1、第一講 電鍍原理簡介,電鍍是一種用電解方法沉積具有所需形態(tài)的鍍層過程，其目的一般是改變表面的特性，以提供改善外觀、耐腐蝕介質(zhì)、抗磨損以及其它需要的性能，或這些性能的組合，但有時電鍍也用來改變尺寸。 電解過程是在鍍液中進行，鍍液可由熔鹽或不同類型的溶液組成，在生產(chǎn)實踐中幾乎都用水溶液。,一、 鍍液的組成和影響鍍層結(jié)晶的因素,1、簡單鹽類或“酸性”鍍液 2、絡(luò)合離子鍍液 3、鍍液的成份：主鹽、導(dǎo)電鹽、PH值緩沖劑、濕潤劑、陽極溶解促進劑、添加劑 4、影響鍍層結(jié)晶的因素 (1) 溶液的本性及含量 (2) 操作條件：攪拌、PH值、溫度、電流密度(包括波形),二.沉積過程和機理,1、金屬與金屬離子的電位

2、是由Nernst Equation計算： E = E+ (0.059/n) logMn+ E = 電解槽的電位值 E= 標準點位置(Standard electrode potential) n = 電子數(shù)量 Mn+ = 金屬離子的濃度,-Nernst Equation只適用于電鍍?nèi)芤合到y(tǒng)處于不平衡狀態(tài)時， 即是有一個外來的電能量供應(yīng)到該系統(tǒng)內(nèi)進行電鍍反映。 -該外來的能量是由多種成份組成： 超電勢的濃度(Concentration over potential) 活化超電壓(Activation over voltage) act = a + b log-Tafel equation,反應(yīng)物

3、必須要具有足夠能量超越勢壘(potential barrier)才可 以進行化學(xué)反應(yīng)。,- 陰極的超越勢能將離子的能級移近勢壘，就這樣離子便能夠容易超越勢壘而進行化學(xué)反應(yīng)。,2、電流效率：實際沉積的金屬重量與假定所有電流都在沉積上時應(yīng)有的重量之比,(1) 法拉第定律：沉積一定重量鍍層需要的電流與時間的乘積 一個法拉第(964902.4Asec)的電量可以析出一克當量的物質(zhì) m=K*Q=K*It m電鍍析出(或溶解)物質(zhì)的重量(克) I 通過的電流強度(安培) t通電的時間(小時) Q通過的電量(安培*小時) K比例常數(shù)(電化當量),(2) 陰極電流效率=,m = 10-2 * *S* 析出金屬

4、的比重(克/厘米3) S 受鍍面積（分米2） 鍍層厚度（微米）,m,I*tK,100%,3、極化 分三種極化：活化極化、濃度極化、電阻極化,安培 I,限制電流 Limiting current,還原勢 Reduction potential,V 電壓,Polarization Curve 極化圖表,4、傳質(zhì)過程 存在三個因素：擴散因素、離子的遷移率、溶液的攪拌,5、氫的過電壓和氫脆,由于氫的電位比一般普通的金屬在相同溶液內(nèi)的還原電位要正的多，因此如果不是氫的析出的活化極化異常的話，金屬要從水溶液中沉積就將是不可能的（沉積出來的將是氫而不是金屬）則電鍍中特別注意氫的過電壓。 影響氫的過電壓因素：

5、 (1)強烈的依賴陰極表面的本質(zhì) (2)陰極表面上存在吸附雜質(zhì)會提高氫的過電壓(表面的催化活化),一般氰化物鍍液中，氰放電的電位接近于金屬的沉積電位，則電流效率會降低。 氫脆：氫與許多金屬同時析出，由于氫首先是以原子態(tài)產(chǎn)生，很容易被基體金屬吸附，并以分子狀態(tài)聚集其中，而達到超過金屬抗強度的壓力，并在其內(nèi)形成氣泡。,6、燒焦或粉末沉積：限制電流（見極化圖）,通過降低電流密度或提供較高的傳質(zhì)速度，如攪拌、高溫或較高的金屬濃度加入特殊物質(zhì)（添加劑）增大陰極極化作用，可以避免出現(xiàn)燒焦的鍍層。 電鍍反應(yīng)中添加劑的效應(yīng) - 如沒有添加劑，結(jié)晶的生長是不受控制，而導(dǎo)致不良的鍍層 - 添加劑的分子吸收到表面時

6、便會形成一層擴散阻擋層，這阻擋層會減慢不受控制的還原反應(yīng)而生產(chǎn)有規(guī)則的排列。,沒有添加劑的情況不受控制的晶格生長燒黑鍍層,7、沉積層厚度的分布,(1) 電流分布: 受陰極形狀和在溶液中的位置的影響(除電流流動規(guī)律的本性外) (2) 金屬分布: 受陰極電流效率隨電流密度的變化的影響 (3) 宏觀分散能力: 分散能力、Hull試驗，不同電流密度的厚 度、深度能力、角形陰極試驗。 (4) 微觀分散能力: 整平性,8、應(yīng)力,沉積層中的應(yīng)力，由于晶格參數(shù)的不相配或外來物質(zhì)的夾帶而產(chǎn)生，例如氧化物或氫氧化物（水化的氧化物），水、硫、碳、氫或金屬雜質(zhì)，這些雜質(zhì)阻止正常晶格的形成，或者生成脆性的晶粒間的沉積。

7、 注：有個別的基體材料本身的應(yīng)力也會影響到最底層的沉積層應(yīng)力。,9、結(jié)合力,在組成基體金屬晶粒的晶格表面，存在一個由晶格力延伸而成的力場，在沉積過程中達到表面的金屬離子，將被迫占據(jù)與基體金屬晶粒結(jié)構(gòu)相連續(xù)的位置，這種結(jié)合的強度就會接近于基體金屬本身的結(jié)合強度(除非可能存在著兩種品格的明顯不配)，因此, 電鍍層的粘附強度就和基體的抗粘強度很接近。 通常有這樣的印象，認為電鍍的鍍層往往很容易剝落，實際上這是因為不良的電鍍操作所造成，一般是在基體的準備方面，而不是由于結(jié)合力有什么本質(zhì)上的弱點。,10、陽極,（1） 陽極過程：電鍍槽是由陰極、陽極和溶液共同構(gòu)成的一 個整體，陽極過程和陰極過程是電鍍中相

8、互依存而又 相互影響的兩個方面，陽極除了能起到組成電路回路 的作用之外，還可以補充鍍液中的金屬離子，控制電 流在陰極表面的分布。,（2）可溶性陽極和不溶性陽極：根據(jù)金屬本性和鍍液確定采 用哪種陽極或組合應(yīng)用 A可溶性陽極：能使鍍液PH值保持穩(wěn)定 B 不溶性陽極：4OH- O2+ 2H2O（PH值下降） （3）影響陽極過程的因素： A絡(luò)合劑，活化劑促使陽極正常溶解 B 氧化劑，表面活化物質(zhì)使金屬鈍化 C 操作條件：溫度、PH值等,第二講 工 藝 介 紹,一、前處理 1除油：清除基體表面的油類物質(zhì) （1） 有機溶劑、無機超聲波除油 （2） 滾、振、刷除油 （3） 化學(xué)除油 A皂化作用：堿性去除動植

9、物油類 B乳化作用：表面活性劑去除礦化油類,(4) 電解除油 A陽極除油：特點：O2。基材表面腐蝕一層，溶液臟， 陰極需定期清洗，氣體效率比陰極小 一倍，無氫脆現(xiàn)象，通常用于Fe基 體，Cu基體開DA較小。 B陰極除油：特點：H2。對基體氧化層有還原作用， 溶液和陽極維護簡單，氣體效率比陽 極高一倍，有氫脆現(xiàn)象，通常用于 Cu基體。,C. 注意事項：導(dǎo)電情況（接觸良好，電壓一般控制在 6V），溫度控制（5060），溶液維護 （分析添加，定期更換），除油效果（基體 完全濕潤）。,2活化：去除基體表面的氧化層，露出新鮮的基體，以便后面的電鍍沉積鍍層。,（1） 所使用藥品的種類: A. 酸式鹽; B

10、. 硫酸、硫酸+H2O2； C. 微蝕劑; D. 鹽酸; E.甲基磺酸。 （2） 操作情況：A、常溫；B、加熱；C、通電。 （3） 特別基體材料的活化：不銹鋼、鎳及其合金材料 、鈹青銅及含特殊材料的銅合金，需要特殊處理。,(4) 注意事項：溶液已溶解的金屬離子濃度，溶液維護 （分析添加，定期更換），活化效果（無氧 化層，不能有過蝕現(xiàn)象）緩蝕劑。,二、高速鍍鎳 Nikal 200（SE）/PC-3工藝介紹1. 建議操作參數(shù)見表,2 成份及功能、用量變化的影響,（1） 氨基磺酸鎳提供鎳離子及穩(wěn)定的陰離子、高溶解度、 高電流密度、高沉積速率、低內(nèi)應(yīng)力； 用量過高：均勻性下降,針孔. 用量過低：鍍層暗

11、啞，高電流燒焦 （2） 硼酸弱酸性PH值緩沖劑； 用量過高：陰極效率下降，針孔； 用量過低：PH值不穩(wěn)定，柔韌性差。,(3) 氯化鎳加強陽極溶解，增加溶液導(dǎo)電性 用量過高：內(nèi)應(yīng)力增加，導(dǎo)致爆裂及脫皮； 用量過低：降低陽極效率。 (4) Nickel MP-200添加劑（或PC-3添加劑）-改善鍍層均勻性及光亮度，提高電流密度； 用量過高：柔韌性差，鍍層產(chǎn)生脆性； 用量過低：鍍層暗啞，高電位燒焦，攪拌不足時，容易出現(xiàn)針孔，柔韌性差。,3.其他操作控制參數(shù)的影響,（1） PH值 過低：氨基磺酸鎳會在PH2.0時分解（NH2S03 + H+ + H2O NH4+ + HSO4）陰極效率降低，分散力下

12、降，陽極效率上升，增加陽極溶解，電鍍鐵基體時易引起氫脆 過高：PH大于5.0時內(nèi)應(yīng)力急劇增大，PH大于6.0時出現(xiàn)氫氧化鎳沉淀，陰極效率較高，但高電位容易燒焦，鍍層容易鈍化，脆化，失去柔韌性。,（2） 溫度： 過低：內(nèi)應(yīng)力高，針孔，鍍層暗啞，高電位燒焦，柔韌性不足。 過高：氨基磺酸會于70以上分解 Ni (NH2SO3)2 + 2H2O NiSO4 + (NH4)2SO4 添加劑分解，鍍層強度及硬度增大，但柔韌性下降。,4、 提升效率建議 由下列方程式可見,要提升效率（增加iL值），可以： - 增加溶液中鎳離子濃度 - 在可行范圍內(nèi)增加溫度（增加滲透系數(shù)） - 加強攪拌（減低滲透層厚度）,5.

13、 藥水老化老化定義：-在建議控制操作的電鍍過程中，產(chǎn)生出不可逆變之副產(chǎn)品，,6、 不純物的來源、影響及處理,（1） 金屬雜質(zhì)來源、影響及處理 A、 來源 - 由前工序帶入 - 零件從掛具掉下來而留置在槽內(nèi) - 從周圍的設(shè)備及環(huán)境掉落的腐蝕物 - 工具掉入槽內(nèi) 用不純的鎳鹽及不合規(guī)格陽極,B、 影響及處理建議控制- 不斷於母槽用不銹鋼板通以0.30.5ASD，作弱電解處理，以去處金屬雜質(zhì)。,(2) 有機物污染,A、來源 - 添加劑的分解 - 從懸吊的輸送機意外掉入潤滑油或油脂 - 空氣壓縮機油污染 - 橡膠槽或軟管內(nèi)的沉積物 - 掛具表面涂料 - 拋光介質(zhì),B. 影響及處理,影響 - 使陰極亮而

14、脆及出現(xiàn)大量針孔 - 陰極效率下降 建議控制 - 定期作活性碳過濾處理 - 碳過濾（一般）用碳芯作循環(huán)過濾 - 炭處理（雙氧水）用5毫升/升的35%雙氧水將有機物分解，再用6克/升的活性碳將之吸收及過濾,7、 問題求解,（1） 堿式鎳沉淀 為Ni(OH)2 氫氧化鎳在PH值6時開始生成，堿性弱，不易與硼酸反應(yīng)，不能作為緩沖劑。 （2） 通常電鍍鎳板PH提升的原因 A. 水洗水的帶入：當大量水洗水（PH7）帶入會使鍍液的PH值上升 B. 陰極電流效率太低：當陰極電流效率太低時會消耗過多的H+而使PH值上升。,8、 常見故障的原因及糾正故障：鍍層粗糙,故障：鍍層出現(xiàn)針孔,故障：零件深凹處光亮度差,

15、故障：低電流密度區(qū)鍍層成黑色,故障：陰極效率低，鍍層呈灰色,故障：鍍層不光亮,故障：鍍層起泡,9含S鎳冠的典型化學(xué)成份,10、 總結(jié),（1） 利用Nikal MP-200（SE）或PC-3，氨基磺酸鎳可 在高速、低內(nèi)應(yīng)力及容易操控的條件下鍍鎳。 （2） 在處理有機污染物時，雙氧水負責(zé)分解有機物分子，而活性碳則用以將分解后的物質(zhì)吸收。 （3） 堿式鎳沉淀 (Ni(OH)2) 并不會與硼酸形成另一種緩沖系統(tǒng)。,三、高速光亮純錫電鍍Solderon BT-280介紹1.建議操作參數(shù)見表,2、成份及功能，用量變化的影響,（1） Solderon HC酸液 Solderon 體系工藝中的主酸，非氟硼酸的

16、環(huán)保型有機酸 用量過高：陰極效率下降，陰極放氣泡，鍍層有氣流及針孔，焊接性不良 用量過低：高電位暗啞，低分散力,（2） Solderon 錫濃縮液（含Sn2+ 300g/L 和0.6L/L的 HC酸液） 錫金屬及HC酸的來源 用量過高：鍍層暗啞，氣流及低分散力 用量過低：低陰極效率，高電位燒焦，鍍層霧狀, 真空，焊接性不良 （3）Solderon BT-280 Carrier （輔助劑） 含初級晶粒改 進劑及抗氧化劑，主要以吸附形式加強陰極極化作用， 改善電流密度范圍和均鍍性，和Solderon BT-280 添加 劑有補強作用，低泡性。 （4）Solderon BT-280 Additive

17、（添加劑）含次級晶粒改 進劑，主要以吸收及共同沉積作用，修改結(jié)晶方向，以 產(chǎn)生光亮鍍層，改良高電位晶粒特性，從而改善電流密 度范圍.,（5）Solderon AO-52 濃縮液含額外的抗氧化劑，配合良好的 過濾效果使溶液清晰透明。,3、其它操作控制參數(shù)的影響 溫度范圍15-18 過低：針孔、氣流、高電位燒焦等 過高：霧狀鍍層（特別是小電流密度處） 4、提高陰極效率 A、加強溶液的對流攪拌 B、提高錫金屬離子的濃度 C、降低Solderon HC酸液的濃度,5、造成藥水老化的主因及其防止 A、 四價錫的形成 成因：1）陽極鈍化：令Sn2+Sn4+ + ze- 反應(yīng)發(fā)生 2）空氣混入：令Sn2+

18、+ O2Sn4+ 反應(yīng)發(fā)生 防治方法：1）注意所有閥件尤其過濾裝置，不要使空 氣進入鍍液中 2）選購高品質(zhì)99.95% 之陽極球 3）添加少量抗氧化劑Solderon Ao-52于鍍液 中（515ml/L）,B. 金屬離子的污染 成因：1）接點不良造成連接器溶入 2）水洗不良造成前處理活化槽的帶入 防治方法：加強水洗及勤換預(yù)浸槽，更換不良的接點。 C. 無機陰離子的污染 成因：前處理槽的帶入 防治方法：加強水洗，污染嚴重需稀釋更槽。,6、不純物的影響及處理（1）無機物：能引致鍍層粗糙、暗啞及發(fā)黑，尤其對低電位影響更大,處理方法：稀釋或換缸,處理方法:控制帶入來源,（2） 有機物：鍍層粗糙、焊接

19、性不良、鍍膜厚度不足，針孔 及麻點等。 主要原因：添加劑分解的累積 處理方法：活性碳處理（23g/L）,7、問題解答,（1） 減少泡沫 A、改善藥水的流體狀況，不要噴濺使空氣混入溶液中 B、提升高電流區(qū)的電流效率，不要產(chǎn)生氫氣（控制好 Sn/HC的比例） C、降低電流密度,（2） 解決溶液混濁 溶液混濁原因為：Sn 2+ O2 Sn 4+ 解決方法：A、加入抗氧化劑AO-52濃縮液515ml/L B、加強過濾效果（提高過濾面積,采用15 規(guī)格過濾芯，勤更換濾芯） C、控制溶液溫度不要太高，不能使空氣混入 溶液,8、常見故障處理,9、總 結(jié) 1）利用Solderon BT-280 工藝，可在高速

20、、低泡沫及容易操 控的條件下鍍光亮純錫鍍層。 2）在處理廢水時，只需要通過簡單的PH值調(diào)節(jié)，沉降過濾 處理，是環(huán)保型電鍍工藝。,三、高速霧純錫工藝ST200介紹,2、成份及功能，用量變化的影響,（1） Solderon HC酸液 Solderon 體系工藝中的主酸，非氟硼酸的環(huán)保型有機酸 用量過高：陰極效率下降，陰極放氣泡，鍍層有氣流及針孔,結(jié)晶粗糙 用量過低：高電位暗啞，低分散力 （2） Solderon 錫濃縮液（含Sn2+ 300g/L 和0.6L/L的 HC酸液） 錫金屬及HC酸的來源 用量過高：鍍層暗啞，氣流及低分散力 用量過低：低陰極效率，高電位燒焦,焊接性不良. （3）Solde

21、ron ST-200 第一添加劑主要以吸附形式加強陰極極化作用， 改善電流密度范圍和均鍍性，。 （4）Solderon ST-200 第二添加劑主要增強電鍍的深鍍能力,拓展低電流密度區(qū)鍍層 （5）Solderon RD Conc. 主要含抗氧化劑,具有防止二價錫氧化成四價錫.,3、其它操作控制參數(shù)的影響 溫度范圍45-55 過低：高電位燒焦嚴重,電流密度范圍減少. 過高：低電流區(qū)露鍍 4、提高陰極效率 A、加強溶液的對流攪拌 B、提高錫金屬離子的濃度 C、降低Solderon HC酸液的濃度,5、造成藥水老化的主因及其防止 A、 四價錫的形成 成因：1）陽極鈍化：令Sn2+Sn4+ + ze-

22、 反應(yīng)發(fā)生 2）空氣混入：令Sn2+ + O2Sn4+ 反應(yīng)發(fā)生 防治方法：1）注意所有閥件尤其過濾裝置，不要使空 氣進入鍍液中 2）選購高品質(zhì)99.99% 之陽極球 3）添加少量抗氧化劑Solderon RD抗氧化劑于鍍液中（515ml/L）,B. 金屬離子的污染 成因：1）接點不良造成連接器溶入 2）水洗不良造成前處理活化槽的帶入 防治方法：加強水洗及勤換預(yù)浸槽，更換不良的接點。 C. 無機陰離子的污染 成因：前處理槽的帶入 防治方法：加強水洗，污染嚴重需稀釋更槽。,6.不純物的影響及處理,1.無機物及金屬雜質(zhì):會影響鍍層的結(jié)合力,鍍層外觀會整體發(fā)黑. 2.有機物:主要產(chǎn)生原因為添加劑的自

23、身分解以及誤添加造成的,會使鍍層的整體外觀發(fā)暗,結(jié)晶粗糙,高溫試驗易發(fā)黃.,7.常見故障處理,8.總結(jié),ST-200體系是一款結(jié)晶細膩,鍍層炭含量較低的藥水,對于防止錫須生長有較好的表現(xiàn).,四、電鍍金簡介1建議操作參考表,2、成份及功能，用量變化和操作條件的影響 （1）開缸劑：含導(dǎo)電鹽、絡(luò)合劑、PH值緩沖劑 A、補充時用補充劑：根據(jù)安培分鐘金消耗量與金鹽配合添加 B、 比重用導(dǎo)電鹽調(diào)整 過高：粘度增高，分散能力下降及帶出量增加； 過低：導(dǎo)電率下降，高電位容易燒焦，陰極效率降低， 孔隙率增高；,C、PH值：用保養(yǎng)劑（或酸鹽）和KOH（50%）調(diào)節(jié),通常PH 在3.84.6之間，在生產(chǎn)情況下，PH值隨金的消耗和氰 的釋放而上升； 過高：陰極效率較高，鍍層暗啞及高電位容易燒焦， 分散力下降，孔隙率增高； 過低：陰極效率降低，KAu(CN)2于PH3時分解。 （2）氰化金鉀KAu(CN)2用以供應(yīng)金金屬，含氰化物，并隨 金的還原釋放； 用量過低：降低陰極效率，高電位燒焦； 用量過高：耗金量增大。,（3）含金屬離子Ni或Co濃縮液：鎳或鈷金屬來源，含絡(luò)合