电镀工(中级)1-第五章课件.ppt

1、 通过本章学习，掌握合金电镀溶液的主要成分、各成分含量及操作条件对镀层的影响，熟悉合金镀层的特点与用途。铜锌合金镀层俗称黄铜镀层，镀层中有含铜的质量分数为75%，锌的质量分数为25%32%。1.工艺规范(见表5-1)表-铜锌合金电镀工艺规范(1)高氰化物镀铜锌合金镀液的配制在良好的通风条件下，将氰化钠溶解在3040的镀槽体积2/3的去离子水或蒸馏水中。1)用水将氰化亚铜和氰化锌分别调成糊状，在不断搅拌条件下分别慢慢地加入氰化钠溶液中并使其溶解，此时溶液会发热，如果温度升至60时，需待冷却后方可继续加入，以避免溶液过热溅出。2)逐一加入已用少量水溶解好的其他成分，搅拌均匀，然后加入氨水，加入去离

2、子水或蒸馏水至所需体积。3)分析校正。2.镀液配制4)电解试镀。(2)微氰镀铜锌合金镀液的配制其配制步骤基本同上，只是将氰化亚铜和焦磷酸锌分别溶解于氰化钠和焦磷酸钾溶液中，然后再合并。(1)氰化亚铜和氰化锌它们是镀液中供给铜和锌离子的主盐，分别以氰化物络盐Na2Cu(CN）3和Na2Z(CN）的形式存在。(2)游离氰化钠氰化钠除了生成铜和锌的络盐外，还必须有适当的游离量，即游离氰化钠。3.镀液中各成分的作用(3)碳酸钠适量的碳酸钠可以提高镀液的导电性能和分散能力。(4)氢氧化钠加入氢氧化钠可以增加镀液的导电性能，但会使锌不容易析出，一般仅在滚镀时加入少量。(5)氨水它可以扩大镀液的阴极电流密度

3、范围和有利于获得色泽均匀的铜锌合金镀层。(6)酒石酸钾钠它是阳极去极化剂，可以溶解阳极上的碱性钝化膜。(7)焦磷酸钾它主要用于微氰镀铜锌合金溶液以络合锌离子。(8)阳极一般是采用与铜锌合金镀层同样比例的铜锌合金做阳极，阳极中不能含有铁和铅等杂质，铸造后再经过延压的阳极效果较好，使用前先在65010退火1h，再用体积分数为5%的硝酸溶液侵蚀后刷洗干净。(1)pH值值对铜锌合金镀层的外观有明显的影响。4.操作条件的影响(2)镀液温度镀液温度对铜锌合金镀层中的金属组成和外观色泽均有影响。(3)阴极电流密度阴极电流密度高时，合金镀层中的锌含量增加，并降低镀液的阴极电流效率。铜锌合金镀层在大气中很容易变

4、色或泛点，镀后必须立即进行钝化处理和涂覆透明的有机涂料膜层。配方一：溶液成分和操作条件6.不合格铜锌合金镀层的退除5.铜锌合金镀层的后续处理仿金镀层具有真金的色泽，既雍容华贵又价廉物美，因此深受人们的喜爱。表-电镀仿金工艺规范1.工艺规范(见表5-2)除加入锡酸钠外，配制步骤与高氰化物镀铜锌合金相同。锡离子起调整金色色调作用。表-24K仿金镀溶液配方2.镀液配制3.镀液成分和工艺参数的影响表-4仿金镀溶液的组成比除铜锌合金镀层的后续处理方法外，亦可以采用BH仿金电解钝化粉处理，其溶液成分和操作条件为：仿金镀层出现粗糙、起泡、脱皮或烧焦等必须退除重镀，一般均可采用稀盐酸活化、清洗干净后重镀光亮镍

5、和仿金镀层。4.仿金镀层的后续处理5.不合格仿金镀层的退除.仿金电镀故障现象、产生原因及排除方法(见表-)表5-仿金电镀故障现象、产生原因及排除方法锌合金一般是指以锌为主要成分并含有少量其他金属的合金。锌和镍对钢铁都有保护作用，但保护的机理不同。(1)工艺规范(见表5-)。1.酸性氯化物镀液表-酸性氯化物电镀锌镍合金工艺规范(2)镀液成分和工艺参数的影响1)主盐：镀液中主盐的浓度是影响镀层组成的主要因素。2)导电盐：在镀液体系中，氯化铵、氯化钾是导电盐。3)添加剂：常用的锌镍合金添加剂有醛类(如胡椒醛、氯苯甲醛、内桂醛等)、有机酸类(如抗坏血酸、氨基乙酸、苯甲酸、烟酸等)、酮类(如苯亚甲基丙酮

6、、芳香烯酮、苯乙基酮等)、磺酸类(如木质素磺酸钠、萘酚二磺酸等)及杂环化合物等。4)镀液温度：在锌镍合金电沉积中，镍的沉积相对于锌来说要慢一些，随着镀液温度的升高，反应速度加快，镀层中含镍量随着镀液温度升高而增加。5)pH值：pH值对镀层含镍量有较大影响。(3)阳极对于锌镍合金来说，由于锌、镍的熔点相差较大(锌熔点为419.5，镍熔点为1452)，给制造锌镍合金阳极带采困难。1)采用一台电源时，在锌阳极及镍阳极的回路中分别串联一个大电阻，以此来调节两个阳极上的分电流。2)采用两台电源时，分别形成锌阳极回路和镍阳极回路，两个回路共阴极。在生产自动线中，为了维持镀液成分的稳定，可以从槽中取出部分镀

7、液，分别控制锌与镍的浓度，然后根据需要，向槽中补加所需要的成分。2.碱性镀液(1)工艺规范(见表5-)。表-碱性电镀锌镍合金工艺规范 镍配合物中含量为.。芳香醛为胡椒醛、茴香醛、氯苯甲醛等。ZN11由多胺和含氮杂环有机物与环氧氯丙烷分步合成。碱性锌镍合金镀液的特点是：分散能力好，工艺操作容易，成本较低，可沿用锌酸盐镀锌设备，还可将锌酸盐镀锌溶液转化为碱性锌镍合金镀液。(2)镀液中各成分的作用1)氧化锌在镀液中提供锌离子，与氢氧化钠形成锌酸盐。2)硫酸镍和乙二胺、三乙醇胺形成镍的络合物(配方1)或先将Ni2+和某种络合剂形成镍络合物(配方2)，它们在镀液中提供镍离子。3)添加剂(如ZN11)在电

8、极表面上具有强的吸附作用，对Zn2+和Ni2+放电过程起阻抑作用，能提高阴极极化，使锌镍合金镀层晶粒细化，与芳香醛配伍可以获得光亮细致的锌镍合金镀层。尽管锌镍合金镀层具有较高的耐蚀性，若不进行钝化处理还是容易腐蚀生成氧化锌或氢氧化锌（即白锈），从而破坏了镀层外观。3.锌镍合金镀层的钝化处理表-锌镍合金镀层钝化工艺规范锌镍合金镀层的耐蚀性需要从镀层本身的耐蚀性和钝化后的耐蚀性两个方面来考虑。4.锌镍合金镀层的耐蚀性表-镀层耐蚀性试验结果(厚度)1)未钝化的锌镍合金镀层的耐蚀性，由于锌镍合金镀层的主要成分是锌，它较容易氧化形成氧化锌和氢氧化锌，即白锈。2)经过钝化之后，锌镍合金镀层比未钝化的锌镍合

9、金镀层的耐蚀性大大提高。在国外，电镀锌镍合金应用较多的是电镀汽车钢板。5.电镀锌镍合金的应用已获得工业应用的电镀锌铁合金有两种：一种是铁的质量分数高的（例如10%25%或更高）锌铁合金镀层，该镀层不易钝化，容易磷化处理，对油漆有良好的结合力，多用于钢板和钢带的表面处理，作为涂漆或电泳涂漆的底层；另一种是含微量铁的锌铁合金镀层，它容易钝化，耐蚀性能优良，特别经过黑色钝化，其耐蚀性有很大提高，镀层中一般铁的质量分数为04%（02%07%）左右。表-氯化钾型锌铁合金电镀工艺规范(2)镀液成分和工艺参数的影响(以配方2为例)(1)工艺规范(见表5-1)。1.氯化钾型镀液1)主盐：主盐之一是氯化锌，在镀

10、液中提供Zn2+，其浓度可在一定范围内变化。另一主盐是硫酸亚铁，提供Fe2+，其浓度在工艺范围内，能获得铁的质量分数为05%10%的合金镀层。2)导电盐：氯化钾是导电盐。3)稳定剂：抗坏血酸是还原剂，在这里也是Fe2+的稳定剂，能防止Fe2+氧化成Fe3+。4)光亮剂：ZF是主光亮剂，聚乙二醇和硫脲是辅助光亮剂。5)pH值：值维持在工艺范围之内，有利于稳定Fe2+的浓度，从而稳定镀层中的含铁量，对镀层的钝化质量和耐蚀性均有影响。6)阴极电流密度：阴极电流密度应维持在12.5A/dm2之内。7)镀液温度：镀液温度以室温为好。8)阳极：使用锌与铁两种阳极。(3)镀液配制及氯化钾镀锌溶液的转化1)镀

11、液配制：先将氯化锌与氯化钾用所需体积1/2的水溶解，加入锌粉1g/L、粉状活性炭12g/L处理后，过滤入槽，以质量分数为5%化学纯盐酸将pH值调至3.54。2)氯化钾镀锌溶液的转化：将原氯化钾镀锌溶液用锌粉1粉状活性炭710g/L进行处理后，过滤入槽，调节pH值至4，再按本工艺所需其他成分含量补加，即可转化为锌铁合金镀液。(1)工艺规范(见表5-11)。2.碱性锌酸盐镀液表-碱性锌酸盐镀锌铁合金工艺规范(2)镀液中各成分的作用。1)主盐：氧化锌和铁盐是主盐，前者提供锌离子，后者提供铁离子。2)氢氧化钠：氢氧化钠既是导电电解质又是锌的络合剂，能生成Na2ZnO2，使镀液稳定。3)络合剂、添加剂、

12、光亮剂：简单的铁盐不能直接加入锌酸盐溶液中，必须先用适当的络合剂或添加剂将铁离子络合后才能加入由ZnO与NaOH构成的锌酸盐溶液中，以获得色泽透明的锌铁合金镀液。(3)镀液配制在槽内先放预定体积1/5的水，将计算量的氢氧化钠加入溶解，这时有热量产生。(4)锌酸盐镀锌溶液的转化将老的锌酸盐镀锌溶液中的杂质去除后，加入计算量的络合铁溶液，就可以转化成锌铁合金镀液，光亮剂仍沿用锌酸盐镀锌溶液使用过的。低铁（铁的质量分数为02%08）的锌铁合金镀层容易进行常规钝化，可采用一般纯锌镀层的钝化工艺，钝化膜颜色一般为黑色、彩色和白色。3.锌铁合金镀层的钝化处理表-锌铁合金镀层的黑钝和彩钝工艺锌铁合金镀层若不

13、进行钝化处理，其耐蚀性能并不太高。4.锌铁合金镀层的耐蚀性图5-锌铁合金镀层(彩钝)含铁量与耐蚀性能的关系()试验(镀层厚度为)酸性锌镍合金镀层%w()彩色钝化碱性锌铁合金镀层.%.w()黑色钝化碱性锌镍合金镀层%w()彩色钝化图5-2锌铁合金黑色钝化性不同成分的锌镍合金彩色钝化后的耐蚀性能比较如上所述，铁的质量分数很低（03%05%）的锌铁合金经钝化后，耐蚀性能很高。电镀锌钴合金是近年发展起来的一种锌基合金。(1)工艺规范(见表5-1)。5.电镀锌铁合金的应用1.氯化物型工艺表-氯化物型电镀锌钴合金工艺规范 添加剂是苯甲基丙酮、苯甲酸钠与一种表面活性剂的合成物。(2)镀液成分和工艺参数的影响

14、。1)主盐：锌钴合金镀液的主盐为氯化锌和氯化钴。2)导电盐：氯化钾为导电盐，主要作用是提高镀液的导电率，改善镀液性能。3)缓冲剂：硼酸用作缓冲剂。4)添加剂：其作用能使合金镀层中各成分分布均匀，又能使镀层外观光亮，结晶细致，物理性能良好。5)阴极电流密度及搅拌：一般来说，提高阴极电流密度，镀层含钴量增加，但在该体系中，电流密度变化较大时，镀层含钴量仅略有增加。6)镀液温度：升高镀液温度，可提高镀层中含钴量，在常温(2027)下，随着镀液温度提高，镀层中含钴量略有增加。提高阴极电流密度、加强搅拌、升高镀液温度，都可以使镀层含钴量提高。7)pH值：值对镀层含钴量的影响不大，在规定的工艺范围内，镀层

15、中含钴量基本维持定值。通过以上讨论可知，操作条件（阴极电流密度、pH值、镀液温度及搅拌）变化时，不会引起镀层中含钴量有大的变化。2.锌酸盐型工艺(1)工艺规范(见表5-1)。表-锌酸盐型电镀锌钴合金工艺规范 络合剂可用羟基羧酸盐。ZCA为环氧类复合有机物。(2)镀液成分和工艺参数的影响。1)氧化锌和氢氧化钠是镀液的基本成分，两者作用后生成锌酸盐基液。2)硫酸钴提供镀液中的钴离子，但必须和络合剂作用形成钴的络合物后再加入锌酸盐基液才能稳定地存在于镀液中。3)添加剂的加入主要是为了提高阴极极化，也就是对Zn2+、Co2+放电起一定的阻化作用。4)随着镀液温度的增高，镀层中含钴量增加。5)阴极电流密

16、度对镀层中含钴量的影响较小，但随着阴极电流密度的提高，镀层中含钴量稍有增加。由于镀层中含钴量低，所以用锌镀层的钝化工艺即可进行锌钴合金镀层的钝化。3.锌钴合金镀层的钝化表-锌钴合金镀层的钝化工艺锌钴合金镀层的耐蚀性与镀层含钴量有关，未钝化的锌钴合金镀层的耐蚀性随着含钴量增加而增加。4.锌钴合金镀层的耐蚀性图5-3未钝化锌钴合金镀层的耐蚀性与镀层含钴量的关系中性盐雾()试验，镀层厚度为.图5-4彩色钝化锌钴合金镀层的耐蚀性与镀层含钴量的关系1开始出现白锈2开始出现红锈电镀锌钴合金可在机械设备、采矿、汽车、自行车和建筑五金等各种工业产品上应用。表-锌镍合金组成与晶体结构的关系表-在体积分数为3%的

17、N溶液中的稳定电势()5.锌钴合金镀层的用途镍镀层有良好的装饰性、耐蚀性，并有较好的耐磨性和磁性等多种功能。镍和铁的原子结构很相近，其标准电势分别为025V和，同为铁族元素；从电化学角度来分析，它们在单盐溶液中有可能实现共沉积。下面以常见的镀光亮镍铁合金工艺规范为例：1.工艺规范2.镀液成分和工艺参数的影响(1)硫酸镍、氯化钠、硼酸、润湿剂其作用与镀镍相同，在此不再赘述。(2)含铁量维持镀液中镍离子浓度不变时，随着镀液中Fe2+离子浓度的增加，镀层中含铁量几乎成线性增加(图5-5)。图5-5镀液中浓度对镀层中含铁量的影响(3)稳定剂镀液中虽然加入的是硫酸亚铁，但不可避免的在镀液中仍有Fe3+离

18、子存在，当Fe3+超过一定数量后，对镀液的电流效率和镀层的韧性都是不利的。(4)光亮剂镍铁镀液使用的光亮剂与光亮镀镍的相同。(5)pH值一般来说，镀液的pH值升高，会使镀层中含铁量增加。(6)镀液温度镀液温度升高，一方面有利于Fe2+向阴极移动，使镀层中含铁量增加；另一方面，会加速Fe2+的氧化。(7)电流密度随着电流密度的增加，镀层中含铁量下降。(8)搅拌搅拌有利于加速Fe2+向阴极移动。(9)阳极可以使用合金阳极，也可以是镍铁分控或混挂。(1)外观无论是高铁还是低铁的镍铁合金，镀层均应细致光亮，外观色泽介于镍和铬之间，呈白亮色。(2)硬度和韧性镍铁合金镀层的硬度比光亮镍层大，一般为5506

19、50HV。3.镀层性能(3)内应力镍铁合金镀层的内应力不仅和镀层中含铁量有关，还与镀液中光亮剂种类、浓度、pH值、镀液温度等因素有关。(4)耐蚀性大量实验结果表明，在一般环境中，镍铁合金镀层的耐蚀性与光亮镍镀层基本相同。有时为了进一步提高镀层的耐蚀性，还可采用多层镍铁合金电镀。钴的标准电势为0277V，与镍的标准电势025V很接近，又同属铁族元素，加上它们的交换电流（i0）都很小，能在单盐溶液中获得细致均匀的镀层，因此，在单盐溶液中实现镍钴合金的共沉积是比较容易的。常用的钴的质量分数低于40的镍钴合金镀液为硫酸盐 氯化物混合型。(1)工艺规范硫酸镍（NiS46H2）200g/L(2)成分和工艺

20、参数的影响1.电镀装饰及耐磨用镍钴合金1)钴盐浓度及电流密度:当其他条件相同时，镀液中含钴量增加时，镀层中含钴量也增加；相反，随着电流密度增大时，镀层中含钴量则减少(图5-)。图5-镀液中钴的质量浓度及阴极电流密度对镀层中含钴量的关系10.1A0.5.2.0.2)pH值和镀液温度：当其他条件相同时，随着pH值增大，镀层中含钴量减少；镀液温度升高，镀层中含钴量增加。3)搅拌：当其他条件相同时，搅拌镀液有助于镀层中含钴量的增加。(3)镀层性能采用上述工艺所得镀层性能见表5-18。表-镍钴合金镀层的性能(钴的质量分数为左右)配方一：镀液成分和操作条件电镀镍钴合金使用的阳极可分为如下三类。(1)单独使

21、用镍阳极采用连续滴加一定浓度的硫酸钴溶液到镀液中去，以补充镀液中钴离子的消耗，适用于含钴量较低的镍钴合金电镀工艺。2.电镀磁性镍钴合金3.电镀镍钴合金使用的阳极(2)联合使用镍阳极和钴阳极采用两套电源分别控制镀液中镍、钴离子的浓度。(3)镍钴合金阳极可根据镀液中含钴量的多少选择适宜的含钴量的镍钴合金阳极。无论使用哪种类型的阳极，镀液中必须有阳极活化剂（氯离子）存在，才能保持阳极正常溶解，否则阳极将发生钝化。表-低锡铜锡合金电镀工艺规范1.工艺规范(见表5-)1)在良好通风条件下，将所需的氰化钠(按氰化亚铜量的1.1倍加入游离氰化钠的量)溶解在3040的去离子水或蒸馏水中。2)将氰化亚铜用水调成

22、糊状，在搅拌条件下慢慢地加入到氰化钠溶液中，并使其完全溶解。3)由于锡酸钠可能含有游离碱，为避免镀液中含碱量过多，先用配方量3/4的氢氧化钠溶于去离子水或蒸馏水中。4)将锡酸钠溶液加入到氰化亚铜溶液中，搅拌均匀。2.镀液配制5)如需添加三乙醇胺和酒石酸钾钠时，可以直接加入到混合溶液中，搅拌使其混合与溶解。6)为防止溶液发生混浊，采用含微量氢氧化钠的温热去离子水或蒸馏水补充至所需体积后过滤镀液。7)配制光亮镀低锡铜锡合金镀液时，加入先用水溶解的OP10和配制好的明胶及碱式硫酸铋。8)分析调整。9)电解试镀。10)明胶的配制：将40g的明胶和25g的氢氧化钠共溶于1L去离子水或蒸馏水中，加热至沸，

23、放置数分钟后即可按所需量加入。11)碱式硫酸铋的配制：将20g的碱式硫酸铋和80g的酒石酸钾钠共溶于500mL的去离子水或蒸馏水中，加热至沸，稀释至1L后按所需量加入。(1)氰化亚铜和锡酸钠它们是供给镀液铜离子和锡离子的主盐，其浓度不同，铜锡合金镀层的组成也不同。(2)氰化钠和氢氧化钠氰化物镀低锡铜锡合金镀液是用氰化钠和氢氧化钠两种络合剂分别络合铜和锡。氢氧化钠除络合锡离子外，还应有过量的氢氧化钠。3.镀液成分和工艺参数的影响(3)三乙醇胺在低氰化物镀液中加入三乙醇胺作铜的辅助络合剂时，有利于调节铜离子的放电速度，从而消除因游离氰化钠减少后铜镀层粗糙的弊病。(4)酒石酸钾钠它是良好的阳极去极化

24、剂，可以络合因游离氰化钠含量低时阳极表面生成的碱性钝化膜。(5)OP10它是非离子表面活性剂，可以降低镀液的表面张力，防止镀层产生针孔。(6)明胶它可以提高阴极极化，使镀层结晶细致，但它会夹杂在镀层中。(7)碱式硫酸铋它在镀液中用作光亮剂，其用量过多时会使镀层产生脆性。(8)阳极氰化物镀低锡铜锡合金采用的是锡的质量分数为10%12%的铜锡合金板作阳极。(9)镀液温度镀液温度高时，合金镀层中的含锡量增加，阴极电流效率亦同时提高。(10)阴极电流密度阴极电流密度高时，合金镀层中的含锡量增加，但使阴极电流效率下降。退除方法有化学法和电化学法，其溶液成分和操作条件如下：(1)化学法氰化钠7080g/L.不合格低锡铜锡合金镀层的退除(2)电化学法氢氧化钠6075g/L5.常见故障现象、产生原因及排除方法(见表5-)表5-低锡铜锡合金电镀常见故障现象、产生原因及排除方法