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工艺操作类故障及影响因素:化学因素对电镀质量的影响

放大字体  缩小字体发布日期:2012-01-12  浏览次数:902
工艺操作类故障及影响因素:化学因素对电镀质量的影响

   (1)主盐及辅盐的影响

   任何一个电镀工艺的镀液配方都离不开主盐和辅盐。要镀什么样的金属,就要采用这种金属的盐做主盐。由于不同的主盐有不同的性质和工艺特点,所以我们在称呼电镀工艺时,往往以所用的主盐来命名。

   比如镀锌有硫酸盐镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物镀锌等,镀铜有硫酸盐镀铜、焦磷酸盐镀铜、氰化物镀铜等。可见主盐的形式是决定电镀工艺的性能、质量的重要因素。一旦选定主盐,所有的辅盐、添加剂、pH值等都要围绕主盐来选用,因此电镀工艺配方的第一项就是主盐。

   当主盐浓度低时,电流效率下降,电镀速度下降,光亮剂作用受到抑制,高电区容易烧焦。过高的主盐电流效率也会降低,且带出浪费增加。因此控制主盐浓度是电镀管理中的一项重要工作,经常要通过分析加料补充,并保证阳极的正常溶解。

   同一个镀种采用不同的主盐,其浓度是不同的。比如镀锌,锌酸盐的主盐浓度只有8~12g/L,氰化物的主盐则是30~50g/L,而硫酸盐镀锌则可达到300~450g/L。

   在工艺配方中,要注意主盐分子式的写法。在国际上,为了不引起误会,一般写金属离子的浓度。以硫酸锌为例,当含结晶水时,其实际含锌量为23%,不含结晶水时,则可达40%,而实际中我们买到的硫酸锌都含有结晶水,并且产品纯度只在95%以下,这样在配槽时如果不注意,主盐浓度就会偏低。

   辅盐多为络合剂,也包括导电盐和pH值缓冲剂。完全只有主盐的镀种很少,即使只用主盐的镀液也要加入添加剂才能正常工作。因此,辅盐是必不可少的,并且对浓度也有一定要求,过多过少都会影响电镀质量。辅盐主要靠分析补加。

   (2)pH值的影响

   pH值是电镀工艺的重要因素。采用不同主盐的镀液有不同的pH值。从酸碱的角度看,镀液可以分为酸性、中性和碱性。对pH值要求比较严的往往是弱酸、弱碱性镀液。比如光亮镀镍,pH值在4~5之间,pH值过低,对光亮度会有影响。过高,则镀层脆性增加。

   因此,对于镀液的pH值要经常加以检测,不在工艺范围内要加以调整。调整的方法是采用与主盐同离子的酸或碱经过稀释后在搅拌下加入慢慢调整,不可直接将浓酸或碱加入到镀液中调pH值。

   (3)添加剂的影响

   随着电镀技术的进步,现在已经出现了许多种电镀添加剂,特别是各种商业光亮剂。由于光亮剂的出现,使过多依靠机械抛光才能达到的光亮镀种可以直接从镀槽中获得。

   光亮剂几乎都是有机化合物。添加的量少,但作用很大。主要是在电镀过程中影响结晶过程,改变结晶取向,使镀层达到光亮的效果,但是添加剂也是使镀层脆性增加的因素,并且根据其作用的机理不同而使镀层产生压应力或张应力。选取适当的添加剂可以使这两种应力达到平衡而降低镀层脆性。

   随着使用添加剂时间的延长,添加剂的分解产物会在镀液内积累,并在镀层内夹杂,从而导致镀层脆性增加,所以使用电镀添加剂的镀种要定期加以处理。处理的方法是采用活性炭处理后过滤。

   为了防止添加剂的不足或过量,最好是按照说明书或厂商提供的资料少加勤加。有条件的应该安装安培·小时计,按通电量来补加比较合理。也可根据企业的经验,按受镀面积或加工的量来估计添加剂的消耗,避免盲目添加带来的不利影响。

   选用和补加添加剂要看清光亮剂的名称和厂商,不要加错。更换厂商或品种要取小样做充分的试验后才确定在镀槽内加,并做好记录。严格地说,应该建立镀槽档案,往镀槽里加入任何化学品都应该做记录,以便追索。

   (4)杂质的影响

   杂质对电镀的影响是最常见的电镀故障。在电镀故障中占的比率较大。本节只做概括性介绍,拟另辟专题来讨论各个镀种对杂质的允许浓度用去除方法。

   对电镀来说,杂质有三类:有机杂质、无机杂质、机械杂质。

   有机杂质主要是带入镀槽的油脂、表面活性剂、添加剂及分解产物等。

   无机杂质主要是指主盐及工艺规范以外的金属离子。比如镀镍中的Zn2+、Cu2+、Pb2+等,镀锌中的Cu2+、Fe2+等。这些杂质由于沉积电位不同而在镀件的低电流区或高电流区析出,使镀层发黑、发脆或发花等。

   机械杂质主要指灰尘、阳极泥等不溶性漂浮物。混入镀槽后受电泳作用影响,·也会在镀层上滞留而使镀层起刺、起毛。

   对于有机杂质,主要靠活性炭去除。无机杂质比较麻烦,个别无机盐很难用常规方法去除,即使可以除掉,成本也很高,因此要严防无机杂质混入镀槽。一般用电解法去除。机械杂质则主要靠过滤的方法去除。

   (5)前、后处理的影响

   ①前处理的影响。前处理主要是指除油和除锈。磨光后也存在除油(蜡)问题,活化也属于前处理或预处理。

   金属零件在机械加工过程中一般都会沾上油污,在周转和存放中会生锈。油和锈不去除干净,电镀就无法正常进行。电镀的前处理就如建房子打地基,看不起眼却十分重要。可以毫不夸张地说:三分电镀、七分前处理。

   因为前处理不好,特别是肉眼看不出的油污或氧化层不去除干净,电镀也能镀上去,但是在随后的流程中,特别是经过热水洗、干燥等工序,就会起泡、掉皮。有些会延迟到用户已经安装到产品中去以后鼓泡,给企业带来严重损失。因此,前处理是必须十分重视的工艺。可惜电镀企业往往不重视前处理,往往把重点放到电镀工艺上。实行的是三分前处理、七分电镀的做法,去油和去锈马马虎虎,有的甚至认为氰化物电镀本身有去油能力,前处理差一点也不重要,这实在是大错特错。鉴定去油的标准是表面要完全亲水化。现在由于使用各种高效表面活性剂,做到这一点并不难,但是有些除油剂会因表面活性剂选用不当,造成亲水假象,亲水基的另一端连着油分子,这种情况如果不进行电解除油,就会出现质量事故。电解除油既有化学除油作用,又主要有电化学除油作用。其中阴极除油主要靠大量析氢来冲刷油膜,再辅以皂化、乳化作用,使油脂完全从金属表面脱离。阴极除油的优点是除油效果好,但缺点是对弹性零件有造成氢脆的危险。另外.除油液中不能混入可镀性阳离子,特别是金属杂质,否则,反而会影响结合力。

   阳极除油的效果没有阴极好,但是不会造成析氢,也不会有杂质沉积,但是当电位不当时,会造成零件发生钝化或者溶解、消光,因此也必须进行控制。

   除油以后的清洗必须用热水,然后才用冷水洗,以防浮在零件上的油污带入镀槽。

   除锈主要是靠酸与氧化物的反应。常用的酸有盐酸、硫酸等,用得较多的是盐酸,有用浓盐酸的,也有用l:1的盐酸的。为了防止过腐蚀,在盐酸中有时也加入缓蚀剂,如乌洛托品。

   有些零件在去完油、锈以后,要等一段时间才会入槽电镀,这时表面会形成一层看不见的氧化膜,如果不去除,也会影响结合力。因此,在下槽电镀前,都有一个活化工序,就是为的去掉氧化膜,使表面呈现活性状态。活化一般用的是3%~5%的硫酸,但实际上只用1%就足够了,并且每天都要换新的。有些厂家一周才换一次,更有只往里补酸而不加以更换,这是得不偿失的管理办法,必须加以更正。

   无论采用什么前处理工艺,其目的都是要让金属表面处于完全新鲜的状态,使镀层能在基体金属的晶格上生长起来,否则,镀层的结合力就会受到影响。

   ②后处理的影响。这里主要指钝化等需要化学处理方法的影响,也包括干燥的方法。

   有些镀层如果不进行后处理,看似光亮的镀层很快就会变暗,尤其现在彩色电镀盛行,单一的镀铬表面已经不适应市场的需求,使很多原来的中间镀层、底层镀层也当做表面镀层使用,如光亮镀铜、光亮镀锌等。这些镀层都存在极易变色的问题,必须进行后处理。

   对镀锌层而言,现在有各种钝化方案,传统的是彩色钝化、白色钝化,现在有蓝白色、黄色、黑色等多色钝化。钝化后的镀锌层的抗蚀性可提高十多倍。

   对于光亮镀铜、仿金、仿银等镀层,只钝化还不行,还要进行表面涂覆处理。也就是加上一层有机保护膜。比如用各种清漆、树脂、光油等对镀层进行最后的封闭处理。

   电镀的干燥以使水分充分蒸发为准,不是温度越高越好。特别是在镀锌钝化以后的干燥,应该在I00。C以内,过高时会对膜层颜色有影响,还会改变膜层结构,

影响镀层的耐腐蚀性能。

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