材料表面工程：第三章 電鍍與化學鍍

1、第三章 電鍍與化學鍍電鍍： 在含有預鍍金屬鹽類溶液中，以基體為陰極，以預鍍金屬或惰性導體為陽極，通過電解作用，在基體表面獲得結合牢固的金屬膜的表面工程技術。電鍍的涵義電鍍層的功能防護 如鋼鐵表面鍍鋅、鍍鎘層（防腐）防護裝飾 如鍍鎳+鉻功能性 如鍍銀、鍍金（導電）電鍍層的要求與基體結合牢固、附著力強空隙少、結晶細、鍍層完整分布均勻第一節(jié) 電鍍的基本原理和特點1.1 電鍍設備及基本原理一、設備簡介 電鍍槽電鍍液直流電源陽極陰極（工件） 陽極可分為可溶性陽極和不可溶性陽極兩種。 不可溶鍍液提供Me+ 可溶-鍍液傳導Me+典型的電鍍槽及離子運動方向 二、電鍍的基本過程1. 陽極金屬溶解 Me2eMe2

2、+ 金屬在陽極氧化失去電子，形成金屬離子。 注意：防止陽極鈍化 Me2+形成量 加陽極活化劑活化陽極2. 金屬的電結晶 Me2+ +2e Me 金屬在接受電子還原沉積，形成金屬鍍層。 外電場使陰極產(chǎn)生過電位，否則， Me2eMe2+ 氧化，陰極不沉積反而會溶解。3. 離子液相傳質(zhì) 金屬離子在陰極沉積，消耗陰極附近的Me2+ 失去平衡離子液相傳質(zhì)陽極附近失衡陽極氧化放出Me2+ 恢復平衡如此循環(huán)。 支撐點：液相的傳質(zhì)（ Me2+ ）能力。4. 鍍層晶粒大小控制 W=Kexp(k/k) 過電位(k) ，形核率（W），晶粒細化。三、電鍍液組成1. 單鹽溶液SnSO4 CuSO4 溶液中是簡單金屬離子

3、Sn2+和Cu2+ 。 問題：需要高的過電位，鍍層質(zhì)量不好粗糙2. 絡和物溶液金屬離子與絡和劑形成絡和離子，如Zn(NH3)42+ 絡和后溶液的平衡電位向負方向移動，有利于電沉積進行。 如：Zn2+/Zn=0.736v Zn(NH3)42+ /Zn=1.26v 但是，關于絡和離子的本質(zhì)與沉積機理至今仍不清楚 白貓黑貓技術3. 導電鹽不參加反應，溶液導電能力，槽端電壓。如Na2SO4。4. 緩沖劑在弱酸、弱堿溶液中加入，可自行調(diào)節(jié)PH值，溶液穩(wěn)定性。5. 陽極活化劑活化陽極，提高離子供給能力。6. 添加劑各種各樣，視目的而定。 如：光亮劑、整平劑、潤濕劑、細化晶粒劑等等。1.2 有關電鍍的四個概

4、念一、均鍍能力 零件表面各處鍍層厚度相同，表示具有好的均鍍能力二、深鍍能力 能使深孔內(nèi)表面得到沉積鍍層的能力三、整平能力 能使凸處的沉積速率降低，使凹處的沉積速率提高，得到平整鍍層的能力。四、鍍膜速率（M） M=D 電流密度（ D ），電流效率（ ），鍍膜速率（M） 1.3 電鍍的工藝過程及影響因素一、電鍍的工藝過程 除油水洗去銹水洗電鍍酸洗堿洗清洗出槽 清洗表面 后清洗電鍍液有毒二、影響鍍層質(zhì)量的因素 主鹽：簡單鹽鍍液鍍層的結晶較粗 絡合物鍍液鍍層結晶細致緊密 PH值： 影響H（氫）的放電電位，過高過低都不好，需實測技術 電流密度：電流密度沉積速率 電流密度會結瘤，燒焦特別是尖角部位 基體金

5、屬 ：基體金屬的化學性質(zhì)與其和鍍層之間結合力密切相關。在某些電解液中，如果基體金屬的電位負于鍍層金屬，若不用其它鍍層過渡，就不容易獲得結合力良好的鍍層。 1.4 常用的電鍍方式掛鍍連續(xù)電鍍1.5 常用金屬的電鍍可制備33種單金屬膜，常用有14種一、鍍Zn 物理特性： 鋅呈銀白色，原子量是65.38，密度為7.17g/cm3，熔點420。鋅的標準電極電位為Zn2+/Zn=-0.76V。 抗氧化性能： 鋅表面易形成一層致密的氧化物薄膜，阻止內(nèi)層鋅的進一步氧化，使它在空氣中的穩(wěn)定性大大提高。 耐腐蝕性能： 屬陽極性鍍層。可以起到犧牲陽極電化學保護作用。 應用： 一級鍍鋅層的厚度在25微米以上，用于軍

6、工行業(yè)；二級鍍鋅層的厚度為1520微米，用于機械、輕工等產(chǎn)品；三級鍍鋅層的厚度為8-10m，在五金、電子、儀器儀表等行業(yè)應用最為普遍。 特點： 工藝簡單、成本低廉。應用廣泛，約占電鍍產(chǎn)品總量的60%以上。 鍍層金屬單一金屬層合金鍍層復合鍍層鋅鍍層分散強化合金鍍層耐蝕鍍層減摩鍍層耐磨鍍層鎳合金鍍層鋅合金鍍層鉛錫合金鍍層銅鋅合金鍍層銅錫合金鍍層鎘鍍層銅鍍層鎳鍍層鉻鍍層銀鍍層錫鍍層鋅鋅是兩性金屬，既能溶于酸也能溶于堿，故鋅鍍層主要用于大氣環(huán)境和中性水溶液。在干燥大氣中鋅很穩(wěn)定，在(不含污染物或有機揮發(fā)氣氛的)潮濕大氣和淡水中，鋅表面形成的腐蝕產(chǎn)物膜有良好保護作用。鋅鍍層經(jīng)鈍化處理后能顯著提高鍍層的保

7、護性能。耐蝕性特點在含二氧化硫，硫化氫等污染物的工業(yè)大氣中，在海洋大氣，熱帶大氣中鋅鍍層的耐蝕性差。在濕度較大的空氣中，鋅鍍層與油漆，塑料，樹脂，木材等物質(zhì)接觸時，由于這些物質(zhì)釋放出有機揮發(fā)氣氛(甲酸，乙酸，氨，酚等)，會使鋅鍍層遭受嚴重腐蝕。因此為了防止鍍鋅工件在木質(zhì)包裝箱中發(fā)生這種氣氛腐蝕，鍍鋅工件應當有內(nèi)包裝，并在木箱中放置干燥劑。對鋼鐵，鋅鍍層屬于典型的陽極性鍍層，對基底金屬不僅有機械保護作用，而且能起到陰極保護作用。所以鋅鍍層廣泛用于鋼鐵零部件和結構件的防護鍍層。用 途鋅鍍層彈性好，彎曲變形時不易脫落，且成本低廉。鍍層經(jīng)鈍化處理后可以具有一定的裝飾外觀。但鋅鍍層硬度較低，不耐摩擦，不

8、能用于磨損工件；由于鋅離子對人體有害，也不能用于食品工業(yè)。鎘鎘的化學性質(zhì)與鋅相似，也用作防護性鍍層。用 途鎘鍍層質(zhì)軟，可塑性好，與鍍鋅層相比，鎘鍍層氫脆性較小，釬焊性能好，一般螺紋工件，彈性工件，航空航海及電子工業(yè)中的零部件習慣使用鎘鍍層。但鎘蒸汽和可溶性鹽劇毒，故凡能采用鋅鍍層的零部件都已不再使用鎘鍍層。在一般大氣條件下，鎘對鋼為陰極性鍍層，防護性能不如鋅。在含二氧化硫，二氧化碳及有機物氣氛的環(huán)境中，鎘的耐蝕性也不如鋅。但在不含工業(yè)雜質(zhì)的潮濕大氣，海洋大氣和海水中，鎘鍍層的防護性能優(yōu)于鋅鍍層(在海水中鎘的電位比鐵負，故對鋼鐵工件為陽極性鍍層)。耐蝕性特點銅銅是正電性金屬，不受非氧化性酸的腐蝕

9、，但會和氧發(fā)生反應。在空氣中銅易氧化而失去光澤，在含二氧化碳或氯化物的潮濕大氣中，銅表面易生成堿式碳酸銅或氯化銅膜，受到硫化物作用時表面會生成棕色或黑色的硫化物膜。鋼鐵表面的銅鍍層屬陰極性鍍層。因此銅不單獨作為鋼鐵件的防護鍍層。腐蝕特點銅質(zhì)軟而韌，富于延展性，拋光性能好，銅鍍層孔隙少，故常用作鋼鐵工件防護裝飾鍍層的底層或中間層，以提高基體與表層或中間層的結合力和鍍層防護性能。銅鍍層還用作功能鍍層，如：導電鍍層（銅具有優(yōu)良的導電性），防滲碳或防滲氮鍍層（碳和氮在銅中擴散困難），減摩鍍層（銅質(zhì)軟），防磁鍍層（銅無磁性）等。用途鎳防護-裝飾鍍層：鎳鍍層在空氣中穩(wěn)定性很高，經(jīng)拋光的鎳鍍層可得到鏡面般光

10、澤外表，并長期保持其光澤，故一些醫(yī)療器械和家庭日用品常用鍍鎳作為防護-裝飾鍍層。采用多層鍍鎳工藝，如雙層鎳，三層鎳，可以提高鍍層耐蝕性和機械性能。特點和應用底層或中間層：鎳鍍層對鋼鐵屬于陰極性鍍層，且鍍層孔隙率較高，需厚度達25微米以上才是無孔的。因此在鉻鍍層被廣泛采用后，鎳鍍層一般是與鉻鍍層聯(lián)合使用，作為防護裝飾鍍層的底層或中間鍍層，如Cu-Ni-Cr，Ni-Cu-Ni-Cr等。防護鍍層：鎳在堿溶液中有優(yōu)良耐蝕性，在某些化工介質(zhì)中耐蝕性也較高，故有些化工設備也用較厚鍍鎳層作為防護層。耐磨鍍層：鎳鍍層硬度較高，可提高金屬工件或制品表面耐磨性能，如印刷工業(yè)中鉛板表面鍍鎳。鉻 裝飾性在經(jīng)過拋光的制

11、品表面鍍鉻，可得到略帶蘭色的銀白色，且具有鏡面光澤的鍍層，非常悅目。只要溫度不超過500，鉻鍍層能長久保持其光澤的外觀。 防護性鉻是負電性金屬，Cr/Cr3+ 的標準電位為 -0.74 V；但鉻具有強烈的鈍化能力，在很多環(huán)境中表面能生成穩(wěn)定而致密的鈍化膜。對潮濕大氣，以及許多化學介質(zhì)有良好耐蝕性。 耐磨性鉻鍍層硬度高，調(diào)整電鍍工藝可以得到硬度很高的硬鉻鍍層，其硬度超過淬火鋼。同時鉻鍍層摩擦系數(shù)低，因此鉻鍍層常用于提高工件表面的耐磨性能。 耐熱性溫度超過500，鉻鍍層才開始氧化變色，超過700才開始變軟。由于鉻鍍層的線膨脹系數(shù)(6.78.410-6)比碳鋼、 銅、 鎳的線膨脹系數(shù)(分別為12.5

12、10-5 , 1.6710-5, 1.3310-5)小，故鉻鍍層受溫度影響時易產(chǎn)生裂紋。鍍層性能鉻 裝飾鉻（光亮鉻）用于防護裝飾鍍層體系的面層，在汽車，自行車，家電，五金等產(chǎn)品上得到廣泛應用。鉻面層的厚度一般為 0.5 微米左右。 硬鉻（耐磨鉻）用于提高工件（如磨具，軸，量規(guī)等）表面硬度和耐磨性，以延長使用壽命。也用于修復工件尺寸。 松孔鉻使硬鉻層含有一定寬度和深度的溝紋，具有保持潤滑油的特性，用于承受較高壓力的滑動摩擦工件，如活塞環(huán)，汽缸套等。 乳白鉻韌性好，孔隙率低，硬度較大，用于要求耐蝕性及耐磨性的部件，如量具，槍炮內(nèi)膛。 雙鉻底層乳白鉻，表層硬鉻。黑鉻色黑，消光性好，用作太陽能吸收器的

13、表面膜層（鍍鎳鋼板上鍍黑鉻，吸收率可達 0.95），以及航空和光學儀器零件。鍍層種類銀銀是貴金屬，具有良好的化學穩(wěn)定性；但在含硫化物的大氣中表面易生成硫化銀而變黑。銀對鋼鐵，銅都是陰極性鍍層，且價貴難得，故一般不用作防護鍍層。應 用裝飾鍍層：銀具有良好的裝飾性能，表面易拋光，呈銀白色，常用于餐具，工藝品和家庭用具的裝飾鍍層。功能鍍層：銀的導電性能優(yōu)良，接觸電阻小，電子電器，通訊器材的零部件鍍銀，可保證良好的導電性和釬焊性。但銀鍍層很容易擴散和沿材料表面滑移，產(chǎn)生抖動現(xiàn)象；在潮濕大氣中會產(chǎn)生“銀須”，造成短路，這是需要注意的。貴金屬金鍍層主要用于工藝品，首飾的裝飾，以及在惡劣條件下使用的電子器件

14、儀表元件。鉑鍍層主要用于電鍍，電解，陰極保護中使用的不溶性陽極（鈦基鍍鉑）。另外也用于精密儀器，外科器械。錫應 用防護鍍層： 錫在食品有機酸中對鋼鐵屬于陽極性鍍層，且錫對人體無毒，故鍍錫鐵皮用作食品罐頭盒。功能鍍層： 錫有良好的釬焊性能，故需要釬焊的無線電器件和零部件廣泛采用錫鍍層。但在高溫，潮濕和密封條件下，由于錫鍍層存在內(nèi)應力會生長晶須，造成短路，這是需要注意的。 錫不與硫化物作用，故與火藥及橡膠接觸的工件常鍍錫。 鋼件滲氮處理時可用局部鍍錫保護不需滲氮的部位。 錫質(zhì)軟，可塑性好，錫鍍層可提高冷拔，變薄，拉伸過程中工件表面潤滑能力。鍍層金屬單一金屬層合金鍍層復合鍍層鋅鍍層分散強化合金鍍層耐

15、蝕鍍層減摩鍍層耐磨鍍層鎳合金鍍層鋅合金鍍層鉛錫合金鍍層銅鋅合金鍍層銅錫合金鍍層鎘鍍層銅鍍層鎳鍍層鉻鍍層銀鍍層錫鍍層 在電解溶液中，2種或以上金屬離子共沉積在陰極基體上，形成均勻細致的鍍層過程。合金電鍍銅錫合金低錫青銅：含錫 15% 以下的銅錫合金性能：低錫青銅鍍層結晶細致，孔隙率很低，具有較高的防腐蝕性能。對鋼鐵屬陰極性鍍層，在空氣中易氧化變色，應用：主要用于防護裝飾鍍鉻層的底層或中間層，在代鎳方面已取得顯著效果。 在某些環(huán)境中的設備也使用低錫青銅作為防護鍍層，如礦井坑道支撐柱，熱水中工作的機件。高錫青銅：含錫超過 40% 性能：高錫青銅外觀似銀，銀白色光澤，具有良好的反光性能，釬焊性能，導電

16、性能，但存在微小裂紋和孔隙，防護性較差，不宜用于在惡劣環(huán)境中使用的工件的防護鍍層，應用：代替銀作電器零件接觸點和生產(chǎn)反光器械。銅鋅合金防護-裝飾鍍層 銅鋅合金(黃銅)鍍層具有金黃色美麗外觀，且可以化學著色，裝飾性好，廣泛用于家用器皿，建筑物小五金零件，以及黃銅件代用品。功能鍍層 鋼件鍍黃銅（0.52.5微米），可大大提高與橡膠的結合力（如輪胎襯里鋼絲） 黃銅鍍層也可作為減摩鍍層。鉛錫合金功能鍍層 錫鍍層中加入13% 的鉛可以防止錫鍍層生長晶須。 含錫610% 的鉛錫合金鍍層是很好的減摩鍍層，常用于軸承表面。 含錫5060% 錫鉛合金鍍層有良好的焊接性能，廣泛用于電子器件和印制板。鋅合金鋅鎳合金

17、耐蝕性優(yōu)于純鋅鍍層，以含鎳815% 者為最佳，且具有低氫脆性和良好的防護性/價格比，是理想的代鎘鍍層和食品包裝盒用鍍層，在鋼板，車輛和家用電器等產(chǎn)品上已獲得廣泛應用。鋅鐵合金含鐵 0.20.7% 的鋅鐵合金鍍層的耐蝕性比純鋅鍍層有較大提高。鋅鎳鐵合金含鎳 610% ，鐵25% 的鋅鎳鐵合金鍍層是一種耐蝕的白色裝飾性鍍層。鎳合金鎳鐵合金鎳鐵合金鍍層含鐵在 40% 以下，耐蝕性和光亮鎳層相當，硬度高于鎳鍍層，韌性比光亮鎳鍍層好，用于代替鍍鎳，以降低成本。鎳鈷合金含鈷 15% 以下的主要用于裝飾，如手表零件；含鈷在30% 以上的為磁性鍍層，廣泛用于計算機磁鼓和磁盤（鋁基），滿足重量輕、體積小、存儲密

18、度大的要求。鍍層金屬單一金屬層合金鍍層復合鍍層鋅鍍層分散強化合金鍍層耐蝕鍍層減摩鍍層耐磨鍍層鎳合金鍍層鋅合金鍍層鉛錫合金鍍層銅鋅合金鍍層銅錫合金鍍層鎘鍍層銅鍍層鎳鍍層鉻鍍層銀鍍層錫鍍層 在電解溶液中，加入非溶性固體微粒，使其與金屬離子共沉積在基體表面上，或把長纖維狀置于基體表面后再電沉積金屬，形成一層金屬基復合材料的過程。復合電鍍耐磨鍍層硬度高，耐磨性能優(yōu)良。以鎳，鎳基合金，鉻，鈷等金屬(合金)為基體，以氧化物，碳化物，硼化物，氮化物，金剛石，玻璃等的固體微粒為分散劑，在陰極工件表面共沉積。例： Ni-SiC( 4%wt)復合鍍層，耐磨性比普通鎳鍍層提高70% ； Ni-WC(35% vol)

19、復合鍍層工作時磨損量只有普通鎳鍍層的 1/40，硬度比普通鎳鍍層高34倍。 Cr-Al2O3(0.3% wt)的耐磨性比硬鉻鍍層提高1.83.5倍。 以鎳為基，和金剛石，氮化硼等超硬材料微粒得到的復合 鍍層還用于制造鉆磨工具。減摩鍍層摩擦系數(shù)很低，有良好干潤滑性能。以鎳，銅，鈷，鐵，金，銀等為基體，和二硫化鉬，石墨，氟化石墨，云母，聚四氟乙烯等層狀結構的微粒共沉積，。例： 金氟化石墨復合鍍層的摩擦系數(shù)為 0.110.22，是純金鍍層的1/81/10，用于電連接器上取代純金鍍層可以大大降低插拔力，延長使用壽命。耐蝕鍍層耐蝕性大大提高。 封閉鎳是一個典型的例子。（見下一節(jié)中的“鍍鎳”一段）。 含鋁

20、粉10 %(wt)的復合鋅鍍層，中性鹽霧試驗表明耐蝕性為純鋅鍍層的6.2倍。分散強化合金鍍層由金屬基體和金屬微粒組成的復合鍍層，進行熱處理，可形成新的合金鍍層。如：電鍍Fe-Ni與 Cr微粒組成的復合鍍層，再經(jīng)熱處理，可獲得鉻鎳不銹鋼鍍層。電解液單鹽電解液被鍍金屬以簡單離子形式存在于電解液中絡鹽電解液被鍍金屬以絡離子形式存在于電解液中主鹽有如下幾種 硫酸鹽，如ZnSO4溶液鍍鋅 氯化物，如ZnCl2溶液鍍鋅 氟硼酸鹽，如Ni(BF4)2溶液鍍鎳 氨基磺酸鹽，如Ni(NH2SO3)2溶液鍍鎳 氟硅酸鹽，如PbSiF6溶液鍍鉛絡合劑有： 氰化物（NaCN或KCN），如氰化物鍍銅、銀、鋅、銅鋅合金、

21、銅錫合金。 焦磷酸鹽（如Na4P2O7），如焦磷酸鹽鍍銅，鍍鎳。 氨（NH4Cl），如氯化銨氨三乙酸鍍鋅，鍍鎘。 有機酸鹽，如檸檬酸(Cit)鹽鍍鎳。 氫氧根離子（NaOH），如鋅酸鹽鍍鋅。 羥基乙叉二磷酸（HEDP），如HEDP鍍銅。 其它，如乙二胺四乙酸(EDTA)，三乙醇胺。單鹽電解液優(yōu)點 成分簡單，成本較低； 陰極電流效率很高； 廢水處理方便； 可以使用較大的陰極電流密度。問題和對策 簡單金屬離子還原反應的交換電流密度較大，陰極極化性能一般比較小(鎳，鐵，鈷例外)，因此，鍍層結晶較粗，鍍液分散能力和覆蓋能力也較差，僅適用于形狀比較簡單的工件。 選擇適當?shù)奶砑觿?，可以使鍍層結晶得到明顯細

22、化，還可獲取光亮鍍層。鍍液分散能力和覆蓋能力可以改善。優(yōu)點 陰極極化性能強，而且主要表現(xiàn)為電化學極化，所以鍍層結晶細致，鍍液分散能力好，氰化物電鍍液是典型的例子。問題和對策 由于陰極還原反應的平衡電位降低，副反應速度比較大，故電流效率比單鹽電解液低。 絡合劑帶來各種問題，如氰化物巨毒，氨造成廢水處理困難，等。 開發(fā)高效的無毒絡合劑，開發(fā)新的廢水處理技術，減輕環(huán)境污染，是絡鹽電鍍的重大課題。絡鹽電解液性能比較主鹽濃度的影響增加主鹽濃度的影響 增加主鹽濃度，極限電流密度 id 增大，使陰極極化減小，晶核形成速度降低，鍍層結晶變粗，分散能力和覆蓋能力變壞。 主鹽濃度高，溶液導電性好，可以采用較大的陰

23、極電流密度，而且陰極電流效率也較大，故對提高沉積速度有利。適當提高陰極電流密度和選用良好的添加劑可以增大陰極極化性能。絡鹽電解液的陰極極化主要為電化學極化，而且絡離子濃度允許變化范圍較大，因此，多數(shù)絡鹽電解液的性能受主鹽濃度的影響不甚顯著。單鹽電解液減小主鹽濃度的影響 降低主鹽濃度可以使陰極極化性能增強，分散能力和覆蓋能力較好，適用于電鍍形狀較復雜的工件和進行預鍍。 主鹽濃度低使電解液導電性差，允許使用的陰極電流密度上限小，沉積速度低；這樣做對改善鍍層結晶組織的效果并不十分顯著。絡鹽電解液附加鹽的作用 增加溶液的導電性 如：硫酸鹽鍍鎳電解液（主鹽為 NiSO4）中加入Na2SO4 或 MgSO

24、4， 酸性鍍銅電解液（主鹽為 CuSO4）中加入 H2SO4。 提高陰極極化作用 多數(shù)附加鹽都有較小的提高陰極極化作用，從而使鍍層結晶細化。對此作用的解釋是：由于金屬離子（如上面所說的Na+離子）的存在及向陰極的遷移，使陰極附近放電金屬離子的濃度降低。 擴大陰極電流密度范圍 如：焦磷酸鹽鍍銅電解液中加入的硝酸鹽(起作用的是NO3-) 促進陽極溶解 如：普通鍍鎳電解液（主鹽為NiSO4）中加入NaCl可以防止鎳陽極鈍化。 防止金屬鹽水解 如：酸性鍍銅電解液中加入硫酸，防止CuSO4 水解生成Cu2O 。 緩沖作用 如：普通鍍鎳電解液，氯化鉀鍍鋅電解液中都要加入硼酸以維持pH值在正常操作范圍。添加

25、劑的作用 光亮劑 能使鍍層光亮，如鍍光亮鎳電解液中的糖精，丁炔二醇。 整平劑 能減小鍍層微觀不平，如鍍鎳電解液中的香豆素。 潤濕劑 能減少鍍層孔隙，如鍍鎳電解液中的十二烷基硫酸鈉。 應力消減劑 能降低鍍層內(nèi)應力，如鍍光亮鎳電解液中的糖精。 晶粒細化劑 能使鍍層結晶細致，如堿性鋅酸鹽鍍鋅電解液中的DE，DPE 添加劑。注意： 添加劑的作用有選擇性，同一種添加劑，在一種鍍液中可能很有效， 而在另一種鍍液中卻可能起壞的作用。 添加劑也可能會產(chǎn)生不利的影響(夾在鍍層中)。 在電鍍過程中對添加劑的選擇和用量要嚴格控制，使用組合添加劑 時要使各組分配比適當。特種電鍍工藝高速電鍍電刷鍍復合電鍍脈沖電鍍非晶態(tài)

26、合金電鍍塑料電鍍高速電鍍鍍層沉積速度比普通電鍍高數(shù)倍到數(shù)百倍。普通電鍍的沉積速度最大為 1微米/分，高速電鍍可達到幾十微米/分，因此可以大大提高生產(chǎn)率。提高電鍍速度的途徑欲提高沉積速度必須增大陰極電流密度ic，但 ic的提高受極限電流密度 id 的限制。所以要提高 ic，必須使 id增大。 (1) 使用擴散系數(shù)D 較大的鹽類 (2) 增大金屬離子濃度 (3) 升高溫度 (4) 電解液和陰極高速相對運動 如電解液流動，強制攪拌，陰極移動等，使擴散層厚度減小，從 而增大 id (5) 使用高頻間歇電流（脈沖電鍍） 不過此法對高速電鍍并無實用意義，主要用于改善鍍層質(zhì)量。上述各條途徑中，以“高速相對運

27、動”最為有效。實現(xiàn)高速電鍍的方法陰極表面電解液強制流動在電解液中移動陰極在電解液中摩擦電極表面平行流動法噴流法電極振動法電極高速旋轉法平行流動法陰極和陽極之間保持一定的狹窄間距，電解液從狹縫中高速流過。如UHE法（超高速電沉積法）要求流速 8英尺/秒，有時采用20英尺/秒。使用一般鍍液即可。 在不銹鋼或鍍鉻滾筒上電鍍銅，鎳，鋅等。鍍后將其一端剝離，得到50100微米厚的金屬箔。該裝置使用的ic 可達150450A/dm2 。沉積速度達 25100微米/分。 平行流動法要求陰極和陽極間距小，而且均等，故只適用于圓筒內(nèi)外表面，平板等簡單形狀；復雜形狀部件不能用。為了保持陰極和陽極間距不變，需使用不

28、溶性陽極，而在鍍液返回鍍槽后進行調(diào)整。實現(xiàn)高速電鍍的方法陰極表面電解液強制流動在電解液中移動陰極在電解液中摩擦電極表面平行流動法噴流法電極振動法電極高速旋轉法噴流法 將電解液通過噴嘴連續(xù)噴注到陰極表面進行電鍍。此法可獲得局部高電流密度，因而適用于局部電鍍，如印刷電路底板接觸頭或半導體器件的焊接點。陰極被鍍件掩蔽物噴嘴(陽極)鍍箱電解液B型管座高速局部鍍金裝置示意實現(xiàn)高速電鍍的方法陰極表面電解液強制流動在電解液中移動陰極在電解液中摩擦電極表面平行流動法噴流法電極振動法電極高速旋轉法電極振動法使鍍件在電解液中振動，振幅數(shù)毫米到數(shù)十毫米，頻率數(shù)赫茲到數(shù)百赫茲。此法比空氣攪拌能更有效地提高 id。 電

29、極振動法已用于圓棒零件鍍鎳，使用氯化鎳鍍液，溫度70，陰極電流密度可達100A/dm2。電極高速旋轉法 圓板、圓筒這類簡單而且軸對稱的工件，可以使其高速旋轉來造成相對運動。實現(xiàn)高速電鍍的方法陰極表面電解液強制流動在電解液中移動陰極在電解液中摩擦電極表面平行流動法噴流法電極振動法電極高速旋轉法在電解液中摩擦電極表面 在電解液中，用固定絕緣粒子（如磨石，砂粒，玻璃球）在不斷摩擦陰極表面的情況下進行電鍍。這種操作是用機械方法除掉電極表面的離子稀疏層，使電極表面的離子迅速得到補充，從而可以使用高的電流密度。同時還能對鍍層起到整平作用。特種電鍍工藝高速電鍍電刷鍍復合電鍍脈沖電鍍非晶態(tài)合金電鍍塑料電鍍什么

30、是電刷鍍？(Brush electroplating) 電刷鍍（簡稱刷鍍）亦叫做無槽電鍍，涂鍍，筆鍍。其工作原理和普通槽鍍是一樣的。工藝過程被鍍工件與直流電源負極相連，鍍筆與電源正極相連。陽極包套中浸滿電鍍?nèi)芤?，在被鍍工件表面移動，電流通過陽極包套中的電解液構成回路。陰極電解液加入滌綸棉花包套陽極鍍筆電解液收集盤直流電源-+沒有鍍槽，電解液浸在陽極包套中，由供液集液系統(tǒng)進行電解液供給，補充和循環(huán)更新。這是與槽鍍的根本區(qū)別，也是刷鍍的特點和優(yōu)點包套材料應吸水性好，不污染鍍液。常用脫脂棉，也可用泡沫塑料，合成纖維。棉花外面再包裹布料。包套厚度一般12厘米。鍍筆上有散熱片，以防止局部過熱影響鍍層質(zhì)量

31、。電解液應不斷加入陽極包套中。雖然陰極反應使鍍液中金屬離子濃度減小，但水分蒸發(fā)等原因又使金屬離子濃度增大，所以鍍液成分和pH值一般變化很小，不需要分析和調(diào)整，只要不斷添加即可。使用不溶性陽極，以保持陽極和陰極之間很小的間距。如石墨，鉑銥合金，不銹鋼（不適用于鹵化物電解液）。陽極應有多種形狀和尺寸，以滿足刷鍍各種形狀和尺寸工件的需要。刷鍍與槽鍍的比較刷鍍鎳工藝(1) 工件和陽極包套之間不斷擦拭，使陰極表面擴散層厚度大 大減小，因而可以使用很高的陰極電流密度，得到很大的沉積速度，比一般槽鍍高幾倍到幾十倍，故電刷鍍也可歸于高速電鍍的一種方法。鍍層與基體結合強度大，對鋁，鉻，不銹鋼等易生成氧化膜的金屬

32、部件，也可達到結合力的要求。刷鍍的特點和優(yōu)點(2) 刷鍍是對工件選定部位用鍍筆進行的局部電鍍。大型機器不需分解，不電鍍部分不需遮蔽，對盲孔，凹槽內(nèi)部也容易鍍覆。(3) 不需要龐大的鍍槽，設備簡單，工藝靈便。對工件尺寸修復，特別是大型機械的現(xiàn)場不解體修理和野外槍修具有突出優(yōu)點，可節(jié)省大量人力物力。 (4) 適用于小面積，薄鍍層。大面積厚鍍層使用不經(jīng)濟。大批量生產(chǎn)和裝飾性電鍍不如槽鍍。不能修復斷裂裂紋。故電刷鍍和槽鍍應是相互補充的關系。 刷鍍的前處理1. 預處理光潔度愈高愈好便于鍍筆與工件接觸 2. 清洗去油、脫脂、除銹、去塵 3. 電凈工件接陰極，鍍筆接陽極，利用陰極析出氫氣撕破油膜。 目的是補

33、充去油、輕度除銹 4. 活化工件接陽極，鍍筆接陰極，陽極溶解，除去表面氧化物 目的是讓表面呈現(xiàn)出金屬結晶組織，潔凈表面，膜基結合力電刷鍍的應用1. 恢復零件的尺寸精度與形狀精度解決磨損超差、加工超差、崩塊、涂層脫落等。2. 強化零件表面3. 提高工件的耐高溫、耐腐蝕性能4. 適宜于大型工件及現(xiàn)場施工。刷鍍硬鉻特種電鍍工藝高速電鍍電刷鍍復合電鍍脈沖電鍍非晶態(tài)合金電鍍塑料電鍍什么是復合電鍍？ 使固體微粒與金屬離子在陰極工件上共沉積，形成固體微粒均勻彌散分布于鍍層基質(zhì)金屬中的復合鍍層，叫做復合電鍍。 復合電鍍?yōu)殡婂冮_辟了一個新領域。復合電鍍層可以具有普通鍍層難以取得的優(yōu)良性能，特別是功能性復合鍍層，

34、如耐磨，減摩等復合鍍層。 表示復合鍍層的成分時，微粒的含量一般用體積百分數(shù) %(vol)，因為主要是微粒在鍍層中所占體積影響復合鍍層的性能，而質(zhì)量百分數(shù)(wt%)并不能反映這一影響。 (1) 微粒性能起主導作用，如鎳金剛石復合鍍層，用于制造鉆磨工具時，主要利用金剛石的切削刃，Ni-SiC耐磨鍍層，Ni- 聚四氟乙烯減摩鍍層也是這一類。 (2) 基質(zhì)金屬性能起主導作用，如錫基復合鍍層，復合的微粒（如氧化鋁）的作用是改善鍍層的可焊性；鎳封閉中的固體微粒在套鉻時導致形成微孔鉻，目的是提高鍍鎳層的耐蝕性。 (3) 微粒和基質(zhì)金屬間的相互作用起主導作用，制備具有催化功能的復合鎳鍍層就是利用這一作用。 復

35、合鍍層的分類復合鍍層的形成過程微粒與金屬共沉積的過程可分為三個步驟： (1) 懸浮于鍍液中的微粒由鍍液深處向陰極表面附近輸送。電解液陰極微粒步驟(1) (2) 微粒粘附在電極表面。這一步驟主要取決于微粒與電極之間的相互作用力。步驟(2) (3) 微粒被陰極上析出的基質(zhì)金屬嵌入。要實現(xiàn)這一步，微粒在電極上的停留時間必須超過一定值（極限時間）。一般情況下，微粒周圍的金屬層厚度超過微粒粒徑的一半時，可認為微粒已被金屬嵌入。鍍層步驟(3)復合電鍍工藝 最常用的方法是將微粒直接加入鍍液中，并通過攪拌使之均勻懸浮，形成懸濁液。對于一些不容易被潤濕的和密度較小的微粒（如氟化石墨，碳化硼，聚四氟乙烯），需先用

36、適量的對微粒潤濕作用極強的有機溶劑進行處理，然后再加入鍍液。為避免極細的微粒在鍍液中出現(xiàn)干粉結塊，可先用少量鍍液潤濕微粒，調(diào)成糊狀后再倒入鍍液。 有些微粒是以可溶性鹽的形式加入，然后讓它們在鍍液中發(fā)生反應，形成固體微粒。例如在鍍鎳溶液中沉積Ni-BaSO4 復合鍍層時，可向鍍液中加入一定量的BaCl2 溶液，Ba2+ 與SO42- 離子反應生成BaSO4 沉淀。用這種方法形成的微粒，粒徑較小且成球形，易于均勻分布于鍍液中。 加入鍍液中的可溶性物質(zhì)（通常是鹽）也可以在金屬電沉積過程中，通過陰極上的還原反應，使它直接或間接地形成不溶性微粒。 微粒的加入 機械方法 板泵是專門設計用于復合電鍍中攪拌鍍

37、液的。在鍍槽底部安裝一塊與槽底平行的平板，板上鉆有許多小孔；使平板在鍍槽內(nèi)上下往復運動，以攪起微粒。 葉片式螺旋漿攪拌器。 陰極移動（或旋轉）。 復合電鍍工藝微粒的懸浮 壓縮空氣攪拌 優(yōu)點是可以通過壓縮空氣導入管的安裝位置，管上排氣孔的形狀，大小和數(shù)目等，來調(diào)節(jié)壓縮空氣的氣流強度和方向，以保證形狀比較復雜的鍍件不同部位的鍍層中，微粒含量大致相等。 鍍液上流循環(huán)攪拌 使鍍液在鍍槽中逐漸上升，最后從鍍槽上部溢出。 超聲波攪拌 為了加強攪拌效果，有時將兩種方法聯(lián)合使用。使微粒均勻懸浮于鍍液中的方法是攪拌鍍液。攪拌克服了重力作用，使溶液中的微粒得以充分地懸浮起來。而且微粒在鍍液中的傳遞過程主要靠對流。

38、+-機械攪拌攪拌器+-通氣管空氣攪拌壓縮空氣+-板泵溶液循環(huán)泵+- 在某些復合電鍍工藝中，如果不使用添加劑，微粒不能進入鍍層，或者雖能進入，但含量太低，不能滿足要求。因此必須加入能促進微粒進入鍍層基質(zhì)金屬的添加劑，叫做微粒共沉積促進劑。 在大多數(shù)情況下，微粒共沉積促進劑是一些特定的陽離子和一些陽離子型表面活性劑。 共沉積促進劑的作用，在很大程度上與微粒對促進劑的吸附有密切關系。由于吸附具有選擇性，對一種微粒有促進作用的物質(zhì)，可能對另一種微粒沒有促進作用。具有表面活性的促進劑能降低微粒與鍍液之間的界面張力，有利于鍍液對微粒的潤濕。 復合電鍍工藝微粒共沉積促進劑例：酸性硫酸鹽鍍銅，由于硫酸鋇微粒表

39、面對Cu2+和H+的吸附能力很低，復合鍍層基本不能形成。加入1g/L Tl+離子，可使鍍層BaSO4含量達到2.6%(vol)。復合鍍的組織形態(tài) 2 g/L SiC 30g/L SiC Ni-P/SiC復合鍍層的表面組織形貌(SEM相，圖中細顆粒狀物為SiC,其余為Ni-P合金鍍層) 復合鍍的典型應用一、耐磨性復合鍍層 復合鍍層的硬度 Hc=avHs+(1-av)Hm 其中：av-顆粒體積分數(shù)，Hs-顆粒硬度，Hm-基體硬度 Ni基+金剛石顆粒石油鉆頭 水泥公路的切割砂輪 Al缸體+Ni-SiC汽車發(fā)動機汽缸年產(chǎn)百萬臺以上(Gemany) 重量輕汽車重量，耐磨性好二、自潤滑復合鍍層 固體潤滑劑

40、（MoS2、石墨、CaF2、聚四氟乙烯）于金屬共沉積形成自潤滑復合鍍層。 ！特別是在不能用油做潤滑劑的條件下（如高溫），固體潤滑極為重要。 耐磨性能可提高10倍以上特種電鍍工藝高速電鍍電刷鍍復合電鍍脈沖電鍍非晶態(tài)合金電鍍塑料電鍍 什么是脈沖電鍍 脈沖電鍍是使用脈沖電流沉積金屬的一種新工藝。脈沖電流是調(diào)制電流的一種，其他有周期換向電流，不對稱交流電流，交直流迭加電流等。使用調(diào)制電流進行電鍍增加了調(diào)節(jié)和控制鍍層質(zhì)量的手段。方波脈沖電流有三個獨立的可調(diào)參數(shù)： 導通時間 ton 關斷時間 toff 脈沖電流密度 ip 方波脈沖脈沖電流周期 T，占空比 % ，平均電流密度 im 與ton， toff，

41、ip的關系為 T = ton + toff % = ton / T 100% im = ip %脈沖電鍍的優(yōu)點 (3) 減小或消除氫脆，改善鍍層的物理性能。 (4) 減少添加劑用量，提高鍍層純度。 (5) 減少孔隙率，提高鍍層防護性能。 這是因為在關斷時間內(nèi)陰極表面的氣體（主要是氫）和其他物質(zhì)脫附，不會夾雜在鍍層中。(1) 可以使用很高的脈沖電流密度，產(chǎn)生很大的陰極極化，大大改善鍍液的分散能力和覆蓋能力，因而能夠得到結晶細小致密的高導電率的沉積層，這在電子產(chǎn)品電鍍中是極其可貴的。(2) 可以降低濃差極化，這是因為關斷時間內(nèi)陰極附近金屬離子濃度回升。雖然平均電流密度 im 不能超過在同樣條件下直

42、流電鍍時的極限電流密度?？梢员苊庵绷麟婂儠r為了使深凹部位有鍍層而造成棱邊和凸出部位“燒焦”或“超鍍”的問題，保證鍍層質(zhì)量，而且能節(jié)省鍍層金屬。 可以采用直流電鍍中的任何配方，工藝條件也基本相同，只是改變電流的施加方式。 常用的脈沖參數(shù)為： 導通時間 ton = 0.1ms， 關斷時間 toff = 0.9ms， 占孔比=10%， 頻率f = 1000Hz（周期 T =1ms）， 平均電流密度與直流電鍍時相同。如果直流電鍍 ic = 0.5A/dm2，則 脈沖電流密度 ip = 5A/dm2。 實驗表明，直流鍍金層的厚度在2.79m之間孔隙率最低，而脈沖鍍金在厚度只有2.5m就可達到最低孔隙率。

43、 脈沖鍍金層的密度更接近純金層的密度，脈沖鍍金層所含碳和其他元素的量比直流鍍金層低得多。例脈沖鍍金 在電流關斷時間內(nèi)，陰極反應停止，主體溶液中的金屬離子向陰極附近遷移，工件周圍的金屬離子恢復到初始濃度。這樣，不僅消除了濃差極化，而且使吸附在工件表面的氫和其它物質(zhì)脫附。脈沖電鍍?yōu)槭裁磿猩鲜鰞?yōu)點？脈沖電鍍實質(zhì)上是一種通斷直流電鍍。 在電流導通時間內(nèi)，陰極工件表面發(fā)生金屬離子還原反應，鍍層金屬被沉積。如果占空比很小，可以使用很大的脈沖電流密度(如果占空比為10%，脈沖電流密度為平均電流密度的10倍)，這就造成了很大的陰極過電位。特種電鍍工藝高速電鍍電刷鍍復合電鍍脈沖電鍍非晶態(tài)合金電鍍塑料電鍍 非晶

44、態(tài)合金又稱“金屬玻璃”，具有很高的強度，硬度，韌性和優(yōu)異的耐蝕性。 熔融法制備非晶態(tài)合金是調(diào)節(jié)好合金成分，并從液態(tài)以極大的速度（約106度/秒）淬冷。其他的方法如濺射，激光照射，離子注入，也可得到非晶態(tài)合金，但都要求復雜的設備。 1949年首次發(fā)表了化學鍍鎳磷非晶態(tài)合金的報告。近幾年由于電鍍鍍液成分，工藝參數(shù)有了可靠的自動控制系統(tǒng)，使電鍍非晶態(tài)合金進展迅速；而電鍍方法則具有常溫，不需真空，設備簡單的優(yōu)點。 電鍍非晶態(tài)合金是參照熔融法，以鐵，鈷，鎳為基本元素，與磷，硼，碳，硫，鉬，鎢等元素共沉積。 現(xiàn)已研究開發(fā)了鎳磷，鐵磷，鎳鉬，鎳鎢，鈷磷等二元非晶態(tài)合金，以及鎳鐵磷等三元非晶態(tài)合金的電鍍工藝。

45、這些非晶態(tài)合金鍍層可分為兩大類：一類是鐵族金屬（鐵，鈷，鎳）與非金屬元素磷，硼，碳，硫組成的合金，以鎳磷合金鍍層為代表。另一類是鐵族金屬與鉬，鎢等不能單獨從水溶液中沉積的高熔點金屬或稀土元素組成的合金，這些元素與鐵族金屬發(fā)生前面講到的誘導共沉積而形成合金鍍層。電鍍法獲取非晶態(tài)合金的優(yōu)點已發(fā)表的電鍍非晶態(tài)合金種類二元合金Ni-P，Ni-B，Ni-W，Ni-Mo，Ni-CrFe-P，F(xiàn)e-W，F(xiàn)e-Mo，F(xiàn)e-CrCo-P，Co-B，Co-Mo三元合金Ni-Fe-P，Ni-W-P，Ni-Mo-P，Ni-Mo-W，Ni-Co-B，Ni-Cr-PFe-W-P，F(xiàn)e-Mo-P，F(xiàn)e-Ni-W，F(xiàn)e-Mo

46、-W，F(xiàn)e-La-P，F(xiàn)e-Cr-P四元合金Fe-Cr-Ni-P非晶態(tài)合金鍍層的形成條件在電鍍過程中，陰極過電位c的絕對值愈大，晶粒的成核速度愈大，形成的晶粒愈細小。實驗結果表明，非晶態(tài)鍍層的晶核尺寸為2nm 以下。所以，形成非晶態(tài)鍍層的條件是，陰極過電位的絕對值要大到使晶粒的成核速度很大，晶核的臨界尺寸小到2nm 以下。同時又要使晶粒的生長速度受到相當?shù)囊种?，使其生長速度很小，甚至無法長大。 形成非晶態(tài)的另一個原因是合金元素與基質(zhì)金屬的晶格類型不同，合金元素的共析造成基質(zhì)金屬的晶格崎變，阻礙正常的晶粒長大。因此只有合金元素的含量超過某一臨界量，才能形成非晶結構。在陰極過電位很大時，將發(fā)生大量

47、析氫，而析氫對形成非晶態(tài)是有利的，因為氫的析出阻礙了金屬原子的規(guī)則排列。實驗得出，Ni(Fe，Co)- P非晶態(tài)合金鍍層的P含量臨界值為8(wt)%分析鍍層結構用x射線衍射，非晶態(tài)結構的衍射圖為“饅頭形”例：電鍍Ni-Fe-P合金電解液是瓦特鍍鎳液加入硫酸亞鐵。A，B，C 分別對應于磷酸加入量為 0，5，10g/L。陰極電流密度 ic = 0.5A/dm2。 圖中曲線表示，A有兩個較強的回折峰，B的一個回折峰消失，一個降低；C無回折峰，成“饅頭形”。鍍層組成為 A： Ni-40%Fe, B： Ni-13%Fe-5%P, C： Ni-0.2%Fe-8%PC鍍層為非晶態(tài)。特種電鍍工藝高速電鍍電刷鍍

48、復合電鍍脈沖電鍍非晶態(tài)合金電鍍塑料電鍍 材料科學與工程學院 非金屬表面金屬化后，可以獲得導電、導磁、耐磨、抗老化、耐熱、可焊接等性能和不同色澤的金屬外觀，從而使非金屬材料的裝飾性和功能性增強、使用范圍拓寬。 非金屬表面金屬化的方法有噴鍍、電鍍(包括化學鍍)、直空蒸鍍、陰極濺射或離子鍍等多種工藝，但目前在工業(yè)中應用最多的是電鍍工藝。近年來非金屬材料電鍍作為一種成熟的表面處理技術，已在從日用品、家用電器到高新技術產(chǎn)業(yè)和國防工業(yè)的眾多領域中得到廣泛應用。 目前進行裝飾性電鍍的主要品種是ABS 塑料，適宜進行電鍍的ABS 塑料稱為電鍍級的ABS 塑料。 ABS 塑料是由丙烯晴(A)，丁二烯(B)，苯乙

49、烯(S)的三元共聚物。其中丙烯晴與苯乙烯共聚形成樹脂相，丙烯晴與丁二烯共聚形成彈性的橡膠相。橡膠相均勻地分布在樹脂相中。電鍍級的ABS 塑料含丁二烯的量必須在一定的范圍(1823%) ；而且必須是接枝共聚物，才能使結合力達到要求。 塑料電 鍍塑料(以及其它非金屬材料)電鍍需要解決的問題 塑料不導電，而電鍍必須要通入電流。進行電鍍前在塑料表面上先沉積一層導電層。使用最廣泛的方法是化學鍍。其他方法還有：涂刷金屬或石墨粉，噴鍍金屬膜，涂刷導電膠等。 塑料與金屬鍍層之間的結合力為分子力，而且塑料表面還具有憎水性，使鍍液難以潤濕，因而結合力差。為了增加結合力，需要對塑料制品表面進行粗化處理，形成機械結合

50、；而且使塑料表面性質(zhì)發(fā)生某些物理化學變化。選擇適合電鍍的塑料品種，保證塑料質(zhì)量(如雜質(zhì)含量)，優(yōu)化塑料制品的造型設計，成型工藝等因素。 鍍層質(zhì)量不僅與電鍍工藝有關，而且與塑料因素有密切關系。 材料科學與工程學院 由于非金屬材料通常是不導電的，無法直接用電沉積方法沉積金屬層，所以，鍍前預處理成為整個電鍍工藝的關鍵?？梢杂卸喾N前處理方法使非金屬表面形成金屬化導電層，如噴涂、浸掛、氣相沉積和燒滲等等。應用最廣泛的是化學鍍。它通常包括以下幾個工序：消除應力、除油、粗化、敏化、活化、化學鍍。經(jīng)過合格的前處理后，就可以按常規(guī)工藝進行電鍍。 塑料電鍍的步驟表面準備消除應力除油表面粗化表面活化敏化-活化-還原

51、工藝膠體鈀活化工藝化學鍍電鍍化學鍍銅化學鍍鎳消除應力檢查的方法：將塑料制品在室溫下浸入相應的溶劑中25分鐘，取出后立即清洗，吹干。如表面出現(xiàn)白色裂紋則表示塑料制品有應力，裂紋愈多則應力愈大。由于塑料制品在成型過程中常常具有較高的殘余應力，必須進行檢查和消除表1 某些常用塑料的內(nèi)應力檢驗溶劑材 料檢 驗 溶 劑有機玻璃沸水苯乙烯及其共聚物冰醋酸、煤油聚酰胺(尼龍66、尼龍1016等)正庚烷聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等四氯化碳ABS塑料(1)冰醋酸(2)甲基乙基酮和丙酮的混合溶劑 材料科學與工程學院 消除應力的方法： 通常用熱處理法消除塑料的內(nèi)應力，即將塑料制品在低于其熱變形溫度的溫度下保溫一定時間，

52、使塑料內(nèi)部分子重新排列，以達到減小或消除內(nèi)應力的目的。常用塑料的熱處理溫度，列于表2。也可以用溶劑浸泡法消除應力。例如，ABS塑料可在丙酮:水=1:3的混合溶液中，于1530下浸泡20min30 min。表2 常用塑料的熱處理溫度材 料熱處理溫度/材 料熱處理溫度/聚丙烯80100聚甲醛90120氯化聚醚80120聚砜110120聚苯醚100120聚碳酸酯110130改性聚苯烯5060聚酰胺(1)沸水、2h(壁厚1.5mm) (2)沸水、16h (壁厚6mm)ABS塑料(1)6575、2h 4h(2)25%30%丙酮、室溫、20min30min塑料電鍍的步驟表面準備消除應力除油表面粗化表面活化

53、敏化-活化-還原工藝膠體鈀活化工藝化學鍍電鍍化學鍍銅化學鍍鎳除油除油方法： 有機溶劑(應對塑料制品不溶解，不溶脹，不造成龜裂)。常用的有機溶劑有：丙酮，甲醇，三氯乙烯。 堿性水溶液(加入表面活性劑，常用OP系列，因其不形成泡沫，不易殘留)，堿濃度不必很高，溫度不宜超過70，以免制品變形。 強氧化性酸溶液(重鉻酸鉀，硫酸)，優(yōu)點是可以在室溫下進行。除油的目的是清除制品表面在模壓、存放和運輸過程中殘留的脫模劑和油污，以保證非金屬制品能在下一個工序中均勻地進行表面粗化。塑料電鍍的步驟表面準備消除應力除油表面粗化表面活化敏化-活化-還原工藝膠體鈀活化工藝化學鍍電鍍化學鍍銅化學鍍鎳表面粗化塑料制品與金屬

54、鍍層之間的結合力為分子間力，很微弱，不能保證結合牢固，需要進行粗化。粗化的目的是使塑料制品表面變粗糙，以增加鍍層和基體的接觸面積。另外，粗化可以改變塑料表面的憎水性，增加水溶液對塑料表面的潤濕作用，以利于電極反應的進行。粗化方法有：機械粗化，化學粗化，有機溶劑粗化。粗化效果為：化學粗化 有機溶劑粗化 機械粗化。 機械粗化 機械粗化方法包括噴砂，砂紙打磨，滾磨(小零件)。優(yōu)點是操作簡單,成本低,但效果很有限。 溶劑粗化利用有機溶劑對塑料的溶脹作用 化學粗化 將塑料制品在粗化液中進行浸蝕?；瘜W粗化可大大增強鍍層與塑料基體的結合力，而機械粗化達到的結合力只有化學粗化的10% 左右。因此化學粗化是主要

55、的粗化方法，機械粗化只作為化學粗化的輔助手段。 化學粗化液一般是鉻酐和硫酸溶液，這種強氧化性的酸溶液粗化速度快,效果好,粗化層均勻細致。 用于ABS 塑料的一種粗化液配方為 鉻酐 200g， 硫酸(比重1.84) 1000mL，水 400mL 溫度 5060， 時間 3060 min該配方也適用于其它塑料。對其它塑料的粗化溫度及時間為脲醛塑料 20 25C 15 20min 聚氯乙烯 60 70 C 60 120min酚醛塑料 50 60C 30 40min 環(huán)氧樹脂 65 75C 5 15min1. 對塑料制品表面進行選擇性浸蝕，使表面形成無數(shù)凹槽，微孔，造成表面微觀粗糙。 比如ABS 塑料

56、的樹脂相組成剛性骨架，橡膠相以球形分散于S-A 骨架中。在化學粗化時，橡膠相被粗化液浸蝕掉，樹脂相骨架基本不溶，這樣表面便形成袋形凹槽結構 (見下圖)，在鍍覆金屬鍍層時可以產(chǎn)生機械的“鎖扣結合”。 化學粗化原理2. 粗化液使塑料制品表面的物理化學性質(zhì)發(fā)生某些改變，高分子的長鏈斷開，并發(fā)生氧化，磺化反應，生成較多的親水性基團，表面由憎水變?yōu)橛H水，有利于化學結合。 由于機械粗化只能在非金屬制品表面形成上大下小的敞口形凹坑，無法使鍍層和基體實現(xiàn)機械“鎖扣”結合，所以它對鍍層結合力的提高作用較小，通常只能作為化學粗化之前的輔助工序。表3 列出了以聚苯乙烯塑料上鍍銅為例說明不同機械粗化及其與化學粗化聯(lián)用

57、的效果。表3 銅鍍層與聚苯乙烯塑料基體的結合力/kgcm-1機械粗化方法機械粗化機械粗化+化學粗化(20 ,1h)不粗化M14砂紙打磨5碳化硅液滾磨1h5浮石液滾磨1h2034101058195230304塑料電鍍的步驟表面準備消除應力除油表面粗化表面活化敏化-活化-還原工藝膠體鈀活化工藝化學鍍電鍍化學鍍銅化學鍍鎳表面活化塑料表面沒有催化作用，化學鍍的反應難以進行。表面活化就是在塑料表面沉積具有催化作用的貴金屬微粒，形成催化中心。敏化-活化-還原工藝 敏化 將塑料制品浸入還原性溶液中(最常用的是加入一定量鹽酸的SnCl2溶液)，使其表面吸附一些易氧化物質(zhì)。錫并不具有催化性能，Sn2+的作用是促

58、進活化反應中貴金屬成核，故稱為敏化劑。敏化工藝 活化工件敏化后經(jīng)水洗，浸入含貴金屬離子(如Ag+, Pd2+ )的溶液中，貴金屬離子被Sn2+ 還原 2Ag+ + Sn2+ = Sn4+ + 2Ag Pd2+ + Sn2+ = Sn4+ + Pd 析出的銀或鈀呈膠體狀微粒沉積在塑料制品表面上。這些貴金屬具有較強的催化活性，在化學鍍過程中成為催化中心，能加快反應速度。故Ag+和Pd2+稱為活化劑。Ag+ 只適用于化學鍍銅，Pd2+ 既可用于鍍銅也可用于鍍鎳。離子型活化工藝 還原 為了不使制品表面的未還原活化劑帶入化學鍍?nèi)芤褐?，導致鍍液分解，在活化后制品?jīng)清洗，還要進行還原處理。即將制品浸入一定濃度的化學鍍所用還原劑溶液(化學鍍銅為甲醛，化學鍍鎳為次磷酸二氫鈉)中處理短時間，使未洗凈的活化劑被還原掉，然后清洗干燥。硝酸銀型活化甲醛溶液(3638%) 1份(體積)水 9份(體積)溫度 室溫時間 0.51min還原工藝氯化鈀型活化次磷酸二氫鈉 1030g/L溫度 室溫時間 0.51min膠體鈀活化工藝 活化 膠體鈀活化工藝是將敏化和活化兩道工序合為一步，亦叫直接活化法。 下面是膠體鈀活化的一種配方和工藝條件 甲液 ： 氯化鈀 1g 氯化亞錫 2.5 g 鹽酸(比重1.19) 100mL 蒸餾水 200mL 乙液 ： 氯化亞錫 75 g 錫酸鈉 7 g 鹽酸(比重1.19)