模具表面的电镀技术.课件.ppt
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- 模具 表面 电镀 技术 课件
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1、模具表面的电镀技术 电镀的基本原理电镀的基本原理 电镀技术是一种用电化学方法在基体(金属或电镀技术是一种用电化学方法在基体(金属或非金属)表面沉积金属或金属化处理的技术。它能非金属)表面沉积金属或金属化处理的技术。它能使均匀溶解在溶液中的金属离子,有序地在溶液使均匀溶解在溶液中的金属离子,有序地在溶液(即镀液)中和基体表面接触获得电子、还原成金(即镀液)中和基体表面接触获得电子、还原成金属金属原子并沉积在基体表面,形成宏观金属层属金属原子并沉积在基体表面,形成宏观金属层镀层。它是物理和化学的变化或结合。镀层。它是物理和化学的变化或结合。电镀金属的种类v电镀金属的种类约有30多种,其中应用较广的
2、有镀锌,镉,铜,镍,银,锡,金,铁,钴,铅,锑,铂,钛,铹等十多种。除单金属镀层外,还有很多合金镀层,例如镀铜锡,铜锌,铜镍,镍铁,铅锡,锌锡,锌铁,锌镍,铜镉,锌镉,锡铁,锡钴,钨铁等电镀层的分类v电镀的目的是改善材料的外观,提高材料的各种物理化学性能,赋予材料表面特殊的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、光学性能等。镀层使用性能v防护性镀层,例如锌、锌防护性镀层,例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层,作为耐镍、镍、镉、锡等镀层,作为耐大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。v防护防护-装饰性镀层,例如装饰性镀层,例如Cu-Ni-Cr镀层等,既有装饰性,又镀层等,既
3、有装饰性,又有防护性。有防护性。v装饰性镀层,例如装饰性镀层,例如Au及及Cu-Zn仿金镀层、黑铬、黑镍镀层仿金镀层、黑铬、黑镍镀层等。等。v耐磨和减磨镀层,例如硬铬、松孔镀、耐磨和减磨镀层,例如硬铬、松孔镀、Ni-SiC、Ni-石墨、石墨、Ni-PTFE复合镀层等。复合镀层等。v电性能镀层,例如电性能镀层,例如Au、Ag镀层等,既有高的导电率,又可镀层等,既有高的导电率,又可以防氧化,避免增加接触电阻。以防氧化,避免增加接触电阻。v磁性能镀层,例如软磁性能镀层有磁性能镀层,例如软磁性能镀层有Ni-Fe、Fe-Co镀层;硬镀层;硬磁性能有磁性能有Co-P、Co-Ni、Co-Ni-P等。等。v可
4、焊性镀层,例如可焊性镀层,例如Sn-Pb、Cu、Sn、Ag等镀层,可改善元等镀层,可改善元件可焊性,在电子工业中广泛应用。件可焊性,在电子工业中广泛应用。v耐热镀层,例如耐热镀层,例如Ni-W、Ni、Cr镀层,熔点高,耐高温。镀层,熔点高,耐高温。v修复用镀层,一些造价较高的易磨损件,或加工超差件,采修复用镀层,一些造价较高的易磨损件,或加工超差件,采用电镀修复尺寸,可节约成本,延长使用寿命,例如可电镀用电镀修复尺寸,可节约成本,延长使用寿命,例如可电镀Ni、Cr、Fe层进行修复。层进行修复。v若按镀层与基体金属之间的电化学性质分类,可分为阳极性镀层和阴极性镀层。凡镀层相对于基体金属的电位为负
5、时,镀层是阳极,称阳极镀层,如钢上的镀锌层;当镀层相对于基体金属的电位为正时,镀层呈阴极,称为阴极镀层,如钢上的镀镍层、镀锡层等。 镀锌钢例子:镀锌钢例子:热镀锌管热镀锌管是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层,从而使基体和镀层二者是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层,从而使基体和镀层二者相结合。相结合。热镀锌热镀锌是先将钢管进行酸洗,为了去除钢管表面的是先将钢管进行酸洗,为了去除钢管表面的氧化铁氧化铁,酸洗后,通过氯化铵,酸洗后,通过氯化铵或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清洗,然后送入热浸镀槽中。热镀或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清洗,然后送入热浸镀槽中。热镀
6、锌具有镀层均匀,附着力强,使用寿命长等优点。热镀锌钢管基体与熔融的镀液发生复杂锌具有镀层均匀,附着力强,使用寿命长等优点。热镀锌钢管基体与熔融的镀液发生复杂的物理、化学反应,形成耐腐蚀的结构紧密的锌一铁合金层。合金层与纯锌层、钢管基体的物理、化学反应,形成耐腐蚀的结构紧密的锌一铁合金层。合金层与纯锌层、钢管基体融为一体。故其耐腐蚀能力强。融为一体。故其耐腐蚀能力强。槽镀的基本原理v槽镀是指在直流电的作用下,电解液中的金属离子还原,并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。电解液主要是水溶液,也有有机溶液和熔融盐。 当直流电通过两电极及两极间含金属离子的电解液时,金属离子在阴极上还原沉积成
7、镀层,而阳极氧化将金属转移为离子。以镀镍为例:将金属制件浸在金属盐(NiSO4)的溶液中作为阴极,金属镍板作为阳极,接通直流电源后在制件上就会沉积出金属镀镍层。槽镀的常见材料v【基底材料基底材料】能与其表面上沉积金属或形成膜层的材料。能与其表面上沉积金属或形成膜层的材料。v【添加剂添加剂】镀液中含有改进溶液的电化学性能或改善镀层质量的少量添镀液中含有改进溶液的电化学性能或改善镀层质量的少量添加物。使镀层产生光泽的称光亮剂;使镀层得到整平的称整平剂;使电加物。使镀层产生光泽的称光亮剂;使镀层得到整平的称整平剂;使电解液稳定的称稳定剂。添加剂对阴极极化过程的影响,有两种观点。一解液稳定的称稳定剂。
8、添加剂对阴极极化过程的影响,有两种观点。一种吸附理论认为有些添加剂具有表面活性作用,能吸附在电极的表面阻种吸附理论认为有些添加剂具有表面活性作用,能吸附在电极的表面阻碍金属的析出,提高了阴极极化作用改善镀层质量;一种理论认为添加碍金属的析出,提高了阴极极化作用改善镀层质量;一种理论认为添加剂在电解液中形成胶体,吸附了放电金属离子,构成胶体剂在电解液中形成胶体,吸附了放电金属离子,构成胶体金属离子型金属离子型的络合物,使阴极极化作用增大,胶体与金属离子结合牢固阻碍了金属的络合物,使阴极极化作用增大,胶体与金属离子结合牢固阻碍了金属离子的放电。离子的放电。v【表面活性剂表面活性剂】即表面润湿剂。处
9、理溶液在添加量低的情况下,也能显即表面润湿剂。处理溶液在添加量低的情况下,也能显著降低界面张力的物质。为减少各类处理溶液对基板表面的张力,按照著降低界面张力的物质。为减少各类处理溶液对基板表面的张力,按照溶液的特性添加一定量的表面活性剂。溶液的特性添加一定量的表面活性剂。v【表面活化剂表面活化剂】分子内亲水基和亲油基化合物,两界面相吸附,界面自分子内亲水基和亲油基化合物,两界面相吸附,界面自由能降低。油在水中被乳化生成可溶性化合物。由能降低。油在水中被乳化生成可溶性化合物。v【润湿剂润湿剂】能降低制件表面与溶液间界面张力,使制件表面能降低制件表面与溶液间界面张力,使制件表面易于被溶液润湿的物质
10、。电路板微孔镀覆中的各种处理溶液易于被溶液润湿的物质。电路板微孔镀覆中的各种处理溶液大部分要添加润湿剂,使孔壁绝缘材料的表面具有对液体的大部分要添加润湿剂,使孔壁绝缘材料的表面具有对液体的亲和力,使处理液很易润湿孔壁的表面,增加与溶液充分接亲和力,使处理液很易润湿孔壁的表面,增加与溶液充分接触。触。v【导电盐导电盐】提高电镀溶液导电性,添加一定数量的盐类。镀提高电镀溶液导电性,添加一定数量的盐类。镀金电解液中所添加的有机盐类。金电解液中所添加的有机盐类。v【去离子水去离子水】电镀电镀/ /化学镀溶液,或配制或调整,或工件需化学镀溶液,或配制或调整,或工件需要特别清洗,使用经过阴阳两种离子交换的
11、树脂处理,将其要特别清洗,使用经过阴阳两种离子交换的树脂处理,将其水中存在的各种离子予以吸附除去,获得纯度极高的水。水中存在的各种离子予以吸附除去,获得纯度极高的水。v【活性炭活性炭】由木质粉末烧制成粒度极细的木炭粉,呈多孔结由木质粉末烧制成粒度极细的木炭粉,呈多孔结构具有极大的表面积,有高的吸附性能,能吸附大量的有机构具有极大的表面积,有高的吸附性能,能吸附大量的有机物。用于清除电镀液的有机杂质,有粉状和颗粒状两种类型。物。用于清除电镀液的有机杂质,有粉状和颗粒状两种类型。常见的槽镀种类常见的槽镀种类v镀锌:钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀镀锌:钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀,用量占全部电镀用
12、量占全部电镀零件的零件的1/3至至1/2是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。镀锌具有成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点,在轻工、镀锌具有成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点,在轻工、机电、农机和国防等工业中得到广泛应用。机电、农机和国防等工业中得到广泛应用。v镀镉:钢铁零件上镀镉镀镉:钢铁零件上镀镉,在海洋和湿热大气环境中在海洋和湿热大气环境中其保护其保护性能比锌好性能比锌好航空、航海及电子工业中的零件大多采用镀镉。航空、航海及电子工业中的零件大多采用镀镉。但镉盐有毒但镉盐有毒且对环境污染严重且对环境污染严重使镀镉的应用受到限制。使镀镉的应用受到限制。v镀
13、锡:锡的腐蚀产物对人类无害镀锡:锡的腐蚀产物对人类无害且易于钎焊,镀锡广泛用且易于钎焊,镀锡广泛用于食品罐头包装制品、饮具、餐具及电子工业中很多需要钎于食品罐头包装制品、饮具、餐具及电子工业中很多需要钎焊的零件焊的零件 v镀铬:镀铬: 铬在大气中能长久保持光泽,在碱液、硝酸、硫酸及许多有铬在大气中能长久保持光泽,在碱液、硝酸、硫酸及许多有机酸中不发生反应,镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨性及机酸中不发生反应,镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨性及较低的摩擦系数,故镀铬常用于防护装饰性镀层,防止基体较低的摩擦系数,故镀铬常用于防护装饰性镀层,防止基体金属生锈和美化外观,也常用于提高制品的耐磨性或修复磨
14、金属生锈和美化外观,也常用于提高制品的耐磨性或修复磨损。损。v镀铜:镀铜: 镀铜常作为其他镀层的中间层,以提高表面镀层和基体金属镀铜常作为其他镀层的中间层,以提高表面镀层和基体金属的结合力。在电力工业中,也可用铁丝镀厚铜来代替纯铜导的结合力。在电力工业中,也可用铁丝镀厚铜来代替纯铜导线,以减少铜的耗用量。线,以减少铜的耗用量。v镀镍:镀镍: 镀镍的应用面很广,可用于防护装饰性和前者主要用于自行镀镍的应用面很广,可用于防护装饰性和前者主要用于自行车、钟表、家用电器、五金产品、汽车、照相机等零件的防车、钟表、家用电器、五金产品、汽车、照相机等零件的防护装饰性镀层护装饰性镀层,后者主要用于易磨损产品
15、的修复电镀后者主要用于易磨损产品的修复电镀.槽镀的条件槽镀的条件v1电流密度电流密度(镀液特性,镀件结构镀液特性,镀件结构)v2电镀位置电镀位置(阴阳极相对距离、位置阴阳极相对距离、位置)v3搅拌状况搅拌状况(速度速度稳定度稳定度)?v4电流波形电流波形(滤波度滤波度,PR,脉波等脉波等)v5阳极阳极(可溶性可溶性, 不可溶性不可溶性,辅助性辅助性)v6镀液温度镀液温度(Au-50 ,Ni-55 ,SnPb-20)v7PH值值(酸性酸性, 中性中性,碱性碱性)v8比重比重(粘度粘度导电度导电度)v9镀液组成分为镀液组成分为(金属离子含量、比例等金属离子含量、比例等 金属离子以一定的电流密度进行
16、阴极还原时,原则上,只金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时,原则上,只要电极电位足够负,任何金属离子都可能在阴极上还原,实要电极电位足够负,任何金属离子都可能在阴极上还原,实现电沉积。但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其他离现电沉积。但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其他离子,使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉子,使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。所以金属离子在水溶液中能否还原,不仅决定于其积过程。所以金属离子在水溶液中能否还原,不仅决定于其本身的电化学性质,还决定于金属的还原电位与氢还原电位本身的电化学性质,还决定于金属的还原电位与氢还原电位的相对大
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