电镀论文.doc

电镀的研究综述电镀(Electroplating)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的金属制品做阴极，镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸.电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。一、电镀的目前研究及应用现状电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。挂镀适用于一般尺寸的制品,如汽车的保险杠,自行车的车把等。滚镀适用于小件，如紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。电镀液有酸性的、碱性的和加有铬合剂的酸性及中性溶液，无论采用何种镀覆方式，与待镀制品和镀液接触的镀槽、吊挂具等应具有一定程度的通用性。电镀工艺作为重要的表面工程技术，从1840年的镀银专利申请至今，已有160多年的历史。20世纪以来，随着科学技术进步，工业化程度不断提高，汽车、机械装备、船舶、航空、航天、电子、轻工等工业对产品表面处理都离不开电镀。今天，电镀已从一般的装饰防护向高耐腐蚀及功能性方向发展。随着电镀新工艺、新材料和新设备不断开发研制、推广应用，电镀行业开创了前所未有的新局面，应用领域不断拓展。当前经济全球化和科技创新是国际的两大主流。经济全球化，产业结构调整已在全球范围内进行，我国已成为国际发达国家产业转移的对象，不少发达国家的产品，直接转移到我国生产，我国已成为国际的生产大国。科技创新、技术进步促进科学技术迅猛发展，发达国家的电镀生产企业，广泛应用信息技术进行现代化管理，电镀工艺已采用先进的代铬工艺、纳米技术，国际流行的沙金、雾金、枪色电镀及铝合金电镀，塑料电镀越来越广泛。随着人们对环保要求的提高，发达国家的电镀企业在生产中广泛使用新技术、新工艺、新材料，应用先进的环保设备与“三废”治理技术，加强对环境治理，减少对环境的污染，提高资源利用率，降低生产成本，提高产品质量，提高经济效益，使企业在市场竞争中处于优势。改革开放以来，我国电镀行业得到较大的发展，外资、合资、民营企业崛起，涌现出一大批具有一定规模，技术先进的电镀企业。据不完全统计，全国有近20000个电镀厂点，其中40%的电镀厂点集中在珠三角、长三角，这两个地区的产值占全国产值的60%。电镀企业分布在各行各业，主要有：机械工业33.8%、轻工业20.2%、电子工业5%-15%，其余分布在航空、航天、及仪器仪表工业。电镀加工中涉及最广的是镀锌、铜、镍、铬，其中镀锌占35%-45%，镀铜、镍、铬各占约20%，电子产品镀铅、锡、金约占5%。我国电镀企业普遍规模较小，少部分企业拥有国际先进水平的设备和设施，拥有先进的工艺技术，但大部分企业还在使用过时陈旧的设备，有些甚至手工操作。我国电镀行业经历了由20世纪80年代初期的高峰跌入低谷，90年代开始回升，经过10多年的恢复发展，随着世界制造业中心向我国转移，香港、台湾、东南亚、韩国与及一些发达国家和地区的电镀企业纷纷到我国设厂，我国已成为电镀大国，但还不是电镀强国。由于电镀加工给产品带来的装饰性和功能性，工艺技术的不断改进和发展，而且，电镀行业相对其它行业是以节省贵金属为目的的节约型行业，电镀行业已成为我国国民经济发展过程中的一个不可缺少，也不可替代，还有上升趋势的发展型行业。应用领域主要有塑料电镀、快速电镀、局部电镀、煤矿机械、汽车无论是经济效益，还是外在美观，塑料电镀都发挥了巨 大的作用。其广泛应用于现代汽车、游轮、高速列车、飞机。大型招牌字、墙面浮雕、吊灯、廊 柱等。另外家庭用品及电子产品，也离不开塑料电镀。快速电镀在设备及模具维修中对关键零件的局部修复 有其独到之处操作方便灵活，节约维修费用， 有其独到之处操作方便灵活，节约维修费用，解决传统维 修方法中所遇到的问题，经济效率明显。局部电镀就是对工件局部表面实施电镀。通过采 用不同的方式使得成品件的表面局部没有电镀的效果， 用不同的方式使得成品件的表面局部没有电镀的效果， 与有电镀的部分形成反差，形成独特的设计风格。过去减振器连杆采用普 通硬铬电镀工艺， 通硬铬电镀工艺，耐蚀性不能满足要 求。目前普遍采用HEEF25微裂纹镀，对保证减振器连杆耐蚀性及润滑性有积极的作用。二、电镀工艺的存在问题电镀电源是用来在电镀中产生电流的装置，电流通过镀槽是电镀的必要条件，镀件上的金属镀层在电流流过电镀槽时，引起电化学反应而形成。电镀过程如图1所示。 从电镀的基本原理可以看出，改进镀层质量可以从两个方面人手：调整电镀溶液；改进电镀电源。现实中，广泛采用了改进电镀电源的方法。技术关键主要有：1、避免前处理工序中镀件的碰撞，尤其在70左右的浸蚀(粗化)工序中，ABS塑料在这一温度时，软化增加，硬度降低，如果有碰撞则很容易擦毛，镀后必有印点。以往是随便放入浸蚀液中，浸蚀后用网取出清洗，这对高要求的镀件，尤其是比较大一点或平面光一点的镀件是绝对不允许如此操作。2、浸蚀程度的控制。过度浸蚀或浸蚀不足都会造成镀后产品光洁度欠佳或镀层结合力不好。3、金属化方法。金属化方法不外乎铜层或镍层，它们各有利弊，每一种方法都能生产出合格的产品。从操作而言，无电解镀镍比较稳定，镀速较快；而无电解镀铜可以省去昂贵的钯盐，成本略低，但稳定性较差。镀液要保持清洁不能混浊，要防止微小粒子的沉积，否则在镀亮铜时会把微小粒子“放大”，形成颗粒毛疵，所以在金属化后，可以进行清洗拭揩，特别是大件平面镀件，以防止粉粒存在，尤其是金属化铜层不能省去此工序。在这过程中对于较大的镀件，有可能有些小点或小局部发现露塑时，较多厂家往往采取局部修补，以免返工造成损失。一般可以用银浆、导电胶或软铅芯笔修补，它对提高成品合格率确有好处。 4、合理适当的工夹具。不但要有适当的导电触点，而且要有适当的紧度，产品既要导电良好又要夹紧，但要防止使产品因紧夹而变形，尤其是镀后变形，不要以为试夹后取下零件无变形就可以了，必须考虑到大批量电镀后的定型变形，特别在镀镍中因温度较高更易变形。电镀工夹具必须绝缘良好，绝不能有镀上的粒子，否则在电镀过程中会使镀件表面上产生颗粒毛刺，镀铬后夹具必须将铬层退尽为止，否则在铬层上镀铜时，铜层易成粉粒，它的脱落也会造成产品表面的毛刺。 5、镀铜液应有良好的清洁度，配备连续过滤和空气搅拌，保证镀铜液澄清。镀铜液应具有良好的整平能力和分散能力，在较宽的电流密度范围操作。镀镍也应具备上述条件，但必须注意到镀层厚度，有不少厂家往往不予重视，认为后续还要镀铬，镍层厚度关系不大，只要亮铜镀亮，镍层镀白即可，这一观点是不够正确的，镀件在耐蚀试验中就不易达到要求。所以在汽车及摩托车部件的塑料电镀中，还必须镀双层镍、三层镍或镍封以产生微孔铬，才能达到耐蚀试验的要求。 性能方面的问题：1、针孔针孔大多是气体(一般是氢气)在镀件表面上停留而造成的。针孔属于麻点，但针孔不同于麻点，它像流星一样，往往带有向上的“尾巴”，而麻点仅仅是镀层上微小的凹坑，一般是没有向上的“尾巴”。那些因素会促使镍层产生针孔呢?镀前处理不良；镀液中有油或有机杂质过多；镀液中有固体微粒；防针孔剂太少；镀液中铁等异金属杂质过多；镀液pH太高或操作电流密度过大；镀液中硼酸含量太少和镀液温度太低等都会导致镀镍层产生针孔。2、镀层结合力不好产生镀层结合力不好的原因有：镀前处理不良，零件表面有油、氧化物等；清洗水中有油或有六价铬；酸活化液中有铜、铅杂质；电镀过程中产生双性电极或断电时间过长；镀液中硼酸少、铁杂质多、pH高、有油、有机杂质或光亮剂过多等。3、粗糙和毛刺粗糙就是镀层表面细小的“凸粒”。大而尖锐的“凸粒”叫做毛刺。镀层粗糙有的是外部因素造成的，如空气中的灰尘，抛光、磨光中的微粒进人溶液等；有的是从溶液内部产生的，如阳极袋破裂使阳极泥渣进入溶液；溶液中氯化物过多使阳极溶解过快，有小颗粒的镍从阳极转入溶液；掉人溶液中的铁零件发生溶解，铁离子进入溶液，并在较高的pH值下形成氢氧化物沉淀夹附到镀层中；使用钙含量较高的硬水，长期积累，足够量的钙在较高的温度下会形成硫酸钙沉淀；加料时原料未充分溶解，也会带进一些微粒；镀液中镍含量太高，也会导致镀层粗糙。4、镀层发花引起镀层发花的原因很多，如镀前处理不良，镀件表面上的油污未彻底除净，清洗水表面有油膜；底镀层表面有有机物吸附膜；镀液中有油，十二烷基硫酸钠和糖精含量太少；十二烷基硫酸钠或1，4一丁炔二醇质量不好；十二烷基硫酸钠和豆素未溶解好；镀液pH太高或镀液浑浊等都会使镍层发花。5、镀层阴暗镀层阴暗多数出现在低电流密度区，偶尔也有出现在中电流密度区或高电流密度区。低电流密度区镀层阴暗可能是镀液温度太高，电流密度太小，主盐浓度太低；次级光亮剂过多或镀液中有铜、锌杂质引起的；中电流密度区镀层阴暗可能是由次级光亮剂太少，有机杂质过多或有一定量的铁杂质造成的；高电流密度区镀层阴暗可能是镀液pH太高，初级光亮剂太少或镀液中有少量的铬酸盐、磷酸盐及铅杂质引起的。此外，镀前处理不良，镀件表面有碱膜或有机物吸附膜，或者底镀层不好也会导致镍层出现阴暗的现象。6、镀层脆性镀液中次级光亮剂过多或初级光亮剂太少，铜、锌、铁或有机杂质过多，pH过高或温度过低等都会使镍层发脆。7、橘皮状镀层在光照下，镀层呈现隐隐的波纹状现象称之谓橘皮状镀层。镀前处理不良，镀液中有油或有胶类杂质，十二烷基硫酸钠过多、异金属杂质过多或镀液中有未过滤掉的活性炭粉末等会产生橘皮状镀层。三、电镀工艺展望现在已经得到应用的新合金工艺有锌系列，镍系列，铜系列，锡系列，银系列等。锌作为钢铁的优良廉价的防护性镀层被广泛地采用,但是自从日本汽车打进欧洲和北美市场,汽车的耐盐防护性就提到了议事日程。1在开展高耐蚀性镀层的研究中，锌合金的研究引人注目。最先出现的是锡锌合金，这种合金的含锌量在左右时耐盐水喷雾时间最长，出现红锈的时间可达个小时以上。最开始进入实用化的工艺是年代末的有机羧酸的中性镀液，后来有柠檬酸镀液。在锡锌工艺之后出现的是锌镍工艺。这种工艺由于含镍量在-10%，成本比锡锌要低，因此很快得到普及。最先出现的是用于钢板连续电镀的硫酸盐工艺，这大约在1982年前后。以后开发出氯化铵型工艺，现在比较成熟的是碱性锌酸盐工艺。这种工艺的特点是抗腐蚀性能特别好，不经钝化的镀层耐盐雾到出现红锈的时间在150小时以上。在高温下也仍能维持其优良的防护性能。因此在汽车等行业有较多应用。在锌镍开发之后两年，锌铁工艺就进入了实用化。锌铁与前面的工艺不同的是铁的含量很小，只在0.2到0.6左右。虽然以前有用于钢板电镀的锌铁合金，其含铁量在，但现在进入实用的还是这种低铁含量的镀层。比较成熟的有锌酸盐工艺。其耐蚀性也很好，但一定要经过钝化才能有高的耐蚀性，当含铁量在0.4左右时，出现红锈的盐水喷雾时间可达小时以上。 在欧洲还有用锌钴合金工艺的，这种工艺与锌铁一样，可以不用银盐做出黑色钝化膜。含钴量也仅在1%左右。 镍一直是电镀加工工业中的重要镀种，由于镍资源的紧张和价格昂贵，开发镍合金电镀是节镍的一种选择。同时，有些镍合金的功能性能也是市场所需要的，因此，镍基合金的应用也很广泛。镍铁合金不仅可节约部分镍，而且镀层性能也比纯镍镀层要好。这种镀层的含铁量在7%-30%左右，镀层中的含铁量与镀液中的镍铁比例成正比。也有采用镍锰铁合金电镀工艺的报导。用于装饰的镍合金更多，特别是黑色镀层方面，不少是用的镍合金，比如镍锡，镍钴，镍镉等。铜镍合金更是在装饰电镀中有较多的应用。 铜合金如铜锡合金，铜锌合金，很早就有大量的应用。这方面的新工艺的主攻方向是以非氰化物络合物来取代氰化物，比如焦磷酸盐，柠檬酸盐镀铜合金等。 锡作为钎焊性镀层主要是用在电子电镀行业，但也可以用在装饰和防护方面，比如代银的锡合金，用于罐头盒防腐的镀锡工艺等。但主要还是电子工业中有大量应用，现在用得最多的仍然是锡铅合金。也有锡铈，锡铋等。当前的趋势是采用无氟和无铅的新工艺取代老工艺。 其它贵金属的合金主要是用在装饰和功能性方面。正如前面讲到的，由于合金电镀技术的开发可能产生出一些新的合金，这不仅在表面处理业有重要意义，对材料学科也有重要意义。因此，在新世纪，对合金电镀的研究仍会加紧进行。特别是在多元合金，包括三元、四元合金等的开发上还有很大的空间 电子电镀工艺除了少数是利用了传统的工艺以外，大多数是近几十年开发的新工艺。比如非金属电镀新工艺，化学镀新工艺，贵金属电镀新工艺，合金电镀新工艺等。以印刷线路板的电镀为例，它是以孔金属化为中心的综合了前处理、化学镀、电镀、退镀等技术的工艺。化学镀中的各种化学镀镍技术，更是在电子工业中有举足轻重的作用。从电磁屏蔽到硬盘的电镀，都要用到化学镀镍。当然化学镀不仅仅是用于电子行业，在其它很多行业都有重要的价值，比如在石油化工行业，一些管道的内壁防护就在采用化学镀镍技术。 功能性电镀实际上是一个含义较广的概念，它涵盖了电子电镀、减磨电镀、耐磨电镀、以及所有有特别要求的电镀技术。可以说举凡对产品或材质表面有电学、力学、光学、生物学等方面要求而通过电镀加工可以满足其要求的镀层，都可以叫功能性镀层。显然，要满足上述各种要求，光靠老工艺是不行的，因此，在功能性电镀中的新工艺的比例是最高的。现在引起各方面关注的是各种复合电镀技术。复合电镀是指在单金属电镀或合金电镀溶液中分散一些功能性微粒，使之在电镀过程中与金属或合金共沉积，从而使被镀表面得到某些特定的性能。大家经常见到的沙面镀镍工艺，有一种就是采用了分散微粒的办法。早期的复合电镀的载体大多数是采用的镀镍工艺，现在已经发展到采用镀锌工艺为载体，进一步发展到以化学镀为载体。用来做分散体的微粒有香料、磨料如金刚砂、SiC、Al2O3等，也有颜料、石墨、二硫化钼等。由这些微粒的性能可以得知分散有它们的镀层具有什么样的功能。还有很多新工艺，都可以包括在功能性电镀的范围。可以预料，今后的电镀新工艺的开发方向将主要是应用于电子行业或有特殊要求的行业的功能性电镀技术。四、参考文献1郭铁峰, 杨燕军. 金刚石超薄切割片制造方法研究J.探矿工程，2002；1：6162.2 徐滨士，