电镀.docx

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电镀

电镀

电镀（Electroplating）就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。

电镀的概念

　　电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。

为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。

电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。

电镀能增强金属的抗腐蚀性（镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性和表面美观。

电镀的作用

　　利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。

电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。

通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。

　　此外，依各种电镀需求还有不同的作用。

举例如下：

　　1.镀铜：

打底用，增进电镀层附着能力，及抗蚀能力。

　　2.镀镍：

打底用或做外观，增进抗蚀能力及耐磨能力，（其中化学镍为现代工艺中耐磨能力超过镀铬）。

　　3.镀金：

改善导电接触阻抗，增进信号传输。

　　4.镀钯镍：

改善导电接触阻抗，增进信号传输，耐磨性高于金。

　　5.镀锡铅：

增进焊接能力，快被其他替物取代（因含铅现大部分改为镀亮锡及雾锡）。

　　电镀是利用电解的原理将导电体铺上一层金属的方法。

　　除了导电体以外，电镀亦可用于经过特殊处理的塑胶上。

　　电镀的过程基本如下：

　　把镀上去的金属接在阳极

　　要被电镀的物件接在阴极

　　阴阳极以镀上去的金属的正离子组成的电解质溶液相连

　　通以直流电的电源后，阳极的金属会氧化（失去电子），溶液中的正离子则在阴极还原（得到电子）成原子并积聚在阴极表层。

　　电镀后被电镀物件的美观性和电流大小有关系，电流越小，被电镀的物件便会越美观；反之则会出现一些不平整的形状。

　　电镀的主要用途包括防止金属氧化（如锈蚀）以及进行装饰。

不少硬币的外层亦为电镀。

　　电镀产生的污水（如失去效用的电解质）是水污染的重要来源。

电镀工艺目前已经被广泛的使用在半导体及微电子部件引线框架的工艺。

　　VCP：

垂直连续电镀，目前电路板使用的新型机台，比传统悬吊式电镀品质为佳。

电镀的材料要求

　　镀层大多是单一金属或合金，如钛靶、锌、镉、金或黄铜、青铜等；也有弥散层，如镍-碳化硅、镍-氟化石墨等；还有覆合层，如钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等。

电镀的基体材料除铁基的铸铁、钢和不锈钢外，还有非铁金属，或ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料电镀前，必须经过特殊的活化和敏化处理。

电镀的原理

  电镀原理图

在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极联接。

电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。

通电后，电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。

阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。

在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。

电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。

电镀时，阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。

电镀的要素

　　电镀的要素：

1.阴极：

被镀物，指各种接插件端子。

2.阳极：

若是可溶性阳极，则为欲镀金属。

若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白金，氧化铱）。

3.电镀药水：

含有欲镀金属离子的电镀药水。

4.电镀槽：

可承受，储存电镀药水的槽体，一般考虑强度，耐蚀，耐温等因素。

5.整流器：

提供直流电源的设备。

电镀生产的基本工序

　　（磨光→抛光）→上挂→脱脂除油→水洗→（电解抛光或化学抛光）→酸洗活化→（预镀）→电镀→水洗→（后处理）→水洗→乾燥→下挂→检验包装

电镀生产的工作条件

　　电镀工作条件是指电镀时的操作变化因素，包括：

电流密度、温度、搅拌和电源的波形等。

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，获得良好镀层的最小电流密度称电流密度下限，获得良好镀层的最大电流密度称电流密度上限。

一般来说，当阴极电流密度过低时，阴极极化作用小，镀层的结晶晶粒较粗，在生产中很少使用过低的阴极电流密度。

随着阴极电流密度的增大，阴极的极化作用也随之增大（极化数值的增加量取决于各种不同的电镀溶液），镀层结晶也随之变得细致紧密；但是阴极上的电流密度不能过大，不能超过允许的上限值（不同的电镀溶液在不同工艺条件下有着不同的阴极电流密度的上限值），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，在阴极的尖端和凸出处会产生形状如树枝的金属镀层、或者在整个阴极表面上产生形状如海绵的疏松镀层。

在生产中经常遇到的是在零件的尖角和边缘处容易发生“烧焦”现象，严重时会形成树枝状结晶或者是海绵状镀层。

2.电镀溶液温度

　　当其它条件（指电压不变，由于离子扩散速度加快，电流会增大）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，因而也会使镀层结晶变粗。

但是不能认为升高溶液温度都是不利的，如果同其它工艺条件配合恰当，升高溶液温度也会取得良好效果。

例如升高温度可以提高允许的阴极电流密度的上限值，阴极电流密度的增加会增大阴极极化作用，以弥补升温的不足，这样不但不会使镀层结晶变粗而且会加快沉积速度，提高生产效率。

此外还可提高溶液的导电性、促进阳极溶解、提高阴极电流效率（镀铬除外）、减少针孔、降低镀层内应力等效果。

3.搅拌

　　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，因而在其它条件相同的情况下，搅拌会使镀层结晶变粗。

　　采用搅拌的电镀液必须进行定期或连续过滤，以除去溶液中的各种固体杂质和渣滓，否则会降低镀层的结合力并使镀层粗糙、疏松、多孔。

4.电源

　　电镀生产中常用的电源有整流器和直流发电机，根据交流电源的相数以及整流电路的不同可获得各种不同的电流波形。

例如单相半波、单相全波、三相半波和三相全波等。

实践证明，电流的波形对镀层的结晶组织、光亮度、镀液的分散能力和覆盖能力、合金成分、添加剂的消耗等方面都有影响，故对电流波形的选择应予重视。

目前除采用一般的直流电外，根据实际的需要还可采用周期换向电流及脉冲电流。

典型电镀技术介绍

1.无氰碱性亮铜

　　在铜合金上一步完成预镀与加厚，镀层厚度可达10μm以上，亮度如酸性亮铜镀层，若进行发黑处理可达漆黑效果，已在1万升槽正常运行两年。

　　能完全取代传统氰化镀铜工艺和光亮镀铜工艺，适用于任何金属基材：

纯铜丶铜合金丶铁丶不锈钢丶锌合金压铸件、铝丶铝合金工件等基材上，挂镀或滚镀均可。

2.无氰光亮镀银

　　普通型以硫代硫酸盐为主络合剂，高级型以不含硫的有机物为主络合剂。

全光亮镀层厚度可达40μm以上，镀层表面电阻~41μΩ·㎝，硬度～HV101.4，热冲击250℃合格，非常接近氰化镀银的性能。

3.无氰自催化化学镀金

　　主盐采用Na3[Au（SO3）2]，金层厚度可达1.5μm，已用在高密度柔性线路板和电子陶瓷上镀金。

4.非甲醛自催化化学镀铜

　　用于线路板的通孔镀和非导体表面金属化。

革除有毒甲醛代之以廉价无毒次磷酸盐，目前国内外尚无商业化产品。

已基本完成实验室研究，沉积速度3~4μm/h，寿命达10循环（MTO）以上，镀层致密、光亮。

但有待进一步完善和进行中试考验。

5.纯钯电镀

　　Ni会引发皮炎，欧盟早已拒绝含Ni饰品进口，钯是最佳的代Ni金属。

本项目完成于1997年，包括二种工艺，一是薄钯电镀，厚度0.1~0.2μm，已用在白铜锡上作为防腐装饰性镀层和防银变色层；二是厚钯电镀，厚度达3μm无裂纹（目前的国际水平），因钯昂贵，目前尚未进入国内市场。

6.三价铬锌镀层蓝白和彩色钝化剂

　　以三价铬盐代替致癌的六价铬盐。

蓝白钝化色泽如镀铬层，通过中性盐雾实验24小时以上，一些特殊处理的可达到中性盐雾试验96小时以上，已经历了十年的市场考验。

彩色钝化相较蓝白钝化，色泽鲜艳，其中性盐雾试验时间较蓝白钝化高出许多，可达到48至120小时。

7.纯金电镀

　　主盐为K[Au（CN）2]，属微氰工艺。

镀层金纯度99.99%，金丝（30μm）键合强度>5g，焊球（25μm）抗剪切强度>1.2Kg。

努普硬度H<90，已用于高密度柔性线路板镀金。

8.白钢电镀

　　有Pd（60）Ni（40）和Pd（80）Ni（20）两种，已在电子产品中用作代金镀层和防银变色层。

9.纳米镍

　　应用纳米技术研发的环保型产品，能完全取代传统氰化镀铜预镀和传统化学镍，适用于铁件、不锈钢、铜、铜合金、铝、铝合金、锌、锌合金、钛等等，挂镀或滚镀均可。

10.高速镀铬

　　节省成本、高镀速、高耐磨、高抗腐蚀性能。

不但可提高电流效率，更可增强耐磨和抗腐蚀性能。

适用于任何镀硬铬处理，包括；微裂纹铬,乳白铬，也可用于光亮铬等。

质量好、工艺稳定、生产效率高、节约能源、经济效益显着。

11.其它技术

　　贵金属金、银、钯回收技术；金刚石镶嵌镀技术；不锈钢电化学和化学精抛光技术；纺织品镀铜、镀镍技术；硬金（Au-Co，Au-Ni）电镀；钯钴合金电镀；枪黑色Sn—Ni电镀；化学镀金；纯金浸镀；化学沉银；化学沉锡。

电镀方式

　　电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。

挂镀适用于一般尺寸的制品，如汽车的保险杠，自行车的车把等。

滚镀适用于小件，如紧固件、垫圈、销子等。

连续镀适用于成批生产的线材和带材。

刷镀适用于局部镀或修复。

电镀液有酸性的、碱性的和加有铬合剂的酸性及中性溶液，无论采用何种镀覆方式，与待镀制品和镀液接触的镀槽、吊挂具等应具有一定程度的通用性。

镀层分类

镀层分为装饰保护性镀层和功能性镀层两类。

装饰保护性镀层

　　主要是在铁金属、非铁金属及塑料上的镀铬层，特别是钢的铜-镍-铬层，锌及钢上的镍-铬层。

为了节约镍，人们已能在钢上镀铜-镍/铁-高硫镍-镍/铁-低固分镍-铬层。

与镀铬层相似的锡/镍镀层，可用于分析天平、化学泵、阀和流量测量仪表上。

功能性镀层

　　这种镀层种类很多，如：

①提高与轴颈的相容性和嵌入性的滑动轴承罩镀层，铅-锡，铅-铜-锡，铅-铟等复合镀层；②用于耐磨的中、高速柴油机活塞环上的硬铬镀层，这种镀层也可用在塑料模具上，具有不粘模具和使用寿命长的特点；③在大型人字齿轮的滑动面上镀铜，可防止滑动面早期拉毛；④用于防止钢铁基体遭受大气腐蚀的镀锌;⑤防止渗氮的铜锡镀层;⑥用于收音机、电视机制造中钎焊并防止钢与铝间的原电池腐蚀的锡-锌镀层。

适用于修复和制造的工程镀层，有铬、银、铜等，它们的厚度都比较大，硬铬层可以厚达300微米。

电镀电源

电源组成

　　主电路主要包括主变压器、功率整流器件和一些检测、保护装置等。

电镀电源中的主变压器是将交流电源电压降低为电镀工艺所需要的电压值。

晶闸管整流器中使用的是工频（50Hz）变压器，高频开关电源中使用的是高频（10～50kHz）变压器。

检测装置包括电压表、电流互感器等。

保护装置主要是用于功率整流器件的过流保护。

　　控制电路主要包括晶闸管或IGBT等的触发控制电路，电源的软启动电路，过流、过压保护电路，电源缺相保护电路等。

电源特点

　　1、节能效果好

　　开关电源由于采用了高频变压器，转换效率大大提高，正常情况下较可控硅设备提高效率10%以上，负载率达70%以下时较可控硅设备提高效率30%以上。

　　2、输出稳定性高

　　由于系统反应速度快（微秒级），对于网电及负载变化具有极强的适应性，输出精度可优于1%。

开关电源的工作效率高、所以控制精度高，有利于提高产品质量。

　　3、输出波形易于调制

　　由于工作频率高，其输出波形调整相对处理成本较低，可以较方便的按照用户工艺要求改变输出波形。

这样对于工作现场提高工效，改善加工产品质量有较强作用。

　　4、体积小、重量轻

　　体积与重量为可控硅电镀电源的1/5-1/10，便于规划、扩建、移动、维护和安装。

附1.材料和设备术语

　　1阳极袋：

用棉布或化纤织物制成的套在阳极上，以防止阳极泥渣进入溶液用的袋子。

　　2光亮剂：

为获得光亮镀层在电解液中所使用的添加剂。

　　3阻化剂：

能够减缓化学反应或电化学反应速度的物质。

　　4表面活性剂：

在添加量很低的情况下也能显著降低界面张力的物质。

　　5乳化剂：

能降低互不相溶的液体间的界面张力，使之形成乳浊液的物质。

　　6络合剂：

能与金属离子或含有金属离子的化合物结合而形成络合物的物质。

　　7绝缘层：

涂于电极或挂具的某一部分，使该部位表面不导电的材料层。

　　8挂具（夹具）：

用来悬挂零件，以便于将零件放于槽中进行电镀或其他处理的工具。

　　9润湿剂：

能降低制件与溶液间的界面张力，使制件表面容易被润湿的物质。

　　10添加剂：

在溶液中含有的能改进溶液电化学性能或改善镀层质量的少量添加物。

　　11缓冲剂：

能够使溶液PH值在一定范围内维持基本恒定的物质。

　　12移动阴极：

采用机械装置使被镀制件与极杠一起作周期性往复运动的阴极。

附2.测试和检验相关术语

　　1不连续水膜：

通常用于表面被污染所引起的不均匀润湿性，使表面上的水膜变的不连续。

　　2孔隙率：

单位面积上针孔的个数。

　　3针孔：

从镀层表面直至底层覆盖层或基体金属的微小孔道，它是由于阴极表面上的某些点的电沉积过程受到障碍，使该处不能沉积镀层，而周围的镀层却不断加厚所造成。

　　4变色：

由于腐蚀而引起的金属或镀层表面色泽的变化（如发暗、失色等）。

　　5结合力：

镀层与基体材料结合的强度。

　　6起皮：

镀层成片状脱离基体材料的现象。

　　7剥离：

某些原因（例如不均匀的热膨胀或收缩）引起的表面镀层的破碎或脱落。

　　8桔皮：

类似于桔皮波纹状的表面处理层。

　　9海绵状镀层：

在电镀过程中形成的与基体材料结合不牢固的疏松多孔的沉积物。

　　10烧焦镀层：

在过高电流下形成的颜色黑暗、粗糙、松散等质量不佳的沉积物，其中常含有氧化物或其他杂质。

　　11麻点：

在电镀或腐蚀中，与金属表面上形成的小坑或小孔。

　　12粗糙：

在电镀过程中，由于种种原因造成的镀层粗糙不光滑的现象。

　　13镀层钎焊性：

镀层表面被熔融焊料润湿的能力。

附3.镀锌

　　电镀锌：

就是利用电解，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。

　　与其他金属相比，锌是相对便宜而又易镀覆的一种金属，属低值防蚀电镀层。

被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，并用于装饰。

镀覆技术包括槽镀（或挂镀）、滚镀（适合小零件）、自动镀和连续镀（适合线材、带材）。

　　目前，国内按电镀溶液分类，可分为四大类：

1．氰化物镀锌

　　由于（CN）属剧毒，所以环境保护对电镀锌中使用氰化物提出了严格限制，不断促进减少氰化物和取代氰化物电镀锌镀液体系的发展，要求使用低氰（微氰）电镀液。

采用此工艺电镀后，产品质量好，特别是彩镀，经钝化后色彩保持好。

2．锌酸盐镀锌

　　此工艺是由氰化物镀锌演化而来的。

目前国内形成两大派系，分别为：

a）武汉材保所的”DPE”系列；b）广电所的”DE”系列。

都属于碱性添加剂的锌酸盐镀锌；PH值为12.5~13。

采用此工艺，镀层晶格结构为柱状，耐腐蚀性好，适合彩色镀锌。

3．氯化物镀锌

　　此工艺在电镀行业应用比较广泛，所占比例高达40%。

钝化后（兰白）可以锌代铬（与镀铬相媲美），特别是在外加水溶性清漆后，外行人是很难辩认出是镀锌还是镀铬的。

此工艺适合于白色钝化（兰白，银白）。

4．硫酸盐镀锌

　　此工艺适合于连续镀（线材、带材、简单、粗大型零、部件）。

成本低廉。

附4.溶液泄漏的原因及预防

1.原因分析

（1）严防镀液加温过高。

当镀液加温过高时，镀液会加速蒸发和分解，气雾中含有高浓度的溶质成分。

这时会严重污染环境，尤其是酸、碱气雾，氰化物和铬雾对环境的影响和人体危害会更大。

（2）严格防止镀液被排风机吸走。

当排风机配备不当（规格过大），镀液液位过高（离槽沿过近），这时镀液容易被吸走，在槽盖未启开之前尤为严重，既引起环境污染，又会造成镀液损耗，出现这种情况时要及时采取措施予以解决，如降低镀液液位，调整吸风口宽度，在室外的排风机之前的管道下方设一个集液器，以便收集吸入的镀液或冷凝水。

　　（3）减轻镀液大处理时的损耗。

镀液大处理过程中若不加以注意，则镀液的损耗量是相当大的，通常的损耗量达2%～3%，即1000L镀液经处理之后往往需补充20～30L纯净水，及相应的化工材料，才能恢复到原来的液位和原来的浓度，操作时若能细心一点，机械过滤与手工过滤相配合，让镀液尽可能由槽底的沉淀物中滤出来，则可大大减轻镀液的损耗，从而既节省材料的损耗，又能大大改善对环境的污染程度。

　　（4）防止镀槽、加温（冷却）管渗漏造成污染。

电镀槽或加温（冷却）管渗漏往往会造成严重污染，其渗漏原因随制造材料及不同镀种各有区别。

二、采取措施

　　1．预防方法：

在靠近阳极的槽壁竖块耐温玻璃或塑料板，起到隔断阳极板与槽衬的接触，减轻腐蚀机会。

补救方法：

在铁质外壳槽的液位以下3～5cm处钻个声l～1．5mm的小孔，当内衬铅槽（也包括内衬塑料槽）损坏时，镀铬溶液即会由此射出，通过这一信号即可知道内衬槽已损坏，可当即进行修复，从而可以避免更大事故的发生。

　　2．铅质加温（降温）管的渗漏原因及预防方法。

铅质加温（降温）管的渗漏原因与铅质衬槽渗漏有某些相似，但它还有因承受压力引起膨胀而造成损裂的可能，铅管渗漏对环境的危害同样很厉害，一旦渗漏即有可能使槽内溶液随蒸汽或水射出槽外，若回汽回人锅炉，则危害性更大，有可能为此而毁坏锅炉而发生更大事故。

　　3．塑料镀槽渗漏原因及预防方法。

塑料镀槽渗漏多由焊接质量欠佳引起，其中也不排除使用时人为因素。

附5.局部电镀及其工艺方法。

　　通常按其施镀面积可将电镀分为全部镀和局部镀两种。

许多需局部电镀的零件就要对其非镀面进行绝缘保护，这就要用不同的局部绝缘方法来满足施工的技术要求，以保证零件非镀面不会镀上镀层，尤其是有特殊要求的零件。

　　根据日常的工作经验，现介绍电镀中常用的几种局部电镀工艺方法。

1.包扎法

　　这种方法是用胶布或塑料的布条、胶带等材料对非镀面进行绝缘保护，其包扎的方法根据零件的形状而定。

包扎法适用于简单零件，特别是形状规则的圆形零件。

包扎法是最简单的绝缘保护方法。

2.专用夹具法

　　专用夹具法，又叫仿形夹具法。

也就是说，对于某些形状比较复杂的零件，可以仿照零件的形状设计出专用的绝缘夹具，从而可大大提高生产效率。

如轴承内径或外径进行局部镀铬时，就可以设计一种专用的轴承镀铬夹具，且这种夹具还可以重复多次使用。

3.蜡剂保护法

　　用蜡制剂绝缘的特点是，与零件的粘接性能好，使用温度范围宽，绝缘层的端边不会翘起，因此，适用于对绝缘端边尺寸公差要求高、形状较复杂的零件。

此外，蜡制剂也可重复使用，损耗小，但其使用方法比较复杂，周期较长。

涂覆蜡制剂时，零件应预热到50～70℃，再涂覆熔化了的蜡制剂，先涂一薄层，覆盖整个需绝缘的表面，这时蜡不应中途凝固，然后再反复涂至所需厚度。

涂覆后在尚未冷却到室温之前的温热状态下，用小刀对绝缘端边进行修整，再用棉球沾汽油反复擦拭欲镀表面，该操作要十分仔细。

镀后可在热水或专用蜡桶内将蜡制剂熔化回收，然后用汽油等溶剂或水溶性清洗剂对零件进行清洗。

4.涂料绝缘法

　　电镀时经常使用漆类绝缘涂料进行绝缘保护。

这种绝缘保护方法操作简便，可适用于复杂零件。

常用的绝缘涂料有过氯乙烯防腐清漆（如G52—1．G52—2）、聚氯乙烯绝缘涂料、硝基胶等。

附6.电镀电源经历的四个发展阶段

（1）直流发电机阶段这种电源耗能大、效率低、噪声大．已经被淘汰。

（2）硅整流阶段是直流发电机的换代产品，技术十分成熟，但效率低，体积大，控制不方便。

目前，仍有许多企业使用这种电镀电源。

　　（3）可控硅整流阶段是目前替代硅整流电源的主流电源，具有效率高、体积小、调控方便等特点。

随着核心器件——可控硅技术的成熟与发展．该电源技术日趋成熟，已获得广泛应用。

　　（4）晶体管开关电源即脉冲电源阶段脉冲电镀电源是当今最为先进的电镀电源，它的出现是电镀电源的一次革命。

这种电源具有体积小、效率高、性能优越、纹波系数稳定．而且不易受输出电流影响等特点。

脉冲电镀电源是发展的方向，现已开始在企业中使用。