电镀故障处理-赫尔槽试验方法

电镀故障处理电镀故障处理 赫尔槽试验方法赫尔槽试验方法 1939 年 Hull 设计出赫尔槽以来 由于赫尔槽试验效果好 操作简单 所需溶 液体积少 并在一次试验过程中可以在宽广的电流密度范围内观察到镀层情况 的变化 并能够较快地确定获得外观合格镀层的近似电流密度值及其它工艺条 件 如温度 pH 值等 是槽液维护 控制 修正及新工艺试验时经常使用的手 段 因此 赫尔槽被广泛应用于研究溶液主要成份和添加剂的影响 探明镀液 内部产生故障的原因等 赫尔槽还可用来研究镀液的均镀能力 深镀能力 镀 层的整平性 韧性和耐蚀性等 它对综合评定镀液的性能极为方便 本期主要 介绍为寻找镀液故障原因进行赫尔槽试验的方法 一 赫尔槽的类型一 赫尔槽的类型 根据赫尔槽的槽液容量 一般可以将常用的赫尔槽分成 250ml 267ml 320ml 534ml 1000ml5 种 如图 1 所视 图 1 赫尔槽尺寸图 实际上 250ml 槽和 320m1 槽与 267ml 标准槽是一样的 仅是在槽中液面的高度 不同 250m1 槽液面高度是 45mm 267ml 是 48mm 320ml 是 57mm 634ml 槽是 267m1 槽容量的 2 倍 目前应用较少 在我国目前最普遍使用的是 250ml 的赫 尔槽 在美国主要是使用 267m1 的槽子 其理由是在 267m1 的槽子中添加 2g 药 品 即相当于 1 盎斯 加仑 美国 的浓度 换算比较方便 同样理由 320ml 糟 被采用 是在其中添加 2g 药品 相当于 11 盎斯 加仑 英国 在联邦德国 1968 年 250ml 槽和 lOO0ml 槽已经标准化 国内市场上出售的赫尔槽仪由加热管 袖珍式空气泵 导管 赫尔槽直流可调 电源 电流表 电压表 换向电流开关等组成 空气搅拌和加热管的电源都连 接于特制的整流器上 因此只需应用整流器一个电源 即可进行试验 携带和 移动都比较方便 减少了原来用水浴加热等的麻烦 同时采用空气搅拌试验 也更加符合光亮镀铬等溶液的现场生产情况 目前也有脉冲等更为先进的赫尔 槽产品进入市场销售 二 赫尔槽试验的装置及步骤二 赫尔槽试验的装置及步骤 赫尔槽试验的线路如图 2 所示 图中人为赫尔槽仪 B 为赫尔槽 C 为阳极 D 为阴极试片 赫尔槽阴极试片可用铁片或铜片 尺寸为 6O lOOmm 厚 O 2mm 阳极要根据镀 液类型而选用纯度较高之金属片 尺寸为 63 70mm 厚 1 2mm 试验时将被测 槽液 250m1 倒入洗净的赫尔槽中 放入经充分洗净的阳极和阴极 使之与槽壁 充分密合 将阴阳极连接电源 溶液加热至给定温度 或不加热 决定是否采 用搅拌 然后调节可变电阻至要求的电流密度 镀 5 15min 取出试片 用水 洗净 用滤纸吸于后 以热风吹干 观察镀层 进行分析比较 要注意控制镀液温度在指定的范围内 试验时 要经常注意并保持电流数值的 恒定 防止由于阳极钝化或其他原因使电流下降或上升 直至到达规定试验的 时间 一般为 5 分钟或 10 分钟 特殊情况下可自行决定 时 关闭电源 取出阴 极样板 经充分清洗 干燥 最后将样板上的镀层状况绘图记录或涂上清漆后 保存 如试片要长期保存查考 应在表面涂饰清漆后装订成册 每次试验样板的表面状况 应尽可能相同 以便于对比 为了制作相同表面状 况的阴极样板 一般在试验前将阴极样板用相同的水磨砂纸 如 320 或 400 砂平 砂磨时方向要一致 砂纹要平直 经水磨砂纸砂过的样板 表面有一层 固体微粒 试验前必须彻底冲洗除去 否则试验所得镀层发雾 使试验出现不 正常的现象 图图 2 赫赫尔尔槽槽试验线试验线路路连连接接图图 应该注意 同一镀液试验次数不能太多 一般是 l 3 次 以避免槽液变化过大 影响试验结果 三 赫尔槽试片外观色调的表示方法三 赫尔槽试片外观色调的表示方法 电镀后赫尔槽试片的评定是在试片纵方向下部除去 20mm 上部除去 15mm 以中 间 10mm 为标准 但在杂质少的情况 其它部分也可评定参考 图图 3 赫赫尔尔槽槽试试片的片的评评定定 镀层外观的表示方法如图 4 所示 以上符号如还不足以说明镀层情况 还可配合文字说明 图图 3 3 镀层镀层外外观观的表示方法的表示方法 四 赫尔糟试片上的电流分布四 赫尔糟试片上的电流分布 赫尔槽的最大特点是从阳极到阴极各部分的距离不一样 所以阳极各部分的电 流分布也不均匀 在离阳极近的一端的阴极部分电流密度较高 远的一端电流 密度较低 由于此电流密度分布是由实验得到的 因而随实验者不同而存在区别 槽初次 电流分布可以进行计算 本处省略 只将 250ml 槽中的阴极电流密度分布典型 值如下以供参考 在在 250ml250ml 赫赫尔尔槽中的阴极槽中的阴极电电流分布流分布 距高 电流密度 端的距离 不同电解电流时的阴极电流密度 cm I 1AI 2AI 3AJ 4AI 5A 15 110 215 320 425 5 23 57 O10 514 017 5 32 65 27 810 413 0 41 93 95 87 89 9 51 42 94 35 77 2 61 02 08 14 15 1 70 71 32 02 73 4 80 40 91 11 41 8 9O 10 2O 30 40 5 由表可以看出 赫尔槽阴极样板上近端的电流密度比远端大 50 多倍 这样 做 一次赫尔槽试验 就可以看出相当宽的电流密度范围内镀层质量的状况 五 赫尔槽试验及故障解决方法五 赫尔槽试验及故障解决方法 在多数情况下 赫尔槽能反映生产中的情况 所以一致常用赫尔槽试验来分析 镀镍液的故障 试验分析的方法如下 1 制备镀层样板 先取故障液做试验 将试验所得样板绘图记录或干燥后保存 不同的镀液成分 试验时反映在阴极样板上的镀层状况往往也不同 因此试验前应将镀液搅拌均 匀后取样 向赫尔槽中加原料时 可溶性的固体可直接加入赫尔槽的溶液中 搅拌使之溶解 不宜直接加入镀液的原料 要配制成尽可能浓的溶液 以防溶 液体积显著增大 影响试验的正确性 再取无故障 或新配 的镀液 有意识地分别加入各种不同的杂质进行试验 将 试验所得的各种样板与故障液样对比并把与故障液现象类似或相同的试验反复 多做几次 同时在可能的情况下 对杂质进行定性或定量分析 经过反复试验 和分析有可能找出故障的真正原因 2 验证故障原因 验证的方法是根据已查出的原因 对故障液按正确的方法进行处理 接着对处 理后的镀液再做赫尔槽试验 若试验表明 处理后的镀液已恢复正常 故障已 排除 则前面查出的原因是正确的 否则还需继续试验 直至找出故障的真正 原因为止 3 选择处理方法 找出了故障原因之后 还要选择排除故障的方法 一种故障有时可用几种方法 或一种方法在不同条件下进行排除 要对比一下哪一种处理后的镀液性能最好 哪一种处理费用最少 包括用料和处理后镀液的损耗 哪一种处理过程简便 这些问题均可由赫尔槽试验或辅之其它小试验来确定 应用赫尔槽仪试验寻找 其它镀种镀液的故障原因时 均可参照上述试验方法 一块赫尔槽样板 用文字或符号记录时 必须将试验时的镀液成分和操作条件 写在样板的上方或左方 例如试验光亮镀镍的样板图形如图 1 6 所示 图图 1 6 典型光亮典型光亮镀镍镀镍赫赫尔尔槽槽样样板板图图 上述样板的绘图记录 可以将图中虚线间的镀层状况描绘下来 也可以将样板 上的镀层状况缩小至虚线内描绘下来 前者只记录样板中间 1 厘米宽的镀层状 况 后者记录整块样板 缩小至 1 厘米宽 上的镀层状况 这两种记录方法有 时基本相同 有时则不同 例如有的样板在下部 1 75 厘米内 有条纹 虚线 间却没有条纹 有的样板在 接近液面的部位 上部有针孔或发花 而虚线内 没有针孔或发花 显然在这种情况下 后者能反映整种情况下 后者能反映整块样块样板上的状况 板上的状况 现现将将图图 1 6 所示所示样样板的板的 绘图记录绘图记录示于示于图图 1 7 图图 1 7 典型光亮典型光亮镀镍镀镍赫赫尔尔槽槽样样板板记录图记录图 试验液成份 NiSO4 7H2O300 克 升 NaCl12 克 升 H3BO340 克 升 1 4 丁炔二 醇 0 5 克 升 糖精 1 克 升 十二烷基硫酸钠 0 1 克 升 操作条件 PH 4 4 温度 48 I 1 安 时间 10 分钟 由于赫尔槽阴极的近端和远端 电流密度相差很大 高达几十倍至百余倍 所 以一次赫尔槽试验 可以看到相当宽阔电流密度范围内镀层状况的不同现象 假如镀液中某一成分的变化 操作条件的改变或进入某种杂质能够引起赫尔槽 内阴极样板上镀层状况的变化 那末赫尔槽试验就能用来了解这些因素的变化 情况 所以 赫尔槽试验可用来确定镀液中某些成分的最佳含量 选择适宜的 操作条件 确定镀液中添加剂和杂质的含量 帮助分析故障原因 预测故障和 测定镀液分散能力 深镀能力及整平能力等 用赫尔槽试验分析镀液故障 不但速度快 而且效果好 例如无铵氯化钠光亮 滚镀锌时 镀件上出现了滚桶网眼似的黑圈故障 这时操作人员采取补充光亮 剂 降低镀液 pH 值和稀释镀液等方法 都不能解决问题 故障延续一个多月 后来有人用赫尔槽试验分析故障 不到 2 小时就找到了故障原因 方法是 i 取镀液试验 试验条件 温度 25 1 安 5 4 时间 5 分钟 阴 极样板如图 l 8 所示 图图 1 8 无无铵氯铵氯化化钠镀锌钠镀锌液故障液故障样样板板图图 i 向镀液中分别添加各种成分后试验 试验发现 向镀液中添加 NaCl 故障 现象明显减轻 而添加其他成分时 故障现象没有好转 S iii 逐渐提高 NaCl 含量再试验 当 NaCl 的加入量达 60 克 升时 故障现象完 全消失 aCl 的加入量达 80 克 升时 赫尔槽阴极样板的镀层状况与用正常 镀液时一样 整块样板为均匀光亮的灰白色 试验表明 故障是镀液中 NaCl 含 量偏低而造成的 接着用化学分析方法测定 NaCl 含量 发觉镀液中 NaCl 含量 只有 112 克 升 新配液为 185 克 升 于是向有故障的镀液中补充了计算量的 NaCl 故障就消除了 又如某厂光亮镀镍出现黑色条纹 经多次处理都没有解决问题 停产达 2 个月 之久 后来用赫尔槽试验分析故障 化了一天多时间 就找出了故障的真正原 因 方法是 i 取镀液试验 试验条件 温度 50 2 pH 4 4 1 安 时间 5 分 钟 阴极样板如图 1 9 所示 图图 1 9 光亮光亮镀镍镀镍液故障液故障样样板板图图 经化学分析证实 镀液成分正常 所以认为故障是由杂质引起的 究竟是什么 杂质造成的 试验者新配了 10 升光亮镀镍液以找出某种杂质的影响 其成分为 NiSO4 7H2O300 克 升 NaCl12 克 升 H3BO340 克 升 1 4 丁炔二醇 0 5 克 升 糖精 1 0 克 升十二烷基硫酸钠 0 15 克 升 pH 4 4 i 取新配光亮镀镍液做赫尔槽试验 试验条件 温度 50 2 l 安 时间 5 分钟 阴极样板与图 1 7 基本相同 iii 向新配光亮镀镍液中分别加入 Cu2 Zn2 Pb2 Fe2 Fe3 NO3 Cr2O72 和 PO43 等杂质进行试验 将试验所得样板与故障样板进行比较 结果表明 当 加入 3 和 2 杂质时 赫尔槽阴极样板上出现黑色条纹 但 n2 使样板 的低电流密度区镀层发黑 而且条纹也不在高电流密度区 因此 初步断定是 N 3 的影响 然后取原镀液 进行 NO3 的定性试验 方法是 取 1 支试管 注 入 10 毫升有故障的镀液掖 将试管顿斜 再沿管壁慢慢加入 5 毫升 1 二苯胺 硫酸溶液 用 0 5 克二苯胺与 50 毫升化学纯浓硫酸均匀混合 完全溶解后的溶 液 此时不可摇动 溶液分为两层 若两层液体的交界处出现蓝色环 表明镀 液中有 NO3 存在 定性试验证明 有故障镀液中确实有 NO3 故障的真正原因 找到了 就可对有故障的镀镍液进行电解处理 电解的条件是 H 1 2 温度 65 70 1 安 分米 2 电解 26 小时以后 排除了故障 以上故障 对有丰富实践经验的人来说 只要做 1 2 块赫尔槽样板 就能知道 故障的真正原因 因为高电流密度区有黑色条纹 低电流密度区无镀层是镀镍 溶液中 NO3 杂质在赫尔槽阴极样板上的特征现象 试验时看到这种现象 就可 判断是 NO3 的影响 其实 某些杂质在赫尔槽阴极样板上往往都有特征现象 例如在镀镍溶液中 铜杂质的特征现象是样板的低电流密度区镀层呈灰黑色 锌杂质的特征现象是低电流