电镀基本知识培训教材

编制：赵忠开2003年6月电镀常识培训教材第2页共28页编制：赵忠开目录一、电镀的几点常识；（3-4页）二、影响电镀效果的几个因素；（5-9页）三、电镀液中各成份的作用及工作条件的影响；（10-17页）四、前处理的几种工序及其特性说明；（18-19页）五、各电镀液的配方和工艺条件及维护；（20-24页）六、各镀种之常见故障和解决方法。（25-28页）电镀常识培训教材第3页共28页编制：赵忠开一、电镀的几点常识：1、电镀是电解原理的一种应用，它是通过电解质在外电源的作用下所发生的氧化还原反应，在工件表面沉积一种金属的过程。因此电镀的进行一样需要外电源、电极、电解质溶液和容器。所不同的是，电镀的阴极是工作，常用镀层金属作阳极，并参与电极反应，被氧化溶解成镀层金属阳离子，以补充在阴极还原析出所消耗的金属离子。镀液就是含有镀层金属离子的电解质溶液。2、电镀的目的：电镀的主要作用有：(1)防护性电镀，如铁件镀锌、镀镉或镉钛合金等；(2)装饰性电镀，如铁件镀铜、外层镀金、银；(3)修复性电镀，即对破损零件的电镀；(4)特殊功能电镀，如需要耐磨镀铬，耐磨镀铅；减摩擦可镀锡、锡-钴或银-锡；加强反光可镀银、镀铬；为防反光可镀黑镍、黑铬；抗氧化镀铬、铂或铑；增加导电性镀金、银或金-钴。3、分散能力与覆盖能力：(1)分散能力是指镀液具有使金属层在表面厚度均匀分布的能力，也叫均镀能力。分散能力越好，镀层越均匀。电镀常识培训教材第4页共28页编制：赵忠开(2)覆盖能力是指镀液具有的使工件表面深凹处镀上金属的能力，也叫深度能力。覆盖能力越好，工件深凹处镀得越深。(3)分散能力与覆盖能力含义不同，但两者密切相关，一般是分散能力好的覆盖能力也好，差则都差。电镀常识培训教材第5页共28页编制：赵忠开二、影响电镀效果的几个因素：电镀过程是容易发生的，得到镀层也很快，但要得到符合各种要求的镀层就不容易，因为镀层质量好坏是受到许多条件制约的，这些因素归纳起来主要有以下几方面。1、基本金属的影响首先，基本金属的化学性质是影响镀层质量的重要因素，如果基体金属比镀层金属活泼，即其电位较负，则在进入镀液的未通电时将发生置换反应产生置换层，使随后的镀层发生粗糙松脱。还有些基体金属表面容易发生钝化，将极大损害结合力。此外，镀件的表面状态影响也很大，在前加工过程中所沾染的油迹，若洗涤不干净，则危害性极大，表面的平整光滑都直接影响镀层质量。2、镀液的影响各镀种各配方所配成的镀液都有不同的性质。它们对镀层质量的影响，在某些方面的作用是决定性的，如简单离子镀液，由于它的极化作用较小，镀层晶体较粗，分散能力与覆盖能力较低。但成分简单，成本较低，镀液稳定易控制，而且可用较高密度，较高电流密度而提高沉积速度。其电流效率也较高，适合简单工件的速镀、厚镀。另一类结合物镀液则有较好的极化作用，分散能力与覆盖能力较高，镀层晶体较细。但稳定性较差，电流效率较低。以氰化物做络合剂的镀液剧毒，需配以良好的通风设备和废水处理设施。3、主盐浓度的影响对各种金属来说，镀液中的主盐浓度都有一个较为合适的范围。电镀常识培训教材第6页共28页编制：赵忠开当工艺条件一定时，随着镀液中主盐浓度的增加，镀液的极化作用变小，镀层结晶较细，分散能力与覆盖能力也比浓镀液好。但用降低主盐浓度以改善结晶是不可取的。因采用高浓度时，可采用高电流密度，提高生产效率和阴极电流效率。而且高浓度对镀层的光亮度和整平性都有利，不过带出损失也较大。4、附加“盐”的影响在镀液中经常加入相当数量的其他金属盐，主要是碱金属盐或碱土金属盐。这些盐有的是为增强镀液的导电性，称之为导电盐。这些盐有的还能提高阴极极化作用（也有些起相反作用）；如镀镍液中加入硫酸钠、硫酸镁。有的附加盐能促进阳极正常溶解，称之为阳极活化剂，如镀镍中的氯化镍。有的附加“盐”对镀液能起稳定作用，如酸铜中的硫酸、碱铜中的氰氧化钠。有的附加“盐”能保持镀液的PH值不变，称之为缓冲剂，如镀镍液中的硼酸。5、络合剂在络合物镀液中，络合剂的含量高低对镀液的极化能力、对镀液的稳定性、对镀层的质量，对阳极的溶解都有直接的关系。一般说来，络合剂对金属的络合力越强，则对镀液的极化能力影响越大。当络合剂含量高时，镀液的极化能力强，镀层结晶较细，分散能力与覆盖能力好，镀液稳定，阳极溶解正常。但若含量过多，则影响电流效率，严重时大量析氢，甚至无镀层。当络合剂含量低时，极化作用小，镀层变粗，分散能力变低，但阴极电流效率提高。若含量过低则阳极容易钝化，因此络合剂应控制适当含量，一般以游离态络合剂含量衡量。电镀常识培训教材第7页共28页编制：赵忠开6、添加剂镀液中经常加入少量某些物质，这少量物质不会明显改变镀液的电性，但能明显改善镀层的性能，这种物质称之为添加剂。常用的添加剂有无机物和有机物。根据它们所起的作用不同，可分为光亮剂、整平剂、湿润剂，还有应力削减剂、镀层细化剂等。光亮剂即能使镀层光亮的添加剂，有时还将光亮剂分成初级光剂、次级光剂与载体光剂及辅助光剂，如镀镍的糖精和丁烩二醇。整平剂即能使工件表面微谷镀上比微峰处厚，从而填平微谷，达到表面平滑光洁的添加剂。如镀镍的香豆素。不少光剂和整平剂要配合使用才能发挥其应有的作用，单独使用效果不好。湿润剂是能降低不同相间的界面张力，使镀液易于在电极表面铺开而气泡不易在电极停留的添加剂。因而可减少或避免产生针孔等故障，所以又称防针孔剂，如：镀镍中的十二烷基硫酸钠。添加剂的作用机理，说法不一，主要有以下两种：一种叫胶体络合理论，一种叫吸附理论，它们各能解释一些现象。至今尚无完善的理论可指导添加剂的选用，目前都只能靠实验加以改善。添加剂的用量应有一定范围，若太少将不起作用，太多将起反作用，有的需要一定条件下才有活性，有的消耗较快，这些都需注意细节。电镀常识培训教材第8页共28页编制：赵忠开7、电流密度各种镀液都有其相应的电流密度范围。在生产中一般都尽量采用接近其上限的电流密度，因为较高的电流密度有较高的沉积速度和电流效率，而且能提高镀液的极化能力使镀层晶体细致。但过高的电流密度将引致镀层色泽不正常，镀层疏松，甚至烧焦、发黑等现象。若电流密度过低，则镀液极化作用小镀层晶粗，沉积速度慢，影响生产效率，所以在条件许可情况下，都用较高的电流密度。8、温度镀液所用的温度是各成份配成的镀液性质所决定的。在其他条件不变的情况下，升高温度会降低镀液的极化能力，使镀层变粗，但升高温度可提高电流密度上限，可配置高浓度镀液，因而可使用高电流密度，这样，镀液的极化作用增强，可弥补温度升高的影响，而且可提高沉积速度，提高生产效率。升高温度还有增强导电性，减少针孔，促进阳极溶解，降低镀层内层力和提高电流效率的作用。9、PH值各镀液各有最合适的PH范围，PH的升高或降低不仅关系到氢气的析出情况，也直接影响镀液中沉淀的生成，络合物的稳定性，阳极的溶解及添加剂的活性，因此也直接影响镀层的外观和质量。10、搅拌电镀时常采用机械搅拌（即阴极移动及镀液强制循环）和净化的压缩空气搅拌，以达到提高阴极电流密度上限，提高沉积速度，提高生产效率的目的。搅拌还可提高光亮度，减少氢气停留产生针孔的机电镀常识培训教材第9页共28页编制：赵忠开会。但搅拌会降低阴极极化作用，使镀层变粗。故须配合适当的电流密度加以改善。应用搅拌时需与连续过滤相结合，以免沉渣泛起，污染镀层而产生毛刺、孔隙、斑点及粗糙等毛病。采用空气搅拌的镀液必须是与空气、二氧化碳不作用的，因此，碱性的，还原性成份的，低价金属离子的镀种不适用。11、阳极电镀所用阳极有可溶性阳极和不溶性阳极，它们都起传导电流的作用，可溶性阳极还可补充阴极沉积所消耗的金属离子，因此对镀层质量影响很大。它必须不带有害杂质，能正常溶解生成镀液所含的金属离子（包括价态）。所以对阳极材料的纯度、结构、形状以及溶解性都有严格的要求。一般需采用高纯度金属，但可加入少量有益无害的元素，如含磷铜、含硫镍等。阳极溶解过程常产生阳极泥渣，因此常用阳极袋加以收集，以免对镀层产生有害影响。为避免阳极钝化，除注意维护镀液成份外，尚须注意阳极面积是否足够，阳极电流是否过大，并经常观察阳极表面状态，以便及时进行调整。此外，电流波形对电镀层质量也有很大关系，应根据镀种及时对镀层的要求加以选择。电镀常识培训教材第10页共28页编制：赵忠开三、电镀液中各成份的作用及工作条件的影响：1、氰化镀铜(1)氰化亚铜：氰化亚铜是镀液中的主要成分，是提供铜离子的主盐。在阴极放电过程中，不是由铜离子直接放电的，它是由氰化亚铜溶解于氰化钠溶液中，形成稳定的铜氰络合物，然后由铜氰络离子在阴极上放电还原成金属铜。铜氰络离子是分级电离的，但难于离解为单独的铜离子。当镀液中氰化物含量及温度不变时，降低氰化铜的含量，可以提高镀液的分散能力和覆盖能力，增强阴极极化作用，使镀层结晶细致。此时适合于预镀用。但因阳极电流效率降低，可用的电流密度范围缩小，而不适于高速镀铜之用。(2)氰化钠：氰化钠是一种络合剂，氰化亚铜必需与之络合方能溶解于溶液中，一般而言，一摩尔氰化亚铜与二摩尔氰化钠进行络合反应，方能溶解良好，即89.5g的CuCN，需要98gNaCN络合。相当于1gCuCN需要1.1gNaCN进行络合。若超过此数，则超过部分称为游离的NaCN。即游离的NaCN（g/L）=总NaCN（g/L）-CuCN（g/L）×1.1电镀液中，游离的氰化钠一般在7-20g/L之间，提高NaCN的比值，有利于镀液的分散能力，覆盖能力，使镀层结晶细致，但降低电流效率，不恰当地提高NaCN的比值，会使镀层起泡甚至阴极上得不到镀层。氰化钠的多少，阴阳极上的一些现象可以作为参考。电镀常识培训教材第11页共28页编制：赵忠开(3)酒石酸钾钠和硫氰化钾，它们是辅助络合物，当游离的NaCN含量偏低时，阳极上会产生二价铜离子，形成难溶的氢氧化铜薄膜覆盖阳极表面，此时酒石酸钾钠及硫氰化钾与二价铜离子作用，络合，从而促进阳极溶解，所以它们可称为阳极的去极化剂。(4)氢氧化钠：氢氧化钠可防止氰化钠水解，提高镀液的导电性。有利于镀液的稳定。若氢氧化钠不够数量，电路接通时，电流会逐渐降低至某一数字。(5)电流密度和温度：氰化镀铜液使用的电流密度及操作温度，应根据镀液中主盐成份高低决定，在预镀液中，由于主盐浓度较低，应用较低的温度及较低的电流密度。在主盐浓度较高的情况下，为防止产生浓差极化，提高分散能力，应采用较高的温度，此时提高阴极电流密度可以同时提高电流效率，加快沉积速度。(6)铜阳极：氰化物镀铜液中使用的阳极为电解铜和压延电解铜。阳极面积与阴极面积比例应控制为2：1。若电流密度太大则易使阳极钝化。而采用电流密度太小则阳极溶解差。若要提高阳极的电流密度，可以采取：（1）提高游离氰化钠的浓度；（2）提高镀液温差；（3）加入阳极去极化剂；（4）采用周期换向电流。电镀常识培训教材第12页共28页编制：赵忠开2、镀镍：(1)硫酸镍（NiSO4`6H2O或NiSO4`7H2O）是镀镍液中提供镍离子的主盐，其含量在100g-350g/L之间，一般情况下，硫酸镍的含量低，镀液的分散能力较好，镀层结晶细致，易抛光。但可使用的阴极电流密度较小，电流效率低，沉积速度慢。硫酸镍含量高的镀液可使用较高的阴极电流密度，加快沉积速度，且镀层色泽均匀。但因浓度大，阴极极化作用小，镀液的分散能力降低，镀层结晶较粗，而且无光泽。同时镀液被工件带出的损失也较大。若硫酸镍的含量过高或过低都不利于镀层的质量。(2)氰化镍：易溶于水，生成的氯离子对阳极起促进溶解的活化作用，称为阳极活化剂。它们对镍镀液也起导盐作用，并能改善镀液的分散能力。镀液中的氯化物含量应控制在一定范围内，若含量过低，阳极易钝化，若含量过高，则阳极溶解过快，易造成大量阳极泥渣，使镀层出现粗糙和毛刺现象，且内应力增大，对设备的腐蚀性也增大。(3)缓冲剂：镀镍中的硼酸是镀液中的缓冲剂，对镀液的PH值起稳定作用。其中缓冲作用的强弱与含量有关。只有当含量高于31g/L（即0.5M）时，缓冲作用才开始显著。含量提高，缓冲作用更好。但常温下硼酸的溶解度只有40g