电镀工艺基础及管控重点

2019/10/31电镀基础知识培训2019/10/32前言本资料主要从电镀基本原理和设备构造着手，通过对电镀原理和设备构造的简单讲解，使大家对电镀相关知识有初步的了解。对设备结构及流程进行说明，同时将各部品的结构及工作原理进行讲解，并指出可能影响产品质量的重要结构及动作部分。为生产中更好地理解并控制重要品质项目提供帮助。2019/10/33目录1、电镀简介---------------------------42、电镀原理及基础---------------------83、连续电镀设备分析-------------------164、特殊结构解析-----------------------205、电控系统---------------------------402019/10/341、电镀简介2、电镀原理及基础3、连续电镀设备分析4、特殊结构解析5、电控系统返回2019/10/351、电镀简介1.1电镀的现状和发展趋势1.2电镀分类1、行业简介2019/10/361.1、电镀的现状和发展趋势：1、行业简介电镀隶属于表面处理技术领域，在金属精饰中按吨位计占加工的首位。电镀的发展分三个时期：第一个时期是为了改善光泽或耐蚀性。第二个时期是因为劳力不足而迈向省力化、自动化。第三个时期为减轻公害时期，以拓展自身的生存空间我国近代电镀行业发展较快，从业人员增多。但现有的电镀技术、设备及相关技术多是从欧洲、台湾引进；自主研发能力较弱总之,电镀工业在全世界已经发展了160多年，是一门既成熟又年轻的科学，我们电镀及科技工作者仍大有可为未来电镀的发展方向:合金和复合镀层等功能性电镀的研究,更加节能的电镀工艺,低污染化,以及新型电镀的研究,以适应科技和生产的需要,拓展行业的生存空间2019/10/371.2、电镀分类：1、行业简介挂具滚桶电镀方式常规电镀脉冲电镀电刷镀电铸滚镀连续电镀挂镀自动挂镀线滚镀连续电镀2019/10/382、电镀原理及基础1、电镀简介2、电镀原理及基础3、连续电镀设备及流程分析4、特殊结构解析5、电控系统返回2019/10/392、电镀原理及基础2.1电镀原理2.2法拉第定律2.3镀层分析2.4电镀流程分析2、电镀原理及基础2019/10/3102.1、电镀原理2、电镀原理及基础借助外界直流电的作用，在溶液中進行电解反应，使导电体的表面沉积一金属或合金层的方法，称为电镀。☆图例：阴极主要反应:Cu2++2e-→Cu阳极主要反应:Cu→Cu2++2e-阴极副反应:2H3O++2e-→H2+2H2O阳极副反应:6H2O→O2+4H3O++4e-2019/10/3112.2、法拉第定理2、电镀原理及基础法拉第定律是描述电极上通过的电量与电极反应物重量之间的关系,又称为电解定律.电解定律是自然界中最严格的定律之一.它不受温度、压力、电解质溶液浓度、溶剂的性质、电解质材料和形状等因素的影响。☆第一定律：电解时,电极上析出(或溶解)物质的质量与电解液中所通过的电量成正比.m=KIt=KQm-析出物质量(g)K-比例常数(电化当量)(g/A·h)I-电流强度(A)t-通电时间(h)Q-通过电量(A·h)☆第二定律：电极上每析出(或溶解)1mol的任何物质所需的电量为n*96500C或n*26.8A·h1电量为96500C,它是一个常数，一般称为法拉第常数■镀层厚度d的计算公式(d：um)d=(K×Dk×t×ηk×100)/(60×ρ)■电镀时间t计算公式（t：min）t=(60×ρ×d)/(K×Dk×ηk×100)ρ-电镀层金属密度(g/cm3)DK-阴极电流密度(A/dm2)ηk-阴极电流效率(％)2019/10/3122、电镀原理及基础☆举例：已知镀镍液电流效率ηk为95%，DK为15A/d㎡，电镀1分钟后所得镀层厚度是多少?解：查得镍的K为1.095,ρ为8.9根据公式d=(K×Dk×t×ηk×100)/(60×ρ)=(1.095×15×1×0.95×100)/(60×8.9)=2.922(um)☆常用数据：序号金属密度g/cm2熔点℃沸点℃比热容20℃J/g℃线膨胀系数20℃×10-6/℃热传导20℃时W/cm℃电阻系数μΩ/cm1铜8.96108325950.384316.423.86441.633锡7.323222700.2261230.657311.34金19.31062.729490.129014.42.96092.215银10.996020000.233618.94.07791.586钯12.0155539800.245811.60.674110.88镍8.9145229000.468913.70.586220序号金属符号原子价比重原子量当量电化学当量mg/库仑克/安培小时1金Au119.3197.2197.22.04367.3572金Au319.365.765.70.6812.4523银Ag110.5107.88107.881.1184.0254铜Cu18.9363.5463.540.6582.3725铜Cu28.9363.5463.540.3291.1867锡Sn27.33118.70118.700.6152.2148锡Sn47.33118.70118.700.3071.107序号金属镀层名称金属镀层重量mg/cm2g/dm21铜镀层0.890.0892金镀层1.940.1943镍镀层0.890.0894镍镀层0.730.0735钯镀层1.200.1202019/10/3132.3、镀层的分类：2、电镀原理及基础使用目的功能性镀层耐磨和减磨性镀层抗高温氧化镀层修复性镀层热处理用镀层磁性镀层导电性镀层其他可焊性镀层防护-装饰性镀层保护基体金属,赋予美丽外观.提高制品表面硬度,增加其抗磨能力(Sn-Pb)磁环`磁盘`磁膜(Ni-Fe`Co-Ni)保护制品在热处理时不改变性能(Cu`Sn)修复损坏部位(Fe`Cu`Cr)改善焊接性能(Sn)改善光学性能镀层等(Cr,黑铬)防止制品在高温下被氧化腐蚀(Pt-rh)提高表面导电性能(Au-Co)镀层结构简单镀层复合镀层组合镀层单一金属镀层(Zn`Cr)几层相同或不同金属叠加而成的镀层(暗Ni-半光Ni-光NiNi-AuNi-Cu)固体微粒均匀地分散在金属中而形成的镀层(Ni-SiCCu-Al3O2)2019/10/3142、电镀原理及基础☆对镀层的主要要求：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：因素电源基件溶液电流密度添加剂、导电盐、金属离子浓度等直接影响镀层的好坏电流密度影响镀层的结晶效果电流波形电极电流波形对镀层的结晶组织、光亮、镀液的分散能力和覆盖能力等都有影响.现在多使用脉冲电流电极的形状、尺寸、位置影响镀层的分布效果成分温度搅拌适当的温度可以提高溶液的导电性，促进阳极溶解，提高阴极电流效率，减少针孔，降低镀层内应力等加速溶液对流，降低阴极的浓差极化作用表面状态形状清洁、平整的基件表面镀层效果越好影响电流分布，位置定位等2019/10/315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2.4、电镀流程分析：2、电镀原理及基础前处理: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2019/10/3163、连续电镀设备分析1、行业简介2、电镀原理及基础3、连续电镀设备分析4、特殊结构解析5、电控系统返回2019/10/3173、连续电镀设备分析3.1用材分析3.2槽体结构3.3管路循环系统3.4机台骨架结构3.5其他配件3、连续电镀设备分析2019/10/3183.1、用材分析：不锈钢:密度7.9g/cm3.常用的有JIS标准SUS304316等GB的1Cr18Ni9Ti钢由于钢中含有Ti,能促使碳化物稳定而具有较高的抗晶间腐蚀性.对硝酸、醋酸、磷酸、盐及碱的溶液、有机酸、水蒸气及湿空气的耐腐蚀性高。对浓硫酸、盐酸、氢氟酸、氯气等耐腐蚀性差。在电镀设备中。主要用于骨架结构、高温槽体、脱脂阳极、及治具零件上都有使用。材料常见，价格便宜。铜:紫铜密度8.9g/cm3.常用的铜材有紫铜和黄铜也有特殊结构用磷青铜。铜具有良好的导电性能和导热性能。电镀设备中。主要用于制作导电柱、汇流铜排。还有个别用来制作导热管或冷却管的。材料常见，价格贵。Ti:银白色金属，密度4.5g/cm3.其力学性能与化学性能与不锈钢接近。塑性好，可焊接，可切削加工，耐腐蚀性好，抗氧化性优于不锈钢。主要用于350度以下，受力不大，要求高塑性，耐腐蚀性场合。其抗拉强度为420MPA，冲击强度为80-100J/cm2,弹性模量为105GPA。主要用于治具制作、泵浦轴心、加热器等。材料常见，价格贵。PP:化学名聚丙烯。又名百折胶。密度0.91g/cm3.是最轻的塑料之一。物料稍软，不易折断，比重轻，可浮于水面。极易燃烧，离开火源可自熄，火焰蓝色，黄顶，少许白烟，会发涨有熔液下滴，石油味，似煤。PP产品质量轻、韧性好、耐化学性好，缺点是尺寸精度低、刚性差。多用于槽体制作、管道以及一些治具制作。材料常见，价格便宜。3、连续电镀设备分析2019/10/3193.1、用材分析：PVC:化学名聚氯乙烯。密度1.1-1.3g/cm3。PVC中类很多，分软质、半硬质和硬质PVC。离开火源会自动熄灭，燃烧时火焰黄色，绿边,黄绿白烟，有氯气味。多用于槽体制作、管道以及一些治具制作。材料常见，价格便宜。☆附图：POM:化学名聚甲醛。密度1.41-1.43g/cm3。俗名赛钢。较脆，易折断，可以燃烧，离开火源可自燃，火焰呈清晰之蓝色，无烟，有熔液下滴，气味有毒特别刺鼻，会令人流泪。具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性，耐高温。适合做齿轮、轴承及管道零件等，材料常见，价格中等。PP、PVC黄铜Ti不锈钢3、连续电镀设备分析2019/10/3203.2、槽体结构：上槽子槽子槽堰口3、连续电镀设备分析2019/10/321堰口流量计算：Q=CbH3/2(m3/min)C=107.1+0.177/H+14.2H/D+2.04(B/D)1/2-25.7[(B-b)H/DB]1/2子母槽容积比：1:5-6进水☆流量计算：3、连续电镀设备分析2019/10/322☆各种槽体结构图：3、连续电镀设备分析2019/10/3233.2、槽体结构：视窗溢流排水储槽：储存药水，搅拌、加热、过滤、弱电解等一般在储槽内进行。容积根据交换速度，以及使用的时间，子槽容积等因素来决定，一般Ni、Sn储槽容积250-400L，Au、Pd在150L左右，水洗80-120L。3、连续电镀设备分析2019/10/3243.3、管路循环系统：泵浦管路排水管路回流管路进水管路管路是流体流动的通道，铺设时应避免过多的弯道，以防造成过大的管损。距离较远时应在一定位置做支撑补强。回流管路的大小一般为进水管径的4-6倍。管道材质一般采用PVC及PP管。3、连续电镀设备分析2019/10/3253.4、机台骨架结构：进风主管排水贮槽给风管给水管排水管2立式泵个控开关集線槽排風管导料槽骨架为整个机械的最大承力部分，骨架多采用耐腐蚀的SUS304材质型钢，如50*50*2方管，角材。考虑长久使用及成本控制，多在骨架外喷双层防腐漆。骨架结构多为焊接结构，有些为方便拆装采用螺丝连接。制作骨架时应考虑其受力位置，操作位置，维修空间，各个功能区的定位3、连续电镀设备分析2019/10/3263.5、其他配件：3、连续电镀设备