以免壁太薄 小于1 5mm 否则会造成刚性差 在电镀时易变形 镀层结合力差 使用过程中也易发生变形而使镀层脱落 2 避免盲孔 否则残留在盲孔内的处理液不易清洗干净 会造成下道工序污染 从而影响电镀质量 3 电镀工艺有锐边变厚的现象 电镀中的锐边会引起尖端放电 造成边角镀层隆起 因此应尽量采用圆角过渡 圆角半径至少0 3mm以上 平板形塑件难电镀 镀件的中心部分镀层薄 越靠边缘镀层越厚 整个镀层呈不均匀状态 应将平面形改为略带圆弧面或用桔皮纹制成亚光面 电镀的表面积越大 中心部位与边缘的光泽差别也越大 略带抛物面能改善镀面光泽的均匀性 4 塑件上尽量减少凹槽和突出部位 因为在电镀时深凹部位易露塑 而突出部位易镀焦 凹槽深度不宜超过槽宽的1 3 底部应呈圆弧 有格栅时 孔宽应等于梁宽 并小于厚度的1 2 5 镀件上应设计有足够的装挂位置 与挂具的接触面应比金属件大2 3倍 6 塑件的设计要使制件在沉陷时易于脱模 否则强行脱模时会拉伤或扭伤镀件表面 或造成塑件内应力而影响镀层结合力 7 当需要滚花时 滚花方向应与脱模方向一致且成直线式 滚花条纹与条纹的距离应尽量大一些 8 塑件尽量不要用金属镶嵌件 否则在镀前处理时嵌件易被腐蚀 9 塑件表面应保证有一定的表面粗糙度 3 模具设计与制造为了确保塑料镀件表面无缺陷 无明显的定向组织结构与内应力 在设计与制造模具时应满足下面要求 1 模具材料不要用铍青铜合金 宜用高质量真空铸钢制造 型腔表面应沿出模方向抛光到镜面光亮 不平度小于0 2m 表面最好镀硬铬 2 塑件表面如实反映模腔表面 因此电镀塑件的模腔应十分光洁 模腔表面粗糙度应比制件表面表面粗糙度高1 2级 3 分型面 熔接线和型芯镶嵌线不能设计在电镀面上 4 浇口应设计在制件最厚的部位 为防止熔料充填模腔时冷却过快 浇口应尽量大 约比普通注射模大1O 最好采用圆形截面的浇口和浇道 浇道长度宜短一些 5 应留有排气孔 以免在制件表面产生气丝 气泡等疵病 6 选择顶出机构时应确保制件顺利脱模 4 注射机选用注射机选用不当 有时会因为压力过高 喷嘴结构不合适或混料使制件产生较大的内应力 从而影响镀层的结合力 5 塑件成型工艺注塑制件由于成型工艺特点不可避免地存在内应力 但工艺条件控制得当就会使塑件内应力降低到最小程度 能够保证制件的正常使用 相反 如工艺控制不当 就会使制件存在很大的内应力 不仅使制件强度性能下降 而且在储存和使用过程中出现翘曲变形甚至开裂 从而造成镀层的开裂 甚至脱落 所以工艺参数的控制应使制件内应力尽可能小 要控制的工艺条件有原材料干燥 模具温度 加工温度 注射速度 注射时间 注射压力 保压压力 保压时间 冷却时间等 6 塑件后处理对电镀的影响由于注塑条件 注射机选择 制件造型设计及模具设计的原因 都会使塑件在不同部位不同程度地存在内应力 它会造成局部粗化不足 使活化和金属化困难 最终造成金属化层不耐碰撞和结合力下降 试验表明 热处理和用整面剂处理都可有效地降低和消除塑件内应力 使镀层结合力提高20 6O 此外 成型后的塑件应专门包装 隔离 严禁碰伤 划伤表面 以免影响电镀外观 检验时检验员应戴脱脂手套 防止污染镀件表面 影响镀层结合力 4 提高零件耐腐蚀性能的控制方法 Cu SBr Ni MP Ni 微孔镍 抗腐蚀机理第一步 在零件表面有腐蚀介质时 微孔处暴露在外的镍层作为阳极性镀层先遭受腐蚀 腐蚀电流的大小由铬层的表面积决定 在大量不连续微孔的作用下 遭受腐蚀的镍层面积将大大增多且不连续 在腐蚀电流一定的情况下 这些 微孔 极大的分散了腐蚀电流 降低了腐蚀速率 延缓的腐蚀速度 Cr 预镀Ni 化学镍 第二步 当腐蚀到达光亮镍层时 由于微孔镍电位较光亮镍电位高 大约20mv 此时光亮镍被作为阳极性镀层优先腐蚀 微孔镍中的腐蚀被终止 第三步 腐蚀在光亮镍中进一步向下延伸直到半光镍时 由于半光镍的电位同样比亮镍高 大约100mv 光亮镍同样被当做了阳极性镀层 此时向下延伸的腐蚀在半光镍被终止 腐蚀方向在光亮镍中横向进行 这样又进一步延缓了腐蚀至底材的时间 大大降底了腐蚀的速度 Br Ni 腐蚀在光亮镍中横向腐蚀 腐蚀介质 零件性能 控制方法 零件性能 控制方法 SBr Ni Br Ni Mp Ni 电位差曲线图 电位差良好 微孔数测量图 12000PCS CM2 CASStest结果 横截面图 比较好的试验结果 Cr层被很好的保护 腐蚀在光亮镍层内部横向进行延缓了腐蚀速度 28mv 150mv Cr6 Advantage優點Simpleequipment所需器材較簡單SlightlyhigherCASS防腐蝕性較高Disadvantage缺點Toxic有毒HighChromicacidcontent含高鉻酸Poorthrowingpower走位 走水 性能差Environmentalimpact對環境影响較大 Cr3 Advantage優點NonToxic無毒Environmentallyfriendly較環保Goodthrowingpower走位 走水 性能佳Disadvantage缺點SlightlylowerCASS防腐蝕性較低DifferentcolourtoCr6 顏色與六價鉻不同Morecomplexequipment所需器材較複雜 Cr6 Cr3 Comparison 5 六價鉻與三價鉻之比較 Visualapp