浅析中国电镀工艺的应用和发展 王东.doc

浅析中国电镀工艺的应用和发展王 东（新疆工程学院 乌鲁木齐 830000）摘要：电镀技术发展到今天，已经成为非常重要的现代加工技术，它早已经不仅仅是金属表面防护和装饰加工手段，尽管防护和装饰电镀仍然占电镀加工的很大比重。电镀的功能性用途则越来越广泛。尤其是在电子工业、通信和军工、航天等领域大量在采用功能性电镀技术。电镀不仅仅可以镀出漂亮的金属镀层，还可以镀出各种二元合金、三元合金乃至于四元合金；还可以制作复合镀层、纳米材料；可以在金属材料上电镀，也可以在非金属材料上电镀。本文主要阐述了电镀工艺原理，工艺条件以及发展现状。关键词：电镀技术；新型材料；新型器件40 引言5 ?, N: Y: t% Q8 2 r/ , g5 G我国经济一直持续高速增长，世界制造业与加工业的中心正在向我国转移，电镀技术不仅仅在传统工业中扮演重要角色；在高新技术产业，如现代电子技术，微电子技术，通讯技术及产品制造上发挥愈来愈大的作用。1电镀技术电镀(Electroplating)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的金属制品做阴极，镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸.电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。1.1电镀技术的作用利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。此外，依各种电镀需求还有不同的作用。举例如下：镀铜是打底用，增进电镀层附着能力，及抗蚀能力。镀镍是打底用或做外观，增进抗蚀能力及耐磨能力，(其中化学镍为现代工艺中耐磨能力超过镀铬)。 镀金则是改善导电接触阻抗，增进信号传输。镀钯镍是改善导电接触阻抗，增进信号传输，耐磨性高于金等。 1.2 电镀材料的要求镀层大多是单一金属或合金，如钛靶、锌、镉、金或黄铜、青铜等；也有弥散层，如镍-碳化硅、镍-氟化石墨等；还有覆合层，如钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等。电镀的基体材料除铁基的铸铁、钢和不锈钢外，还有非铁金属，或ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料电镀前，必须经过特殊的活化和敏化处理。1.3 电镀的原理在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上图2.1电镀技术原理图示形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时，阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。 1.4 电镀的要素电镀的要素： 1.阴极：被镀物，指各种接插件端子。 2.阳极：若是可溶性阳极，则为欲镀金属。若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白金，氧化铱）。 3.电镀药水：含有欲镀金属离子的电镀药水。 4.电镀槽：可承受，储存电镀药水的槽体，一般考虑强度，耐蚀，耐温等因素。 5.整流器：提供直流电源的设备。2 电镀生产的基本工序 一般包括电镀前预处理，电镀及镀后处理三个阶段。 完整过程：1、浸酸全板电镀 铜图形转移酸性除油二级逆流漂洗微蚀二级 浸酸镀锡二级逆流漂洗2、逆流漂洗浸酸图形电镀铜二级逆流漂洗 镀镍二级水洗浸柠檬酸镀金回收2-3级纯水洗烘干工艺要求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）电镀时间及电镀过程的温度，决定镀层厚度的大小。图2.2电镀技术流程图示3 电镀生产的条件电镀工作条件是指电镀时的操作变化因素，包括：电流密度、温度、搅拌和电源的波形等。3.1 电流密度任何镀液都有一个获得良好镀层的电流密度范围，获得良好镀层的最小电流密度称电流密度下限，获得良好镀层的最大电流密度称电流密度上限。一般来说，当阴极电流密度过低时，阴极极化作用小，镀层的结晶晶粒较粗，在生产中很少使用过低的阴极电流密度。随着阴极电流密度的增大，阴极的极化作用也随之增大(极化数值的增加量取决于各种不同的电镀溶液)，镀层结晶也随之变得细致紧密；但是阴极上的电流密度不能过大，不能超过允许的上限值(不同的电镀溶液在不同工艺条件下有着不同的阴极电流密度的上限值)，超过允许的上限值以后，由于阴极附近严重缺乏金属离子的缘故，在阴极的尖端和凸出处会产生形状如树枝的金属镀层、或者在整个阴极表面上产生形状如海绵的疏松镀层。在生产中经常遇到的是在零件的尖角和边缘处容易发生“烧焦”现象，严重时会形成树枝状结晶或者是海绵状镀层。3.2电镀溶液温度当其它条件（指电压不变，由于离子扩散速度加快，电流会增大）不变时，升高溶液的温度，通常会加快阴极反应速度和离子扩散速度，降低阴极极化作用，因而也会使镀层结晶变粗。但是不能认为升高溶液温度都是不利的，如果同其它工艺条件配合恰当，升高溶液温度也会取得良好效果。例如升高温度可以提高允许的阴极电流密度的上限值，阴极电流密度的增加会增大阴极极化作用，以弥补升温的不足，这样不但不会使镀层结晶变粗而且会加快沉积速度，提高生产效率。此外还可提高溶液的导电性、促进阳极溶解、提高阴极电流效率(镀铬除外)、减少针孔、降低镀层内应力等效果。3.3 搅拌 搅拌会加速溶液的对流，使阴极附近消耗了的金属离子得到及时补充和降低阴极的浓差极化作用，因而在其它条件相同的情况下，搅拌会使镀层结晶变粗。采用搅拌的电镀液必须进行定期或连续过滤，以除去溶液中的各种固体杂质和渣滓，否则会降低镀层的结合力并使镀层粗糙、疏松、多孔。3.4 电源 电镀生产中常用的电源有整流器和直流发电机，根据交流电源的相数以及整流电路的不同可获得各种不同的电流波形。例如单相半波、单相全波、三相半波和三相全波等。实践证明，电流的波形对镀层的结晶组织、光亮度、镀液的分散能力和覆盖能力、合金成分、添加剂的消耗等方面都有影响，故对电流波形的选择应予重视。目前除采用一般的直流电外，根据实际的需要还可采用周期换向电流及脉冲电流。4电镀工艺的展望现在已经得到应用的新合金工艺有锌系列，镍系列，铜系列，锡系列，银系列等。电镀工艺除了少数是利用了传统的工艺以外，大多数是近几十年开发的新工艺。比如非金属电镀新工艺，化学镀新工艺，贵金属电镀新工艺，合金电镀新工艺等。以印刷线路板的电镀为例，它是以孔金属化为中心的综合了前处理、化学镀、电镀、退镀等技术的工艺。化学镀中的各种化学镀镍技术，更是在电子工业中有举足轻重的作用。从电磁屏蔽到硬盘的电镀，都要用到化学镀镍。当然化学镀不仅仅是用于电子行业，在其它很多行业都有重要的价值，比如在石油化工行业，一些管道的内壁防护就在采用化学镀镍技术。 功能性电镀实际上是一个含义较广的概念，它涵盖了电子电镀、减磨电镀、耐磨电镀、以及所有有特别要求的电镀技术。可以说举凡对产品或材质表面有电学、力学、光学、生物学等方面要求而通过电镀加工可以满足其要求的镀层，都可以叫功能性镀层。显然，要满足上述各种要求，光靠老工艺是不行的，因此，在功能性电镀中的新工艺的比例是最高的。现在引起各方面关注的是各种复合电镀技术。复合电镀是指在单金属电镀或合金电镀溶液中分散一些功能性微粒，使之在电镀过程中与金属或合金共沉积，从而使被镀表面得到某些特定的性能。大家经常见到的沙面镀镍工艺，有一种就是采用了分散微粒的办法。早期的复合电镀的载体大多数是采用的镀镍工艺，现在已经发展到采用镀锌工艺为载体，进一步发展到以化学镀为载体。用来做分散体的微粒有香料、磨料如金刚砂、SiC、Al2O3等，也有颜料、石墨、二硫化钼等。由这些微粒的性能可以得知分散有它们的镀层具有什么样的功能。还有很多新工艺，都可以包括在功能性电镀的范围。可以预料，今后的电镀新工艺的开发方向将主要是应用于电子行业或有特殊要求的行业的功能性电镀技术。 5 结语通过对电镀技术的分析，我们清楚了什么是电镀技术，以及电镀的原理，还清楚了电镀技术在工业生产上的工序和条件。电镀技术的应用是材料的表面性能的有优良的改善，通过不同的镀层而使材料的表面具有不同的性能。在现在的对材料的要求越来越高的时代，极具有发展前景。参考文献1郭铁峰, 杨燕军. 金刚石超薄切割片制造方法研究J.探矿工程，2002；1：6162.2 徐滨士，朱绍华。表面工程的理论与技术M。北京：国防工业出版社,19993 柳滨，用于半导体材料切割的设备概况J。集成电路应用，2002；（9）4 张三元. 用复合电镀法制造金刚石工磨具J.电镀与精饰,1991 ;13 (1) :35 38.5 屠振密，电镀合金原理与工艺M，北京:国防工业出版社,1998.6 朱诚意，郭忠诚，刘中华.国内复合镀层最新进展及应用J.电镀与环保，1998,18(1):3.7 刘定福. 复合电镀金刚石圆锯片工艺J.材料保护，2000，33（7）：2122.8 彭元芳，曾振鹏，赵国鹏，等。电沉积纳米复合镀层研究现状J.电镀与涂饰,2002，21(6):17-21.9 高伟刘镇昌用复合电镀法制造环形电镀金刚石线锯J金刚石与磨料磨具工程2004，140 (2) : 48 51收稿日期：2015-05-23 作者简介：王 东 （1991） 男 本科 新疆工程学院 电力工程系 电气工程及其自动化12-3班 学号：2014220040