第四章电镀预处理与电镀工艺流程

1第四章第四章电镀预处理与电镀电镀预处理与电镀工艺流程工艺流程2„„金属零件镀前表面准备的重要性金属零件镀前表面准备的重要性镀件的镀前处理是决定电镀质量的重要因素之一，80%的电镀故障是由于表面准备不足而引起的。a、从反应的角度而言，电镀过程发生在零件与电解液的界面上，只有二者良好的接触，电化学反应才能顺利进行。b、从结合的强度而言，必须要达到一定的距离，镀层与基体之间的结合才会牢固。c、从镀层外观质量而言，不平整的基体表面形态将得到保留，不洁净的零件镀后会出毛刺、结瘤，结合力下降。3¾¾机械表面处理机械表面处理粗糙表面的整平包括：磨光、抛光、滚光、震动、离心、刷光、喷砂处理等。¾¾化学表面处理化学表面处理除油、侵蚀、抛光、活化„镀前表面准备的工艺：镀前表面准备的工艺：4一、机械表面处理一、机械表面处理11、磨光：、磨光：目的：使金属零件粗糙不平的表面平坦、光滑；除去金属零件表面的毛刺、氧化皮、锈以及沟纹、气泡等。通常采用磨光机带动磨光轮进行磨光。通常采用磨光机带动磨光轮进行磨光。轮式磨光机5磨光轮：磨光轮：通常采用柔软材料缝制成轮状，再在轮外侧粘合磨料。通常采用柔软材料缝制成轮状，再在轮外侧粘合磨料。一般用皮革、粗毛毡、棉布、各种纤维织品及高强度纸等一般用皮革、粗毛毡、棉布、各种纤维织品及高强度纸等制成磨光轮。制成磨光轮。磨料：磨料：常用的磨料有天然金刚砂、人造金钢砂、人造钢玉常用的磨料有天然金刚砂、人造金钢砂、人造钢玉（含氧化铝（含氧化铝9090～～9595％）％）、石英砂、硅藻土、铁丹和浮石等。、石英砂、硅藻土、铁丹和浮石等。人造金钢砂的硬度较高，但是脆性大、易碎；人造刚人造金钢砂的硬度较高，但是脆性大、易碎；人造刚玉的硬度较高，而且韧性较好；天然金钢砂和石英砂的硬玉的硬度较高，而且韧性较好；天然金钢砂和石英砂的硬度稍低一些。应该根据零件的加工要求选择。度稍低一些。应该根据零件的加工要求选择。622、机械抛光：、机械抛光：目的：消除金属零件表面的微观不平，并使它具有镜面般的外观。通常采用抛光机带动抛光轮进行抛光。通常采用抛光机带动抛光轮进行抛光。抛光与磨光的区别：抛光与磨光的区别：磨光为粗加工：有明显磨削，硬轮－磨料。磨光为粗加工：有明显磨削，硬轮－磨料。抛光为精加工：无明显磨削，软轮－抛光膏。抛光为精加工：无明显磨削，软轮－抛光膏。钢铁、镍、铬绿膏－三氧化二铬、氧化铝铝及其合金红膏－氧化铁红、铁丹铜及其合金锌及其合金白膏－氧化钙、氧化镁（用硬脂酸、石蜡等粘合在一起）抛光不同材料时使用不同的抛光膏733、滚光、震动：、滚光、震动：目的：大批量小零件镀前的表面准备或镀后的表面修饰。滚光机滚光机————通常采用电机带动滚桶进行滚光。通常采用电机带动滚桶进行滚光。8震动机震动机————采用带弹簧的偏轴机构产生震动、旋转。采用带弹簧的偏轴机构产生震动、旋转。944、喷砂：、喷砂：除掉金属表面的毛刺、氧化皮及铸件表面的熔渣等杂质。干喷干喷是利用射吸原理以气流协带磨料（石是利用射吸原理以气流协带磨料（石英砂、金刚砂、钢丸）高速喷向工件，英砂、金刚砂、钢丸）高速喷向工件，湿喷湿喷则则以以含砂液流含砂液流高速喷向工件。高速喷向工件。1011（1）有机溶剂除油有机溶剂的选择条件：①无易燃性；②无毒、无刺激性气味；③不腐蚀金属材料和设备；④溶剂不分解、不变质；⑤粘度低、易清洗等。二、化学表面处理二、化学表面处理11、除油、除油：包括有机溶剂除油，化学除油及电化学除油：包括有机溶剂除油，化学除油及电化学除油以及超声波除油。以及超声波除油。12烃烃类：类：汽油、煤油、汽油、煤油、苯类、丙酮、乙醇等苯类、丙酮、乙醇等氯代烃类：氯代烃类：三氯乙烯三氯乙烯三氯乙烷三氯乙烷四氯化碳等四氯化碳等目前常用的有：优点：除油速度快、对金属无腐蚀。缺点：油污不能彻底除去；除油成本高；易燃、有毒性。通常情况下还要添加稳定剂。13（2）化学除油这是目前大量使用的除油方法。皂化作用：与动、植物中的硬脂酸皂化反应。乳化作用：是两种互不相容的液体形成乳浊液的过程，通常加入乳化剂以促进油的乳化作用进行。335353()33()RCOOCHNaOHRCOONaCHOH+=+产物均溶于水！硬脂碱硬脂酸钠甘油加入乳化剂可除去非皂化油（矿物油），常用的乳化剂有：加入乳化剂可除去非皂化油（矿物油），常用的乳化剂有：辛烷基酚聚氧乙烯醚辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP(OP--10)10)三乙醇胺油酸皂三乙醇胺油酸皂十二烷基二乙醇酰胺等十二烷基二乙醇酰胺等14例：例：80－90℃温度浓度g/L组成适量OP－乳化剂强乳化5－10Na2SiO3乳化30－40Na3PO4水解20－40Na2CO3皂化50－70NaOH钢铁零件化学除油优点：介质无毒、不燃，设备简单，操作简便、低成本。缺点：时间相对长，除油后不易清洗。常用碱性溶液的组成：氢氧化钠，碳酸钠，磷酸三钠，乳化剂，表面活性剂。15机理：碱液降低油的表面张力使油膜破裂；通电使电极极化，碱液与电极间的界面张力降低，润湿性增加；溶液从油膜不连续处和破裂处产生排挤作用，油/金属表面的附着力减弱；电极产生气泡进行撕裂和分散。阴极除油：4H2O＋4e=2H2+4OH-阳极除油：4OH--4e=O2+2H2O区别：阴极除油速度比阳极除油快，析气量大，但阴极除油可引起氢脆。（P86）（3）电化学除油16电化学除油阴极除油阳极除油阴阳极联合除油昀常用易产生氢脆金属杂质粘附＋缺点氧化膜；麻点不适合铝、锌及其合金等优点不被腐蚀阳极板溶解槽材质溶解利用周期换向电流使工件的极性交替改变17例：例：第二电极易使用镍板，除油速度快，更彻底，不第二电极易使用镍板，除油速度快，更彻底，不必加乳化剂，尤其是表面活性剂。必加乳化剂，尤其是表面活性剂。18¾利用超声波振荡的机械能作用于除油液体时，周期交替产生瞬间正压和负压。¾除油液浓度和除油温度相对较低，否则影响超声波传播，降低除油效果。¾对处理形状复杂，有微孔、窄缝及除油要求高的零件更有效。（4）超声波除油19浸蚀（酸洗）：将金属零件浸入酸、酸性盐（或碱）溶液中，以除去金属表面的氧化膜、氧化皮及锈蚀产物的过程。（1）化学浸蚀（硫酸浸蚀、盐酸浸蚀）22、浸蚀：、浸蚀：包括化学浸蚀、电化学浸蚀及弱浸蚀（活化）包括化学浸蚀、电化学浸蚀及弱浸蚀（活化）¾侵蚀有三个作用①化学溶解作用；②产生气体对氧化皮的机械剥离作用；③产生的氢气对高价氧化物还原作用。20侵蚀的三个作用（钢铁）：1化学溶解作用2产生气体对氧化皮的机械剥离作用3产生的氢气对高价氧化物还原作用，有利于氧化物的溶解21¾酸度和温度的影响①通常硫酸质量分数为20％-25％，提高硫酸浓度不能增强浸蚀能力，超过40％时由于硫酸的强氧化性，对氧化皮几乎不溶解（钢铁零件）。②提高温度可以加快反应速度，对氧化皮有较大的剥离作用，温度过高会腐蚀零件，一般不进行加热。③适当加入缓蚀剂可保护基体金属。HCl中用六次甲基四胺－又称乌洛托品（阳离子型）H2SO4中用邻二甲苯硫脲（阴离子型）22例：例：23（2）电化学浸蚀电化学浸蚀：在酸（硫酸或盐酸）的溶液中采用阳极、阴极、阳极阴极联合电解酸洗。阳极浸蚀机理：电化学和化学溶解，氧气泡的机械剥离。阴极浸蚀机理：析氢还原氧化物及机械剥离。优点：速度快，酸浓度选择范围宽，能有效去除紧密的氧化皮。缺点：设备投资大，耗电，复杂零件侵蚀效果差。24（3）弱浸蚀（活化）目的：除去金属零件表面极薄的氧化膜，使表面呈现出金属的结晶组织。特点：浓度低、时间短、室温为防止过腐蚀，要添加缓蚀剂，工件材质不同，弱浸蚀溶液和缓蚀剂不同，可查阅电镀工艺手册进行选择。25定义：将金属零件置于一定组成的溶液中，进行阳极处理以获得光亮表面的过程。优点：抛光表面粗糙度小，操作简便，抛去厚度容易控制，可抛光形状复杂的零件，抛光速度快。33、电化学抛光、电化学抛光铜在H3PO4中的阳极极化曲线由极化曲线确定电解抛光电位jABCDEϕa26（1）电化学抛光理论电解抛光是一个特殊的阳极加工过程，它不同于普通的阳极溶解，因为阳极溶解不能获得平整光亮的外观，往往使金属表面变得更粗糙，或者阳极溶解的结果虽然使表面比较平整，但是并不一定会出现光泽，而电解抛光却能使阳极表面平整，并出现光泽。27I、粘膜理论电解液粘膜层宏观抛光微观抛光金属基体粘膜的形成在一定的条件下，金属阳极的溶解速度大于溶解产物离开阳极表面扩散速度，于是，溶解产物就在阳极表面附近积累，形成一层电阻比电解液电阻大得多的粘性膜。这层粘膜可以溶解在电解液中，阳极表面微凸起处比微凹处溶解的要快。28II、氧化膜理论固体膜被抛光金属电解液当阳极电位达到一定数值时，由于氧气析出在金属表面形成一层氧化膜，使阳极表面由活性状态转为钝态。由于氧化物在电解液中是可以溶解的，所以这种钝态并不是完全稳定的。阳极表面微凸起处电流密度较高，形成的氧化膜比较疏松，且氧气析出的较多，对溶液的搅动大，使该处的溶液更容易更新，阳极溶解产物较易向溶液深处扩散，这些因素都促使微凸处比微凹处的氧化膜溶解快。29（2）电化学抛光规范1）电解液的基本要求：A、有足够的配离子，保证阳极溶解产物的配合；B、有足够高的溶解效率；C、能够在阳极上形成粘膜，提高抛光质量；D、可在宽的阳极电流密度和温度范围下进行；E、稳定性良好；F、工作未进行或进行完毕后不能对金属有腐蚀作用。302）电压与电流通常电压与电流关系应保持在阳极极化曲线上的水平部分靠近D点附近。ABCDE金属的阳极极化313）电解液温度和处理时间对容易钝化的金属抛光用电解液的温度要高些，如铝合金要在75-90℃抛光，而铜合金要在20-40℃抛光。微观抛光的温度比宏观抛光的温度高。处理时间一般由试验确定。4）极间距由于边缘效应，抛光时平板电极周围比中间部分容易光泽化，为使电流分布均匀，通常要求阴极比阳极大，并要增大电极间距离，通常为10-60厘米。325）电解液的搅拌防止阳极过热；促进阳极上难溶薄膜的溶解，加速整平过程；促使阳极上附着的气泡脱离，避免出现斑点和条纹。搅拌的作用：33配方1：通用；配方2：一般钢铁；配方3、配方4：不锈钢例：例：34一般原则：1、大量油污存在、锈蚀严重时，先进行除油；2、除油后，必须充分洗涤，首先热水洗，然后流动冷水洗；3、强浸蚀后至少经两道冷水洗涤，热水易使零件过腐蚀；4、粘有矿物油及抛光膏多时，先进行有机溶剂除油，然后干燥，再进行化学除油；5、常规预处理后，电镀前昀好再进行一次电化学除油；6、弱浸蚀永远是前处理的昀后一道工序，后可用流动冷水清洗。7、不能把酸性物质带入氰化镀液，避免产生剧毒气体氰化氢。三、制定表面预处理工艺流程三、制定表面预处理工艺流程35基本工艺流程：1、防护性电镀：化学除油→水洗→流动冷水洗→侵蚀（酸洗）→流动冷水洗→流动冷水洗→化学除油→水洗→流动冷水洗→弱侵蚀（活化）→流动冷水洗→电镀2、防护装饰性电镀：磨光（机械抛光）→有机溶剂粗除油→干燥→化学除油→热水洗→流动冷水洗→侵蚀（酸洗）→流动冷水洗→流动冷水洗→化学除油→水洗→流动冷水洗→弱侵蚀（活化）→流动冷水洗→电镀3、小零件电镀：滚光→流动冷水洗→流动冷水洗→弱侵蚀（活化）→流动冷水洗→电镀36„（1）ABS/PC塑料电镀工艺流程：除油→亲水→粗化→中和→敏化→活化→解胶→化学沉镍→镀焦铜→镀酸铜→镀半亮镍→镀高硫镍→镀亮镍→镍封→镀铬„（2）锌合金件镀前处理工艺流程：除蜡→热浸除油→电解除油→酸蚀→镀铜→其它电镀例：例：37钢铁零件镀前表面化学处理钢铁零件镀前表面化学处理例：例：38铜及铜合金的镀前表面化学处理铜及铜合金的镀前表面化学处理例：例：3940411：铜及黄铜；2：精密零件421：铜及铜合金；2：黄铜；3：含Sn（＜6％）；4：含Sn（＞6％）43铝及铝合金的镀前表面化学处理铝及铝合金的镀前表面化学处理例：例：44铝及其合金镀前处理工艺流程：（1）除蜡→热浸除油→电解除油→酸蚀除垢→化学浸锌→浸酸→二次浸锌→镀碱铜或镍→其它电镀（2）除蜡→热浸除油→电解除油→酸蚀除垢→铝铬化→干燥→喷沫或喷粉