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提醒:这6大因素直接影响您的电镀工艺

放大字体  缩小字体发布日期:2019-12-28  浏览次数:2441
核心提示:电镀工艺条件是指电镀时的操作变化因素,包括:电流密度、温度、搅拌和电源的波形等。1.阴极电流密度的影响任何镀液都有一个获得良

电镀工艺条件是指电镀时的操作变化因素,包括:电流密度、温度、搅拌和电源的波形等。

1.阴极电流密度的影响

任何镀液都有一个获得良好镀层的电流密度范围,获得良好镀层的最小电流密度称电流密度下限,获得良好镀层的最大电流密度称电流密度上限。一般来说,当阴极电流密度过低时,阴极极化作用小,镀层的结晶晶粒较粗,在生产中很少使用过低的阴极电流密度。随着阴极电流密度的增大,阴极的极化作用也随之增大(极化数值的增加量取决于各种不同的电镀溶液),镀层结晶也随之变得细致紧密;但是阴极上的电流密度不能过大,不能超过允许的上限值(不同的电镀溶液在不同工艺条件下有着不同的阴极电流密度的上限值),超过允许的上限值以后,由于阴极附近严重缺乏金属离子,在阴极的尖端和凸出处会产生形状如树枝的金属镀层,或者在整个阴极表面上产生形状如海绵的疏松镀层。在生产中经常遇到的是在零件的尖角和边缘处容易发生“烧焦”现象,严重时会形成树枝状结晶或者是海绵状镀层。一般情况下电流密度过低,阴极极化作用小,晶核的形成速度慢.而成长的速度快;继续增大电流密度,阴极极化逐漸提高,阴极过电位也不断增大.镀层结晶就越来越细;当电流密度继续增大到某一数值(电流密度上限)时.就出现烧焦的镀层,呈现疏松的海绵状,或色泽不正常的粗糙镀层。这是由于电流密度过大时,阴极附近严重缺乏放电金属离子.造成氢的急剧析出,使该处pH值迅速升高,在阴极表面生成金属的氢氧化物或碱式盐夹附在镀层内,形成空洞.麻点.疏松和烧焦等。在正常的电流密度范围內,提高电流密度,可以得到比较细致的镀层,而且还能加快沉积速度,提高劳动生产率。镀液电流密度范围的大小,通常是由镀液的性质、主盐浓度、镀液温度和搅拌等因素决定的。

2. 电镀溶液温度的影响

当其他条件不变时,升高溶液的温度,通常会加快阴极反应速度和离子扩散速度,降低阴极极化作用.因而也会使镀层结晶变粗。但是不能认为升高溶液温度都是不利的,如果同其他工艺条件配合恰当,升高溶液温度也会取得良好效果。例如升高温度可以提高允许的阴极电流密度的上限值,阴极电流密度的增加会增大阴极极化作用,以弥补升温的不足,这样不但不会使镀层结晶变粗,而且会加快沉积速度,提高生产效率。此外还可提高溶液的导电性、促进阳极溶解、提高阴极电流效率(镀铬除外)、减少针孔.降低镀层内应力等效果。提高镀液温度会降低阴极极化,导致镀层结晶变粗。这是因为放电金属离子在镀液温度高时,具有了更大的活化能力,而降低电化学极化;另外温度提高增大了由于热运动而产生的离子扩散速度,降低了浓差极化。其综合结果就降低电沉积时的阴极极化。实际上升高温度通常也能提高电流密度的上限,同时由于盐类的溶解度增大,容许配置更高浓度的镀液,这样又可使用更大的电流密度。而增大电流密度又可以提高阴极极化,有利于形成细晶镀层,所以只要配合恰当,升高镀液温度也会有利于形成良好镀层。另外,升高温度还有提高镀液的导电性,促进阳极溶解,减少镀层针孔,降低镀层内应力等优点。因此,在操作允许的温度范围内可以在高的温度下进行电镀。有些镀种需要加温才能得到合格的电镀层,而有些镀种又必须在某个温度下工作才行。用加温或降温的方式来弥补镀液性能的不足是完全必要的。以光亮镀镍为例,当温度在40C以下时,尽管加入光亮剂,但也难镀出光亮效果的镀层。但将镀液加温至50C以上时,就能得到非常光亮的镀镍层。

3.搅拌的影响

搅拌会加速溶液的对流,使阴极附近消耗了的金属离子得到及时补充和降低阴极的浓差极化作用,因而在其他条件相同的情况下,搅拌会使镀层结晶变粗。然而采用搅拌后,可以提高允许的阴极电流密度上限值,这样就可以克服因搅拌降低阴极极化作用而产生的结晶变粗现象.采用搅拌可以在较高的电流密度和较高的电流效率下得到紧密细致的镀层。对某些光亮性镀液,如光亮硫酸盐镀铜和光亮镀镍,搅拌还可以提高镀层的整平性。在某些情况下,还可消除条纹或橘皮状镀层。采用搅拌的电镀液必须进行定期或连续过滤,以除去溶液中的各种固体杂质和渣滓,否则会降低镀层的结合力并使镀层粗糙.疏松、多孔。采用搅拌可以增加电流密度范围,提高电镀效率.改善镀液的分散能力,提高镀层质量。通常在光亮镀镍和镀铜工艺中使用搅拌。搅拌能加强镀液的对流,减薄扩散层的厚度,使电沉积时阴极表面的放电金属离子迅速得到补充,降低浓差极化。同时搅拌可提高容许的电流密度上限,使操作电流密度增大,增大阴极极化。目前常用的搅拌镀液方法是阴极移动、压缩空气搅拌.镀液循环等多种方式。阴极移动有横向移动和垂直移动。压缩空气搅拌比较剧烈,它能使沉积于槽底的固体微粒浮起而分散到镀液中,所以使用压缩空气搅拌镀液时,一般都需备有连续过滤装置。否则,浮起的固体微粒会造成镀层粗糙或产生毛刺。对于一些易与空气中的氧和二氧化碳作用的镀液.如镀铁和硫酸盐镀锡等,不宜采取用这类搅拌。

4.电源的影响

电镀生产中常用的电源有整流器和直流发电机,根据交流电源的相数以及整流电路的不同可获得各种不同的电流波形。例如单相半波单相全波、三相半波和三相全波等。实践证明.电流的波形对镀层的结晶组织、光亮度镀液的分散能力和覆盖能力、合金成分、添加剂的消耗等方面都有影响,故对电流波形的选择应予重视。目前除采用一 般的直流电外.根据实际需要还可采用周期换向电流及脉冲电流。

周期换向电流就是周期性地改变直流电流的方向.即在电镀时,直流电流的方向,一段时间是正向,接着的一段时间是反向,正向电流就是将镀件作为阴极,而反向电流就是将镀件作为阳极。一段正向电镀的时间和一段反向退镀的时间之和就是一个周期的时间(tk+ta=T)。实践证明,把周期换向电流应用于氰化物镀铜和氟化物镀银.所获得的镀层质量比用一般直流电所得的镀层好得多,这是由于在反向退镀时.可除去电镀时产生的劣质镀层,减少或消除镀层上的粗糙和毛刺:同时还能使镀件尖端和边緣镀层厚度较厚处,退镀时除去较多的镀层.使镀层厚度均匀,整平性好。在应用周期换向电镀时,零件人槽最好先进行阴极电镀,以防止镀件在无镀层时作为阳极,造成基体金属腐蚀而污染镀液。

脉冲电流就是单向(阴极)电流周期性地被-系列开路(无电流通过)所中断的电流。它与换向电流所不同的是不把镀件作阳极,而是间歇地停止供电,由于间歇中断电流,阴极电位随时间周期性地变化。电镀电源常用的是直流整流器,选择不同的整流器电源对电镀质量也是有影响的。

(1)电源功率的影响。电镀电源的功率必须能承受被加工零件所需的电流,并能连续工作而不出现故障。一般是按被镀产品的表面积和所镀镀种的正常电流密度范围计算出所需的总电流量,再加上一定的保险系数来确定选用多大的整流电源。针对不同镀种,选择电源和电压范围。一般电镀的槽电压在6v以下。由于阳极钝化和溶液电导率(浓度、温度、搅拌等影响)的变化,槽电压会有所波动,有时会在10V左右。因此,常规的电镀电源电压应在0~ 12V范围内,对镀铬、铝阳极氧化等工艺,电源电压应在0 ~24V或更高一些。

(2)电源波形的影响。电镀一般采用直流电源 ,但对直流的理解往往有误差,并非从整流电源出来的电流就是平稳的直流.都带有一定脉冲,而脉冲量的大小,要看采用的是什么整流线路和器件。通常适合电镀的电源应该是三相桥式整流并加滤波的线路。特别对于镀铬来说,平稳的直流有利于镀铬过程。因为镀铬的电流效率只有10%~15%,如果直流电流中有较多的脉冲,会使其电流效率进一步降低,其分散能力也会下降,因此电镀质量就无法保证。交直流叠加电流是把交直流叠加在一起,进行电镀的电源。目前已应用于焦磷酸盐镀铜和铜锡合金,可获得结晶细致、光泽较好的镀层,还可扩大阴极电流密度范围。

5.基体金属对镀层质量的影响

(1)金属材料性质的影响。镀层金属与基体金属的结合是否良好,与基体金属的化学性质有着密切的关系。在某种电解液中,如果基体金属的电位负于镀层金属的电位,就不容易获得结合良好的镀层。像钢铁零件在硫酸盐镀铜电解液中,铁的电位比铜负,当把钢铁零件置人镀液中,铜离子就会被置换而附着在零件的表面。这种置换镀层疏松、结合力差,影响电镀层与基体金属的结合。还有一些电位很负的金属如锌、铝等,它们的活性很强,置换的倾向更大。在这类金属上电镀,一定要在镀前进行特殊的预处理(预镀浸锌等)。另外有的金属如不锈钢、铬合金等具有钝化性质的金属,表面很容易生成--层氧化膜.在这类金属上进行电镀时,若不经过特殊的活化处理,也很难获得与基体结合牢固的镀层。

(2)镀前加工性质的影响。镀前的加工状态和镀前的准备工作,对镀层的质量起着很重要的影响。铸造出来的生铁零件,其表面往往是凹凸不平及多孔的.在这样的表面上进行电镀往往容易得到粗糙而多孔的镀层。而且生铁中的石墨,它的氢过电位较低,氢容易在该处析出,阻碍了金属的沉积,甚至不能获得均匀连续的镀层。在有加工缺陷(铸造气孔、表面粗糙)的零件上,要获得高质量的电沉积镀层是很困难的。因为沉积在这种零件表面上的镀层.过一定时间后.表面便出现黑色的斑点,又称为泛点或渗点。

(3)基体金属表面状态。由于氢在粗糙表面上的过电位小于光滑表面,所以在粗糙表面上氢容易析出,镀层就不容易沉积,因此,降低基体金属的粗糙度往往可以改善覆盖能力。又如基体金属中含有氢过电位较小的杂质(如铸铁中的碳杂质),在这些杂质上氢容易析出,镀层就难以沉积。如果氢在基体金属上的过电位小于镀层金属上的过电位.那么在刚入槽电镀时,将有较多的氢气逸出。倘若这时局部先镀上镀层,那么由于先镀上镀层的部位析氢少.电流效率高,这将使分散能力降低。此时为了镀取均匀连续的镀层,常在开始通电时采用短时间的大电流密度“冲击”,使基体金属表面很快地先镀上一层氢过电位大的镀层金属,然后按正常规定的电流密度进行电镀,这就可以消除基体金属对分散能力和覆盖能力的不良影响。

6.几何因素对电镀质量的影响

       几何因素包括镀槽的形状.大小;阳极的形状和配置;挂具的形状以及被镀零件的形状等。

(1)镀槽。镀槽的设计是根据被镀零件的产量、大小及形状来确定。

(2)挂具。挂具对电镀质量的影响非常大,却又最容易被忽视。挂具导电截面应根据镀槽的总电流强度和挂具数量来计算合理分配各个挂具.还应根据零件形状确定挂具的具体形式。制作挂具应以紫铜或黄铜为材料。这样可以增加导电性能,以1mm2导线通过的电流来看,紫铜为24A/mm2,黄铜为5A/mm2、铁为3A/mm2。

(3)阳极。阳极以使用钛篮装载为最佳方式,既可保证阳极的表面积不发生大的波动。又可以使阳极的溶解利用率大大提高。阳极的表面积应该是阴极的1倍-2倍,特殊情况下阳极面积还要大些。线材电镀要保持阳极比阴极的面积大20倍以上才比较适宜,因为工作电流密度大,阳极就很容易钝化。使用悬挂式阳极时,要做成条状。并保持挂钩具有良好的导电状态。电镀阳极的纯度应在99. 99%以上,否则镀液中的杂质就会影响电镀层质量。必要时也可使用不溶性阳极(如铁板、不锈钢板等)。

(4)被镀零件的形状。镀件的形状是决定电镀加工难易程度的重要因素之一。对于简单零件, 比如标准件或小零件,可以进行滚镀。对于条形件,可采用斜横悬挂。但对于异形管件自孔件等,要设计相应的挂具,有的还要设置辅助阳极,以解决深孔内壁等处的镀层分布问题,对于带有尖端、尖角部等突出的零件,在悬挂时要尽量使突出部分处于远离阳极的部位。利用零件本身做相互遮挡。在必要时采用保护阴极,防止被镀零件突出部位由于“尖端放电效应"而“烧焦"等。对于每个被镀零件,都要计算其受镀的表面积以确定电镀加工时所给的电流大小。

(5)电极和镀槽的几何因素。电极的形状和尺寸.电极间的距离、电极在镀槽中的位置和镀槽的形状等,都会影响镀层在阴极表面的均匀分布。为了改善由此而引起的电极上电流分布不均匀的状态,电镀生产中常采用辅助阴极和象形阳极,适当增大阴、阳极之间的距离等方法。

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