工艺技术_电镀基本工艺培训课件

电镀基本工艺 杨波 2015 9 28 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 目录 三 常规电镀 二 ABS化学镀及前处理 一 塑料电镀概述 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 一 塑料电镀概述 经济效益 充分发挥塑料及金属的特性 塑料金属化 点击添加文本 二 ABS化学镀及前处理 除油 除蜡 亲水 粗化 中和 钯水 解胶 化学镍 除油粉 除蜡水 H2SO4 整面剂 H2SO4 CrO3 HCl N2H4 H2O PdCl2 HCl SnCl2 H2SO4 NaOH NiSO4 6H2O Na3Cit 2H2O NaH2PO2 H2O NH4Cl NH3 H2O 1 流程简述 预浸 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 2 除油 除蜡 除去制件表面污垢 促使粗化均匀 提高镀层结合力 保护粗化液 工艺范围及条件 目的 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 3 亲水 成份 整面剂中的表面活性剂组分可以定向均匀地排列在胶件的表面 使表面可以与粗化液充分均匀地接触 从而提高粗化的效率和均匀性 机理及作用 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 4 粗化 成份 一方面使塑料制件表面具有微观粗槽 从而增大了镀层与塑料的接触面 以增加它和金属的粘接力 另一方面使塑料制件表面具有亲水性 以便制件表面进行均匀吸附 作用 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 粗化机理 蚀刻作用 电镀级ABS是丙烯腈 A 丁二烯 B 苯乙烯 S 组成的三元共聚物 其内部结构树脂相A和S组分是共聚构型 而橡胶相的B组分则以球形分散于S A构型中 当ABS溶解在铬酸与硫酸混合液中腐蚀粗化时 橡胶相B组分优先被铬酸蚀刻溶解 树脂相A溶解速度相当慢 树脂相S几乎不溶解 致使连续的树脂相表面留下大量均匀的微小孔穴 这些孔穴是金属镀层与塑料表面产生结合力的主要因素 A S A S 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 氧化作用 强酸 强氧化性的粗化剂 还能对塑料表面的高分子结构产生断链的作用 即长链变成短链 同时发生氧化作用 ABS塑料粗化时 在酸性介质条件下 铬酸主要对B组分起氧化作用 反应如下 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 使非离子分子极化 ABS塑料表面的AS高聚物中 有许多 挂 在碳链上的苯环 在这些苯环上可以通过亲电反应引进某些活性基团 粗化液中高浓度H2SO4在加热的条件下 使苯环引入磺酸基 磺酸基羧基的引入极大的提高了塑料表面的亲水性 粗化液各组分的作用 1 硫酸 使苯环引入磺酸基 增强亲水性 提供酸性介质 蚀刻作用 硫酸含量过高的粗化液对塑料制件表面作用过快 易使几何形状复杂 平直表面积很大的制件粗化不均 硫酸含量过低时 ABS中的树脂相A S容易遭破坏 降低了制件表面的抗拉强度 镀层结合力显著下降 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 3 抑雾剂 2 铬酸酐 主要是氧化作用 减少铬雾产生 影响粗化的因素 粗化操作中必须严格控制适宜的粗化条件 若粗化不足 会引起镀层起泡 结合力差 甚至在沉积金属时 局部沉不上 粗化过度 则会引起零件变形或使表面层腐蚀 从而损坏表面光洁度 影响粗化的因素主要有 粗化时间 粗化温度及三价铬含量 粗化度 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 时间 温度 三价铬含量 时间过长 会造成过蚀 时间过短 则起不到浸蚀成孔的作用 生产过程中要严格控制好粗化液的温度 温度低粗化速度慢 达不到要求的粗化效果 温度太高 塑料会发生热膨胀 清洗时遇冷收缩 表面会出现肉眼可见的网状裂纹 随着粗化的进行 化学粗化液中的六价铬会被还原为三价铬 当三价铬达到一定量时 粗化速度和效果显著下降 造成镀层结合力下降 粗化液再生 隔膜电解 隔膜电解实质上是电解和电渗的组合 借助隔膜使电解槽分隔成阴极室和阳极室 在直流电场的作用下 通过隔膜产生离子的迁移 同时在电极表面发生下列的氧化还原反应 阳极 4OH 2H2O O2 4eCr3 Cr6 3e阴极 2H 2e H2 Cr6 3e Cr3 将粗化废液放在阳极室 阴极室注入硫酸 主要起导电作用 通直流电后 三价铬在阳极表面氧化成六价铬 同时某些金属杂质离子通过隔膜向阴极室迁移 从而达到粗化废液的再生和纯化 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 5 中和 成份 除去粗化后残留在制件表面微孔结构中的六价铬 避免带进钯水缸而导致钯水失去活性 塑料表面残留六价铬会影响其表面对钯活化剂吸附因而导致漏镀 钯活化剂中带进的六价铬离子会氧化锡和锡 钯胶体 导致钯水失去活性 机理及作用 六价铬 反应方程式 水合联氨过多时 挂具上镍 过少时 不能起到还原作用 6 预浸 防止带入水引起Sn2 的水解形成沉淀 维持钯水pH稳定性 保证钯水的活性 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 7 钯水 成份 通过粗化后的表面 经过钯水时 表面微观凹位就会沉积上没有活性的胶态钯 这种胶态钯中具有催化活性的金属钯 被锡离子胶体包围着 要使胶态钯得到活性 需经过后面的解胶工序 机理及作用 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 8 解胶 成份 吸附在塑料表面的胶体以钯为核心 外围为二价锡的粒子 而钯水后的水洗工序使二价锡水解成胶状 将钯包裹在里面 使钯的催化作用无法体现 为了使钯粒子能暴露 必须去掉锡的水解膜 此过程叫解胶 机理及作用 9 化学镍 利用化学还原的方法在工件表面催化膜层上沉积薄薄的一层导电金属膜 便于随后进行电镀各种金属 膜的厚度一般为0 05 0 8 主要成分及作用 硫酸镍 作为镍离子的供给源 柠檬酸钠 络合剂 与镍离子形成络合物 防止产生氢氧化镍沉淀 同时控制镍离子的浓度 是沉镍按正常速度进行 又可作为缓冲剂防止PH的迅速下降 次亚磷酸钠 还原剂 氨水 氯化铵 PH缓冲剂 三 常规电镀 1 工艺简介 焦铜 瓦特镍 提高导电性 镀铜 增强光泽感 整平性和柔软性 镀镍 半光镍 光镍 封口镍 提高装饰性和耐腐蚀性 镀铬 光泽感 金属感和耐腐蚀性 2 光铜 酸性硫酸盐镀铜 钛篮 阳极袋 磷铜 镀液硫酸铜硫酸氯离子光亮剂 ABS 工艺范围及条件 各组分作用 硫酸铜是提供镀铜溶液铜离子的主盐 硫酸铜含量过低将降低阴极电流密度上限和铜镀层的光亮度 过高可以提高阴极电流密度上限 但降低镀液的分散能力且硫酸铜容易结晶析出 硫酸加入硫酸可以提高镀液的电导率并通过共同离子效应 降低铜离子的有效浓度 从而提高阴极极化作用 改善镀液的分散能力 使铜镀层结晶细致 此外 硫酸的加入还有防止镀液中的硫酸亚铜水解而生成氧化铜的作用 减少阳极钝化现象 因此 可以避免产生氧化亚铜的疏松镀层 提高了镀液的稳定性能 为阳极活化剂 帮助阳极均匀溶解 抑制Cu 的产生 提高镀层光亮 整平能力 降低镀层内应力 浓度过高 铜镀层的光亮度下降 阳极表面出现白色胶体膜 镀液的阴极电流密度范围变窄和整平性能下降 严重时铜镀层粗糙 并产生毛刺或烧焦 浓度过低 出现树枝状镀层 高电流区易烧焦 易出现麻点和针孔 为了避免镀液中的氯离子积累过多 无论配制或补充镀液时必须用纯水 同时在镀铜前的活化不能用盐酸而用硫酸 氯离子 阳极 采用含磷铜合金 其中磷含量 0 04 0 06 作用如下 1 在溶解过程中形成可导电黑膜Cu3P 催化一价铜的氧化 2 阻止一价铜进入溶液 3 阻止阳极的过快溶解 较少阳极泥产生 保持溶液Cu2 浓度的稳定 3 镀镍 化学镍 ABS 钛篮 阳极袋 金属镍 镀液硫酸镍氯化镍硼酸 添加剂 半光镍 镍是一种带微黄的银白色金属 具有良好的导电性能和导热性能 1基本化学特性 镍在有机酸中很稳定 在硫酸 盐酸中溶解很慢 在浓硝酸中处于钝化状态 但在稀硝酸中则不稳定 镍在空气中或在潮湿空气中比铁稳定 在空气中形成透明的钝化膜而不再继续氧化 耐蚀性好 2半光镍镀层含硫小于0 005 延伸率一般大于8 它是工程镍中多层镍的底层 电镀中一般半光镍的厚度不低于总镍的50 外饰件为60 工艺范围及条件 各组分作用 硫酸镍镀液的主要成分 是镍离子的来源 硫酸镍含量低 镀液分散能力好 镀层结晶细致 易抛光 但阴极电流效率和极限电流密度低 沉积速度慢 硫酸镍含量高 允许使用的电流密度大 沉积速度快 但镀液分散能力稍差 氯化镍只有硫酸镍的镀液 通电后镍阳极的表面很易钝化 影响镍阳极的正常溶解 镀液中镍离子含量迅速减少 导致镀液性能恶化 加入氯离子 能显著改善阳极的溶解性 还能提高镀液的导电率 改善镀液的分散能力 因而氯离子是镀镍液中不可缺少的成分 但氯离子含量不能过高 否则会引起阳极过腐蚀或不规则溶解 产生大量阳极泥 悬浮于镀液中 使镀层粗糙或形成毛刺 在镀镍时 由于氢离子在阴极上放电 会使镀液的pH值逐渐上升 当pH值过高时 阴极表面附近的氢氧根离子会与金属离子形成氢氧化物夹杂于镀层中 使镀层外观和机械性能恶化 加入硼酸后 硼酸在水溶液中会解离出氢离子 对镀液的pH值起缓冲作用 保持镀液pH值相对稳定 除硼酸外 其他如柠檬酸 醋酸以及它们的碱金属盐类也具有缓冲作用 但以硼酸的缓冲效果最好 硼酸含量过低 缓冲作用太弱 pH值不稳定 过高 其溶解度小 在室温时容易析出 硼酸 光镍 在半光镍基础液加入光剂 其中含硫量为0 04 0 08 镀层高光亮 高整平 电位比半光镍负100 200mV 封口镍负10 40mV 厚度不超过总镍层40 封口镍 其实质是一种复合电镀工艺 目的是获得微孔铬层 使镀层的耐蚀性进一步提高 工艺是在普通的光亮镀镍液中 加入某些非导电微粒 粒径控制在0 01um 0 5um 通过搅拌 使这些微粒悬浮在镀液中 在电流作用下 将这些微粒与金属镍发生共沉积 形成镍与微粒组成的复合镀层 然后在这一复合镀层上镀铬 由于微粒不导电 铬不能在微粒表面沉积 使铬镀层上形成大量微孔 即所谓微孔铬 镍封层的微孔数在10000 40000个 cm2最为理想 微孔数过少 耐蚀性提高不明显 微孔数过多 如达80000个 cm2 铬层出现倒光现象 影响装饰性 同时铬层厚度也不能过厚 一般为0 25um左右 如铬层过厚 会在微孔上出现 搭桥 现象 把微粒表面遮住 达不到微孔铬的目的 在电化学腐蚀过程中 铬是阴极 镍是阳极 当铬层表面微孔大量增加时 阳极镍的腐蚀电流密度大为降低 也即减慢了镍层的腐蚀速度 使镀层体系的耐蚀性明显提高 封口镍 4 镀铬 阳极不溶性极板 镀液铬酸酐硫酸 镀铬时候的反应及变化 在阴极 产生氢气 6价铬 CrO3的水溶液 还原为 价铬 析出金属铬 镀铬 在阳极 产生氧气 价铬被氧化成6价铬 发生阳极金属的氧化 生成黑褐色的过氧化铅 在两极产生的气体同时作为电镀液雾飞散 电镀液 氧气 过氧化铅 阳极 铅合金 阴极 氢气 镀铬 在阴极附近生成3价铬 在阳极附近被氧化成铬酸 6价 镀铬时候的反应及变化 镀液组成 硫酸阴离于SO42 的存在不仅促进了Cr3 的生成 为阴极胶体膜的形成创造了条件 而且会使胶体膜溶解 这种矛盾性的影响必然导致阴离子只有在一个合适的浓度下才能发挥它的最大效用 当SO42 浓度太低时 胶体膜 Cr OH 3 不易溶解 还原为三价铬和金属铬过程受阻 析氢过程占绝对优势 故电流效率降低 当SO42 浓度过高时 胶体膜随之变薄 与析氢的同时 有利于三价铬还原反应的进行 也使电流效率降低 阴极胶体膜的特性是随着镀液的组分 电流密度和温度的变化而变化 从而会引起电流效率和沉积层特性的变化 铬酸酐CrO3是镀液的主要成分 通常其浓度在100 450g L范围内变动 CrO3浓度高 镀液导电率高 镀液分散能力好 对CrO3浓度变化和杂质的敏感性小 CrO3浓度低 电流效率较高 镀层硬度较硬 CrO3其中常含SO42 一般CrO3 SO42 100 1 三价铬 镀铬溶液中的Cr3 不是在配制溶液时特意加入 而是在铬电沉积过程Cr6 离子在阴极上还原产生Cr3 与此同时 Cr3 在阴极上又将重新氧化成Cr6 故三价铬在镀液中的含量在一定条件下可达到平衡 平衡时浓度取决于阴 阳极面积之比 对镀铬影响 1 三价铬浓度过高 过低都会影响电流效率 2 过高会使的镀层光泽范围变小 3 浓度过低会影响镀液的分散能力 阳极 电镀用的阳极一般都是可溶性的 但镀铬却不能用金属铬作阳极 其理由如下 镀铬时若用金属铬作阳极 阳极溶解的电流效率 接近100 大大超过阴极电沉积的电流效率 8 18 于是电解液中很快会积累大量金属铬离子 使电解液变得不稳定 在电镀过程中 阴极上沉积的金属铬是六价铬还原得到