电镀基础知识

电镀基础知识,教学课件,第二章电镀工艺流程,第三章镀锌,第四章锌铬酸盐,第五章煮黑,第一章电镀基础,第六章磷化,目录,第七章热浸镀锌,第八章挂镀,第九章镀镍,第十章镀铬,电镀是获得金属保护层的主要方法之一，根据对电镀层不同的要求，电镀层可分为：防护性镀层、防护装饰性镀层、耐磨和减磨镀层、电性能镀层、磁性能镀层、可焊性镀层、耐热镀层、修复用镀层以及一些其它特殊功能性要求镀层。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（以锌为例）是将零件浸在金属盐的溶液中作为阴极，金属锌块作阳极，接通直流电源后，在零件上就会沉积出金属锌镀层。,第一章,返回,一、电镀层的基本要求,要点,1、与基本金属结合牢固，附着力好。2、镀层完整、结晶细致紧密、孔隙率小。3、具有良好的物理、化学及机械性能。4、具有符合标准规定的镀层厚度，而且镀层分布要均匀。,要点,二、电镀工作条件的影响,1、阴极电流密度：任何镀液都有一个获得良好镀层的电流密度范围（上限、下限），超过允许的上限值以后，由于阴极附近严重缺乏金属离子的缘故，在阴极的尖端和逐出处会产生形状如树枝的金属镀层，容易发生“烧焦”现象。,2、电镀溶液温度：当其它条件不变时，升高溶液的温度，通常会加快阴极反应速度和离子扩散速度，降低阴极极化作用，因而会使镀层结晶变粗。,3、搅拌：会加速溶液的对流，使阴极附近消耗了的金属离子得到及时补充和降低阴极的浓差极化作用，因而在其它条件不变的情况下，搅拌会使镀层结晶变粗。,4、电源：电镀生产中常用的电源有整流器和直流发电机。,返回,三、影响镀层分布的因素,1、阴极极化度：阴极电位随阴极电流密度变化而变化的过程，所以当其它条件不变时，极化度较大的镀液其分散能力较好。2、电镀溶液电导度：提高电导度，能提高覆盖能力。3、阴极电流效率。4、电极和镀槽的几何因素。5、基体金属表面状态：析氢采用短时间大电流“冲击”（中碳）。,四、影响阳极过程的主要因素,返回,1、金属本性：铬、镍、钛等易钝化，铜、银等不易钝化。2、溶液成分：一些成分能阳极活化，促使阳极溶解，有些成分会促使阳极电位变心，造成阳极钝化。3、酸碱性：一般酸性较强的溶液中，金属不易钝化。4、工作条件：阴极电流密度对其影响最大，一般情况下，在不大于临界钝化电流度的情况下，提高电流密度可以加速阳极的溶解，反之则加速钝化。低温有利于发生阳极钝化，因为这时的临界钝化电流密度值要比高温时小。,第二章,常见的工艺流程：,前处理,（,化学除油,电化学除油,化学除锈或喷砂,活化,）,电镀,（,镀锌、镍、铜铬等,）,后处理,（,钝化,封闭,脱水,烘干,）,注：每道工序之间都有水洗。,一、前处理,返回,、除油：1、有机溶剂除油：利用有机溶剂能溶解两类油脂的特点。2、化学除油（碱液除油）借助于溶液皂化与乳化作用以达到除去两类油污的目的。所谓皂化就油脂与除油液中的碱起化学反应生成肥皂的过程，动植物油中的主要成份硬脂酸酯与氢氧化钠的化学反应是：（CnH35COO）3C3H5+3NaOH=3CnH35COONa+C3H3（OH）3硬脂酸酯碱肥皂（硬脂酸钠）甘油,返回,3、酸性除油：是由有机或无机酸加表面活性剂混合配制成零件表面上的锈蚀氧化层溶于浸蚀剂中，而油污则借助于表面活性剂的乳化作用而被除去。,4、电化学除油：是将零件挂在碱性电解液的阴极或阳极上利用电解时电极的极化用和产生的大量气体将油污除去。,返回,、浸蚀（也叫除锈或酸洗）,1、硫酸：室温下硫酸溶液对金属氧化物的溶解能力较弱，提高浓度也未有明显反应，当其浓度达到40以上时，对氧化皮几乎不溶解，因此控制在1020（体积比），最适宜浓度25（重量），加温（5060），铁含量不大于60g/l，当超过80g/l，硫酸亚铁超过215g/l时应更换。,返回,3、硝酸：氧化型强酸，为多种光亮浸蚀的重要组成成份。低碳钢在30的硝酸中，溶解的激烈。,2、盐酸：盐酸的除锈能力几乎与浓度成正比，如果浓度达20以上时，基体的溶解速度比氧化物的溶解速度要大得多，盐酸挥发性大。,返回,二、电镀过程见后面章节.,三、后处理见后面章节.（因电镀种类不同而异）,返回,第三章,镀锌层的外观呈表白色，标准电极电位为-0.76V，易溶于酸也溶于碱，是典型的两性金属，锌在干燥空气中几乎不发生变化，锌腐蚀的临界湿度大于70，因此在潮湿大气中能与CO2和O2作用生成一层主要由碱式碳酸锌组成的薄膜，有一定的缓蚀作用，熔点420。,要点,锌的标准电位比铁负，对钢铁而方是阳极性镀层，可提供可靠的电化学保护，锌镀层的使用湿度不超过250，在此湿度以上锌结晶组织变形、发脆、耐蚀性下降。镀锌电解液可分为碱性和弱酸性两大类，常用的有：无氰锌酸盐、氰化物镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌。,返回,一、锌酸盐镀锌,1、氧化锌（电流效率）；,2、氢氧化钠（络合导电作用）；,3、DE.DPE添加剂。,二、氰化镀锌,、氧化锌：提供被沉积的金属离子、氰化钠：络合剂、氢氧化钠：导电、氧化镀锌光亮剂：（例如：氰锌92、,要点,CK840、WD90/890）,三、氯化物镀锌,氯化物镀锌的镀液效率高（95以上）镀层质量好，电镀过程渗氢少，因此可镀弹性零件、镀液对操作人员影响小，不需要抽风装置，管理和维护也较方便，但氯化物镀锌的缺点是对钢铁设备有较大腐蚀性，钝化膜有时发生“变色”现象，但废水处理困难。,要点,成份的作用：,返回,、氯化锌：作为主盐，锌含量的高低对镀层质量影响很大，含量偏高会降低用极极性，使镀层粗糙均镀能力差；含量偏低镀层结晶细均镀能力好。,、氯化铵：为铬合剂是导电盐，又是阳极溶解促进剂。含量高有利于提高溶液的导电能力，从而有利于提高均镀能力；含量偏低会使镀层粗糙。氯化铵含量高会有较多的结晶析出，对镀层造成影响，因此要冬低夏高。,返回,、工艺条件的影响,PH值：严格控制在5.6-6.4范围内。PH值偏高镀液的粘度大，镀层粗糙疏松；偏低阳极上析氢多，电流效率下降，锌阴极溶解加快，使溶液锌含量提高。,温度：控制在15-30，在电镀时温度会逐渐升高，温度高会降低阴极极化作用，阳极溶解加快，镀层粗糙；温度低时氯化铵会结晶析出，沉积速度减慢，镀层边缘容易烧焦。,阴极电流密度：其大小与锌离子浓度、溶液的温度有关，阴极电流密度过大会造成镀件烧焦，滚镀锌会产生与滚桶孔眼相似的黑色小圆点。,要点,、杂质的影响：,在清除有机物时，不宜加H2O2否则会造成镀层发黑而难以纠正。,铜：使镀层发黑粗糙，尤其在电流小的地方。若含量多时，可用小电流电解，也可置换法加入0.5-1g/l锌粉搅拌，2小时内过滤。,铁：镀液中铁杂质有二价铁和在铁，使镀液浑浊发黄，低电流密度处发黑，使镀层粗糙，深度能力显著下降有黑点。,有机物：镀液中表面活性剂与光亮剂的分解产物会越积越多，使镀层的质量显著下降：如发脆、不光亮。加入2-5g/l活性炭过滤。,返回,、钝化,钝化膜组成中三价铬化物是其主要成份，它不溶于水，具有较高的稳定性，是构成膜的“骨架”，使镀层得到很好的保护，三价铬化合物一般呈绿色，它在膜中呈蓝白色。六价铬化合物分布于膜的内部起填充空隙的作用。六价铬的化合物能溶于水，在潮湿介质中，它能逐渐从膜中渗出。溶于膜表面凝结的水中形成铬酸，具有使镀层再钝化的性能。当钝化膜受轻度损伤时，可溶性的六价化合物会使该处再钝化，抑制受伤部位锌镀层的腐蚀。六价铬的化合物一般呈黄色或橙色与三价铬化合物一起，形成彩虹色。,返回,、钝化药液各种成份和工艺条件的影响,铬酸酐：是形成钝化膜的主要成份。含量低：膜呈灰白色，抗腐蚀差。适当提高铬酐含量，能使膜光亮，提高抗腐蚀；过高：膜会出现淡的彩虹色。,硝酸：在钝化液中起化学抛光作用。含量低：膜不光亮；含量高：光亮度提高，但镀层溶解剧烈，抗腐蚀性能下降。,硫酸：可以提高总酸度，但对成膜和化学抛光不利。硫酸过少或没有硫酸膜黑暗而不牢；过高抗腐蚀性也降，会出现蓝色发糊。,返回,氟化物：增加化学抛光作用，使钝化膜细致光亮，但含量过高膜会发暗发雾。,三氯化铬：新建浴时要加入，使膜呈蓝白色，由于在钝化过程中六价铬会不断还原成三价铬，使用中不再加，当三价铬含量过高时容易发雾（或者用锌粉）。,钝化膜的封闭：在钝化后经清洗再在含铬酸酐0.2-0.3g/l的热水中浸渍（80-100），可提高盐雾。,钝化液的老化：钝化液在使用后锌含量不断提高，当含量达到15g/l时，就达到容许的极限需冲淡或重新更换。,要点,、硝酸活化：硝酸起化学抛光作用。含量高加速镀层的溶解，含量低则光亮度差。、烘干老化：钝化膜经烘干后才具有好抗蚀性。、除氢处理：零件在酸洗阴极电解除油及电镀过程中都可能在镀层和基体金属的晶格中渗氢，造成晶格扭歪，内应力增大产生脆性（称为氢脆）。除氢通常镀好4h内放入烘箱温度为200-250，时间2-3h。、目前我司还有黑色钝化和军绿色钝化等新工艺。,返回,第四章,锌铬酸盐作业是将制品浸渍在锌铬酸盐药液中，使工件表面涂覆一层保护层，然后烘干的处理方法，防锈效果强，锌铬涂层是一种新型的耐腐蚀涂层，与传统的热浸镀锌相比，锌铬涂层不仅耐腐蚀性能好，无氢脆，而且在生产过程中，对环境无污染。锌铬涂层目前已被国家环保总局批准为重点环境保护实用技术推广。在国内汽车、桥梁、隧道、机电军事等诸多行业已广泛使用。,返回,喷砂浸药离心翻料离心,一、工艺流程：,翻料烘干浸药离心翻料,离心翻料烘干出料,返回,二、操作规范：1、药液的配比：A剂：8.3公斤B剂：11.7公斤HEC增粘剂：50-80克2、A剂使用1/21HP可调速搅拌机搅拌，让搅拌机完全将药液搅拌均匀。3、称取B剂11.7公斤（必须戴耐酸手套和口罩），平均分3次分别慢慢加入正在搅拌中的A剂桶内，每次加入时间间隔为35分钟，温度不可超过45，并确认A剂全部搅拌均匀。4、待B剂加入后，搅拌机继续快速搅拌2小时后，再慢慢加入增粘剂5080克，再维持快速搅拌4小时，然后放慢搅拌18小时以利脱泡。5、搅拌完成倒入现场药槽时，必须使用100目以上的不锈钢网震动机过滤。,返回,产品表面无油渍，否则会使钢丸有油无法将产品处理干净，喷砂机中的砂量可以根据电流表来判断，一般电流在1020A之间表示正常，喷砂时间可根据产品的锈蚀情况来进行调整，入料量不超过喷砂机叶轮的下口，因在生产过程中，会有少量的砂粒被撞碎，所以要适时添加砂丸，如若砂丸变得很脏或破碎严重则应换掉，注意打开喷砂机门盖时要停稳后，位置正确时方向打开，集尘袋要及时清理干净。工作时要根据不同的工件来调整收砂时间。,三、喷砂要求：,返回,1、开机工作时要将药桶内温度调到2530，粘度在55-85秒要搅拌均匀，产品浸泡时间在1020秒，因在生产中会有少量的砂粒带入桶中，所以，浸药桶内药液需每周过滤一次，做螺帽时则须多过滤，以防砂粒沉积在牙纹当中，生产过程中要随时测量药液的温度、粘度。2、离心的目的是使涂层能均匀，表面堆积物少，从而达到控制膜厚之作用，膜厚主要依靠离心时间和速度来控制（离心速度是通过调频来控制）。3、翻料：小螺丝从磁铁输送带上经过，这样可以保证螺丝在网带上的均匀性：大螺丝为了防止牙伤，则要直接倒在网带上，然后铺开。,四、浸药,返回,控制好炉温是保证品质的关键，所以不同的产品有不同的要求：1、M8以上前段炉温130180中段炉温320350后段炉温1201502、M8以下前段炉温130180中段炉温3205后段炉温120150生产过程中随时注意炉温的变化，检查瓦燃烧情况，防止阀门、管道泄露现象。,五、烘干,返回,1、随时检查：A外观光滑、平整、无塞孔、色泽均匀.B规格是否一致，有无混料.2、将产品按要求放到指定地点（一涂一烘区、二涂二烘区、成品区），严禁乱放.,六、出料,返回,每批抽样做快速腐蚀实验、中性盐雾实验，根据客户要求有时必须做涂覆量，测量膜厚，做耐水实验、耐湿热实验等。,七、检测,返回,第五章,煮黑俗称发蓝（发黑），是将工件浸入浓苛性钠溶液中，在130以上的高温下氧化处理，氧化膜的主要成份是磁性氧化铁(Fe3O4），因氧化膜呈黑色或蓝黑色而故称发蓝（发黑）。,要点,入料除油水洗酸洗水洗,水洗浸油脱油出料,一、目前我司工艺流程为：,煮黑,返回,1、脱脂除油：温度6590。2、酸洗：、低碳螺丝盐酸浓度6%-10%；、经热处理过螺丝盐酸浓度10%20%，因经过热处理产品有的氧化皮很厚，无法将之洗净，特别是半牙螺栓杆部，有部分全牙螺栓颈部以及部分螺栓头部氧化皮洗不掉发红，经煮黑槽时，因药液无法与基体铁发生反应，故呈现出固有本色红色，如若加强酸度，延长酸洗时间，固然可将红色氧化皮洗掉，但螺栓已腐蚀。所以酸洗至关重要，否则无法达到效果。,二、工艺控制：,返回,3、煮黑槽：主要成份是NaOH、NaNO2、NaOH含量影响钢铁的氧化速度。含碳量高的氧化速度快，温度可低一点（130138），时间可缩短。低碳钢氧化速度慢，要采用较高浓度的NaOH，温度要在140以上，但当NaOH含量过高时，氧化膜疏松，易出现红色挂灰。NaNO2是氧化剂，提高浓度可加速氧化，使膜层致密牢固。4、浸油：经发黑后，工件表面氧化膜有孔隙，为提高其耐蚀性，要浸入防锈油，填充其孔隙。,返回,由发黑工艺流程可以看出，造成产品发红的地方有两处：一是酸洗不净的氧化皮，另一种是煮黑槽NaOH含量偏高造成红色挂灰产品发红。但两种发红产品有明显的区别；首先，外观上氧化皮未洗掉的集中在杆部和颈部（全部是中碳或经热处理过的，低碳不存在此种现象），而红色挂灰主要集中在牙纹上（低碳、中碳都会出现）；其次，前者发红用强酸有时也很难将其洗掉，而后者在弱酸中短时间内可先净。,返回,初步分析：,热处理前处理无法将螺栓表面清除干净。如酸洗磷化膜保护层，伸线时的润滑剂等聚集在螺丝表面，经热处理高温以后，氧化成一种难溶于酸的物质，从螺栓部位看，主要在杆部和颈部。牙纹处经过辗牙已将螺栓表面清除干净，留在其表面的只是润滑油，所以在热处理前处理时很容易将油除去，而对于磷化膜和润滑剂等除之不去。,一、进料因在后道工序黑化槽中，各种螺丝对黑化剂的消耗易不一样，为了保持产品色泽均匀，所以在入料时要做到：、粗细牙分开；、2寸以上的产品单独处理；、重镀、转镀品要单独处理；、为避免混料，要将进料斗、滚桶清理干净。,第六章,脱脂作为首道工序，尤其重要，除油不净，后面无法将产品处理好，脱脂槽4.5吨，建浴标准片5包+脱脂剂10包，每生产12小时后加片碱1包，热脱脂剂2包，保持溢流，同时要及时舀去溢流槽表面浮油，温度6585为宜，过高对滚桶有很大影响，水洗彻底流入下一工序，脱脂槽2周清理一次。,二、脱脂除油,酸洗槽4.5吨，建浴时1/3水+2/3HCL，保持浓度在20-25%，同时每加入1吨的HCL要加盐酸抑制剂（0.1%），每生产23小时，加入盐酸400600kg，根据酸洗情况适量掌握浓度，否则如若酸洗时长，对产品造成腐蚀，牙外径偏小，时间过短或浓度偏低，酸洗不净造成产品不良（头部白斑）。,三、强酸洗,另外，在酸洗过程中，由于铁的溶解使槽中铁离子逐渐增多，超过100120g/l时，盐酸对螺丝的腐蚀急剧下降，所以，要定期地清洗盐酸槽（每周清理建浴一次），由于在酸洗过程中会放出氢气，所以在酸槽边缘要杜绝火种，若着火要将酸槽内螺丝吊出再进行扑灭。,弱酸槽作为过渡槽，其目的就是保证螺丝在水中不易生锈，该槽4.5吨，建浴时加入HCL200300kg，每天生产时加入100kg左右的稀HCL即可，因该槽中有盐酸的存在，铁离子也会逐渐增多，所以每周要清理一次，水洗耳恭听彻底方可流到下一工序。,四、弱酸槽,黑化槽是决定产品颜色的关键，控制好黑化槽尤为重要，黑化槽3吨，建浴标准黑化剂60kg+HCL12kg视色泽情况再适当添加，粗牙产品消耗比细牙产品大，规格小的产品比规格大的产品消耗量大，生产时外置槽配比同黑化槽，由PLC控制，每滚定量加黑化剂稀释液10kg，HCL稀释液10kg，同时保持槽内溢流，注意黑化剂与HCL比例不能失调，每生产12小时要彻底清槽，重新建浴。当黑化剂浓度太高时，黑化层厚度疏松多孔，经磷化后不耐腐蚀，浓度偏低，黑化不上达不到效果，产品在黑化槽黑化时间约为10分钟。,五、黑化槽,该槽主要作用是将黑化后之产品表面多余黑化层洗去同时使黑化层紧密，达到防锈效果，反应槽1.5吨，建浴时加入HCL1415kg，生产过程中每滚添加相同比例的稀HCL10kg，同时保持溢流，每12小时清理一次水洗干净，流入下一工序。,六、反应槽,工件在磷化液中经过化学反应，在其表面形成了一层不溶于水的磷酸盐皮膜，磷化膜是由一系列大小不同的晶体组成，在晶体的连接点上形成细小裂纹的多孔结构，磷化后基体金属的硬度、磁性等均保持不变，所以，有助于提高攻速。,七、磷化槽,建浴（4.5吨）；先注入2/3的H2O，加热60倒入磷酸皮膜剂14桶（420kg），搅拌均匀，再加H2O到工作面。加温到8590。测游离酸值为6.08.0即可生产。因新建槽含Fe2+少，故游离酸要取下限，随着铁份增加而提高游离酸。工艺控制：温度8590（游离酸6.08.0）温度低沉积速度慢、膜层薄、耐蚀性差；温度高磷化层厚、结晶大，过高Fe2+易氧化成Fe3+，加大沉淀物，令溶液不稳定。游离酸（6.58.0）：其作用促使铁的溶液，以形成较多的晶核，使膜结晶细致，但过高与铁作用加快，会析氢、磷化困难、结晶粗糙疏松、耐蚀性差；过低泥渣多，并产生粉状附着物，膜层薄。,Fe2+提高耐蚀性，有利于提高磷化过程和细化结晶,Fe2+含量过高导致磷化结晶粗大，表面有白色浮灰.Fe2+易被氧化成Fe3+沉淀，令磷化液混浊、沉渣多。皮膜剂添加量：自动补给每滚2200ml。若超过工艺范围则应迅速调整，温度加不起来要清槽，铁份过高要放流。,其主要作用是利用热水将磷化膜孔隙内残留酸性物质排挤出来。其温度控制在（7090），每天要将热水更换一次，工作时要保持溢流。,八、热水槽,是磷化处理的后道工序，其主要作用将产品浸入到防锈油中，使磷化膜的孔隙达到填充，从而达到防锈之目的。因在生产过程中有大量的水带入，所以要每2小时将油水分离一次，保持防锈油的纯度。防锈油的液面要在工作面以上，以保证每个产品都能浸到防锈油。,九、油槽,十、出料出料员要检测产品外观，色泽不均、发红、头部白斑等不良之产品不要流入下制程。同时检查有无混料，特别要将篮内螺丝要倒净。,十一、盐雾实验中性盐雾实验56小时以上。,热浸镀锌（表面处理）是将制品浸于517-522之高温锌液槽内，使镀件表央产生锌膜保护的处理方法，其目的赋予制品表面美观、防蚀的效果。,第七章,一、作业说明,入料热脱脂水洗酸洗FLUX槽助溶剂烘干热浸镀锌手打或离心机第一次氯化铵冷却第二次清水冷却出料,二、作业流程,1、进料：、长短大小规格不同不得放在一起生产，每桶之间规格不要相差太大。、机械牙螺栓、螺母和木螺丝不得空插在一起生产（机械牙螺栓、螺母后面可以任意转换规格，而木螺丝后面只能做木螺丝。）2、脱脂槽（3600公升）平均每月建浴清理二次，不作记录。、脱脂剂（200KG）、片碱（150KG）、作业浓度控制在8%-15%，温度为60-85。、注意油水分离是否良好，并随时支除杂质及浮油，处理后其表面应不残留任何油脂异物。、片碱应于上班前添加于溢流槽内较安全。,三、前处理作业,3、除锈槽（2400公升）平均每星期建浴及清理一次，不作记录。盐酸加水后浓度为3%-18%，处理中碳螺栓、螺帽，盐酸浓度保持在3%-5%，并加0.2%盐酸抑制剂。注：每天上班前须注意油污去除并添加适量的水与盐酸。,4、FLUX槽（助溶剂600公升）每3个月至少清理一次，不作记录。、其主要成份是氯化铵，浓度为17-25%，比重值为1.0-1.1，处理温度为60-80，处理时间为1-5分钟。、因为其浸泡后会与空气产生氧化作用影响成品品质，故尽量避免处理后停留时间过长。,5、烘干机温度控制在60-110，让每一个预镀件都能充分干燥，避免因其表面未干，而在进行高温浸镀过程中引起爆炸，致使锌液飞溅，违返回安全规范操作，造成事故。,6、镀前自主检查理顺上下工序之衔接环节，确保安全高效之作业生产。、检视预镀件必须干净且干燥充分。、依预镀件规格大小选择合适冶具。、检视有无混料现象，以免忽视其规格差异而造成与生产条件不符的错误作业，致使制品浪费。,四、热浸镀锌槽,其成份是锌98.5%以上及其它铝铅元素混合而成，锌液温度为517-522，浸镀时间视镀件规格大小在40-120秒之间。,、产品有特殊要求之膜厚时，则应相应增加浸镀时间。如在人力允许的条件下，适当增加冶具只数亦可达到延长浸镀时间的目的。,、在浸镀作业时动作正确，避免镀件掉入锌槽或地上造成损失。,、正确调整浸镀操作时间，避免膜厚不足或过厚。,、在下班前必须清除残留在镀槽内所沉淀之锌渣或工件，将其全部捞出。,五、后处理,、分离机离心处理：镀件由镀件槽取出时，有些部位锌层有不均匀附着或多余现象须用离心机清除。、除去多余