电镀基本知识教程

電鍍基本知識介紹 陳懷超（2001-10-20）

1． 電鍍基本原理

電鍍是一種電化學過程﹐也是一種氧化還原過程。電鍍的基本過程是將零件浸在金屬鹽的溶液中作為陰極﹐金屬板作為陽極﹐接直流電源后﹐在零件上沉積出所需的鍍層。

例如﹕鍍鎳時﹐陰極為待鍍零件﹐陽極為純鎳板﹐在陰陽極分別發生如下反應﹕

陰極(鍍件)﹕Ni+2e→Ni (主反應) 2H+e→H2↑ (副反應) 陽極(鎳板)﹕Ni ﹣2e→Ni (主反應) 4OH﹣4e→2H2O+O2+4e (副反應)

不是所有的金屬離子都能從水溶液中沉積出來﹐如果陰極上氫離子還原為氫的副反應占主要地位﹐則金屬離子難以在陰極上析出。根據實驗﹐金屬離子自水溶液中電沉積的可能性﹐可從元素周期表中得到一定的規律﹐如表1.1所示

陽極分為可溶性陽極和不溶性陽極﹐大多數陽極為與鍍層相對應的可溶性陽極﹐如﹕鍍鋅為鋅陽極﹐鍍銀為銀陽極﹐鍍錫-鉛合金使用錫-鉛合金陽極。但是少數電鍍由于陽極溶解困難﹐使用不溶性陽極﹐

-2+

+2+

如酸性鍍金使用的是多為鉑或鈦陽極。鍍液主鹽離子靠添加配制好的標准含金溶液來補充。鍍鉻陽極使用純鉛﹐鉛-錫合金﹐鉛-銻合金等不溶性陽極。

2． ★電鍍基本工藝及各工序的作用 2．1 基本工序

(磨光→拋光)→上掛→脫脂除油→水洗→(電解拋光或化學拋光)→酸洗活化→(預鍍)→電鍍→水洗→(后處理)→水洗→乾燥→下掛→檢驗包裝

2．2 各工序的作用

2.2.1 前處理﹕施鍍前的所有工序稱為前處理﹐其目的是修整工件表

面﹐除掉工件表面的油脂﹐鏽皮﹐氧化膜等﹐為后續鍍層的沉積提供所需的電鍍表面。前處理主要影響到外觀，結合力﹐據統計﹐60%的電鍍不良品是由前處理不良造成﹐所以前處理在電鍍工藝中占有相當重要的地位。在電鍍技朮發達的國家﹐非常重視前處理工序﹐前處理工序占整個電鍍工藝的一半或以上﹐因而能得到表面狀況很好的鍍層和極大地降低不良率。

噴砂﹕ 除去零件表面的鏽蝕﹐焊渣﹐積碳﹐舊油漆層﹐和其

它干燥的油污﹔除去鑄件﹐鍛件或熱處理后零件表面

的型砂和氧化皮﹔除去零件表面的毛刺和和方向性磨痕﹔降低零件表明的粗糙度﹐以提高油漆和其它涂層的附著力﹔使零件呈漫反射的消光狀態

磨光﹕ 除掉零件表明的毛刺﹐鏽蝕﹐划痕﹐焊縫﹐焊瘤﹐砂眼﹐

氧化皮等各種宏觀缺陷﹐以提高零件的平整度和電鍍質量。

拋光﹕ 拋光的目的是進一步降低零件表面的粗糙度﹐獲得光亮

的外觀。有機械拋光﹐化學拋光﹐電化學拋光等方式。

脫脂除油﹕ 除掉工件表面油脂。有有機溶劑除油﹐化學除油﹐

電化學除油﹐擦拭除油﹐滾筒除油等手段。

酸洗﹕ 除掉工件表面鏽和氧化膜。有化學酸洗和電化學酸洗。 2.2.2 電鍍

在工件表面得到所需鍍層﹐是電鍍加工的核心工序﹐此工序工藝的優劣直接影響到鍍層的各種性能。此工序中對鍍層有重要影響的因素主要有以下几個方面﹕ 2.2.2.1主鹽體系

每一鍍種都會發展出多種主鹽體系及與之相配套的添加劑體系。如鍍鋅有氰化鍍鋅﹐鋅酸鹽鍍鋅﹐氯化物鍍鋅(或稱為鉀鹽鍍鋅)﹐氨鹽鍍鋅﹐硫酸鹽鍍鋅等體系。

每一體系都有自己的優缺點﹐如氰化鍍鋅液分散能力和深度能力好﹐鍍層結晶細致﹐與基體結合力好﹐耐蝕性好﹐工藝范圍寬﹐鍍液穩定易操作對雜質不太敏感等優點。但是劇毒﹐嚴重污染環境。氯化物鍍鋅液是不含絡合劑的單鹽鍍液﹐廢水極易處理﹔鍍層的光亮性和整平性優于其它體系﹔電流效率高﹐沉積速度快﹔氫過電位低的鋼材如高碳鋼﹐鑄件﹐鍛件等容易施鍍。但是由于氯離子的弱酸性對設備有一定的腐蝕性﹐一方面會對設備造成一定的腐蝕﹐另一方面此類鍍液不適應需加輔助陽極的深孔或管狀零件。 2.2.2.2添加劑

添加劑包括光澤劑，穩定劑，柔軟劑，潤濕劑﹐低區走位劑等。光澤劑又分為主光澤劑﹐載體光亮劑和輔助光澤劑等。對于同一主鹽體系﹐使用不同廠商制作的添加劑﹐所得鍍層在質量上有很大差別。總體而言歐美和日本等發達國家的添加劑最好﹐台灣次之﹐大陸產的相對而言比前兩類都遜色。

主鹽與具體某一廠商的添加劑的聯合決定了使用的鍍液的整體性能。優秀的添加劑能彌補主鹽某些性能的不足。如優秀的氯化物鍍鋅添加劑與氯化物主鹽配合得到的鍍液深鍍能力比許多氰化鍍鋅鍍液的深度能力好。 2.2.2.3 電鍍設備

（1） 掛具﹕方形挂具與方形鍍槽配合使用﹐圓形挂具與圓形鍍槽配

合使用。 圓

形鍍槽和挂具更有利于保証電流分布均勻﹐方形挂具則需在挂具周圍加設諸如鐵絲網之類的分散電流裝置或縮短兩側陽極板的長度﹐使用如圖所示的橢圓形陽極排布。

（2） 攪拌裝置﹕促進溶液流動﹐使溶液狀態分布均勻﹐消除氣泡在

工件表面的

停留。

（3） 電源﹕ 直流﹐穩定性好﹐波紋系數小。 2.2.3 后處理

電鍍后對鍍層進行各種處理以增強鍍層的各種性能﹐如耐蝕性﹐

抗變色能力﹐可焊性等。

脫水處理﹕ 水中添加脫水劑﹐如鍍亮鎳后處理 鈍化處理﹕ 提高鍍層耐蝕性﹐如鍍鋅 防變色處理﹕水中添加防變色藥劑﹐如鍍銀 提高可焊性處理﹕如鍍錫

因此后處理工藝的優劣直接影響到鍍層這些功能的好壞。

3. 電鍍的分類 3.1按鍍層組成分

單金屬電鍍(應用較廣的鍍層有鋅﹑鎘﹑銅﹑鉻﹑錫﹑鎳﹑

金﹑銀等)

二元合金電鍍(常用的有錫-鉛合金﹐鋅-鎳﹐

鋅-鈷﹐銅-錫等)

合金電鍍 三元合金電鍍(常用的有銅-錫-鋅﹐鋅-鎳

-鐵等)

多元合金電鍍(基本處于研究階段) 復合電沉積 (電鍍層中嵌入固體顆粒形成復合鍍層)

3.2 按獲取鍍層方式分

挂鍍(Rack Plating)

常規電鍍

滾鍍(Barrel Plating) 電刷鍍

脈沖電鍍

電鑄

裝飾性電鍍﹐如鍍金﹐鍍銀﹐銅╱鎳／裝飾鉻電鍍

功能性電鍍 錫

4． 電鍍在表面處理技術領域的地位 4.1 表面處理的方式和手段

電鍍(電沉積)

防護性電鍍﹐如鍍鋅 耐磨性電鍍﹐如鍍硬鉻 提高可焊性電鍍﹐如鍍增強導電性﹐如鍍銀﹐鍍金 ……..

陽極氧化(鋁﹑鎂﹑鈦及它們的

合金)

化學氧化(鋁及其合金﹐鋼鐵) 電化學及化學轉化 鉻酸鹽處理(鋼鐵上的鋅﹑鉻

熱浸鍍(常用的有熱浸鋅﹑錫﹑鋁﹑鉛氣噴涂

磷酸鹽處理(磷化) ) 火焰噴涂 鍍

層

﹐

鋁

﹐

鎂

﹐

銅

)

爆炸噴涂 熱噴涂 電弧噴涂 電噴涂 等離子噴涂 高頻感應噴涂

橡膠涂層 非金屬涂覆 塑料涂層 油漆涂層

滲鍍 化學氣象沉積 擴散涂鍍 真空鍍膜 包鍍

達克羅(Dacromet﹐浸入鋅鋁﹐鋅鉻漿液中﹐形成涂層﹐然后烘烤干燥)

4.2 電鍍的現狀和發展趨勢

電鍍由于工藝和技朮成熟﹐在金屬精飾中按噸位計占加工的首位。電鍍的發展分三個時期﹐第一時期為改善光澤或耐蝕性﹐第二時

期為因勞力不足而邁向勝利化﹑自動化﹐第三時期為減輕公害問題。電鍍不可避免帶來環境污染問題﹐隨著其它污染小的新技朮的發展﹐電鍍使用范圍正面臨著逐漸被壓縮的威協。另一方面﹐電鍍本身也正在大力開發污染小新工藝﹐同時開發能獲取新功能鍍層的工藝﹐以拓展自身的生存空間。

5． ★新產品開發段表面處理的工作内容

5.1根據產品的用途和功能確定合適的表面處理方式。

進行表面處理前需弄清使用材料，材料金屬學狀態，材料的表面狀態﹐鍍層厚度﹐耐蝕性要求﹐外觀要求﹐每個電鍍面的等級﹐鍍層檢驗規范等。以上內容確定后才能確定合適表面處理方式和具體工藝。同為一種電鍍﹐由于材料的種類﹐表面狀態﹐金屬學狀態不同﹐所采取的工藝會有很大的不同﹐如鈦材上鍍銀與普通鋼材鍍銀工藝上的區別

對鋼材﹕除油→活化(鹽酸)→鍍銅→鍍鎳→預鍍銀→鍍銀 對鈦材﹕除油→浸蝕(含氟化物的溶液)→活化→預鍍銀→鍍銀 5.2 尋找合適的供應商(針對NWE現有狀況而言)

基于NWE沒有自己的表面處理部門﹐尋找到合適供應商對NWE產品的表面處理至關重要﹐是現階段所有表面處理工作重心和核心。 5.3 供應商的管控和輔導(針對NWE現有狀況而言)

由委外加工單位組織﹐產工和品保派相關技朮工程師參與。

6．★表面處理外協商的尋找和管控 6．1 部分表面處理外協商介紹

公司名稱 年總硬件設施 加工產品來管理規范 源 產值 廠房及設備配置 使用工人員構成 藝 宏升電鍍2千萬 租用廠房﹐有專日本和總經理有丰富的未見到成廠 門的工藝管控室香港產表面處理經驗﹐文管理規和品質管控室﹐的藥劑 各部門經理主要范 電鍍加工為手工進行﹐上挂后運輸到加工線和產品加工完成后輸送到下挂和檢驗室為自動線 中有氧化 廠 租用廠房﹐無專大陸產有一來自航空工無成文的門的工藝管控室的藥劑 業的老專家負責管理規范 負責業務﹐對工藝和品質管控參與不多 大陸 大陸 和品質管控室﹐所有工序皆為手工進行 恆基 技朮指導﹐其余人員在技朮方面皆不專業 香港和東南3億 租用廠房﹐有專大部分每個生產部門經有成文的門的工藝管控室為香港理皆為技朮工程管理規范 亞 和品質管控室﹐產的藥師﹐工藝管控也電鍍加工為手工劑 進行﹐上挂后運輸到加工線和產品加工完成后輸送到下挂和檢驗室為自動線

6．2 常見工藝和品質管控手段 工藝管控 管控手段 管控內容 常用儀器 由有經驗的工程師主導工作 *化學分析 鍍液主鹽濃度﹐酸鹼滴定管﹐滴定架﹐標准液﹐指度 *安時計﹐荷添加劑 氏槽 示劑 安時計﹐荷氏槽 電導率測試 雜質濃度 *pH值測試 酸鹼度 電導率測試儀 pH值測試儀﹐pH試紙 波美度測試 鍍金﹐鍍鉻﹐酸性鍍波美度測試 銅主鹽濃度 *溫度測試 鍍液溫度 品質管控 耐蝕性測試 鍍層耐蝕性 *厚度測試 鍍層厚度 溫度計 X-RAY 厚度測試儀﹐電解式測厚儀﹐金相顯微鏡﹐渦流測厚儀﹐磁性測厚儀﹐計時液流測厚儀﹐β射線反向散射測厚儀 鹽霧試驗箱(中性鹽霧試驗﹐醋酸鹽霧試驗﹐銅加速鹽霧試驗等)﹐潮濕試驗箱﹐戶外暴晒實驗場﹐電解腐蝕試驗儀﹐二氧化硫腐蝕實驗箱﹐硫化氫腐蝕試驗箱﹐腐蝕膏。 *結合力檢驗 鍍層與基體﹑鍍層與刃口為30度銳角的硬質划刀﹐鍍層之間的集合力 粗齒扁銼﹐高溫烘箱。 可焊性檢驗 鍍層可焊性 松香異丙醇﹐焊料 顯微硬度檢驗 脆性測試 鍍層硬度 顯微硬度計 鍍層柔韌性 杯突試驗機﹐靜壓彎曲試驗機﹐心軸 氫脆性測試 鍍層氫脆性 持久強度試驗機﹐蠕變試驗機﹐緩慢彎曲試驗機﹐應力環

6．3 對供應商的尋找和管控的几點建議

（1） 供應商引入競爭﹐促使供應商改良品質﹐降低加工價格。

尋找到合適供應商對NWE產品的表面處理至關重要﹐是現階段所有表面處理工作重心和核心。 （2） 購進常用儀器進行品質管控

如膜厚測試儀。

（3） 定期到廠家製程管控現場觀察和了解廠家的制程﹐對不完善或

不規范的地方提出建議﹐并同廠家一起商討改善對策。 7. 鍍層缺陷的補救或重工

不良現象 補救措施 備注 臟浯 溶劑搽試﹐如酒精﹐ 丙酮等易揮發而不殘留的溶劑 因臟浯而變質 重工 桔皮﹐發花﹐發霧﹐重工 條紋﹐漏鍍﹐起泡﹐起皮﹐結合力不良等 較大面積的划傷或搽返電或重工 傷 部分鍍種如鍍銅﹐鍍鉻可打磨后返電補鍍﹐但是大部分鍍種需徹底重工﹐即先剝掉鍍層﹐然后再從第一道工序開始進行處理。

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