[科普中国]-电镀工艺

电镀工艺是利用电解的原理将导电体铺上一层金属的方法。电镀是指在含有预镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中预镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。

镀层性能不同于基体金属，具有新的特征。根据镀层的功能分为防护性镀层，装饰性镀层及其它功能性镀层。

电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。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、光滑性、耐热性和表面美观。

基本原理电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程.电镀的基本过程是将零件浸在金属盐的溶液中作为阴极，金属板作为阳极，接直流电源后，在零件上沉积出所需的镀层。例如镀镍时，阴极为待镀零件，阳极为纯镍板，在阴阳极分别发生如下反应：

阴极(镀件)：Ni2++2e→Ni (主反应)

2H++2e→H2↑ (副反应)

阳极(镍板)：Ni-2e→Ni2+ (主反应)

4OH-－4e→2H2O+O2 (副反应)

不是所有的金属离子都能从水溶液中沉积出来，如果阴极上氢离子还原为氢的副反应占主要地位，则金属离子难以在阴极上析出.根据实验，金属离子自水溶液中电沉积的可能性，可从元素周期表中得到一定的规律。

阳极分为可溶性阳极和不溶性阳极，大多数阳极为与镀层相对应的可溶性阳极，如：镀锌为锌阳极，镀银为银阳极，镀锡-铅合金使用锡-铅合金阳极，但是少数电镀由于阳极溶解困难，使用不溶性阳极，如酸性镀金使用的是多为铂或钛阳极，镀液主盐离子靠添加配制好的标准含金溶液来补充，镀铬阳极使用纯铅，铅-锡合金，铅-锑合金等不溶性阳极。1

电镀分类按照镀层组成分类：

（1）镀铬。铬是一种微带天蓝色的银白色金属。电极电位虽位很负，但它有很强的钝化性能，大气中很快钝化，显示出具有贵金属的性质，所以铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中很稳定，能长期保持其光泽，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定，但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。

铬层硬度高，耐磨性好，反光能力强，有较好的耐热性。在500°C以下光泽和硬度均无明显变化；温度大于500°C开始氧化变色；大于700°C才开始变软。由于镀铬层的优良性能，广泛用作防护一装饰镀层体系的外表层和机能镀层。

（2）镀铜。镀铜层呈粉红色，质柔软，具有良好的延展性、导电性和导热性，易于抛光，经过适当的化学处理可得古铜色、铜绿色、黑色和本色等装饰色彩。镀铜易在空气中失去光泽，与二氧化碳或氯化物作用，表面生成一层碱式碳酸铜或氯化铜膜层，受到硫化物的作用会生成棕色或黑色硫化铜，因此，做为装饰性的镀铜层需在表面涂覆有机覆盖层。

（3）镀镉。镉是银白色有光泽的软质金属，其硬度比锡硬，比锌软，可塑性好，易于锻造和辗压。镉的化学性质与锌相似，但不溶解于碱液中，溶于硝酸和硝酸铵中，在稀硫酸和稀盐酸中溶解很慢。镉的蒸气和可溶性镉盐都有毒，必须严格防止镉的污染。因为镉污染后的危害很大，价格昂贵，所以通常采用镀锌层或合金镀层来取代镀镉层。国内生产中应用较多的镀镉溶液类型有：氨羧络合物镀镉、酸性硫酸盐镀镉和氰化物镀镉。此外还有焦磷酸盐镀镉、碱性三乙醇胺镀镉和HEDP镀镉等。

（4）镀锡。锡具有银白色的外观，原子量为118.7，密度为7.3g/cm^3，熔点为231.89℃，原子价为二价和四价，故电化当量分别为2.12g/A.h和1.107g/A.h。锡具有抗腐蚀、无毒、易铁焊、柔软和延展性好等优点。锡镀层有如下特点和用途：

1、化学稳定性高；

2、在电化序中锡的标准电位纰铁正，对钢铁来说是阴极性镀层，只有在镀层无孔隙时才能有效地保护基体；

3、锡导电性好，易焊；

4、锡从-130℃起结晶开始开始发生变异，到-300℃将完全转变为一种晶型的同素异构体，俗称”锡瘟”，此时已完全失去锡的性质；

5、锡同锌、镉镀层一样，在高温、潮湿和密闭条件下能长成晶须，称为长毛；6、镀锡后在231.89℃以上的热油中重溶处理，可获得有光泽的花纹锡层，可作日用品的装饰镀层。

（5）镀锌。锌易溶于酸，也能溶于碱，故称它为两性金属。锌在干燥的空气中几乎不发生变化。在潮湿的空气中，锌表面会生成碱式碳酸锌膜。在含二氧化硫、硫化氢以及海洋性气氛中，锌的耐蚀性较差，尤其在高温高湿含有机酸的气氛里，锌镀层极易被腐蚀。锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。

锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显著提高其防护性和装饰性。随着镀锌工艺的发展，高性能镀锌光亮剂的采用，镀锌已从单纯的防护目的进入防护-装饰性应用。

镀锌溶液有氰化物镀液和无氰镀液两类。氰化物镀液中分微氰、低氰、中氰、和高氰几类。无氰镀液有碱性锌酸盐镀液、铵盐镀液、硫酸盐镀液及无氨氯化物镀液等。氰化镀锌溶液均镀能力好，得到的镀层光滑细致，在生产中被长期采用。但由于氰化物剧毒，对环境污染严重，已趋向于采用低氰、微氰、无氰镀锌溶液。2

工艺过程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

塑胶外壳电镀流程：

化学去油→水洗→浸丙酮→水洗→化学粗化水洗敏化→水洗→活化→还原→化学镀铜→水洗光亮硫酸盐镀铜→水洗→光亮硫酸盐镀镍→水洗→光亮镀铬→水洗烘干送检。

在以上流程中，最易出现故障的是光亮硫酸盐镀铜，其现象是深镀能力差及毛剌、粗糙等，对深镀能力差，应区别对待，如果低电流区不亮，而高电流区很亮且偏于白亮，则可考虑N(乙撑硫脲）是否过多，调整办法逛加入适量M(2-巯基苯骈眯脞）及SP(聚二硫二丙烷磺酸钠），如仍不行，可加入50〜100ml双氧水搅拌10分钟试镀，如果低电流区不亮，高电流区很亮且偏于桔红色亮，测可考虑M是否过多，调整办法是加适量N及P(聚乙二醇），如仍不行，可加入50~100ml双氧.水搅拌10分钟试镀，如果低电流区不亮，而高电流K亮度亦差，则可考虑N或M是否过少，调整办法是加入适量M或N(亦可同时加入适量SP)，如果高电流区长毛刺，通常加入适当SP即可消除。如果铍层表面无论轫上还是朝下均有细麻砂，则M过多，可添加适量SP来消除，但若镀层表面轫上有麻砂，则应考虑是否有铜粉的缘故，可加入50ml双氧水来消除。

一般说来，光亮镀铜液在每天下班时应加入50ml双氧水。除了光亮镀铜易出现上述故障外，粗化也易出现故障,通常为家电产品外壳粗化后表面发黄或呈白粉状。此时应从以下三个方面来考虑：一、粗化温度是否过高、时间过长；二、粗化液中硫酸含量是否过量；三、粗化前使用的有机溶剂浓度、温度是否过高，时间嫌长。另外，返工的家电产品外壳若再次粗化时，易粗化过度，造成镀不亮，对此要适当降低粗化温度及缩短粗化时间，粗化前，一般不再授丙酮。化学镀钢时，防止镀液发浑(即产生大量铜粉），若溶液发浑，则该槽所的塑胶外壳必须全部返工，同时要立即过滤化学镀锏溶液，化学镀铜后的家电产品外壳，一般应当立即施镀，但遇到特殊情况，需要长时间放置，则应将家电产品外壳烘干并竖于干燥处保存，保存期为2天，挂具问题也很重要，用包扎法绝缘的挂具不适于塑料电镀，由于我们电镀ABS塑料而环时，从粗化至化学镀铜不使用挂具，而只在亮铜-亮镍-亮铬-亮铜-亮镍-亮铬-……的电镟循环过程中使用，而铍铬后（接下来便进入镀铜液），挂具上携带的镀铬液会导致光亮镀铜液恶化，同样，这种包扎法绝缘的挂具亦会污染镀锞液及掩铬液。如果受条件限制，只能采用包扎法，挂具须在清洗后再在淸水中浸泡十几分钟，以便使渗入包扎中的镀铬液全部渗出，光亮镀铜液一旦被轻微污染用小电流处理1〜2天即可。1

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。环境温度为-10℃～60℃；

6.输入电压为220V±22V或380V±38V；

7.水处理设备最大工作噪声应不大于80dB(A)；

8.相对湿度(RH)应不大于95%；

9.原水COD含量为100mg/L～150000mg/L。

影响因素（1）主盐体系

每一镀种都会发展出多种主盐体系及与之相配套的添加剂体系.如镀锌有氰化镀锌，锌酸盐镀锌，氯化物镀锌(或称为钾盐镀锌)，氨盐镀锌，硫酸盐镀锌等体系。

每一体系都有自己的优缺点，如氰化镀锌液分散能力和深度能力好，镀层结晶细致，与基体结合力好，耐蚀性好，工艺范围宽，镀液稳定易操作对杂质不太敏感等优点.但是剧毒，严重污染环境.氯化物镀锌液是不含络合剂的单盐镀液，废水极易处理；镀层的光亮性和整平性优于其它体系；电流效率高，沉积速度快；氢过电位低的钢材如高碳钢，铸件，锻件等容易施镀.但是由于氯离子的弱酸性对设备有一定的腐蚀性，一方面会对设备造成一定的腐蚀，另一方面此类镀液不适应需加辅助阳极的深孔或管状零件。

（2）添加剂

添加剂包括光泽剂,稳定剂,柔软剂,润湿剂，低区走位剂等.光泽剂又分为主光泽剂，载体光亮剂和辅助光泽剂等.对于同一主盐体系，使用不同厂商制作的添加剂，所得镀层在质量上有很大差别.总体而言欧美和日本等发达国家的添加剂最好，台湾次之，大陆产的相对而言比前两类都逊色。

主盐与具体某一厂商的添加剂的联合决定了使用的镀液的整体性能.优秀的添加剂能弥补主盐某些性能的不足.如优秀的氯化物镀锌添加剂与氯化物主盐配合得到的镀液深镀能力比许多氰化镀锌镀液的深度能力好 。

（3）电镀设备

挂具：方形挂具与方形镀槽配合使用，圆形挂具与圆形镀槽配合使用. 圆形镀槽和挂具更有利于保证电流分布均匀，方形挂具则需在挂具周围加设诸如铁丝网之类的分散电流装置或缩短两侧阳极板的长度，使用如图所示的椭圆形阳极排布。

搅拌装置：促进溶液流动，使溶液状态分布均匀，消除气泡在工件表面的停留.

电源：直流，稳定性好，波纹系数小。3

镀件清洗剂前处理-化学清洗，根据油脂的种类和性质，除油剂包含两种主体成分，碱类助洗剂和表面活性剂。

1.碱类物质。碱类助洗剂常用的为氢氧化钠、纯碱、硅酸钠和三聚磷酸钠。氢氧化钠和纯碱作为碱剂，价格最为便宜，废水较难处理，有时因为碱性偏强导致清洗物体受到损伤，另一方面氢氧化钠和纯碱没有乳化作用对于矿物油清洗没有任何效果；

硅酸钠与三聚磷酸钠既能提供碱性，又能提供一定的乳化力，广泛的用于各种除油清洗剂中特别是对碱敏感的除油工艺。使用硅酸钠最大的缺陷是除油后若不用热水先洗一道，直接冷水洗很难将残留的硅酸钠完全洗净，残留的硅酸钠会与下一道工序的酸反应生成附着牢固的硅胶，从而影响镀层的结合力；三聚磷酸钠则主要存在磷污染破坏环境的担忧。

2.表面活性剂。表面活性剂是除油剂的最核心成分，早期的除油剂是以乳化剂的乳化作用为主，如脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）系列、烷基酚聚氧乙烯醚（TX、NP）系列等。过多的使用乳化剂会将脱落的油脂乳化增溶于工作液中，导致工作液除油能力逐渐下降，需要频繁更换工作液。

但是随着表面活性剂价格的上升，越来越要求降低表面活性剂的使用量，提高除油的速率，这就要求除油剂具有很好的分散和抗二次沉积性能，将脱落的油脂从金属表面剥离，在溶液中不乳化、不皂化，只是漂浮在溶液表面，保持槽液的清澈与持续的除油能力。

另一方面，适合除油的表面活性剂一般为非离子类型的产品，非离子产品普遍价位较高，为了降低除油剂成本，阴离子的产品也会出现有的除油剂的配方中，特别是同时具有非离子性质的阴离子型表面活性剂脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐（FMES），具有优异的“分散卷离”特点，有助于油脂的非乳化式剥离去除。3

超声波清洗产品电镀前处理工艺非常重要，一般的传统工艺使用酸液对工件进行处理，对环境污染较重，工作环境较差，同时，最大的弊端是结构复杂零件酸洗除锈后的残酸很难冲洗干净。工件电镀后，时间不长，沿着夹缝出现锈蚀现象，破坏电镀层表面，严重影响产品外观和内在质量。超声波清洗技术应用到电镀前处理后，不仅能使物体表面和缝隙中的污垢迅速剥落，而且电镀件喷涂层牢固不会返锈。

利用超声波在液体中产生的空化效应，可以清洗掉工件表面沾附的油污，配合适当的清洗剂，可以迅速地对工件表面实现高清洁度的处理。

电镀工艺，对工件表面清洁度要求较高，而超声波清洗技术是能达到此要求的理想技术。利用超声波清洗技术，可以替代溶剂清洗油污；可以替代电解除油；可以替代强酸浸蚀去除碳钢及低合金钢表面的铁锈及氧化皮。

对几种常见的工件电镀前表面状况，用超声波清洗工艺情况简介：

1.抛光件表面抛光膏的清洗：一般情况下，抛光膏常常采用石蜡调合，石蜡分子量大，熔点较高，常温下呈固态，是较难清洗的物质，传统的办法是采用有机溶剂清洗或高温碱水煮洗有许多弊病。采用超声波清洗则可使用水基清洗剂，在中温条件下，几分钟内将工件表面彻底清洗干净，常用工艺流程是：①浸泡→②超声波清洗→③清水（净水）漂洗。

2.表面有油及少量锈的冷轧钢板：冷轧钢板表面一般有油、污或少量铁锈，要洗干净比较容易，但经一般方法清洗后，工件表面仍残留一层非常细薄的浮灰，影响后续加工质量，有时不得不再采用强酸浸泡的办法去除这层浮灰。而采用超声波清洗并加入适当的清洗液，可方便快捷地实现工件表面彻底清洁，并使工件表面具有较高的活性，有时甚至可以免去电镀前酸浸活化工序。

3.表面有氧化皮和黄锈的工件：传统的办法是采用盐酸或硫酸浸泡清洗。如采用超声波综合处理技术，可以快捷地在几分钟内同时去除工件表面的油、锈、并避免了因强酸清洗伴随产生的氢脆问题。

电镀后对镀层进行各种处理以增强镀层的各种性能，如耐蚀性，抗变色能力，可焊性等。

脱水处理：水中添加脱水剂，如镀亮镍后处理。

钝化处理：提高镀层耐蚀性，如镀锌。

防变色处理：水中添加防变色药剂，如镀银，镀锡，镀仿金等。

提高可焊性处理：如镀锡，因此后处理工艺的优劣直接影响到镀层这些功能的好坏。2

电镀工艺的评价评价任何电镀工艺都要用到若干通用指标，通常分为与镀液性能有关的指标和与镀层性能有关的指标。镀液指标是电镀工艺的主要指标，包括镀液的电流效率(与沉积速度有关)、分散能力、深镀能力、镀层结晶状态、镀液稳定性和可操作性(包括工艺条件的控制、对设备有无特别要求)、对环境的影响程度、经济效益(电镀加工成本)等。

镀层性能指标是电镀工艺所保证的镀层性能和质量的指标，是直观地评价电镀工艺水平的重要指标，比如镀层的装饰性能、光亮程度、抗腐蚀性能、镀层脆性、镀层孔隙率等。功能性镀层则要加上功能性能指标，比如电导率、反射光系数、可焊性、耐磨性等。

这两类指标都属于水平较高的先进工艺，有时镀液性能指标好的工艺，不一定有好的镀层指标；而有些镀层指标好的工艺，镀液指标却并不好。人们通常以镀层指标为主来判断和选择电镀工艺，也就是说为了获得好的镀层有时不得不采用镀液性能差的镀种，比如装饰镀铬就是典型的例子。许多氰化物电镀也是镀层性能好但对环境影响大的镀种。

电镀工艺参数的管理由于工艺管理直接影响到生产的效率和产品的成本。因此，对工艺参数的管理要讲合理性，管得不好，会经常停产调整镀液，这是很大的浪费。但是，管得过头，会增加管理成本，增加资源的额外消耗，也是要不得的。通过电镀工艺参数的构成可以将这些参数分为两大类，一类是建立生产线过程中，一经设定就相对固定的因素，有如先天性因素，除非出现故障，变动不会很大，比如，整流电源的波形、阴极移动的速度、过滤机的流量、镀槽的大小和结构等，这些参数一定要在设计阶段加以控制，并留有余地；另一类是在电镀生产中经常会发生波动的参数，必须通过监控随时加以调整，我们说的生产中的工艺参数的管理，主要指的是这类可变参数的管理。

不过在电镀生产管理的实践中，对可变工艺参数管得过松是常态。很多镀液和人一样是处于亚健康状态，勉强维持生产，时间长了就会出问题。比如，不少企业的阳极的面积经常是处于不足状态，原因是阳极金属材料的购进不及时，几乎没有库存，且费用较高，成为企业能省就省的对象。

电镀工艺可变参数日常管理的要素主要有以下几项。

(1)温度管理。温度对电镀的影响前面已经有了详细的介绍，温度对电镀表面质量、电镀效率等都有重要影响。因此，凡是需要升温的镀种，都应该有恒温控制的升温设备，并要求员工做镀液的温度记录。当然从能源节约的角度，要尽量采用常温工艺。但是有些镀种只能在一定的高温下工作才行。关键是加强管理，防止过热造成的能源和镀液蒸发的浪费。

对温度管理不限于镀槽，热水洗的温度也应该加以管理。很多电镀企业只重视镀槽的温度控制，而不管热水，不是加热不足，就是加热过度，对质量不利也浪费资源。

(2)镀液pH值管理。镀液的pH值是比较隐蔽的变动因素，往往是出了问题时才被发现。因此，经常检测镀液的pH值是完全必要的。对于要求较严格的镀种，最好是能采用由传感器控制的数字式pH显示器。这样就能及时了解镀液的pH值。最简易的办法是用精密试纸在现场进行测量。要让操作者也有试纸可用。不要只有工艺人员才有试纸。这样可以保证镀液pH值处在更多人监控的状态。

(3)镀液成分管理。镀液成分的管理主要要通过化学分析的方法来获取信息。设立有企业或部门自己的化学分析室的组织，这个问题就比较好办。定期按规定抽样测试就行了。

没有自己分析室的电镀企业，因为嫌拿镀液外出分析既麻烦又费钱，将镀液的分析周期定得很长，超过了正常要求的分析时间。镀液成分失调，经常是出了问题才分析补料。因此，要根据生产的频度和物料消耗的情况，或根据受镀面积等，测算出镀液成分消耗的基本规律，来对镀液进行定期的分析，加工量大的时候，每一两天就要分析一次，加工量小的时候，至少每周要分析一次。同时，工艺人员则要定期对镀液进行霍尔槽试验，以确定镀液是处在最佳工艺范围。霍尔槽试验不仅仅是电镀工艺开发的重要工具，也是电镀现场管理的重要手段。

电镀单金属方面还有镀铅、镀铁、镀银、镀金等。电镀合金方面有：电镀铜基合金，电镀锌基合金，电镀镉基、铟基合金，电镀铅基、锡基合金，电镀镍基、钴基合金、电镀钯镍合金等。复合电镀方面有：镍基复合电镀，锌基复合电镀，银基复合电镀，金刚石镶嵌复合电镀2

本词条内容贡献者为:

侯传涛 - 副教授 - 青岛大学