表面处理工艺

电镀工艺1前言2常用镀种简况2.1镀锌2.2镀铜2.3镀镍2.4镀铬3合金电镀3.1高耐蚀锌合金电镀工艺3.1.1电镀锌-铁合金工艺及钝化处理3.1.2电镀锌-镍合金工艺及钝化处理3.2代铬工艺3.3玫瑰金电镀工艺3.4仿金电镀工艺3.5黑色镀层电镀工艺4电子电镀4.1PCB电镀简况4.1.1传统的PCB的电镀4.1.2直接电镀技术出现和发展4.1.3印制板电镀多种表面涂复工艺流程实例4.1.4印制板电镀技术的最新进展4.2电子元器件和接插件的电镀4.2.1电子元器件和接插件电镀简况4.2.2微电子元器件电镀4.2.3镀锡4.2.4甲基磺酸镀锡铅合金4.2.4.1甲基磺酸镀锡铅合金溶液的原材料4.2.4.2镀液配方及操作条件4.2.5无铅钎焊电镀工艺的发展5化学镀镍6典型通用产品的电镀工艺6.1锁具、灯饰与装饰五金的电镀6.2摩托车、汽车配件与钢制家俱的电镀6.3卫生洁具配件的电镀6.4电池壳的电镀6.5汽车铝合金轮毂的电镀7环境保护与清洁生产7.1电镀废水处理技术现状7.2清洁生产势在必行8电镀技术发展展望8.1培养与造就一批高素质的电镀复合型人材，培训一大批现场工程师与技师8.2形成比较完善的电镀技术研究开发体系8.3我们基础化工原材料、金属材料品种还不够齐全，质量参差不一8.4电镀生产过程的自动化控制8.5宣传、贯彻质量管理和质量保证体系的ISO9000标准、ISO14000及电镀国家、行业标准8.6加强国际间的合作与交流，参加国际市场竞争8.7加强工艺管理及设备配套，切实提高产品质量8.8缩小南北、东西差距，重新思维观念定位8.9环境保护与资源回收利用铝汽缸镀铬故障的解决办法1故障分析由于铝在空气中易氧化，从前处理到电镀的每一个细小环节出现问题，都可能引起镀层剥落，因此在查找原因时，必须深入生产现场，逐个工序进行排查。由于长期承担小型无人驾驶飞机的生产任务，其中发动机汽缸材料为铸铝合金。为了提高汽缸体内腔的表面硬度，增强耐磨性能，长期以来一直采用镀硬铬工艺；镀层的各项性能均较好。然而近来有一批汽缸体在镀铬后出现了镀层剥落的现象，经过工艺人员的分析，找出了故障原因，并提出了解决方案。在进行镀前预处理时，发现工人采用铜丝吊挂汽缸体进行一系列的操作，因此在酸洗后，铜将在硝酸中溶解并置换到铝基体表面，随后浸锌层附着在置换铜层上，与基体结合力下降，导致镀层剥落。当完成镀前预处理工序进入镀铬槽时，未采用带电下槽使得浸锌层在镀铬槽中部发生溶解，浸锌层被破坏，严重影响了镀层的结合强度。另外，在前处理过程中，发现浸锌后缸体内表面部分区域出现黄色斑点，与铝合金镀铬前所要求的均匀深灰色锌膜不符，造成镀铬层结合力不好，镀层剥落。从汽缸体的外观看，在镀层剥落部位无论是内腔还是外壁均布满聚集在一处或多处的微小而不连贯的缩松孔。由资料可知，此孔形状不规则，孔内粗糙不平，晶粒粗大，有些甚至会发生金相组织的改变。由于汽缸体电镀前处理工序较多，分别经过不同的化学溶液，若铸件的缩松孔直径及数量超过正常规范，势必造成化学溶液渗入铸件基本内部，在操作过程中难以清洗干净，镀铬时温度升高，残留在孔隙中的溶液渗出，致使铸铝基体表面膜成分发生改变，造成镀层剥落。2解决方法首先要求工人严格按照工艺规范进行操作，镀前预处理过程采用铝丝吊挂汽缸体，避免发生铜置换现象。在镀前预处理后，尽量缩短汽缸体在空气中的停留时间，并带电下槽，小电流活化后，升至正常电流进行电镀。此外，对于汽缸体内表面浸锌后出现的少量黄斑，经过实践发现若用手轻轻将黄斑擦净，仍可镀出结合强度良好的镀层。同时，汽缸体在经过处理后，必须进行严格的清洗、烘干。若铸件缺陷较严重，缸体可采用二次电镀的方法，将第一次不合格镀层退掉，搁置一段时间，进行第二次电镀，能够获得结合强度较好的镀层。3小结影响铝基体上镀铬的因素很多，从挂具的选择到工序间的操作，应严格遵守工艺规范，才能获得较好的镀层。基体材质对产品的镀层质量有着不可忽视的影响。虽然通过工艺能够解决有缺陷的铸件镀层结合强度的问题，但由于基体内部结构缺陷所造成的部分化学溶液残留，形成许多微观的腐蚀原电池，产生严重的晶间腐蚀，将对产品的物理性能、机械性能以及气密性造成不良的影响。这一点应引起产品设计及使用人员的重视，尽量避免或减少产品由于材质和机械设计在电镀过程中对镀层质量的不良影响。紧固件表面处理的选择由于几乎所有商业紧固件都是由碳钢、合金钢制成，一些种类的紧固件希望能防止腐蚀，即使使用防腐蚀材料的紧固件，仍然需要表面处理来防止不同材料的腐蚀。此外，表面处理的镀层必须附着牢固，不能在安装和卸下的过程中脱落，对螺纹紧固件，镀层还需足够薄，使得镀后螺纹仍能旋合。一般镀层的温度限制比紧固件材料要低，因此还需考虑紧固件所处的工作温度要求。对于表面处理，人们一般关注的是美观和防腐，但紧固件的主要功能是紧固零部件，而表面处理对紧固件的紧固性能也有很大的影响，所以，选择表面处理时，也应考虑紧固性能的因素，即安装扭矩—预紧力的一致性。一名高水平的设计者，不仅应考虑设计，还因注意到装配的工艺性，甚至环保要求。下面根据上述因素简要介绍一些紧固件常用的镀层，以供设计人员和紧固件从业人员参考。电镀锌电镀锌是商业紧固件最常用的镀层。它比较便宜，外观也较好看，可以有黑色、军绿色。然而，它的防腐性能一般，其防腐性能是锌镀（涂）层中最低的。一般电镀锌中性盐雾试验在72小时之内，也有采用特殊封闭剂，使得中性盐雾试验达200小时以上，但价格贵，是一般镀锌的5~8倍。电镀锌加工过程易产生氢脆，所以10.9级以上的螺栓一般不采用镀锌的处理.虽然镀后可以用烘箱去氢，但因钝化膜在60℃以上时将遭破坏，因此去氢必须在电镀后钝化前进行。如此可操作性差，加工成本高。在现实中，一般生产厂不会主动去氢，除非特定客户的强制要求。电镀锌的紧固件扭矩—预紧力一致性较差，且不稳定，一般不用于于重要部位的连接。为了改善扭矩—预紧力一致性，也可采用镀后涂覆润滑物质的方法改善和提高扭矩—预紧力一致性。磷化磷化相对镀锌便宜，耐腐蚀性能比镀锌差。磷化后应涂油，其耐腐蚀性能的高低与所涂油的性能有很大的关系。例如，磷化后涂一般的防锈油，中性盐雾试验也只有10~20小时。涂高档的防锈油，则可达72~96小时。但其价格是一般磷化涂油的2~3倍。紧固件磷化常用的两种，锌系磷化和锰系磷化。锌系磷化润滑性能比锰系磷化好，锰系磷化抗腐蚀性，耐磨性镀锌较好。它的使用温度可达华氏225度到400度（107~204℃）。工业用紧固件很多用磷化涂油处理。因为它扭矩—预紧力一致性很好，装配时能保证达到设计所预期的紧固要求，所以在工业中使用较多。特别是一些重要零部件的连接。如，钢结构连接副，发动机的连杆螺栓、螺母，缸盖、主轴承、飞轮螺栓，车轮螺栓螺母等。高强度螺栓采用磷化，还可以避免氢脆问题，所以在工业领域10.9级以上的螺栓一般采用磷化表面处理。氧化（发黑）发黑+涂油是工业紧固件很流行的镀层，因为它最便宜，并且在油耗尽之前看起来不错。由于发黑几乎无防锈能力，所以无油后它很快就会生锈。就是在有油状态下，其中性盐雾试验也只能达到3~5小时。发黑的紧固件扭矩—预紧力一致性也很差。如需提高，可以在装配时在内处螺纹上涂抹油脂后再旋合。电镀镉镉镀层耐腐蚀性能很好，特别是在海洋性大气环境下的耐腐蚀性较其他表面处理好。电镀镉的加工过程中的废液处理费用大，成本高，其价格约是电镀锌的15~20倍。所以在一般行业不使用，只用于一些特定的环境。如，用于石油钻井平台和海航飞机用紧固件。电镀铬铬镀层在大气中很稳定，不易变色和失去光泽，硬度高耐磨性好。在紧固件上用铬镀层一般是作为装饰作用。在防腐性要求较高的工业领域很少使用，因为好的铬电镀紧固件与不锈钢同样昂贵，只是使用不锈钢强度不够时，才用镀铬紧固件代替。为了防止腐蚀，镀铬前应首先镀铜和镍。铬镀层可以承受华氏1200度（650℃）的高温。但也与电镀锌一样存在氢脆问题。镀银、镀镍银镀层既可以防腐蚀，又可以作为紧固件的固体润滑剂。由于成本原因，螺母使用镀银，螺栓不用，有时小螺栓也镀银。银在空气中失去光泽，但可以在华氏1600度下作用。所以，人们利用其耐高温和润滑的特性，用于在高温下工作的紧固件，以防止螺栓、螺母的氧化咬死。紧固件镀镍，主要用于既要防腐，又要导电性好的地方。如车辆电瓶的引出端子等。热浸锌热浸锌为锌加热到液体下热扩散涂层。其镀层厚度在15~10μm，并且不易控制，但搞腐蚀性好，多用于工程中。热浸锌加工过程中污染严重，有锌废料和锌蒸汽等。由于镀层厚，在紧固件中引发了内外螺纹难以旋合的问题。解决此问题有两种方法。一种是在镀后再攻内螺纹，虽然解决了螺纹旋合的问题。但也降低了防腐性能。一种是在螺母攻丝时，使螺纹大于标准纹约有0.16~0.75mm(M5~M30)，然后再热浸锌这样虽然也可解决旋合难题，但付出了强度降低的代价。目前，有一种防松螺纹——美国“施必牢”内螺纹可以解决此难题。因其内螺纹与外螺纹未紧固时容隙大，可以用于容得下厚的涂层，所以不影响旋合性，同时防腐性能和强度亦保持原样，不受影响。因热浸锌加工的温度原因，它不能用于10.9级以上的紧固件。渗锌渗锌为锌粉固态冶金热扩散涂层。其均匀性好，螺纹、盲孔内都能获得均匀层。镀层厚度为10~110μm，并且误差可控制在10%。它与基体的结合强度和防腐性能在锌涂层中（电镀锌、热浸锌、达克罗）是最好的。其加工过程无污染，最环保。达克罗不存在氢脆问题，并且扭矩—预紧力一致性能很好。如不考虑六价铬的环保问题，它实际上最适用于高防腐要求的高强度紧固件。其他涂层上述镀层之外，还有许多金属或非金属涂层。这些涂层由各公司详细阐明。如美加力（MAGNI）、拉斯派特（RUSPERT）、耐美特（NanoMate）、美国TIODIZE公司的铝伏龙、钛伏龙。阳极氧化anodicoxidation金属或合金的电化学氧化。将金属或合金的制件作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。例如铝阳极氧化，将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝或其合金氧化，表面上形成氧化铝薄层，其厚度为5～20微米，硬质阳极氧化膜可达60～200微米。阳极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可达250～500千克／平方毫米，良好的耐热性，硬质阳极氧化膜熔点高达2320K，优良的绝缘性，耐击穿电压高达2000V，增强了抗腐蚀性能，在ω＝0.03NaCl盐雾中经几千小时不腐蚀。氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。有色金属或其合金（如铝、镁及其合金等）都可进行阳极氧化处理，这种方法广泛用于机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品和建筑装饰等方面。补充：除金属外，其他物质在阳极所引起的氧化作用，也称为“阳极氧化”补充：在现实工艺中，针对铝合金的阳极氧化，比较多，可以应用在日常生活中，以为这种工艺的特性，使铝件表面产生坚硬的保护层，可用于生产厨具等日用品。但铸造铝的阳极氧化效果不好，表面不光良，还只能是黑色。铝合金型材就要好一点。铝阳极氧化以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程,称为铝及铝合金的阳极氧化处理。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时,将发生以下的反应：在阴极上,按下列反应放出H2：2H++2e→H2在阳极上,4OH–4e→2H2O+O2,析出的氧不仅是分子态的氧(O2),还包括原子氧(O),以及离子氧(O-2),通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化,形成无水的Al2O3膜：4A1+3O2=2A12O3+3351J应指出,生成的氧并不是全部与铝作用,一部分以气态的形式析出。阳极氧化的种类阳极氧化早就在工业上得到广泛应用。冠以不同名称的方法繁多,归纳起来有以下几种分类方法：按电流