电镀工艺:利用电解原理将导电体铺上一层金属的方法-中文百科频道

基本简介

电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。

镀层性能不同于基体金属，具有新的特征。根据镀层的功能分为防护性镀层，装饰性镀层及其它功能性镀层。

基本原理

电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程，电镀的基本过程是将零件浸在金属盐的溶液中作为阴极，金属板作为阳极，接直流电源后，在零件上沉积出所需的镀层。

例如：镀镍时，阴极为待镀零件，阳极为纯镍板，在阴阳极分别发生如下反应：

阴极(镀件)：Ni2++2e→Ni (主反应)

2H++e→H2↑ (副反应)

阳极(镍板)：Ni －2e→Ni2+ (主反应)

4OH-－4e→2H₂O+O2+4e (副反应)

不是所有的金属离子都能从水溶液中沉积出来，如果阴极上氢离子还原为氢的副反应占主要地位，则金属离子难以在阴极上析出.根据实验，金属离子自水溶液中电沉积的可能性，可从元素周期表中得到一定的规律，如表1.1所示。

阳极分为可溶性阳极和不溶性阳极，大多数阳极为与镀层相对应的可溶性阳极，如：镀锌为锌阳极，镀银为银阳极，镀锡-铅合金使用锡-铅合金阳极.但是少数电镀由于阳极溶解困难，使用不溶性阳极，如酸性镀金使用的是多为铂或钛阳极.镀液主盐离子靠添加配制好的标准含金溶液来补充.镀铬阳极使用纯铅，铅-锡合金，铅-锑合金等不溶性阳极。

工艺要求

1、镀层与基体金属、镀层与镀层之间，应有良好的结合力。

2、镀层应结晶细致、平整、厚度均匀。

3、镀层应具有规定的厚度和尽可能少的孔隙。

4、镀层应具有规定的各项指标，如光亮度、硬度、导电性等。

5、环境温度为-10℃～60℃；

6、输入电压为220V±22V或380V±38V；

7、水处理设备最大工作噪声应不大于80dB(A)。

8、相对湿度(RH)应不大于95%；

9、原水COD含量为100mg/L～150000mg/L。

影响因素

主盐体系

每一镀种都会发展出多种主盐体系及与之相配套的添加剂体系，如镀锌有氰化镀锌，锌酸盐镀锌，氯化物镀锌(或称为钾盐镀锌)，氨盐镀锌，硫酸盐镀锌等体系。

每一体系都有自己的优缺点，如氰化镀锌液分散能力和深度能力好，镀层结晶细致，与基体结合力好，耐蚀性好，工艺范围宽，镀液稳定易操作对杂质不太敏感等优点，但是剧毒，严重污染环境，氯化物镀锌液是不含络合剂的单盐镀液，废水极易处理；镀层的光亮性和整平性优于其它体系；电流效率高，沉积速度快；氢过电位低的钢材如高碳钢，铸件，锻件等容易施镀，但是由于氯离子的弱酸性对设备有一定的腐蚀性，一方面会对设备造成一定的腐蚀，另一方面此类镀液不适应需加辅助阳极的深孔或管状零件。

添加剂

添加剂包括光泽剂，稳定剂，柔软剂，润湿剂，低区走位剂等，光泽剂又分为主光泽剂，载体光亮剂和辅助光泽剂等。对于同一主盐体系，使用不同厂商制作的添加剂，所得镀层在质量上有很大差别，总体而言欧美和日本等发达国家的添加剂最好，台湾次之，大陆产的相对而言比前两类都逊色。

主盐与具体某一厂商的添加剂的联合决定了使用的镀液的整体性能，优秀的添加剂能弥补主盐某些性能的不足。如优秀的氯化物镀锌添加剂与氯化物主盐配合得到的镀液深镀能力比许多氰化镀锌镀液的深度能力好。

电镀设备

挂具：方形挂具与方形镀槽配合使用，圆形挂具与圆形镀槽配合使用。圆形镀槽和挂具更有利于保证电流分布均匀，方形挂具则需在挂具周围加设诸如铁丝网之类的分散电流装置或缩短两侧阳极板的长度，使用如图所示的椭圆形阳极排布。

搅拌装置：促进溶液流动，使溶液状态分布均匀，消除气泡在工件表面的停留。

电源：直流，稳定性好，波纹系数小。

化学清洗

根据油脂的种类和性质，除油剂包含两种主体成分，碱类助洗剂和表面活性剂。

1、碱类物质

碱类助洗剂常用的为氢氧化钠、纯碱、硅酸钠和三聚磷酸钠。氢氧化钠和纯碱作为碱剂，价格最为便宜，废水较难处理，有时因为碱性偏强导致清洗物体受到损伤，另一方面氢氧化钠和纯碱没有乳化作用对于矿物油清洗没有任何效果。

硅酸钠与三聚磷酸钠既能提供碱性，又能提供一定的乳化力，广泛的用于各种除油清洗剂中特别是对碱敏感的除油工艺。使用硅酸钠最大的缺陷是除油后若不用热水先洗一道，直接冷水洗很难将残留的硅酸钠完全洗净，残留的硅酸钠会与下一道工序的酸反应生成附着牢固的硅胶，从而影响镀层的结合力；三聚磷酸钠则主要存在磷污染破坏环境的担忧。

2、表面活性剂

表面活性剂是除油剂的最核心成分，早期的除油剂是以乳化剂的乳化作用为主，如脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）系列、烷基酚聚氧乙烯醚（TX、NP）系列等。过多的使用乳化剂会将脱落的油脂乳化增溶于工作液中，导致工作液除油能力逐渐下降，需要频繁更换工作液。

但是随着表面活性剂价格的上升，越来越要求降低表面活性剂的使用量，提高除油的速率，这就要求除油剂具有很好的分散和抗二次沉积性能，将脱落的油脂从金属表面剥离，在溶液中不乳化、不皂化，只是漂浮在溶液表面，保持槽液的清澈与持续的除油能力。

另一方面，适合除油的表面活性剂一般为非离子类型的产品，非离子产品普遍价位较高，为了降低除油剂成本，阴离子的产品也会出现在除油剂的配方中，特别是同时具有非离子性质的阴离子型表面活性剂脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐（FMES），具有优异的“分散卷离”特点，有助于油脂的非乳化式剥离去除。

超声波清洗

产品电镀前处理工艺非常重要，一般的传统工艺使用酸液对工件进行处理，对环境污染较重，工作环境较差，同时，最大的弊端是结构复杂零件酸洗除锈后的残酸很难冲洗干净。工件电镀后，时间不长，沿着夹缝出现锈蚀现象，破坏电镀层表面，严重影响产品外观和内在质量。超声波清洗技术应用到电镀前处理后，不仅能使物体表面和缝隙中的污垢迅速剥落，而且电镀件喷涂层牢固不会返锈。

利用超声波在液体中产生的空化效应，可以清洗掉工件表面沾附的油污，配合适当的清洗剂，可以迅速地对工件表面实现高清洁度的处理。

电镀工艺，对工件表面清洁度要求较高，而超声波清洗技术是能达到此要求的理想技术。利用超声波清洗技术，可以替代溶剂清洗油污；可以替代电解除油；可以替代强酸浸蚀去除碳钢及低合金钢表面的铁锈及氧化皮。

对几种常见的工件电镀前表面状况，用超声波清洗工艺情况简介：

1、抛光件表面抛光膏的清洗：一般情况下，抛光膏常常采用石蜡调合，石蜡分子量大，熔点较高，常温下呈固态，是较难清洗的物质，传统的办法是采用有机溶剂清洗或高温碱水煮洗有许多弊病。采用超声波清洗则可使用水基清洗剂，在中温条件下，几分钟内将工件表面彻底清洗干净，常用工艺流程是：①浸泡→②超声波清洗→③清水（净水）漂洗。

2、表面有油及少量锈的冷轧钢板：冷轧钢板表面一般有油、污或少量铁锈，要洗干净比较容易，但经一般方法清洗后，工件表面仍残留一层非常细薄的浮灰，影响后续加工质量，有时不得不再采用强酸浸泡的办法去除这层浮灰。而采用超声波清洗并加入适当的清洗液，可方便快捷地实现工件表面彻底清洁，并使工件表面具有较高的活性，有时甚至可以免去电镀前酸浸活化工序。

3、表面有氧化皮和黄锈的工件：传统的办法是采用盐酸或硫酸浸泡清洗。如采用超声波综合处理技术，可以快捷地在几分钟内同时去除工件表面的油、锈、并避免了因强酸清洗伴随产生的氢脆问题。

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，如耐蚀性，抗变色能力，可焊性等。

脱水处理：水中添加脱水剂，如镀亮镍后处理。

钝化处理：提高镀层耐蚀性，如镀锌。

防变色处理：水中添加防变色药剂，如镀银，镀锡，镀仿金等。

提高可焊性处理：如镀锡因此后处理工艺的优劣直接影响到镀层这些功能的好坏。

电镀分类

镀铬

铬是一种微带天蓝色的银白色金属。电极电位虽位很负，但它有很强的钝化性能，大气中很快钝化，显示出具有贵金属的性质，所以铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中很稳定，能长期保持其光泽，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定，但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。

铬层硬度高，耐磨性好，反光能力强，有较好的耐热性。在500°C以下光泽和硬度均无明显变化；温度大于500°C开始氧化变色；大于700°C才开始变软。

由于镀铬层的优良性能，广泛用作防护一装饰镀层体系的外表层和机能镀层。

镀铜

镀铜层呈粉红色，质柔软，具有良好的延展性、导电性和导热性，易于抛光，经过适当的化学处理可得古铜色、铜绿色、黑色和本色等装饰色彩。镀铜易在空气中失去光泽，与二氧化碳或氯化物作用，表面生成一层碱式碳酸铜或氯化铜膜层，受到硫化物的作用会生成棕色或黑色硫化铜，因此，做为装饰性的镀铜层需在表面涂复有机复盖层。

镀镉

镉是银白色有光泽的软质金属，其硬度比锡硬，比锌软，可塑性好，易于锻造和辗压。镉的化学性质与锌相似，但不溶解于碱液中，溶于硝酸和硝酸铵中，在稀硫酸和稀盐酸中溶解很慢。镉的蒸气和可溶性镉盐都有毒，必须严格防止镉的污染。因为镉污染后的危害很大，价格昂贵，所以通常采用镀锌层或合金镀层来取代镀镉层。目前国内生产中应用较多的镀镉溶液类型有：氨羧络合物镀镉、酸性硫酸盐镀镉和氰化物镀镉。此外还有焦磷酸盐镀镉、碱性三乙醇胺镀镉和HEDP镀镉等。

镀锡

锡具有银白色的外观，原子量为118.7，密度为7.3g/cm^3，熔点为231.89℃，原子价为二价和四价，故电化当量分别为2.12g/A.h和1.107g/A.h。锡具有抗腐蚀、无毒、易铁焊、柔软和延展性好等优点。

锡镀层有如下特点和用途：1、化学稳定性高；2、在电化序中锡的标准电位纰铁正，对钢铁来说是阴极性镀层，只有在镀层无孔隙时才能有效地保护基体；3、锡导电性好，易焊；4、锡从-130℃起结晶开始开始发生变异，到-300℃将完全转变为一种晶型的同素异构体，俗称”锡瘟”，此时已完全失去锡的性质；5、锡同锌、镉镀层一样，在高温、潮湿和密闭条件下能长成晶须，称为长毛；6、镀锡后在231.89℃以上的热油中重溶处理，可获得有光泽的花纹锡层，可作日用品的装饰镀层。