电镀或表面转换成功与否，很大程度取决于基体上污染物和膜层的去除。有机物和非金属膜层阻碍镀层与基体的结合，将导致镀层结合力差，甚至镀不上。基体表面的污染可能由外部因素造成，即有来自环境或生产过程中的有机残余物或矿物粉尘;也可能是内在因素造成的，如自然氧化膜层。清洗方法设计时，要尽量减少对基体的破坏，但要去除膜层或有机残余物。如果知道基体表面的化学性质和加工过程，就可以预先考虑处理方法，并“对症下药”。 基体在电镀前的加工过程可能使用了有机油和无机油，表面存在一些特殊残余物，如润滑油、磷酸盐膜、淬火油、防锈油、拉丝润滑剂，有些污染物还是典型的络合物。 所有金属在大气和化学物质环境中都一定程度形成氧化物或无机膜层，有些膜层会阻止基体被继续侵蚀，如铝合金上形成的水合氧化铝;有些膜层不起保护作用，如钢铁上氧化铁和氧化亚铁;有的膜层可以直接用于电镀，如铝上氧化铝的镀镍。基体的清洗和活化步骤必须考虑不同金属再生氧化膜的速度差异，例如，钢铁和镍再生氧化膜的速度很慢，镀件可以按正常速度从清洗液中移入镀槽;而铝和镁再生氧化膜的速度极快，必须采用特殊工艺步骤，如以保护在移至镀槽过程中表面不被氧化。 像铸件这类多孔基体比较麻烦，必须清除掉渗入孔中的有机和无机残余物，才能不影响后面的操作。电镀过程中孔内的残余物会发生分解或气化，致使镀层起皮，为了除去这些残余物，必须将清洗剂渗入孔内，并使之溶解残余物，然后连同清洗剂一起被清除掉。 金属与大气中的组分，如水和氧气反应生成固有膜，必须在镀前将其清除掉。Pourbaix曲线[1,2]是金属/反应物平衡示意图，有助于了解怎样去除这些膜层。铁的钝化范围相对较宽，在中等阴极电位处抗腐蚀[3](如图23-I所示);对铜来说，高pH值和低pH值处都易受侵蚀[3](如图23—2)，所以要在钝化范围选择清洗剂。E-pH图适用于所有普通材料和电镀体系[1]，它有利于确定含络合剂和其他成分的清洗体系和方法。 清洗方法有两种，即物理方法和化学方法。在物理方法清洗中，借助动能清除基体表面的内在和外部为污染物，如喷玻璃珠、超声波搅拌、刷磨;在化学方法清洗中，污染物通过清洗液中的活性物质溶解或乳化而被清除掉。外部污染物可以通过表面活性物质来清除，这类物质所包含的化学能适中;内在污染物用侵蚀性化学物质进行清除，这类化学物质能够溶解污染物，并且通常能与金属反应，所包含的化学能相当大。 基体金属的性质也是必须考虑的因素，铁合金易受酸性清洗剂侵蚀，但耐高碱性清洗剂，并且有非保护性氧化物膜[4-6]，保护铁合金在电镀工序间不被氧化很重要。氧化铁是一种非保护性物质，必须用酸和铁盐的混合物进行溶解，普通的碱性清洗剂不能除去这种氧化物膜。 铝及铝合金在空气中会快速形成数个单分子层厚的氧化物膜[7]，这层氧化膜在大多数环境中能起保护作用。而且铝合金阳极氧化是一种有效的保护技术，氧化膜的厚度可以达到微米级，氧化铝层可以溶于碱性物质中，强酸和强碱都能侵蚀铝合金。 铜和铜合金要求使用比较温和的清洗剂[8]，它们易受氧化性酸如硝酸的侵蚀，但耐碱，可以用还原性酸、络合剂、润湿剂和缓冲剂配制铜清洗剂。锌比铜活泼，酸和碱(pH值>10[9])都对锌侵蚀，它要求使用弱碱性清洗剂。 塑料和聚合物的镀前清洗包括去除外部有机物以及腐蚀表面，常用于电镀的聚合物有氟塑料、ABS塑料、聚碳酸酯。
图23—2铜的简化Pourbaix曲线
有关镀前金属清洗的文献很多[10～13]。最近10年出现了一些变化：对环境不产生影响的有效清洗工艺的需求不断增加;出现了对给定基体、表面状况及随后进行电镀推荐最好清洗工艺的数据库;出现了测定实际清洁度的分析手段。大家对清洗原理都很清楚。关键是在特定情况下如何选用有效的清洗工艺。能够承受清洗介质[10,14]摩擦和冲力的非精密零件可以采用机械喷丸处理，它不需要溶剂，但需要较高的资本投入和大型设备，预计机械表面处理的使用将超过传统的化学表面处理。 人们喜欢选用溶剂类清洗剂清除外部污染物，因为它们能够快速挥发，并且不会在金属物体上留下残余物[10b]。有机溶剂的去污能力很大程度上取决于它的沸点，这是由于污染物的黏度跟温度有很大关系。常用的溶剂清洗剂有三氯乙烯和四氯化碳，但是这些溶剂正被其他对健康和环境无害的代用品[15-16]所取代，只有在没有替代物时才选用溶剂类清洗剂，此时设计的工艺必须符合环境和工地管理，但可能会大幅度增加成本。 水溶液清洗受清洗剂的化学性质、温度、搅拌和时间的影响[17]，可以通过除去介质中的油和悬浮物来维护工艺，使清洗液反复使用。水溶液清洗体系将油进行乳化，然后变成清洗液的一部分，但其清洗性能逐渐下降。在计算最佳平衡时，要结合清洗剂中的化学物质。水溶液清洗的发展方向是选择与废油产生不稳定乳化液的清洗剂，但它能与油保持一种松散的悬浮状态，然后除去悬浮层，以达到使清洗体系保持稳定的性能。碱性清洗剂是一种有效的去油体系，除非在高pH值下，它一般不会侵蚀基体。而酸性体系，通常会对基体产生侵蚀，所以使用这类清洗(在不同的用途中称之为酸蚀或活化)时，必须仔细控制浓度和时间。 在某些特殊情况下，镀前不要求清洗，如生产集成电路(IC)中铜导线的电镀、PVD(物理真空沉积)铜晶层上镀铜时不需要清洗。 |
