表面工程技术论文 电镀 旦其江 哈尔滨理工大学.docx

哈 尔 滨 理 工 大 学表面工程技术论文（综述）题 目： 电镀技术 院 、 系： 材料、材型10-3 姓 名： 旦其江 学 号： 1002040309 2013年 6 月 13 日电镀技术一、电镀技术的发展史在电镀工业发展史上，最早的一篇镀银文献是由意大利的布鲁纳特利教授在1800年发表的，大约在1805年，又提出镀金。直至1840年，英国的埃尔金顿申请了氰化镀银的第一个专利，并应用于工业生产，这就是电镀工业的开始。 解放前，我国的电镀工业基本上是一个“空白”，只在上海天津等少数沿海城市有几个小作坊，但也大多数为外国资本家控制着，并且技术保密，生产能力低，工人的劳动强度大，只能镀一些日常小商品。解放后，随着机器制造业的迅速发展，许多生产线投入运营，为电镀工业提供物质基础，近20多年来，我国在开发、研究电镀新工艺，新技术方面取得了很大的进步。例如，无氰电镀、光亮电镀、低铬和无铬工艺等，已逐渐应用生产中，机械化程度不断提高，自动化操作也逐渐推广，工人的环境大大改善，生产效率显著提高。二、基本原理及设备简介电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程.电镀的基本过程是将零件浸在金属盐的溶液中作为阴极，金属板作为阳极，接直流电源后，在零件上沉积出所需的镀层.例如：镀镍时，阴极为待镀零件，阳极为纯镍板，在阴阳极分别发生如下反应：阴极(镀件)：Ni2+2eNi (主反应)2H+eH2 (副反应)阳极(镍板)：Ni 2eNi2+ (主反应)4OH-4e2H2O+O2+4e (副反应)不是所有的金属离子都能从水溶液中沉积出来，如果阴极上氢离子还原为氢的副反应占主要地位，则金属离子难以在阴极上析出.根据实验，金属离子自水溶液中电沉积的可能性，可从元素周期表中得到一定的规律。阳极分为可溶性阳极和不溶性阳极，大多数阳极为与镀层相对应的可溶性阳极，如：镀锌为锌阳极，镀银为银阳极，镀锡-铅合金使用锡-铅合金阳极.但是少数电镀由于阳极溶解困难，使用不溶性阳极，如酸性镀金使用的是多为铂或钛阳极.镀液主盐离子靠添加配制好的标准含金溶液来补充.镀铬阳极使用纯铅，铅-锡合金，铅-锑合金等不溶性阳极.电镀车间所进行的生产工艺可分为三个环节，即镀前表面处理、电镀处理和镀后处理。电镀工艺设备一般是指上述直接对零件进行加工处理的生产设备。 镀前表面处理的主要工序有磨光、抛光、刷光、滚光、喷砂、去油、去锈、腐蚀、中和以及清洗等。针对零件材料、形状、表面状况和加工要求，选择其中适当的几个步骤，对零件表面进行必要的修整加工，使零件具有平整光洁的表面，这是能否获得优质镀层的重要环节。镀前处理工艺中，所用的主要设备有磨、抛光机，刷光机，喷砂机，滚光机和各类固定槽。 电镀处理是整个生产过程中的主要工艺。根据零件的要求，有针对性选择某一种或几种单金属或合金电镀工艺对零件进行电镀或浸镀等加工，以达到防蚀、耐磨和美观的目的。电镀处理过程中所用的设备主要有各类固定槽、滚镀槽、挂具、吊篮等。 镀后处理是对零件进行抛光、出光、钝化、着色、干燥、封闭、去氢等工作，根据需要选用其中一种或数种工序使零件符合质量要求。镀后处理常用设备主要有磨、抛光机，各类固定槽等。三、工艺方法1.水镀 最常见的电镀方式，是一个电化学的过程，利用正负电极，加以电流在渡槽中进行，镀金，镀银，镀镍，镀铬，镀镉等，电镀液污染很大 2.涂镀 利用专门的配置的两种涂液，在金属件需要镀的部分不停“涂刷”，在涂刷区域产生化学反应，堆积出一个涂层，手工操作，用于工件上面的“加料”，以达到尺寸要求，常用于柴油机曲轴，连杆等的处理。有污染 3.真空镀 金属在高的真空度下用电极加热200摄氏度左右，使得金属升华产生蒸汽，附着在镀件的表面，形成镀层，常用金属镉，银的粉末，常用于玻璃，产生镜面效果，手机镜片。几乎无污染 4.溅镀 我见到过样品，还没有实地看到过生产工艺，从名字上看。嘿嘿，不好说。据说珠江三角地区厂家也不多。 还有其他的衍生的电镀，比如“挂镀”，“滚镀”等等，只是操作方式不同而已。 四、常用材料铬铬是一种微带天蓝色的银白色金属。电极电位虽位很负，但它有很强的钝化性能，大气中很快钝化，显示出具有贵金属的性质，所以铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中很稳定，能长期保持其光泽，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定，但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。 铬层硬度高，耐磨性好，反光能力强，有较好的耐热性。在500C以下光泽和硬度均无明显变化；温度大于500C开始氧化变色；大于700C才开始变软。 由于镀铬层的优良性能，广泛用作防护一装饰镀层体系的外表层和机能镀层。铜镀铜层呈粉红色，质柔软，具有良好的延展性、导电性和导热性，易于抛光，经过适当的化学处理可得古铜色、铜绿色、黑色和本色等装饰色彩。镀铜易在空气中失去光泽，与二氧化碳或氯化物作用，表面生成一层碱式碳酸铜或氯化铜膜层，受到硫化物的作用会生成棕色或黑色硫化铜，因此，做为装饰性的镀铜层需在表面涂覆有机覆盖层。镉镉是银白色有光泽的软质金属，其硬度比锡硬，比锌软，可塑性好，易于锻造和辗压。镉的化学性质与锌相似，但不溶解于碱液中，溶于硝酸和硝酸铵中，在稀硫酸和稀盐酸中溶解很慢。镉的蒸气和可溶性镉盐都有毒，必须严格防止镉的污染。因为镉污染后的危害很大，价格昂贵，所以通常采用镀锌层或合金镀层来取代镀镉层。目前国内生产中应用较多的镀镉溶液类型有：氨羧络合物镀镉、酸性硫酸盐镀镉和氰化物镀镉。此外还有焦磷酸盐镀镉、碱性三乙醇胺镀镉和HEDP镀镉等。锡锡具有银白色的外观，原子量为118.7，密度为7.3g/cm3，熔点为2320，原子价为二价和四价，故电化当量分别为2.12g/A.h和1.107g/A.h。锡具有抗腐蚀、无毒、易铁焊、柔软和延展性好等优点。锡镀层有如下特点和用途：1、化学稳定性高；2、在电化序中锡的标准电位纰铁正，对钢铁来说是阴极性镀层，只有在镀层无孔隙时才能有效地保护基体；3、锡导电性好，易焊；4、锡从-130起结晶开始开始发生变异，到-300将完全转变为一种晶型的同素异构体，俗称”锡瘟”，此时已完全失去锡的性质；5、锡同锌、镉镀层一样，在高温、潮湿和密闭条件下能长成晶须，称为长毛；6、镀锡后在2320以上的热油中重溶处理，可获得有光泽的花纹锡层，可作日用品的装饰镀层。锌锌易溶于酸，也能溶于碱，故称它为两性金属。锌在干燥的空气中几乎不发生变化。在潮湿的空气中，锌表面会生成碱式碳酸锌膜。在含二氧化硫、硫化氢以及海洋性气氛中，锌的耐蚀性较差，尤其在高温高湿含有机酸的气氛里，锌镀层极易被腐蚀。锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显著提高其防护性和装饰性。随着镀锌工艺的发展，高性能镀锌光亮剂的采用，镀锌已从单纯的防护目的进入防护-装饰性应用。镀锌溶液有氰化物镀液和无氰镀液两类。氰化物镀液中分微氰、低氰、中氰、和高氰几类。无氰镀液有碱性锌酸盐镀液、铵盐镀液、硫酸盐镀液及无氨氯化物镀液等。氰化镀锌溶液均镀能力好，得到的镀层光滑细致，在生产中被长期采用。但由于氰化物剧毒，对环境污染严重，已趋向于采用低氰、微氰、无氰镀锌溶液。五、发展前景展望近年来，电镀企业数量增长很快，而与此同时，部分电镀产品市场逐步被塑料制品和涂料制品取代，使得生产能力增加和市场需求减少之间的矛盾变得更加尖锐.预计在近期内，电镀产品的市场总需求将保持相对稳定。此时，应尽快削减本行业过剩的生产能力，在行业内进行结构调整。 未来我国电镀工业的发展趋势基本可归纳为以下四点： 1、 饰性和高抗蚀性工艺技术将不断发展.我国随着汽车、电子、家用电器、航空、航天工业、 建筑工业及相应的装饰工业的发展和人们对美化生活需求的提高, 对电镀产品的装饰性和抗蚀性的需求将有明显的增加. 2、 某些传统装饰性电镀可能被喷涂、物理气相沉积等取代，功能性电镀产品需求则有上升的趋势. 3、 某些污染严重的电镀工艺，可能被清洁的电镀工业所取代，如无氰电镀、 三价铬镀铬、代镉、代铬镀层将有上升的趋势. 4、 某些性能好、无污染的表面工程的高新技术将会进入我国市场，如达克罗(Dacrotized)涂层,克罗赛(Corrosil)工艺等. 5、 企业管理水平低，绝大部分电镀企业仍沿袭粗放型经营管理模式，适应市场变化能力差。除部分合资企业和出口企业外，大部分企业没有健全的工业管理体系，多数企业缺乏镀液分析和镀层检测仪器和技术力量。随着产业升级加速，电镀企业集中入园的趋势比较大，这部分水平低电镀企业将面临整改或合并。所以目前电镀表面处理行业发展总体表现令人担忧.据估计，本行业每年排放大量的污染物，包括4亿吨含重金属废水、50000吨固体废物和3000万立方米酸性气体。目前70-80的国有电镀厂建立了污染控制设施，然而大部分处理设施已经过期而不能正常运转（城市中只有50的设施能运转，农村地区更低，只有25）.而大多数乡镇电镀企业则几乎没有采取任何污染控制措施.在过去几十年中，我国对末端处理技术进行了大量的研究和推广工作，开发了许多实用的污染控制技术.根据目前国内电镀行业的情况，应推广具有较好经济效益的化学处理法，同时推行以防为主、防治结合的方针，改革工艺流程，开展清洁生产，在源头和过程中减少污染物的产生.当然因为我们的生活离不开电镀，所以电镀技术将永远存在,而且目前电镀发展的方向，是环保型的电镀，对环境的污染会由于技术的提升逐步减少，以科技推动道德。因此，这是一个机遇与挑战并存的行业，希望大家都有一个光明的未来。六、应用实例 铝或钢材料这类非贵金属基底可以用化学镀镍技术防护，并可避免用难以加工的个锈钢来提高它们的表面性质。比较软的、不耐磨的基底可以用化学镀镍赋予坚硬耐磨的表面。在许多情况下，用化学镀镍代替镀硬铬有许多优点。特别对内部镀层和镀复杂形状的零件，以及硬铬层需要镀后机械加工的情况。一些基底使用化学镀镍可使之容易钎焊或改善它们的表面性质。1.化学镀镍由于化学镀镍层具有优良的均匀性、硬度、耐磨和耐蚀等综合物理化学性能，该项技术在国外已经得到广泛应用。化学镀镍在各个工业中应用的比例大致如下：航空航天工业：9%;汽车工业：5%;电子计算机工业：15%;食品工业：5%;机械工业：15%;核工业：2%;石油化工：10%;塑料工业：5%;电力输送：3%;印刷工业：3%;阀门制造业：17%;其他：11%。如发电厂的发电机组凝汽器黄铜管内表层化学镀镍可大大地提高抗腐蚀性，延长凝汽管使用寿命;铝合金镀镍，可提高铝合金硬度及防护性能。改善铝合金表面性质，扩大铝合金的应用范围。2.化学镀镍合金(1)镍-磷二元之合金镀层：硬度HV550600，导电性好，焊接性好，耐蚀，用于IC顶盖，引线框架，模具，按钮等;(2)高磷镍合金镀层，无磁性，大量用于电子仪器，半导体电子设备防电磁干扰的屏蔽层等。(3)镍-硼-磷三元合金，镀层硬度HV680，用于压电陶瓷电极，传动装置，阀。(4)镍-B-W硬度HV800，电子模具，触点材料等。(5)45#钢齿轮面刷镀镍磷和镍钴合金金属，能显著地提高45#钢齿轮接触面。3.化学镀银主要用于电子部件的焊接点、印制线路板，以提高制品的耐蚀性和导电性能。还广泛用于各种装饰品，如装配杯、高级旅行保温杯、扣件等。铍青铜在通讯行业应用广泛，为进一步提高铍青铜弹性的导电性，可在铍青铜上镀银。化学镀在非金属材料表面的应用 非导体可以用化学镀镍镀一种或几种金属，在装饰和功能(例如电磁干扰屏蔽)两方面部重要。在许多场合下，许多工程塑料已考虑作为金属的代用品。其中有些具有良好的耐高温性能。所有这些塑料都比金属轻，而且更耐腐蚀，其中包括聚碳酸脂、聚芳基酮醚、聚醚酰亚胺树脂等。需要导电性或电屏蔽的场合，塑料需要金属化，可用化学镀镍达到这个目的。1.尼龙表面镀银、镀铜、镀镍：如尼龙表面化学镀镍、银、铜用来代替金属或装饰;采用化学镀的新工艺将纯银镀敷在特殊的尼龙基布上，使尼龙布具有良好的防电磁辐射性能。2.料工件表面装饰镀，如钮扣、车辆上的扣件、防护板等。采用化学镀既简单又方便，能满足市场的需要。3.纶纤维上化学镀铜，可用于化工制药纺织等工业过滤、防护等，丙纶非织造布镀铜复合材料增加了丙纶材料的导电性，可消除静电的危害，可用于制造抗静电防护服包装材料、装饰材料等，有着广泛的应用前景。4.铜：以高强塑料镀铜，代替金属铜材，可取得铜一样的表面性能和效果，比铸造、锻压的工艺难度小，且减少了设备投资，节约了大量铜材。高强塑料镀金属，可提高塑料的抗老化性能，消除塑料的静电吸尘作用。参考文献1. 李慕勤、李俊刚、吕迎 等主编 材料表面工程技术 北京 化学工业出版社 20102. 张兆国、包春江 机械故障诊断与维修 北京