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电镀故障引起原因与排除方法(上)

2017-05-10 14:01:40

电镀故障通常是指电镀的产品,即镀层出现的弊病(也称为毛病或缺陷〉,其表现形式多种多样,如防护-装饰性镀层起泡、暴皮、粗糙、漏镀、内应力大及光亮度不足等;功能性镀层达不到耐蚀、耐磨、导磁、硬度、屏蔽及焊接性能等。

    电镀生产流程长,工艺参数处于动态变化之中,影响镀层质量的因素众多而复杂。以下分享电镀故障引起原因与排除方法:

    一.由于物理因素对电镀产品质量的影响

    影响电镀质量的物理因素又可以分为机械的、电学的和几何的等几种,包括温度、搅拌、电流密度及波形、槽体形状大小、挂具形状、阳极状态等,本篇将分别加以讨论。

    1.几何因素的影响

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

    1.1镀槽

    除了刷镀以外,其他电镀都需镀槽,广义地说任何容器,只要不漏而又耐腐蚀,都可以用来做镀槽。但是要讲究质量的话,镀槽应用按设计要求制作,而不是随便拿一个容器就可用的。镀槽设计的依据是产量和被镀零件的大小、形状。如果产量低、零件小,就用较小的镀槽,否则就是浪费。

    反之,产量高、零件大,如果槽子太小,镀液很容易出现失调,电镀质量不能保证,也不划算。合理的镀槽容量应该是满负荷运作能力的1.2~1.5倍,建议用加工零件的受镀面积来估算镀槽容积,一般每平方分米应占用8~12L容积,才可维持正常的工作。遇有镀铬,或对温度敏感的镀种,要取上限,并适当加大容量,比如镀硬铬,每平方分米需要有30L左右液量。镀槽的几何形状一般是长方体,其高度一般为800~1000mm,宽度为600~800mm,长度在1200mm左右,容量在500~100L。但具体尺寸应根据零件形状及挂具的设置、阳极的配置来定。一般以中间为阴极、两侧为阳极的配置为标准。零件应浸入在镀液中,距液面5~10cm,下端距槽底应10~20cm,阴极(零件)与阳极的距离应在15~20cm,尤其在没有搅拌时,阴阳极距离要拉大一些。有许多电镀产品高电流区很容易烧焦,与极距离和挂具设计不合理有关系。

    1.2挂具

    挂具对电镀质量的影响非常大,却又往往最容易被忽视。有些简单的大零件,做一只钩子把产品一钩,往槽中阴极杠上一挂,就可以电镀。即使这样,如果挂钩导电截面不够,烧红发烫是常见的事。很多电镀厂的挂具都在工作中发烫烫手,人们都习以为常,认为电镀就是这样,实在是大错特错。

    挂具导电截面不足,使一类导体电阻加大,无功电耗增加。电流表上电流很大,但零件上分布的电流反而不足,使二次电流分布不均,电镀质量无法保证。同时槽液温度上升加快,槽电压上升,带来种种问题。因此要合理使用挂具主导电杠,以不烫手为原则。应根据镀槽的总电流强度和挂具数量计算导电截面,合理分配各个挂具,还应根据零件形状确定挂具附件。

    一般挂具上端零件距液面至少5cm,下端距槽底10~15cm,在有搅拌孔和加热管在槽底时,这个值还要增加或取其上限。人工操作的挂具要考虑每挂的重量,不要超过10kg。最好是双钩框式挂具,自动线的挂具在人工上下时,单挂也不可过重。另外,所有挂具都要对非直接导电部位绝缘处理,涂挂具胶。用胶布绕缠的方法不好,溶液残液流在夹缝中不易清洗。

    1.3阳极

 

    阳极以使用钛篮装载为最佳方式,即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。对于精细的镀种,如光亮镍、镀铅锡、银等,应在阳极篮外加套,阳极的表面积应该是阴极(产品)的1~2倍。特殊的还要大,线材行业应保持阳极比阴极的面积大20倍以上。因为其电流密度很高,阳极很容易钝化。

    在使用悬挂阳极时,要做成条形板状,其长度应比挂具上加工零件的底端短10~20cm,宽度在10~20cm,所有悬挂阳极都应加套,并保持挂钩良好的导电状态。

    电镀阳极的纯度应在99.99%以上,否则镀液中的杂质会影响电镀质量。在阳极短缺时,宁愿使用不溶性阳极(如钛板、不锈钢板等)替代也不要用杂质含量高的劣质阳极,否则后患很大。

    1.4被镀零件的形状及表面状态

    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,可以用滚镀,对于条形件,可采用斜横悬挂,但对于异形管件、盲孔件等,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”、“镀毛”。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。

    另外,镀件表面的光洁度对镀后质量也有很大影响,使用再好的光亮剂,在粗糙的表面不但不易得到光亮的镀层,还因为其真实表面积增大,要增大电流强度才能使电镀得以正常进行。有些高要求的精饰要对基体表面抛光,就是这个道理。

    2.电能学因素的影响

    电镀要消耗电能,这是不言而喻的。电镀对所使用的电能有一定的要求,必须满足哪些要求才能获得合格的镀层,却有一定的规范。由于大部分电镀加工企业或部门是购进整流器作电源,因此,可以简单地说是如何选择和安装整流电源的问题。

    2.1电源功率的影响

    电镀电源的功率必须能承受所定的加工任务,并连续地工作而不出现故障。一般是按被镀产品的表面积和所镀镀种的正常电流密度计算出所需的总电流量,加上一定保险系数来确定选用多大的整流电源。在取电流密度时应该取最大允许电流密度,并要考虑连续工作时的温升和可能发生的工艺变化。因此,在计算出的电流总量上,要加30%左右的保险量,以策安全。否则,将难以保持稳定的生产效率和良好的电镀质量。针对不同的镀种,对电源和电压范围也要有所选择。一般正常电镀的槽电压都在6V以下,但由于阳极钝化和溶液电导率(浓度、温度、搅拌等影响)的变化,槽压会有波动,有时会在10V以上。因此,常规电镀的电源电压应在0~12V范围,对镀铬、铝氧化等特殊镀种,电源电压应在0~18V或更高一些。由于工作电压过高时,整流元件的要求也高,造成电源造价升高。因此,不是镀种需要时,应选择电压低一些的设备比较合算。

2.2电源波形的影响

    电源加工一般要求采用直流电源,但对直流的理解往往有误差,并非从整流电源出来的电流是平稳的直流电源,都带有一定脉冲,要看采用的是什么整流线路和器件。

    通常合适电镀的电源应该是三相桥式流并加滤波的线路。特别对于镀铬来说,平稳的直流有利于镀铬的加工。因此镀铬的电流效率只有10%~15%,如果电流中有较多的脉冲,使其效率进一步下降,其分散能力进一步下降,质量无法保证。对大多数电镀来说,都是采用直流为好,脉冲有时有利于电镀,特别是镀铜或镀贵金属,但对大多数加工企业都是没有必要的。

    2.3电源的安装

    电源安装在不直接受电镀车间潮湿和有污染气体影响的地方,现在也有不少电源是密封式槽边电源。不在槽边的电源要把控制开关和仪表部分与电源分立装备,使表头和控制部分在槽边。并且电源虽然在防护环境好的地方,也不应距镀槽太远,这主要是要减少槽导电距离,节约导电铜排。关于铜排,一定要使其截面积能承受长时间最大电流的负载,很多单位忽略这个问题,使电流在进入镀槽之前,已经发生无功消耗、发热甚至发烫。电镀质量无法保证,电能白白浪费。

    铜排最大电流的计算:

    A=Dk最大×S×K

    式中:Dk最大镀液允许的最大电流密度,A/dm2;

    S受镀零件表面积,dm2;

    K受镀零件的装载总量,个、根。

    当以铝排取代铜排时,要将截面积增加一倍。另外,最好采用单机单槽供电方式,当以单机多槽供电时,每个单槽上应配备电力调节装置,并且每个单槽都只能并联在主线路上。

    3.辅助设备的影响

    我们电镀界一直呼吁要重视辅助设备,但由于企业考虑一次投入的成本,往往忽视辅助设备。比如镀镍循环过滤、镀铜的降温设备,很少有备齐的。加热器、搅拌器、水洗设备、干燥设备都会影响电镀的质量。只不过由于其一旦选用某种设备,就成为固定因素,一般不易擦觉。只有在明显影响质量时,才会采取调整和更换措施。有些企业甚至没有干燥设备,干脆就靠太阳晒,那在阴雨天气就可想而知,这里主要对温度和搅拌的影响扼要加以介绍。

    3.1温度的影响

    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。可见温度指标是电镀工艺的重要指标。能够在很高温度范围内都正常工作的镀液当然是好镀液,但实际中这种镀液不多。因此,用加温或降温的物理方式来弥补镀液性能的不足是完全必要的,技术上是可行的,唯一的是投资问题。但如果加以综合考虑,在一次投入后稳定了质量,减少了返工浪费和工时浪费,还是划算的。因此,现在不少乡镇企业也认识到这一点,开始在电镀设备上增加投入。

    以光亮镀镍为例,当温度在40℃以下时,再好的光亮剂也难以发挥出充分的光亮效果,在30℃以下就更难了。但一旦加温至50℃以上,光亮效果就明显了。当然,增加槽温会增加镀液的蒸发和消耗热能,能够不加温就镀亮最好。这有待于科研人员去开发新型的光亮剂。加温可以增加电解液电导,使电流效率增加,在一定范围内是有利于电镀的。相反,低温下也可以在简单溶液里镀出结晶细致的镀层,只不过实用价值不大。

  3.2搅拌的影响

    现在电镀工艺都倾向于采用搅拌。原因很简单,可以增加电流密度,提高电镀效率,改善分散能力,减小浓差极化。滚镀、线材电镀不用说,零件在运动中电镀,即使这样还可以用镀液循环来进一步提高效率,普通的槽镀如镀镍,则一定要有搅拌,静止的电镀会使电流密度范围过小,尖端极易烧焦。因此,现在各种光亮镀种一律都要搅拌。搅拌的方式有机械搅拌如桨式搅拌、阴极移动或旋转。有吹气搅拌(压缩空气经过过滤),也有镀液循环甚至喷射。不同要求的镀种可以选用不同的搅拌方式。


 

 


 

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