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1、第一讲 电镀原理简介,电镀是一种用电解方法沉积具有所需形态的镀层过程，其目的一般是改变表面的特性，以提供改善外观、耐腐蚀介质、抗磨损以及其它需要的性能，或这些性能的组合，但有时电镀也用来改变尺寸。 电解过程是在镀液中进行，镀液可由熔盐或不同类型的溶液组成，在生产实践中几乎都用水溶液。,一、 镀液的组成和影响镀层结晶的因素,1、简单盐类或“酸性”镀液 2、络合离子镀液 3、镀液的成份：主盐、导电盐、PH值缓冲剂、湿润剂、阳极溶解促进剂、添加剂 4、影响镀层结晶的因素 (1) 溶液的本性及含量 (2) 操作条件：搅拌、PH值、温度、电流密度(包括波形),二.沉积过程和机理,1、金属与金属离子的电位
2、是由Nernst Equation计算： E = E+ (0.059/n) logMn+ E = 电解槽的电位值 E= 标准点位置(Standard electrode potential) n = 电子数量 Mn+ = 金属离子的浓度,-Nernst Equation只适用于电镀溶液系统处于不平衡状态时， 即是有一个外来的电能量供应到该系统内进行电镀反映。 -该外来的能量是由多种成份组成： 超电势的浓度(Concentration over potential) 活化超电压(Activation over voltage) act = a + b log-Tafel equation,反应物
3、必须要具有足够能量超越势垒(potential barrier)才可 以进行化学反应。,- 阴极的超越势能将离子的能级移近势垒，就这样离子便能够容易超越势垒而进行化学反应。,2、电流效率：实际沉积的金属重量与假定所有电流都在沉积上时应有的重量之比,(1) 法拉第定律：沉积一定重量镀层需要的电流与时间的乘积 一个法拉第(964902.4Asec)的电量可以析出一克当量的物质 m=K*Q=K*It m电镀析出(或溶解)物质的重量(克) I 通过的电流强度(安培) t通电的时间(小时) Q通过的电量(安培*小时) K比例常数(电化当量),(2) 阴极电流效率=,m = 10-2 * *S* 析出金属
4、的比重(克/厘米3) S 受镀面积（分米2） 镀层厚度（微米）,m,I*tK,100%,3、极化 分三种极化：活化极化、浓度极化、电阻极化,安培 I,限制电流 Limiting current,还原势 Reduction potential,V 电压,Polarization Curve 极化图表,4、传质过程 存在三个因素：扩散因素、离子的迁移率、溶液的搅拌,5、氢的过电压和氢脆,由于氢的电位比一般普通的金属在相同溶液内的还原电位要正的多，因此如果不是氢的析出的活化极化异常的话，金属要从水溶液中沉积就将是不可能的（沉积出来的将是氢而不是金属）则电镀中特别注意氢的过电压。 影响氢的过电压因素：
5、 (1)强烈的依赖阴极表面的本质 (2)阴极表面上存在吸附杂质会提高氢的过电压(表面的催化活化),一般氰化物镀液中，氰放电的电位接近于金属的沉积电位，则电流效率会降低。 氢脆：氢与许多金属同时析出，由于氢首先是以原子态产生，很容易被基体金属吸附，并以分子状态聚集其中，而达到超过金属抗强度的压力，并在其内形成气泡。,6、烧焦或粉末沉积：限制电流（见极化图）,通过降低电流密度或提供较高的传质速度，如搅拌、高温或较高的金属浓度加入特殊物质（添加剂）增大阴极极化作用，可以避免出现烧焦的镀层。 电镀反应中添加剂的效应 - 如没有添加剂，结晶的生长是不受控制，而导致不良的镀层 - 添加剂的分子吸收到表面时
6、便会形成一层扩散阻挡层，这阻挡层会减慢不受控制的还原反应而生产有规则的排列。,没有添加剂的情况不受控制的晶格生长烧黑镀层,7、沉积层厚度的分布,(1) 电流分布: 受阴极形状和在溶液中的位置的影响(除电流流动规律的本性外) (2) 金属分布: 受阴极电流效率随电流密度的变化的影响 (3) 宏观分散能力: 分散能力、Hull试验，不同电流密度的厚 度、深度能力、角形阴极试验。 (4) 微观分散能力: 整平性,8、应力,沉积层中的应力，由于晶格参数的不相配或外来物质的夹带而产生，例如氧化物或氢氧化物（水化的氧化物），水、硫、碳、氢或金属杂质，这些杂质阻止正常晶格的形成，或者生成脆性的晶粒间的沉积。
7、 注：有个别的基体材料本身的应力也会影响到最底层的沉积层应力。,9、结合力,在组成基体金属晶粒的晶格表面，存在一个由晶格力延伸而成的力场，在沉积过程中达到表面的金属离子，将被迫占据与基体金属晶粒结构相连续的位置，这种结合的强度就会接近于基体金属本身的结合强度(除非可能存在着两种品格的明显不配)，因此, 电镀层的粘附强度就和基体的抗粘强度很接近。 通常有这样的印象，认为电镀的镀层往往很容易剥落，实际上这是因为不良的电镀操作所造成，一般是在基体的准备方面，而不是由于结合力有什么本质上的弱点。,10、阳极,（1） 阳极过程：电镀槽是由阴极、阳极和溶液共同构成的一 个整体，阳极过程和阴极过程是电镀中相
8、互依存而又 相互影响的两个方面，阳极除了能起到组成电路回路 的作用之外，还可以补充镀液中的金属离子，控制电 流在阴极表面的分布。,（2）可溶性阳极和不溶性阳极：根据金属本性和镀液确定采 用哪种阳极或组合应用 A可溶性阳极：能使镀液PH值保持稳定 B 不溶性阳极：4OH- O2+ 2H2O（PH值下降） （3）影响阳极过程的因素： A络合剂，活化剂促使阳极正常溶解 B 氧化剂，表面活化物质使金属钝化 C 操作条件：温度、PH值等,第二讲 工 艺 介 绍,一、前处理 1除油：清除基体表面的油类物质 （1） 有机溶剂、无机超声波除油 （2） 滚、振、刷除油 （3） 化学除油 A皂化作用：碱性去除动植
9、物油类 B乳化作用：表面活性剂去除矿化油类,(4) 电解除油 A阳极除油：特点：O2。基材表面腐蚀一层，溶液脏， 阴极需定期清洗，气体效率比阴极小 一倍，无氢脆现象，通常用于Fe基 体，Cu基体开DA较小。 B阴极除油：特点：H2。对基体氧化层有还原作用， 溶液和阳极维护简单，气体效率比阳 极高一倍，有氢脆现象，通常用于 Cu基体。,C. 注意事项：导电情况（接触良好，电压一般控制在 6V），温度控制（5060），溶液维护 （分析添加，定期更换），除油效果（基体 完全湿润）。,2活化：去除基体表面的氧化层，露出新鲜的基体，以便后面的电镀沉积镀层。,（1） 所使用药品的种类: A. 酸式盐; B
10、. 硫酸、硫酸+H2O2； C. 微蚀剂; D. 盐酸; E.甲基磺酸。 （2） 操作情况：A、常温；B、加热；C、通电。 （3） 特别基体材料的活化：不锈钢、镍及其合金材料 、铍青铜及含特殊材料的铜合金，需要特殊处理。,(4) 注意事项：溶液已溶解的金属离子浓度，溶液维护 （分析添加，定期更换），活化效果（无氧 化层，不能有过蚀现象）缓蚀剂。,二、高速镀镍 Nikal 200（SE）/PC-3工艺介绍1. 建议操作参数见表,2 成份及功能、用量变化的影响,（1） 氨基磺酸镍提供镍离子及稳定的阴离子、高溶解度、 高电流密度、高沉积速率、低内应力； 用量过高：均匀性下降,针孔. 用量过低：镀层暗
11、哑，高电流烧焦 （2） 硼酸弱酸性PH值缓冲剂； 用量过高：阴极效率下降，针孔； 用量过低：PH值不稳定，柔韧性差。,(3) 氯化镍加强阳极溶解，增加溶液导电性 用量过高：内应力增加，导致爆裂及脱皮； 用量过低：降低阳极效率。 (4) Nickel MP-200添加剂（或PC-3添加剂）-改善镀层均匀性及光亮度，提高电流密度； 用量过高：柔韧性差，镀层产生脆性； 用量过低：镀层暗哑，高电位烧焦，搅拌不足时，容易出现针孔，柔韧性差。,3.其他操作控制参数的影响,（1） PH值 过低：氨基磺酸镍会在PH2.0时分解（NH2S03 + H+ + H2O NH4+ + HSO4）阴极效率降低，分散力下
12、降，阳极效率上升，增加阳极溶解，电镀铁基体时易引起氢脆 过高：PH大于5.0时内应力急剧增大，PH大于6.0时出现氢氧化镍沉淀，阴极效率较高，但高电位容易烧焦，镀层容易钝化，脆化，失去柔韧性。,（2） 温度： 过低：内应力高，针孔，镀层暗哑，高电位烧焦，柔韧性不足。 过高：氨基磺酸会于70以上分解 Ni (NH2SO3)2 + 2H2O NiSO4 + (NH4)2SO4 添加剂分解，镀层强度及硬度增大，但柔韧性下降。,4、 提升效率建议 由下列方程式可见,要提升效率（增加iL值），可以： - 增加溶液中镍离子浓度 - 在可行范围内增加温度（增加渗透系数） - 加强搅拌（减低渗透层厚度）,5.
13、 药水老化老化定义：-在建议控制操作的电镀过程中，产生出不可逆变之副产品，,6、 不纯物的来源、影响及处理,（1） 金属杂质来源、影响及处理 A、 来源 - 由前工序带入 - 零件从挂具掉下来而留置在槽内 - 从周围的设备及环境掉落的腐蚀物 - 工具掉入槽内 用不纯的镍盐及不合规格阳极,B、 影响及处理建议控制- 不断於母槽用不锈钢板通以0.30.5ASD，作弱电解处理，以去处金属杂质。,(2) 有机物污染,A、来源 - 添加剂的分解 - 从悬吊的输送机意外掉入润滑油或油脂 - 空气压缩机油污染 - 橡胶槽或软管内的沉积物 - 挂具表面涂料 - 抛光介质,B. 影响及处理,影响 - 使阴极亮而
14、脆及出现大量针孔 - 阴极效率下降 建议控制 - 定期作活性碳过滤处理 - 碳过滤（一般）用碳芯作循环过滤 - 炭处理（双氧水）用5毫升/升的35%双氧水将有机物分解，再用6克/升的活性碳将之吸收及过滤,7、 问题求解,（1） 碱式镍沉淀 为Ni(OH)2 氢氧化镍在PH值6时开始生成，碱性弱，不易与硼酸反应，不能作为缓冲剂。 （2） 通常电镀镍板PH提升的原因 A. 水洗水的带入：当大量水洗水（PH7）带入会使镀液的PH值上升 B. 阴极电流效率太低：当阴极电流效率太低时会消耗过多的H+而使PH值上升。,8、 常见故障的原因及纠正故障：镀层粗糙,故障：镀层出现针孔,故障：零件深凹处光亮度差,
15、故障：低电流密度区镀层成黑色,故障：阴极效率低，镀层呈灰色,故障：镀层不光亮,故障：镀层起泡,9含S镍冠的典型化学成份,10、 总结,（1） 利用Nikal MP-200（SE）或PC-3，氨基磺酸镍可 在高速、低内应力及容易操控的条件下镀镍。 （2） 在处理有机污染物时，双氧水负责分解有机物分子，而活性碳则用以将分解后的物质吸收。 （3） 碱式镍沉淀 (Ni(OH)2) 并不会与硼酸形成另一种缓冲系统。,三、高速光亮纯锡电镀Solderon BT-280介绍1.建议操作参数见表,2、成份及功能，用量变化的影响,（1） Solderon HC酸液 Solderon 体系工艺中的主酸，非氟硼酸的
16、环保型有机酸 用量过高：阴极效率下降，阴极放气泡，镀层有气流及针孔，焊接性不良 用量过低：高电位暗哑，低分散力,（2） Solderon 锡浓缩液（含Sn2+ 300g/L 和0.6L/L的 HC酸液） 锡金属及HC酸的来源 用量过高：镀层暗哑，气流及低分散力 用量过低：低阴极效率，高电位烧焦，镀层雾状, 真空，焊接性不良 （3）Solderon BT-280 Carrier （辅助剂） 含初级晶粒改 进剂及抗氧化剂，主要以吸附形式加强阴极极化作用， 改善电流密度范围和均镀性，和Solderon BT-280 添加 剂有补强作用，低泡性。 （4）Solderon BT-280 Additive（添加
