01前言 镀镍是一种重要的表面精饰工艺,由每年电镀消耗的镍和镍盐的量可知其在工业制造上的重要性,从它的许多应用可知其多功能性。镀镍在我院的应用主要集中在三个方面:装饰镀镍、功能镀镍、电铸成型制作特殊零件加工。目前,应用最为广泛的镀镍工艺为装饰镀镍,采用光亮镀镍或光亮镀镍后套铬,提高产品的外观与防护性能。众所周知,光亮镀镍电解液为简单盐类物质组成,由于电解液中不存在繁杂的配位物,电解液的活性比较大,工艺过程的控制要比含配位物的电解液难度大一些;电解液中的杂质离子的容忍度比含配位物的电解液要敏感得多。为了得到性能良好、装饰性高的光亮镍镀层,就必须控制工艺过程,同时要采取必要的工艺方法,加强槽液的净化。笔者根据多年从事光亮镀镍技术的经验,提出一些简单看法,与同行进行学习交流。 02工艺控制 电镀液的组成是影响镀光亮镍质量的最重要因素之一,性能良好的电镀液能够得到令人满意、符合规范要求的镀层。而要使镀液在长期使用过程中一直保持良好的性能,必须对工艺过程进行控制。通常情况下,新配的溶液的各种成分以及工艺条件都在工艺范围内,而且都有一个令人满意的配比,但是在电镀过程中,工艺本身的特性以及一些人为因素将会导致槽液成分以及工艺条件发生变化,从而影响电镀质量。对于光亮镀镍液,在槽液配置时,就要控制好各种成分的纯度,配置后的成分的质量浓度必须在工艺范围内,调节好pH值,使用前还必须对槽液进行净化处理;在使用过程中必须控制槽液的组成和pH值在规定的工艺范围内,必须采取必要的工艺方法防止金属、有机和气体杂质离子带入,并污染槽液,这是保证良好加工质量的关键。 1镀液成分的控制常规光亮镀镍液的主要成分是由硫酸镍、氯化镍、硼酸以及有机添加剂等组成。为了确保加工质量,我们应该控制好这些成分的质量浓度。定期调整镀镍液的基本成分,如:镍的质量浓度、氯化物的质量浓度、硼酸和所有添加剂的质量浓度。在生产过程中,镍的质量浓度控制在60～80g/L。为了确保金属离子的质量浓度在工艺范围内,必须控制阳极的溶解以及阴阳极的面积比。通常为了改善阳极的溶解状态,促进阳极的正常溶解,采用在镀镍液中添加氯化镍的方法,氯化镍的质量浓度为45～55g/L。硼酸是镀镍液常用的缓冲剂,能有效地将阴极膜中的pH值控制在最佳电镀性能要求范围内,硼酸的质量浓度为30～40g/L。有机添加剂的质量浓度必须控制在工艺供应商规定的范围内,由于镀件带出、电解消耗以及活性炭过滤(或槽液处理)的影响,必须定期根据赫尔槽试验的结果进行补加。由于过期变质,有机添加剂对光亮镀镍质量的影响非常明显。 2pH值、温度、电流密度和水质的控制在正常操作情况下光亮镀镍液的pH值会随着电镀的进行而上升,一般添加酸将pH值维持在预定的工艺范围内。在以瓦特镍溶液为基础的电镀液中添加硫酸调节pH值;而在氨基磺酸镍镀液中加入氨基磺酸控制pH值。操作温度对镀层的性能有显著的影响,应该维持在规定工艺范围内,温度波动不要超过±2℃。通常,大部分镀镍工艺的温度在40～60℃。控制阴极电流密度对于满足最小镀层厚度要求、生产稳定一致的镀层以及得到所预期的性能是很重要的。因为电流密度决定沉积速率,为了获得均匀的镀层,电流密度要尽可能均匀。如有必要的话,可以使用合理的挂具并将挂具上的工件放在合适的位置,使用非导体遮蔽和挂板,使用辅助阳极来控制电流分布。在细心的操作与控制下会得到厚度均匀的光亮镀镍层。配槽的水和补充蒸发损失的水的质量很重要,特别是自来水中钙的质量浓度很高的话,对镀液质量影响很大,从而影响镀层质量。因此,采用蒸馏水和软化水是很有必要的。有条件的话,在加入镀槽前,把水进行过滤是消除可能导致镀层粗糙的有效措施。 3杂质离子的控制在日常操作中,镀液中可能带入无机、有机和气体杂质,努力消除电镀车间中产生这些杂质的根源,才可以提高镀层质量、生产效率和经济效益。导致无机杂质上升的原因很多,包括:所使用无机材料的技术等级,硬水、酸性活化槽的携带,空气中的灰尘、金属加热器的腐蚀,衬里裂缝处的槽体腐蚀、阳极棒的腐蚀,槽上设备、建筑物的灰尘,掉进槽液没有及时取出的零件及挂具腐蚀等因素。当这些无机杂质离子积累到一定的量,电镀质量将会直线下降,严重时导致生产难以维持。表1为光亮镀镍液中无机金属杂质的最高容忍度。无机金属杂质对镀层的某些性能影响较大,因此,必须加以控制。通常采用低电流密度(0.2～0.5A/dm2)电解和连续过滤来控制大部分无机材料的污染。
导致有机杂质上升的原因很多,包括:有机添加剂质量太差以及分解产物、零件表面前处理清洗不干净带入、零件经过抛光后清洗不干净带入、设备上脱落的润滑油、阳极袋的碎屑、塑料阳极袋上的水性润滑剂、未固化的挂具膜或涂封,特种胶带的黏结剂、过氧化氢中的稳定剂等。有机添加剂对镀层的某些性能影响较大,如防护性能会大大降低。采用活性炭间歇式或连续式过滤吸附可以有效地去除镀镍液中的有机杂质。镀镍液中的气体杂质通常包括溶解于空气的杂质和二氧化碳。溶解少量杂质的空气可以导致形成珠状晶格,槽液pH值变化,造成镀层麻点,另外,会使光亮剂加速分解。因此,也应该在生产过程中加以控制。 03 净化技术 电镀生产过程中,电解液常由于各种原因产生杂质离子的积累,如果杂质离子的质量浓度超过可允许的范围,镀层就会产生各种疵病,如:针孔、麻点、气泡、黑色条纹或黑色斑等。为了提高镀层质量及保持其稳定性,必须对光亮镀镍液定期进行净化处理。其实,净化技术就是采取一定的工艺措施,对电镀槽液配置过程中以及生产过程中产生的杂质离子进行净化消除,保证镀液处于一个理想的生产工艺状态,从而有利于工艺控制,保证加工产品质量。在探讨净化技术前,有必要先探讨一下杂质离子对光亮镀镍的影响。 1杂质对镀层光亮性的影响根据生产实践经验和赫尔槽试验验证,金属和有机杂质离子通过以下方式影响光亮镀镍的电沉积:(1)在pH值较高的镀液中,铁离子会使镀层粗糙。(2)铜、锌、镉和铅离子影响低电流密度区,产生雾状和由暗到黑的镀层。有机杂质也可能使镀层雾状和云状,导致其力学性能下降。雾状缺陷可能发生在较宽的或较窄的电流密度范围内。(3)铝和硅经常使镀层在中2高电流密度区发雾,可能造成挂灰和细微粗糙。(4)溶液中钙的质量浓度超过0.5g/L(60℃),硫酸钙的沉淀导致针状粗糙物。(5)六价铬导致镀层暗带,高电流密度区有气泡,镀层出现剥落。六价铬在溶液中或在阴极上与有机物质反应后,还原成三价铬,可能产生与铁、硅、铝相同的雾状和粗糙。(6)如果由于溶液中的杂质离子使镀层中产生很大的应力,机械缺陷导致产生毛细裂纹,称作宏观裂纹。这些裂纹通常出现在很厚的镀层区,但是并不仅限于那些区域。 2槽液的净化技术措施如何提高槽液的洁净度,加强槽液的日常维护管理,是提高表面处理加工质量、提高工效、节约成本的最有效的捷径。而提高槽液洁净度的方法就是槽液净化。槽液净化技术包括新配槽液的净化技术与日常生产中杂质离子的净化技术。槽液净化技术并不单指定期过滤槽液。笔者根据多年从事表面处理工作的经验总结出光亮镀镍槽液净化技术,供大家参考。 ①新配溶液的净化技术(1)在一个独立的处理槽中注入1/3～2/3的纯净水,在温度上升至40～50℃时溶解所需配槽量的硫酸镍和氯化镍。(2)添加1～2mL/L体积分数为30%的双氧水,短暂搅拌,静置沉淀1h。(3)添加1.2～2.5g/L活性炭,充分搅拌。(4)加热溶液至60～65℃,添加碳酸镍,在搅拌下调节pH值至5.2～5.5。如果要使用更多的碳酸镍,必须使用搅拌辅助溶解,静置沉淀8～16h。(5)过滤至电镀槽。(6)添加和溶解硼酸,加水至要求体积。化验槽液成分是否合格,并调配。(7)使用大面积的镀镍瓦楞钢板作为阴极电解净化。平均电流密度为0.5A/dm2,0.5～1.5A·h/L电解。溶液应搅拌,并保持温度在50～60℃。检测在普通电流密度下获得的试镀层的某些点来评估外观、应力和镀层中含硫量。如果达不到要求,继续电解。(8)去掉电解阴极,调节pH值到工艺规定的范围内。 ②日常槽液净化技术(1)高pH值处理包括在高温溶液中添加碳酸镍,使溶液pH值上升至5.0～5.5,这样即可使金属离子,如:铁、铝和硅形成氢氧化物沉淀,又可以吸附其他杂质。添加双氧水将亚铁离子氧化成高pH值下更容易沉淀的介态,并破坏有机杂质。(2)使用活性炭处理去除有机杂质。(3)电解净化去除大多数有害金属杂质离子和有机杂质。 03结语 多年来,笔者比较重视槽液的维护与管理,使槽液一直处于稳定状态,效果比较良好。笔者撰文主要意图是与同仁一起探讨槽液管理与维护。 |
