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电镀基础知识,电镀基础及理论常识,2013年4月21日,电镀基础知识,电镀定义,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。,电镀基础知识,电镀技术的特点,在廉价的基体材料上通过沉积各种镀层，可提高材料的物理化学性能与装饰性；镀层很薄，从微米级到毫米级，通过符合各种镀层达到大量昂贵的整体材料难以达到的效果；大幅度节约资源、能源，增加镀件附加值。,电镀基础知识,电镀原理,电镀基础知识,电镀 行业在产业链中的地位,引自著名电化学专家、中科院査全性院士的观点：电镀行业是整个工业制造体系不可或缺的组成部分，需要加强管理，特别是污染防治，但绝不可能取消或替代。,电镀基础知识,电镀 行业在产业链中的地位,电镀行业受到工业生产大量需求的推动，已形成了一个庞大的产业；电镀厂点包括属于大生产的专业电镀厂或公司，更多是附属于大生产的电镀车间和工段；电镀已成为不可缺少的生产工艺和表面工程科学的一个重要分支；电镀行业在国民经济中占有重要的经济地位。,电镀基础知识,电镀 行业的规模,据粗略统计，全国电镀厂点15000家，从业人员50多万，现有生产线5000多条，年产值在500600亿元，年产量约3.5-4亿平方米。数据源自中国表面工程协会电镀分会，胡铁骑，左丹江，范宏义，谭沛真中国电镀行业的发展与不平衡 材料保护2002年第二期,电镀基础知识,电镀 企业行业分布,电镀企业30分布在机械制造业，20分布在轻工业、20分布在电子工业，其他分布在航天、航空及仪器仪表等行业。,电镀基础知识,电镀 镀种比例,镀锌 45-50%镀铜、镀镍、镀铬 30%转化膜 15%电子产品镀铅、锡、金 5%,电镀基础知识,电镀原料年消耗量,金属原料（铜、锌、镍等）7万吨氰化钠 2万吨铬酸酐 3.5万吨其他化工原料（酸、碱等）40万吨,电镀基础知识,电镀 行业的地域分布,注：由红到蓝数量逐渐减小,电镀基础知识,电镀 行业存在的主要问题,厂点多、规模小，专业化程度低；工艺管理水平较低，经济效益较差；电镀污染治理水平低，有效治理率低；经营粗放，原材料利用率低；中小企业应对国际环境保护压力（如RoHS指令）的水平偏低。,电镀基础知识,电镀 与环保,电镀企业节能降耗促发展的实施路径.ppt,电镀质量要求,1、镀层与基体的结合必须牢固,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（耐蚀性、耐磨性、可焊性、摩擦系数、导电性）4、具有符合标准规定的镀层厚度,且镀层分布要均匀,影响电镀质量的因素,电镀基础知识,镀层的分类,电镀基础知识,按电镀方式,挂 具,滚桶,自动挂镀线,滚 镀,连续电镀,电镀基础知识,上料,脱脂,酸洗活化,预镀,电镀,水洗,钝化,封孔,干燥,下料,前处理,电 镀,后处理,电镀流程,前处理:电镀前的所有工序统称为前处理,目的是修整工件表面,去除工件表面的油脂,锈皮,氧化膜等,为后面镀层沉积提供所需的电镀表面.前处理主要影响到外观结合力,据统计,60%的电镀不良品由于前处理不良所造成.前处理的方式有:喷砂、磨光、抛光、热浸脱脂、超音波脱脂、电脱脂、酸洗活化等。,电镀:在工件表面得到所需镀层。整个流程的核心程序。,后处理：电镀后对镀层进行各种处理以增强镀层的各种性能。如耐腐蚀性、抗变色能力、可焊性等。后处理的方式有：钝化、中和、着色、防变色、封孔等,电镀基础知识,电镀基础知识,油污包括三类：矿物油、动物油和植物油。按其化学性质又可归为两大类，即皂化油和非皂化油。动物油和植物油属皂化油，这些油能与碱作用生成肥皂，因此有皂化油之称。各种矿物油如石腊、凡士林，各种润滑油等。它们与碱不起皂化作用，统称之为非皂化油。,镀前处理除油,除油方法包括有机溶剂除油，化学除油，电化学除油，机械除油，超声波除油等方法。,电镀基础知识,镀前处理化学除油 利用碱溶液对油脂的皂化作用除去可皂化性脂，利用表面活性剂的乳化作用除去非皂化性油脂。可皂化性油脂可与碱发生皂化反应，生成可溶性的肥皂和甘油，皂化反应方程式是：（C17H35COO3C3H5+3NaOH=3C17H35COONa+C3H5（OH）3非皂化性油脂主要是利用乳化作用将其去掉。工件进入除油液后，由于机械震动，表面的油膜破裂，而变成不连续的小油滴；溶液中乳化剂使油、固界面上的表面张力降低，结果油滴进入溶液；乳化剂的疏水基团和亲水基团将进入溶液中的小油滴包围起来，使油滴不能重新聚集沾污工件。这样就将油除去了。,电镀基础知识,镀前处理电化学除油 电化学除油是将材料至于碱性电解液的电极上，利用电解时电极的极化作用降低溶液介面的表面张力，电极上所析出的氢气泡和氧气泡，对油膜层有强烈的撕裂作用和对溶液的机械搅拌作用，从而促使油膜迅速地从材料表面上脱落转变为细小的油珠，加速、加强除油过程，进而获得近乎彻底清除乾净的良好除油效果。电化学除油在阴极、阳极上都可以进行，也可以阴、阳极联合除油。阴极除油的特点：析出的气体为氢气，气泡小、数量多、面积大，因而除油效率高，不腐蚀材料。缺点；易引起材料产生氢脆，有挂灰。阳极除油的特点：无氢脆，无灰渣。缺点：效率低、材料易腐蚀。,电镀基础知识,镀前处理酸洗,将金属零件放入酸中利用化学或电化学的方法将零件表面锈蚀产物和氧化膜去除的过程。一般用盐酸、硫酸、硝酸等。可单独使用，也可联合使用。盐酸对金属氧化物具有较强的浸蚀能力，对钢铁基体溶解缓慢，不易发生过腐蚀和严重氢脆，酸洗表面残渣较少，但是易挥发，刺激性气味强。硫酸在室温下，对金属氧化物溶解能力较弱，提高温度可加快酸洗能力，但对钢铁金属的酸洗容易发生腐蚀和产生氢脆现象。硝酸是氧化性酸，侵蚀能力较强，但对中、高碳钢和低合金钢的酸洗表面残渣较多，易挥发有强烈的刺激性气味。,电镀基础知识,镀前处理清洗 清洗及水洗是电镀工艺不可缺少的组成部分，水洗质量的好坏对于电镀工艺的稳定性和电镀产品的外观、耐蚀性等有很大影响。主要防止镀液带入下一次工序污染镀液。不同的清洗方法，有不同的清洗效果。逆流清洗需用的水量比其他清洗方法用水量少，有利于废水的处理和回收利用。一般用来清洗的为自来水，浓水，纯水等。,电镀基础知识,镀前处理逆流清洗及间歇式喷淋,电镀基础知识,镀前处理活化 材料经除油，水洗后表面会生成一层薄氧化膜，它将影响镀层与基本金属的结合强度，因此，镀前要进行活化，使材料表面产生轻微腐蚀，露出金属的结晶组织，以保证镀层与基材结合强度，活化溶液都较稀，不会破坏材料表面的光洁度，时间通常只有几秒至一分钟。经活化后的镀件必须再水洗，干净后再进行电镀。,电镀基础知识,电镀阶段电镀原理,电镀基础知识,电镀阶段电镀原理（以镀镍为例）,阳极反应,阴极反应,Ni2+2e-Ni(金属)2H+2e-H2,Ni Ni2+2e-4OH-O2+2H2O+4e-,电镀基础知识,电镀阳极 阳极分为可溶性阳极和不溶性阳极大多数阳极为与镀层相对应的可溶性阳极如镀锌为锌阳极镀镍为镍阳极镀锡-铅合金使用锡-铅合金阳极等。但是少数电镀由于阳极溶解困难使用不溶性阳极如酸性镀金使用的是多为铂或钛阳极。镀液主盐离子靠添加配制好的标准含金溶液来补充。镀铬阳极使用纯铅铅-锡合金铅-锑合金等不溶性阳极。,电镀基础知识,电镀液对镀层的影响 电镀液由主盐，导电盐，活化剂，缓冲剂，添加剂等组成。电解溶液按主要放电离子存在的形式，一般可分为主要以简单（单盐）形式存在和主要以络离子（复盐）形式存在的电解液两大类。1.电解液中主盐的影响 在阴极上沉淀出所要求的镀层金属的盐称为主盐。镀液主盐的含量多少，直接影响镀层的质量。主盐的浓度过高，则镀层粗糙；主盐浓度过低，则允许的电流密度小，电流效率明显下降，影响沉积速度，还将导致其它问题。,电镀基础知识,2.电解液中导电盐的影响 增强溶液导电性，提高分散能力。3.电解液中缓冲剂的影响 增强溶液导电性，提高分散能力。4.电解液中活化剂的影响 阳极活化剂，能促进阳极溶解，使镀液中镍离子得到正常补充，氯化物含量过低，阳极易钝化，过高，阳极溶解过快，镀层结晶粗糙。,电镀基础知识,5.添加剂的影响 为了改善镀层的性质，可在电解液中添加少量的添加剂。添加剂在电解液中不能改变电解液的性质，单能显著改善镀层的性质。光亮剂：使镀层光亮。整平剂：能使镀件微观谷处获得微观峰处更厚的镀层。湿润剂：能降低电极溶液间的界面张力，使溶液易于在电极表面铺展。镀层细化剂：能使镀层结晶细致。,电镀基础知识,工艺因素对电镀镀层的影响 电镀过程中pH值、温度、电流密度等因素对电镀过程有一定的影响。1.pH的影响：pH 为07者表示酸性，pH为714者表示碱性。其它操作条件不变，pH过高，则镀层的结晶粗糙、松软、沉积速度快，若pH过低，则镀层的结晶细致而且光亮，单沉积速度明显下降，甚至主盐金属不能还原。,电镀基础知识,2.温度的影响：在其他条件不变的情况下，阴极的极化作用将随电解液温度的升高而降低，并使镀层结晶粗糙而松软。温度升高。增加了金属离子因热运动而引起的扩散速度，降低了浓度极化。加快了金属离子和阴极表面的活性，降低了电化学的极化作用。提高了电流效率，但药水温度不是随意升高，要在工艺控制范围内操作。,电镀基础知识,3.电流密度的影响：由于电流密度的增大，镀同样厚度的镀层所需要的时间就减少，这样可以提高生产效率。但每一种镀液都有一个获得优质镀层的工艺规范所规定的电流密度范围，其规定的最大允许值叫上限，反之，最小值为下限。电流密度超过上限时，工件被烧黑或烧焦、针孔、麻点、疏松、发黑脱皮。电流密度低于下限，将严重影响电解液的覆盖能力。,电镀基础知识,镀铬,镀铬分类装饰性镀铬（普通镀铬，复合镀铬，黑铬等）功能性镀铬（硬铬，松孔铬，乳白铬，微裂纹铬等）,镀铬的特点：1、镀液分散能力差，电流效率低。2、镀铬溶液不用铬盐，而用氧化性极强的铬酸，以及少量的外加阴离子，如硫酸根、氟离子等。3、阳极不用金属铬，而是采用不溶性的铅、铅锡合金、铅锑合金。,电镀基础知识,镀锌,镀锌分类 氰化物镀锌，氯化钾镀锌，碱性锌酸盐镀锌，硫酸盐镀锌等。,镀锌的钝化 为提高镀锌层的防护性能和装饰性能，将镀件放入铬酸或铬酸盐溶液中处理，表面形成一层化学稳定性较高的铬酸盐膜。钝化种类有白色钝化、彩色钝化、黑色钝化、军绿色钝化等。,电镀基础知识,镀镍,镀镍分类 普通镀镍，半光亮镀镍，光亮镀镍，柠檬酸盐镀镍，珍珠镍，黑镍等。,镀铜,镀铜分类 氰化物镀铜，硫酸盐镀铜，焦磷酸盐镀铜等。,电镀基础知识,电镀合金镀仿金,仿金镀层，一般采用电镀铜锡合金或铜锌合金，也有采用铜锌锡三元合金，外观颜色可以达到14K-24K金的颜色。,电镀仿金后，需要进行适当的钝化处理和涂覆一层透明的有机膜，防止仿金层氧化变色。,电镀仿金工艺有氰化物镀仿金和焦磷酸盐仿金等工艺。,电镀基础知识,特种电镀塑料电镀,塑料电镀就是利用电沉积的方法，使塑料表面金属化。从而能获得结合力好的镀层。,化学镀是采用金属盐和还原剂在同一溶液中，在具有催化作用的机体表面上进行氧化还原反应而沉淀金属镀层的过程。,化学镀,电镀基础知识,电镀可以是电镀单金属（镀锌、镀镍），可以是电镀合金（镀仿金，镀黑镍），可以是同种金属的不同镀种（半亮镍-亮镍-珍珠镍），也可是多层金属、合金组合（半亮镍-亮镍-装饰铬，氰铜-酸铜-亮镍-仿金）。不同的金属镀层、不同的工艺相互结合，构成镀层色泽及镀层功能的多样性。,电镀种类,电镀基础知识,镀后处理,电镀后对镀层进行处理以增强镀层的各种性能如耐蚀性抗变色能力等主要包括脱水，钝化，封闭，去氢等过程。,脱水：包括烫干、烘干、加脱水剂等，增强镀层耐蚀性（镀镍，镀铬）。钝化：提高镀层耐蚀性和抗变色能力（镀锌）。封闭：增强镀层防变色能力（仿金喷漆封闭）。去氢：增强基体金属及镀层的韧性（弹簧件）。,电镀基础知识,镀层检验,外观检验附着强度检验镀层厚度检验耐蚀性检验孔隙率检验耐磨性检验内应力检验脆性检验,电镀基础知识,故障处理,确认问题调查分析解决验证,确认故障的真正所在。收集问题的信息和细节，了解有关问题的工艺。利用各种分析方法分析推测故障产生的原因。按照故障原因提出解决方案并解决。实际生产验证故障是否真正解决。,电镀基础知识,电镀设备,镀槽，电器设备，行车，挂具等。,生产设备的状况关系到产品的品质。生产线的设备必须在生产的时候是完好的。要求操作者做好生产线的维护和保养。保证在一个维护周期内生产线可以正常的运行没有故障和品质问题。生产线的维护要结合实际情况，制定合理有效的维护计划和方法，并将维护的情况形成记录。,电镀基础知识,生产设备的维护和保养,维护的重点和注意事项：1.药水的过滤，镀槽的清洗。可以有效的减少落入槽内的金属杂质和不溶性杂质对药水的污染。2.生产线槽体和药水的泡、冒、滴、漏。3.导电系统的维护是保证品质的重要环节。4.清洗水的更换，清洗槽的清洗，减少各工序污染的机会。,电镀基础知识,5.维护和更换后的固体废弃物必须放置在指定位置，避免有害物质流出。6.节约用水、电、气。7.合理的人员安排可以有效的节约时间，提高工作效率。利用统筹方法。8.对维护要有认真严谨的态度，不得偷工取巧。9.平时的生产工作中要总结生产线的不足和可以优化的地方，使生产更顺畅，品质更稳定。,生产设备的维护和保养,