电镀培训资料 中兴精密117.docx

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电镀培训资料中兴精密117

电镀部电镀基础及工艺流程培训资料

李辛未

一.了解电镀发展史，何谓电镀？

“电镀”从19世纪初期（1840年左右）就有镀银技术的报道，但由于当时电镀工艺的不成熟，只能镀出劣质的产品。

通过一百多年电镀技术人员的不懈努力，终于生产出理想的产品。

从台湾引进到“珠三角”地区的发展以及“长三角”地区的成熟，才有今天电镀技术辉煌的成绩。

电镀的概念（三条不同电镀概念比较）：

1.电镀是一种表面加工工艺，它是利用化学方法，将金属离子还原为金属并沉积在金属的表面，形成符合要求的平滑致密的金属覆盖层。

2.电镀就是在含有某种金属离子的电解质溶液中，将被镀零件作为阴极，通一定的低电压直流电，使金属离子得到电子，不断在阴极沉积为金属的加工过程。

即将电能转化为化学能的过程。

3.电镀就是将被镀零件放入一定的电解溶液中作为阴极，经通电后，阴极，阳极同时发生极化，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，在电流的作用下，金属离子被沉积（吸附）在阴极表面而形成金属层的过程。

（重点）

“金属离子沉积在金属表面形成一层金属膜的过程”（简言之）

名词解释：

极化：

指事物在一定条件下发生两极分化，使其性质相对于原来状态有所偏离的现象。

还原反应：

是指物质（分子、原子、离子、）得到电子或电子偏离的反应。

氧化反应：

物质发生化学反应时失去电子的反应。

还原反应（阴极）：

Cu2++2e-通电----Cu

Ni2++2e---通电---Ni

金属离子---------金属

氧化反应（阳极）：

Cu-2e---通电----Cu2+

Ni-2e-----通电---Ni2+

金属--------金属离子

二.影响电镀产品的六大因素：

通过以上对电镀概念的了解认识，我们不难发现，“电镀其实就是一个化学反应的过程”；因为化学反应包括氧化反应，还原反应，置换反应，复分解反应，氧化还原反应等一系列反应，既然电镀是化学反应的过程，那么它就必需满足或具备这些反应条件（因素）；才能使产品与药水之间完全反应彻底，这样电镀产品质量也会有所保证；下面我就将影响电镀产品质量的“六大因素”做为本次电镀基础培训的重点，为大家做进一步的阐诉：

浓度、电流密度、时间、温度、PH值和比重。

1.PH值即酸碱度

首先我们认识PH试纸的性质和比重；

PH试纸在电镀行业及各领域都有不同的测试方法和选择范围，就PH试纸分类分为两类；广泛PH试纸（1—14）和精密PH试纸（3.8—5.4酸性）（9.5—13碱性）两种；下面主要介绍广泛PH试纸：

1234567891011121314

酸性-----------中性--------------------碱性

从上图我们可以看出：

PH值越小，酸性越强

PH值越大，碱性越强

PH值在7左右为中性

也就是说：

PH值小于7呈酸性

PH值大于7呈碱性

PH值等于7呈中性

举例：

比如纯水处理它是经过分层----吸酸碱----反洗---冲氮气----测PH值直到水质呈中性或用电导率仪表测水值（当然有很多细节）；它就是一个非常典型的酸碱中和过程；

HCI+NaOH---------NaCI+H2O

强酸+强碱中性盐

任何物质都有它的PH值，一个正常人的唾液PH值是6.8左右，而我们家乡天水的水PH值是7.1左右，另外有些地方的土壤它本身也呈碱性，比如在土壤中浇一些水以后，就会出现大量白色粉膜吸附在土壤表层，（甘肃武威市某些地方）。

只能施加某些呈酸性的化肥以调节酸碱平衡。

2.比重（Beˊ）:

温度是影响比重的重要因素，“温度越高比重值越小，温度越低比重值相对越高”，（理论而言）但实践中温度影响比重值并不是很明显。

例如：

电解除油脱脂剂“10-12g/l则提高1Beˊ”。

如500L的槽子添加50-60kg就可以得到10Beˊ的比重。

3.浓度

要知道浓度和质量的计算必须要知道化学元素的“相对原子质量”；目前产线使用试剂大概涉及化学元素的有以下：

【下列化学元素依次为原子序数化学元素原子量1H（氢）=1.005B（硼）=10.816C（碳）=12.007N（氮）=148O（氧）=15.999F（氟）=18.9911Na（钠）=22.9813Al（铝）=26.9814Si（硅）=28.0816S（硫）=32.0617Cl（氯）=35.4519K（钾）=39.0925Mn（锰）=54.9426Fe（铁）=55.8428Ni（镍）=58.6928Cu（铜）=63.5450Sn（锡）=118.7153I（碘）=126.9082Pb（铅）=207.2】

1.物质的量浓度是指单位体积溶液中含溶液的物质的量，或1L溶液中所含的溶质的物质的量（mol）

CB=---nB------

V

CB--------B的物质的量浓度（mol/L）

nB---------B的物质的量（mol）

V----------溶液的体积（L）

凡涉及物质的量nB时，必须用元素符号或化学式指明基本单元，例如；CKmnO4=0.5mol/L的KmnO4溶液，表示1L溶液中含有KMnO40.5mol,即79.02g,C（1/5KMnO4）=0.1mol/L的KMnO4溶液，表示1L溶液中含（1/5KMnO4）0.1mol，即15.80g.{注：

KmnO4=158（相对原子量K=39,Mn=55,O=16）}

2.质量浓度

物质量浓度是1L溶液中所含溶质的质量（g）

PB----MB-----

V

式中：

PB------物质B的质量浓度（g/l）

MB----------B的质量（g）

V----------溶液的体积

例如；PNaCl=5g/l的NaCl溶液，为1LNaCl溶液中含有NaCl5g,

3.质量分数

物质的质量分数是指溶质的质量与溶液的质量之比；

物质B的质量分数（WB）=---物质B的质量-（MB）----

溶液的质量（M）

例如：

WNaCl=5％,即表示100g溶液中含有5gNaCl;

4.体积比浓度

体积比浓度是指A体积液体和B体积溶剂相混合的体积比，常用（VA+VA）符号表示，如（5+95）H2SO4溶液表示5体积的市售H2SO4与95体积水相混合而成的溶液。

当然，由于生活中人们对体积，质量，溶质，溶剂，等关系的输忽，也并不是时常用，因此对于这些概念显得比较陌生，但是，往往在工作和生活中我们时常用到。

比如，我们使用中性盐雾试验（NSS试验）：

一般要求过浓度为5％的盐实验8h即可；“（NSS试验）它是一种加速腐蚀试验方法。

它采用5%的氯化钠盐水溶液，溶液PH值调在中性范围（6～7）作为喷雾用的溶液。

试验温度均取35℃，要求盐雾的沉降率在1～2ml/80cm².h之间。

”

使用5％的盐，就涉及到体积，质量，溶质，溶剂，（体积质量5％,溶质NaCI,溶剂水）。

当然还可以在中性盐雾试验的基础上加入少许冰HAc,调PH=3左右呈酸性，可提高三倍的实验速度。

既醋酸盐雾试验（ASS试验）。

另外，关于物质量浓度计算如我们产线氰化镀铜槽：

一般配方中常给出的是游离NaCN多少克,那末在配制这“计算量”的NaCN究竟是多少呢？

让我们根据反应式计算以下：

Cu+2NaCN--------Na{Cu（CN）3}-

CuCN的分子量为89.5，NaCN的分子量为49，假设含量都是100％，则有以下比例：

（Cu=63.54C=12N=14Na=23）

CuCN﹕2NaCN=89.5﹕2*49

=1﹕1.1

即1gkCuCN需要1.1kgNaCN方能使CuCN变成可溶性的NaCN络盐，尤其不通过化验室分析提供准确数字的情况下，可通过CuCN和NaCN的1﹕1.1的含量计算，如配方中CuCN设为25g/l（CuCN中铜含量为71.％，即铜离子为17.1g/l）设游离NaCN为15g/l，则配制时所需NaCN为：

25*1.1+15=42.5g/l

即需NaCN42.5g/l.

NaCN是铜离子的络合剂，它与铜形成铜氰化钠的络合物NaCN{Cu（CN）3}-,从络合分子可以看出，1g分子的铜需要3g分子的NaCN去络合，超过此数的NaCN即游离NaCN。

（游离氰化钠的形成）

游离NaCN在氰化镀铜槽即是导电盐又是阳极去极化剂，游离NaCN低了，阳极容许电流密度就会下降，易引起阳极钝化。

游离NaCN的过高会抑制铜氰离子的离解，使铜的沉积电位变负，所以铜析出量就减少。

游离NaCN的高低，还会影响铜的析出量。

二.电流密度

指单位面积所通过的安培数，一般以A/dm3表示，电流密度在电镀操作上作重要的参数，如镀层的性质，镀层的分布，电流效率等都有很大的关系。

电流密度又分为阳极电流密度和阴极电流密度。

一般计算阴极（产品）电流密度；

1.电流密度的计算

平均电流密度（ASD）=电镀槽通电的安培数（AMP）/电镀面积（DM2）

2.阴极电流效率的计算：

{一般计算阴极电流效率（指平均效率）的方发有两种}如下：

阴极电流效率E=实际平均电镀厚度Zˊ/理论电镀厚度Z

例如：

假设电镀镍金属，理论电镀厚度为162u〞而实际所测厚度为150u〞,请问阴极电镀效率？

E=Zˊ/Z=150/162=92.6％

（膜厚的表示方法：

a，u〞微英寸，b，um微米，1um约等于40u〞）。

3.理论厚度的计算：

由法拉第两大定律导出下列公式：

理论厚度Z（u〞）=2.448CTM/ND

Z-------厚度

T------时间

M-------原子量

N-------电荷数

D-------密度

C-------电流密度

例如：

镍密度8.9g/cm3,电荷数2，原子量58.69，试问镍的电镀理论厚度是多少？

Z=2.448CTM/ND

=2.448CT*58.69/2*8.9

=8.07CT

若电流密度为1A/dm2（1ASD）,电镀时间为一分钟，则理论厚度为：

Z=8.07*1*1=8.07u〞

一般镍的阴极效率都在90％以上，90/10锡铅的阴极电镀效率约在80％以上，黄金电镀则视药水金属离子含量的多少而有很大的差异，若无发达到应有阴极电镀效率，则可以从搅拌能力提升或检查电镀药水的组成。

4.电流密度与哈氏槽实验：

每一种电镀药水都有一定的电流密度操作范围，大致可以从哈氏槽实验结果看出来，因为哈氏槽的阳极与阴极面之间并非是平行面，所以离阳极较近的阴极端其电流密度比离阳极面远着大，因此，可以比较高电流密度部分与低电流部分的电镀状况；

通过哈氏片实验我们可以看到从A点（高区）---B点（低区）药水的走位、光泽、分散程度等因素对产品的影响。

5.电流密度与产品在电镀槽的位置：

由于在电镀槽子中的阳极是固定的（如下图），且阳极高度远大于产品的高度，（液位要比阳极袋低10-15cm以便于阳极袋中的杂质流出）所以阳极在电镀槽中经常会有局部位置承受高电流群。

阳极

阴极

阳极

阴极电流密度（DK）随着镀液温度的变化而变化，镀液温度高，容许的DK就大，反之就小。

槽液浓度高，容许的DK也大，反之就小。

DK还与是否有阴极移动有关，有阴极移动的，DK就大，如果是静止的，DK就要小。

阴极电流密度大小是否合适，从镀件的表面状况也能看出，这就是在电镀过程中，可将电镀件取出来观察，如：

镀件整体光亮，则说明电流密度大小正合适，如：

镀层边缘尤其是尖角处发雾或光亮度没有中间部位好，则说明电流密度过大了，如：

边缘处镀层光亮，中间就部位镀层不光亮则说明电流密度过小了。

容许电流密度的大小，还与镀液的金属离子浓度和（如铜槽）氰化钠的含量有关，金属离子浓度低，容许的电流密度也小，反之加大。

5.产能计算：

产能=产速/产品间距

三.电镀时间

电镀时间（min）=电镀子槽总长度（m）/产速（m/min）

比如：

某电镀槽，每个镀镍子槽长为1.0m,共有五个，生产速度10m/min,（同样每滚筒需要多长时间就能计算出）请问电镀时间为多少？

电镀时间（min）=1.0*5/10=0.5（min）

四.电镀温度

温度高低变化会引起电流密度对所镀产品分布不均匀易引起烧焦镀层现象，影响镀层的厚度以及对各槽药水的溶解度有所下降，如脱脂槽温度（40-60℃），锡槽温度（亮锡5-15℃，雾锡25-40℃）和铜槽温度（30-50℃）及镍槽温度（40-60℃）的管控等。

尤其是镍槽温度低硼酸结晶，温度高锡槽药水的浑浊及产品的发雾等等。

五.电镀目的：

提高金属零件在使用环境中的抗腐蚀性及装饰零件的外观和零件的使用寿命。

镀铜；打底用，增进电镀层附着力及抗蚀能力。

镀镍；也可打底用，增进抗蚀能力。

镀锡；增进焊接能力（快被其它替代物取代）

六.来料检验

一般在电镀之前，最好先对底材进行了解，这有助于有效的电镀加工。

如材质，产品型号，表面状况（如油份，氧化情况，加工外观等）。

七.镀层检验

1.外观检验：

目视法，放大镜（4-10倍）外观：

氧化，生锈，变形等等；

2.膜厚测试：

X-RAY荧光膜厚仪；

3.密着实验；折弯法，胶带法或两者并用；

4.焊锡实验：

沾锡法，一般95％以上沾锡面积均匀平滑即可；

5.水蒸气老化实验，盐雾实验：

测试是否变色或腐蚀斑点及后续的可焊性；

八.电镀工艺流程

主要介绍前处理和后处理两部分：

1.前处理：

超声波除油-电解除油-活化（重点）

2.电镀：

镀铜-镀镍-镀锡

3.后处理：

中和-锡后保护-纯水洗/热纯水洗-烘干

前处理主要了解脱脂和活化：

1.电镀前处理：

在实施电镀作业前一般都要将镀件表面清除干净或用特殊手段进行处理，方可得到密着性良好的镀层。

现就一般镀件表面结构作分析（如表1-1），通常在产品冲压，加工，搬运，储存期间，表面会沾附一些灰尘，污垢及生成氧化物等，而我们可以在素材表面这些污物予以分层说明处理方法：

第一层尘埃，污物

第二层油脂

第三层氧化层

第四层加工层

第五层扩散层

第六层各种素材

表1-1

层数类别处理方法目的

第一层污物水碱热脱脂剂第一层及第三层处

第二层油脂电解脱脂剂理完全后，基本上

第三层氧化层稀硫酸稀盐酸密着性已经很好了

活化剂在处理表面加工纹

第四层加工层化学抛光路，毛边，较厚氧

第五层扩散层电解抛光化膜

2.超声波脱脂（除油）/电解脱脂（除油）

零件电镀时第一步就是先除油，因为金属在加工过程中涂上一层油脂，而且在运输及库存的时候又降落一些灰尘，这些附在金属表面，使镀液与金属表面不能接触，导致金属离子无法在金属（产品）上正常沉积，所以首先要除油。

脱脂除油在电镀质量的控制上是非常重要的，经过大量的调查发现，电镀的不合格产品中70％是脱脂不干净造成的。

如：

起泡，脱落，色泽不均匀，发花，雾状，漏镀，毛刺，抗蚀性下降等都全是因除油不净所致。

超声波脱脂是一种物理与化学综合脱脂方法，一般温度控制比较高（50-70℃）。

“脱脂速度快”。

另外，温度每升高10℃除油效果则提高一倍。

但所损耗的能源就相对更多。

原理；当零件侵泡在脱脂液中，同时超声波产生机械整荡力以数以万计的微小气泡，这些小气泡在生成--生长—破裂时产生大量机械力，使黏附在金属表面的油物被剥离下来。

电解脱脂在电镀生产中，它不是主要脱脂工艺，而是辅助脱脂工艺；但它却蕴藏着具有综合性的除油效果，因此重点介绍：

电解脱脂分为阳极电解脱脂和阴极电解脱脂两种形式。

而电解脱脂本身是电解水的过程，在阳极OH-离子失去电子后析出氧气，在阴极H+离子获得电子析出氢气，由于阴极放出的气体数量比阳极放出的气体数量大一倍，所以阴极脱脂效果要比阳极脱脂效果好，速度快。

（阴阳两极的比较）

尽管阴极脱脂效果好，但金属表面会析出H2会渗入到产品中造成“氢脆”。

所以一般先进行阴极脱脂后进行阳极脱脂。

（为什么先阴极后阳极？

）

“氢脆”：

析出的氢原子一部分结合成氢分子溢出，一部分渗入到基体金属中去。

当有应力存在时，基体金属发生脆性断裂，这称为氢脆。

阴极脱脂的另外一个潜在问题是；电解液中的一些带电离子和金属离子会跑到阴极上，放电形成沉积物附在镀件上给电镀带来“毛刺”，虽然阴极脱脂转换成阳极脱脂后可以消除这一弊病，但不能全部消除干净。

为了防止这种现象，一般要在电解脱脂槽加入一些鳌合剂，如，EDTA-2Na盐，焦磷酸盐，葡萄糖酸钠等。

为什么先阴极电解除油？

阴极电解除油效率比阳极高，因为阴极析出的H2是O2的2倍，但是阴极脱脂容易发生金属杂质的沉积，所以，有时先用阴极脱脂后用阳极脱脂，使沉积的杂质金属溶解掉。

3.活化（酸洗）

脱脂完全后的金属表面仍然残存有很薄的氧化膜，钝态膜，会阻碍电镀层的着密性，所以必须使用活化酸将表面活化，防止电镀产品气泡，剥离的着密不良现象。

一般使用的活化酸有：

硫酸，盐酸，专用活化酸和我们用氰化钠作活化也行，只是因工艺的不同或材质的需求而定。

4.抛光

由于产品在机械加工过程中，使金属表面产生加工纹或毛边，电镀后会影响外观及功能，一般在客户的要求下，都必须进行抛光作业，另外象素材氧化膜较厚，活化（酸洗）作业无法处理或处理不干净时，都必须依赖抛光作业。

通常使用稀酸，抛光效果好，但是费时，使用浓酸，处理速度快，但易伤素材而且对人体有害。

使用抛光可以大大提高抛光速度及产生较平滑细致的表面。

电镀部分

5.镀铜（略；在上章“浓度”已介绍）

6.硫酸镍镀液

目前电镀业镀镍液多采用氨基磺酸镍（连续电镀）和硫酸镍（滚镀和挂镀）；此工艺不纯物含量极低，所析出的电镀层内应力很低，（非全光泽下），镀液管理容易（不须时常提纯），但随着温度的下降高电流区镀层光泽度下降，出现白雾粗糙，烧焦，致密不良等现象，随着温度的上升内应力也会随之增加，PH应控制在4.0-4.8之间，PH过高镀层的光泽镀会下降，逐渐变粗糙，甚至烧焦，PH过低镀层会着密不良。

比重控制在30Beˊ左右，比重过高PH值会往下降（氢离子过多），比重过低PH值往上升且电镀效率变差。

另外，此槽容易被污染的金属为铜，建议不要超过8ppm时，反之及时做弱电解处理。

7.锡铅镀液

目前电镀业界镀锡业多采用烷基磺酸锡，分低温型（约在18-23度之间）和常温型两种，温度的高低会影响电镀速率与锡铅析出比例，镀层锡铅比的要求多半为90/10，即90％的锡和10％的铅，一般客户允许锡铅比为90±5％，主要考虑到加工焊接熔点的问题，但实际镀液锡铅比约为10：

1—12：

1之间。

而阳极锡铅比约为92：

8（因阳极解离的部分锡氧化为四价锡沉淀，为平衡9：

1的锡铅析出比）。

最影响镀层的因素就是光亮剂及温度，正常下光亮剂的量越多（有效范围内），其使用的电流密度就越宽，但若过量就会影响其焊锡性，甚至造成有机污染，若含量不足，很明显光泽范围缩小，不过控制得当的话，可得到半光泽镀层有助于焊锡性。

若温度过高，使用的电流密度范围缩短，很明显怎么镀就是白雾不亮，而且药水浑浊速度加快（因四价锡的产生）。

不过会增加电镀效率。

若温度过低则电镀效率下降，另外在搅拌不良的情况下，高电流密度区容易产生针孔现象。

后处理部分

8.药水槽体/水洗/纯水洗

药水槽体一般使用的材料有PP/PVC/不锈钢。

若不需要加热可使用PVC槽，温度在70℃以下可使用PP槽，若温度高于70℃时则需要使用不锈钢槽，但是电镀槽是不可用不锈钢槽。

药水槽又分母槽和子槽，母槽为装电镀药水用，而子槽为电镀用。

水洗一般采用侵洗，喷洗及喷侵洗并用，水洗的时间次数因产速及产量不同而设计，基本上要达到清洗干净为原则，通常都有数到水洗以上。

水质一般都有用自来水，纯水，超纯水，最好使用纯水或超纯水，主要考虑电镀药水不被污染及电镀产品表面不残留水斑，水迹。

水洗的更换频率依清洁镀而异。

9.封孔（保护剂）

主要是在电镀完成后，在电镀层表面涂一层透明的有机膜，而该膜可以增加电接触阻抗。

优点是为延长镀层寿命（增加抗蚀能力），稳定电接触阻抗，降低拔插力度，防止锡铅界面线再次恶化，提高电镀重工亮率等。

封孔剂分为水溶性和油溶性两种，其中以后者效果较佳。

10.烘干

在电镀结束后，产品表面水滴必须除去，甩水不干净烘箱干燥效果会很差，控制烘箱温度与时间在工艺操作范围内即可。

结论

通过以上对电镀基础的了解掌握，相信大家能够进一步提升自身电镀技能。

虽然“理论来源于实践，但它高于实践”。

没有扎实的理论知识做铺垫谈什么专业？

希望大家能在学习中实践，在实践中学习，做一个专业技术人才。

编者

2010/11/3