《电镀工艺学》课件.ppt

第七章电镀合金工艺 合金电镀分类 防护性合金镀层防护装饰性合金镀层功能性合金镀层 合金电镀 Alloyplating 用电化学的方法使两种或两种以上的金属共沉积 codeposition 的过程 二元合金 金属共沉积的基本条件1 合金中的金属至少有一种金属能从其盐的水溶液中析出 2 两种金属的析出电位要十分接近或相等 一 金属的共沉积 Codeposition 实现金属共沉积的措施 1 改变溶液中金属离子浓度 2 选择适当的络合剂 Complexingagent 3 加入添加剂 additionalagent 一 金属的共沉积 Codeposition 1 正则共沉积 受扩散控制例 单盐镀液络合镀液两种金属的平衡电位相差很大 不形成固溶体型的合金的共沉积 2 非正则共沉积 受阴极电位控制例 络合物镀液单个金属的平衡电位受络合剂浓度影响 两金属平衡电位接近且能形成固溶体 金属共沉积的类型 A 增加镀液中金属的总含量 B 降低电流密度 C 提高温度和增强搅拌等增加电位较正金属在合金中的含量 3 平衡共沉积 两金属从与其处于化学平衡的镀液中共沉积 特点 在低电流密度下 阴极极化不明显 合金沉积中各组分金属比等于镀液中的金属比 例如 在酸性镀液中沉积Cu Bi合金和Pb Sn合金等 仅有很少几个共沉积过程属于平衡共沉积体系 金属共沉积的类型 是指当把两金属浸入含有该两金属离子的溶液中 两者的平衡电位最终将变成相等 即电位差为零 4 异常共沉积 特征 电位较负的金属优先沉积 沉积层中电位较负的金属组分的含量较高 在某种浓度和电解条件下才出现异常共沉积 例 含铁族金属中的一个或多个的合金共沉积体系 Fe Zn Zn Ni Ni Co Fe Co Ni Sn 金属共沉积的类型 5 诱导共沉积 钛 钼 钨等金属与铁族金属可以在水溶液中实现共沉积 这种共沉积过程称为诱导共沉积 特点 难推测各电解参数对合金组成的影响 金属共沉积的类型 诱导金属 影响金属共沉积的因素 1 镀液中金属浓度比的影响 曲线1 正则共沉积曲线2 非正则共沉积曲线3 平衡共沉积曲线4 异常共沉积曲线5 诱导共沉积 镀液中金属浓度比的影响 C总不变 略增电位较正金属含量 合金中电位较正金属含量将按比例增加 增大电位较正金属浓度 合金中其含量随之升高 不成正比 C点以上电位较正金属占优势 C点以下电位较负金属占优势 1 单一络合剂镀液a 络合两种金属离子如果增加络合剂浓度 使其中某一金属的沉积电位比另一金属的沉积电位变负得多 则该金属在合金沉积中的相对含量将降低 如 氰化镀黄铜Cu Znb 仅络合一种金属离子如 酸性氟化物镀Sn Ni 2 络合剂浓度的影响 K不稳 Cu CN 4 2 5 0X10 32K不稳 Zn CN 4 2 1 3X10 17 2 混合络合剂镀液增加某一络合剂浓度 则同该络合剂络合的金属在合金沉积中的含量下降 如 碱性氰化镀铜 锡合金Cu Sn Cu CN 4 2 Sn OH 6 2 2 络合剂浓度的影响 a 含量达到一定值后镀层组成可基本保持不变 b 对简单盐镀液有明显的影响 c 对合金组成的影响常具有选择性 如 焦磷酸盐 锡酸盐电镀铜 锡合金少量的苯骈咪唑可使镀层中锡含量增大 3 添加剂的影响 4 pH值的影响 pH值可改变金属盐的化学组成 pH值影响络合物稳定性 例 a 锌酸盐 锡酸盐和氰化物等络离子在碱性溶液中是稳定的 而在pH 7时分解 b 焦磷酸盐镀Cu Sn合金 在pH 8 12范围内生成的络离子随不同pH值结构形式和不稳定常数都会有变化 且与镀层成分有很大关系 6 温度 搅拌的影响主要影响正则共沉积 5 Dk的影响 影响镀层质量 影响合金组成 电镀合金的阳极 1 可溶性合金阳极 呈单相或固溶体类型的合金 低锡10 13 青铜2 可溶性单金属联合阳极 分挂3 不溶性阳极 4 可溶性与不溶性联合阳极 Ni Co 镍及不锈钢阳极含量高的金属作阳极 含量低的金属以可溶性盐或氧化物形式加入镀液 7 1锌合金镀层 提高镀层防护性作用 降低氢脆 异常共沉积 电镀锌合金的组织结构单相 或多相 固溶体和金属间化合物锌合金镀层主要特征耐蚀性 热稳定性 低氢脆性锌合金镀层后处理提高耐蚀性 耐磨和装饰性 7 1锌合金镀层 Ni3Zn21 1 铬酸盐钝化 铬酐5 10g L 无机酸 卤化物可得到不同色调钝化膜 彩虹色 绿色 黄色 黑色 白色 橄榄色等 2 其他钝化处理钼酸盐钝化 钨酸盐钝化 稀土化合物钝化 浸或刷涂无机或有机膜层 锌合金镀层后处理方法 举例 电镀锌镍合金 20世纪80年代 优良的防护性镀层 以取代镉镀层和锌镀层 适于恶劣的工业大气和严酷的海洋环境 耐蚀性 与镍含量有关 随着镍含量的增加 7 13 耐蚀性可增大3 5倍 200 300 加热后 钝化膜仍保持良好的耐蚀性 镀层氢脆小 可代替镉镀层使用 镀层硬度高 HV180 220 焊接性好 锌镍合金的耐蚀机理 锌镍合金生成的腐蚀产物为ZnCl2 4Zn OH 2 含有少量的2ZnCO3 3Zn OH 2 腐蚀产物没有镍存在 比锌层腐蚀产物致密稳定 且不易导电 从而抑制了腐蚀 降低了腐蚀速度 锌镍合金电镀工艺规范 有机胺与环氧氯丙烷缩合物有机醛碲酸钠低区共沉积 镍含量5 10 分散性好 腐蚀小 工艺稳定 成本低 合金成分在较宽范围下分布均匀 可直接钝化 耐蚀性优异 电流效率低 不适于高碳钢铸件的施镀 沉积速度慢 镍含量大于10 成分简单 电流效率在95 以上 镀液稳定 容易操作 有机胺效果最好柠檬酸盐 酒石酸盐 葡萄糖酸盐 多元醇 镀层结晶细致耐蚀性更高 钝化的难易程度取决于镀层中镍含量 镍含量在10 以内时 易于钝化 镍含量高于l0 后 则难于钝化 锌镍合金的彩色钝化膜的色膜因镀液的体系不同有较大区别 碱性镀液 土黄 带彩 色主色调弱酸性氯化物 带蓝色调的彩虹色 锌镍合金钝化处理 锌镍合金彩钝化工艺 适于镍含量在14 左右的合金镀层CrO310 12 5g LNaCl38 50g LNiCl2 6H2O1 3g LFeSO43 5g LZn2 1 3g LT 80 85 pH 2 5 3 5t 25 50s 适于镍含量在20 25 左右的合金镀层CrO35g L浓HCl10 14mL LCrCl33g Lt 10 20s空停1 2s移动镀件 适于镍含量在12 13 左右的合金镀层CrO315g LTi4 0 8g LSO42 3 9g LF 2 5g L浸渍温度 55 1 干燥温度 60 1 pH 1 0 1 2t 10s 适合镍含量10 14 的合金镀层黑钝化CrO310 15g LNaHSO415 20g LH3PO47 5 15mL LHNO310 30mL L冰醋酸3mL LNaH2PO46g L发黑剂15 20g L活性剂20 40mL L辅助成膜剂3 5g L 锌镍合金黑钝化工艺 铜含量高于锌含量的铜锌合金称为黄铜 应用最广的黄铜含铜68 75 含铜量70 80 的铜锌合金呈金黄色 装饰性好 锌含量高于铜含量的铜锌合金称为白黄铜 特点 很强的抗腐蚀能力 用途 钢铁零件镀锡 镍 铬 银及其他镀层的中间层 7 2电镀铜 锌合金 2 影响镀层质量的因素P199 工艺配方主盐 氰化亚铜与氰化锌铜与锌浓度影响镀层各金属的含量与色泽 提高镀液中铜 锌浓度比可提高镀层中铜的含量 游离氰化钠保证铜与锌按比例析出 维持镀液稳定 促进阳极正常溶解 过高时 镀层中的铜含量减少 呈疏松灰暗色 阴极电流效率下降 甚至镀件严重析氢 过低时 镀层中铜含量增加 色泽向暗红色转变 严重时粗糙起泡 阳极钝化 镀液混浊 7 2电镀铜 锌合金 碳酸钠可提高镀液的导电性能和分散能力 氢氧化钠增强氰根的络合能力 增加镀液的导电性能 氨水扩大阴极电流密度范围 有利于获得色泽均匀的铜 锌合金镀层 抑制氰化物水解 降低镀层中铜的含量 提高镀层的光亮度 pH一般控制在11 12之间 提高pH值 一般用氢氧化钠 降低pH值 用碳酸氢钠溶液或酒石酸 温度影响镀层的组成与外观色泽 阴极电流密度镀黄铜一般控制阴极电流密度在0 5 1 5A dm2 镀白黄铜时应控制阴极电流密度在2 3A dm2 阳极材料 铸造后再经过延压的铜 锌合金阳极 阳极与阴极的面积比控制在 2 3 1 注意 使用前先在650 10 退火1 2h 再用5 硝酸溶液浸蚀后刷净 3 铜 锌合金镀层的后处理钝化处理和涂覆透明有机涂料钝化处理 重铬酸钾40g L 60g L 醋酸调pH值至3 4 30 40 下 处理5 10min 涂覆透明有机涂料 如 丙烯酸清漆 聚氨脂清漆 水溶性清漆 有机硅透明树脂等 固化温度80 160 市售专用涂料 可根据不同要求选用 工艺举例 仿金电镀 工艺路线基体 前处理 氰铜打底 酸铜增厚 亮镍 仿金 罩光基体 前处理 镀亮镍 仿金 钝化 罩光基体 前处理 镀亮镍 阳极电泳透明树脂 化学着色 烘烤基体 前处理 镀铜 镀锌 热处理基体 仿金 镀金 P 201表7 10 关键之一 仿金电源 钝化处理防止仿金层变色或泛点 中和滞留的碱 铬酸盐 苯并三氮唑 P 203表7 12罩光对漆的要求 无色透明 流平性好 硬度高 光泽好 烘干温度低 时间短 抗变色强 干燥温度 80 90 例 丙烯酸型 聚氨酯型 关键之二 防变色处理 7 4电镀铜锡合金 代镍 含锡量占40 50 镀层外观呈银白色 在空气中稳定性好 不易氧化 能耐酸 耐弱碱及