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电镀故障引起原因与排除方法(下)

2017-05-10 14:01:40

  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,就要采用这个金属盐做主盐。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主盐命名。比如镀锌,以硫酸锌为主盐的叫硫酸盐镀锌。以氧化锌和氢氧化钠制成锌酸盐的叫锌酸盐镀锌。以锌的氰化物络盐为主盐的镀锌叫氰化物镀锌。比如镀铜,有硫酸盐镀铜,有焦磷酸盐镀铜,有氰化物镀铜,有乙二胺盐镀铜等。其他镀种都是如此。可见主盐的形式是决定电镀性能、质量的最主要因素。一旦主盐选定,辅盐、添加剂、pH值,都根据主盐来配套。主盐对镀的影响应该产是很大的,因此,电镀工艺配方的第一项总是主盐。其浓度范围和纯度都至关重要。

  

  主盐浓度低于工艺要求时,电镀效率低下,电镀密度下降,尖端部位极易烧焦,光亮剂作用降低,甚至在低电流区得不到镀层。主盐浓度高于工艺要求(这种情况较少见,但在投料计算有错误时,阳极溶解过快时也会发生)时,电流效率也会下降,同时镀液带出损失增加。因此,控制主盐浓度是电镀工艺管理的第一件工作,要做好这项工作第一是在配槽时正确投料,定期分析。只要保持阳极的正常工作,一般不需要添加主盐,只添加阳极即可在配料时要认真阅读工艺资料,注意配料要求及投料顺序和方法,以免造成配料错误,引起不必要的损失。

  

  同一个镀种,采用不同的主盐,浓度是不同的。比如镀锌,锌酸盐主盐8~12g/L,硫酸盐主盐300~450g/L,氰化物镀锌的主盐为30~50g/L。在工艺配方中,要注意主盐的分子式的写法,在国外为了不引起误会,一般写金属离子浓度,以ZnSO4·7H2O为例,当写结晶水时,其实际含锌量为23%,不写结晶水时,金属含量为40%,实际上我们买到的工业硫酸锌都是含结晶水,并且纯度往往只在95%以下,所以在配槽时要加以注意。辅盐多为络合剂,也包括导电盐和pH缓冲剂,完全靠单一的主盐就能电镀的镀种很少,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的要求,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。采用不同主盐的镀种有不同的pH值工作范围。从酸碱度的角度,镀液分为酸性、中性和碱性。对pH值要求较严的往往是弱酸、弱碱性镀液,比如光亮镀镍,pH值在4~4.5之间,pH值过低,光亮度会有影响,pH值过高,脆性增加。因此,对于镀液的pH值要经常检测,不在工艺范围内要加以调整,调整的办法是将与主盐同离子的酸、碱稀释后在搅拌下加入。不可以直接将浓酸、浓碱加入镀液调pH值。

  

  3.添加剂的影响

  

  随着科技的进步,现在已出现了许多种电镀添加剂,特别是各种商业的光亮剂。由于光亮剂的出现,使过去需要靠机械抛光才能达到光亮度的镀种,可以直接从镀槽中镀出镜面光泽的镀层,这种光亮剂以往只用于镀镍等少数镀种,现在已经是几乎所有镀种都有不同程度的光亮添加剂,给电镀工业带来了很大的进步。光亮剂现在几乎都是有机化合物,添加量很少,主要是在电镀过程中影响结晶过程,改变结晶取向,使其达到对光的反射趋向一致。但添加剂也使镀层内应力增加,不同程度地带来镀层的脆性,好在由于不同有机物在参加电极反应时,给结晶的影响方式不同,使内应力表现为压应力和张应力两种。因此,选取合适的添加剂,可以减缓内应力的影响。

  

  添加剂的不利影响,主要是过量的添加剂分解产物的积累。所以使用添加剂的镀液视生产量的情况要定期进行处理,处理的方法是采用活性炭过滤。通常将镀液加温至60℃,在充分搅拌下加入1~2g/L活性炭,当使用颗粒活性炭时,要加至2~4g/L,处理的要点是充分搅拌2h。不要一加进去就静置不管。为了防止添加剂的不足或过量,最好是按照消耗量勤加少加。即根据通电的安培小时数来加入添加剂。因为光亮剂在电解过程中才消耗,用电镀时的消耗电量来补加比较科学。经验的方法是按受镀面积,即出了多少活儿,消耗多少光亮剂。比如镀铁丝每1吨约消耗1kg,则每生产若干吨后,就补加多少公斤。补加添加剂要看清光亮剂名称、厂家。不同厂家的,即使是同类光亮剂也不可以混用,以免造成不必要的麻烦。往镀槽中添加光亮剂最好做当班记录,以便作为今后镀液有故障时的参考。严格地说,往镀槽中加入任何化学物,包括主盐、辅盐、添加剂等都应有当班记录。这是防止出错,万一出错也容易查找原因的良好管理办法。

  

  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例较大。本节只作概括性介绍,拟另辟专题来讨论各个镀种对杂质的允许浓度及去除方法。杂质对电镀来说分为三类:有机杂质、无机杂质、机械杂质。有机杂质主要是带入槽内的油脂、表面活性剂、添加剂分解物。无机杂质主要是主盐以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,使镀层出现发黑、发脆或发花的故障。

  

  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,也会在阴极成为杂质而影响镀层质量。对于有机杂质,主要靠活性炭吸附后过滤处理,无机杂质比较麻烦,个别无机盐很难用常规方法除去,即使可以除掉,成本也很高,因此要严防无机杂质混入。一般用电解法、置换法或沉积法去除。机械杂质主要靠过滤去除。

  

  前后处理的影响

  

  1.前处理的影响

  

  前处理这里主要指除油和除锈,磨光后也存在除油(除腊)问题。还有活化也属前处理或叫预处理。金属零件在机械加工过程中一般都沾有油污,在周转和存放中都会生锈,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,特别是用肉眼不易察觉的油污或氧化层不去干净,电镀也能镀上去,但在随后的处理中(热水洗、干燥等热冲击过程),就会起皮、鼓泡。更有一些延至装配以后或到用户手中才起泡,严重影响质量信誉,损失很大。因此,前处理不可不重视,可惜电镀厂往往是反其道行之,七分电镀、三分前处理。去油去锈马马虎虎,甚至认为用氰化物电镀可以对油污有容忍,所以有些单位的碱性镀锌表面都浮有一层油污,从这里边镀出的产品质量很难保证。鉴定去油的标准是表面完全亲水化。现在由于使用各种高效表面活性剂,做到这一点不难,但是有些除油剂会因表面活性剂选用不当,造成假性亲水,看似亲水,实际不亲的另一端连在些油脂。对这种情况,要以电解除油的方法去除。电解除油既有化学作用,主要靠电化学作用。其中阴极除油靠大量析氢来冲刷油膜,再辅以乳化和皂化作用,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,另外除油液必须保持干净,经常更换,不可让金属离子混入,否则会在阴极析出,反而影响结合力。阳极除油作用无阴极好,但不会造成析氢,也不会造成金属杂质沉积。但当电位不当时,零件会发生钝化或溶解。因此,也要控制好工艺条件。除油以后的清洗务必要用热水,再用冷水漂洗,以防浮在零件上的油污带入镀槽。除锈主要靠酸与氧化物反应,常用的有盐酸,通常用1:1的盐酸,也有用硫酸去锈的,但速度和效果不如纯盐酸。为了防止腐蚀,在纯盐酸中往往加入缓蚀剂如鸟洛托品。有些零件在去完油、锈后,要等待一定时间才会入槽电镀,这时表面会形成看不见的氧化膜,同样影响电镀质量,因此,在电镀前要加一个活化工序。通常用3%~5%硫酸,但实际1%就够了,且最好每天更换,至少一周更换一次。有些单位的活化液用几个月也不换,实际已无活化作用,对于镀前处理流程,理想的搭配如下:

  

  有机除油→化学除油→去锈→电解除油→活化→电镀。

  

  其中有机除油及电解除油对装饰性电镀和要求严格的镀件必不可少,对镀锌等常规镀种往往可以省掉。更严的要求还要加上超声波除油和二级电解除油。无论采用什么前处理工艺,其目的都是要使镀件表面处于完全新鲜的金属活化状态,使镀层得以在金属晶格上生长出来,形成完善合格的镀层。

  

  2.后处理的影响

  

  这里指钝化等需化学处理的方法的影响,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会变色变暗。尤其现在彩色电镀盛行,单一的镀铬表面已不适合市场需求,使很多原来是中间层、底层的镀种也当作表面层,如光亮镀铜,有些防护性镀层也要求装饰性如光亮镀锌。因此对这些抗变色差的镀层,必须进行后处理。对锌层而言,现在有各种钝化方案,传统的彩钝、白钝,现在有蓝白钝、黄钝、黑钝。钝化之后的锌层抗蚀性可提高十几倍。因此,锌层一般都应钝化处理。对光亮铜、仿金等镀层,只钝化还不行,还要加上有机膜防护,比如用各种清漆、树脂漆涂在表面,以防氧化变色,也叫罩光处理。电镀的干燥以使水分充分蒸发为准,不是温度越高越好。特别是镀锌钝化后的干燥,应在100℃左右,过高时有色钝化膜会产生颜色变化,影响外观,还会使膜层裂纹加大,不利于抗蚀性。

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