1 第三讲 电镀工艺 电器制造工艺学电器制造工艺学 2 目录 3电镀工艺 3.1金属腐蚀原理 3.1.1化学腐蚀 3.1.2电化学腐蚀 3.2电镀原理 3.3低压电器零件常用镀层 3.4镀层后处理 3.4.1钢铁件镀锌后驱氢处理 3.4.2钝化 3.5电镀与环保 3.5.1电镀对水的污染 3.5.2镀锌件的钝化处理 3 电镀工艺 3.1金属腐蚀原理 3.1.1化学腐蚀 金属与介质发生化学作用而产生。它的特点是金属与干燥气 体（如O2、CO2、H2S、Cl2等）相接触，在金属表面发 生化学反应（不产生电流）生成相应的化合物薄膜，并 通过气体的渗透反应而不断加厚。 如果金属表面能形成致密的化合物，则可阻止继续腐蚀，起 到保护作用，如铝表面形成的Al2O3薄膜，且具有良好的 电气绝缘性能。 而钢铁材料表面形成的氧化铁腐蚀层是有害的。 4 电镀工艺 3.1金属腐蚀原理 3.1.2电化学腐蚀 由于凝露和潮湿致使金属表面产生电解液（因O2、CO2、 H2S、Cl2等气体的溶入和含酸、盐的空气中的粉尘落入） ，两种不同金属接触或金属材料本身是由多种物质构成， 其电极电位低的材料就会腐蚀。如钢铁表面镀锌，由于锌 的电极电位低于铁的电极电位，则锌在电化学反应失去电 子而腐蚀，铁获得电子还原而受到保护。 5 电镀工艺 3.2电镀原理 如下图序1金属材料在盛满电解液的镀槽中，发生氧化反应失去电子而成为 带正电荷的金属粒子，被与电源负极连接的金属零件吸引，在其表面发 生还原反应（获得电子）而沉积，这就是电镀的原理。这种电化学反应 可以多种金属同时进行，因而可以得到镀层合金（如铁镀铜锡等）。 6 电镀工艺 电镀合金的条件是：每种金属在同一电流密度下有相同的电极 电位，这要通过调整电镀液的成分（金属离子的浓度、成分和 添加络合剂等）来实现。标准电极电位较负的金属能把电位较 正的金属离子从水溶液中置换出来，标准电极电位越正的金属 越容易在阴极沉积。 3.2电镀原理 电极Zn2+Cr3+Fe2+Cd2+Ni2+Sn2+Pb2+ 电位V-0.7628-0.74-0.4402-0.4026-0.230 -0.1364-0.1263 电极Fe3+HSn4+Cu2+Hg2+Ag+Au+ 电位V-0.0360.0000 0.150.34020.79610.79941.42 7 电镀工艺 3.2电镀原理 电镀时，水被电解，H+在阴极析出，还原为原子态的H，渗入 镀层乃至基体金属表面，破坏金属强度，称为氢脆。钢铁材料 镀Zn时，H+的电极电位比Zn2+的电极电位高，较容易在阴极 拆出产生氢脆现象，而镀Cu、Sn、Ag，其电极电位比H+的电 极电位高，优先在阴极析出，故不会产生氢脆现象。 8 电镀工艺 3.3低压电器零件常用镀层 镀层镀层 金属ZnNiCuAgSn Cu- Sn 基体材料钢铁钢铁钢铁钢铁钢铁钢铁铜铜及合金钢铁钢铁钢铁钢铁 镀层镀层 厚度m6246123636624624 l螺钉镀锌时不能太厚，一般应在6-12um之间，M5以下的6um，M6-M10的 9um，M10的12um，这是因为螺距的改变会使螺纹配合时产生干涉现象。 l镀铜一般不单独使用，而是用来作镀铜锡和镀镍的底层，或作为非金属电 镀时的导电层。由于铜的防腐性能很差，在空气中很容易氧化，故一般应与 后续镀层连续进行。 9 电镀工艺 3.3低压电器零件常用镀层 镀层镀层 金属ZnNiCuAgSnCu-Sn 基体材料钢铁钢铁钢铁钢铁钢铁钢铁铜铜及合金钢铁钢铁钢铁钢铁 镀层镀层 厚度m6246123636624624 镍镀层表面的气密性差，故一般要分段进行或先镀一层底铜后（3-5um） 再镀镍，故成本较高。 l带有螺纹连接、铆接、点焊等组件故存在缝隙。镀镍清洗不干净，故一 般不得电镀。 10 电镀工艺 3.4镀层后处理 l3.4.1钢铁件镀锌后驱氢处理 l如3.2所述，氢原子渗入钢铁材料的表层后，挤入晶介中，致 使金属晶格的结合力降低，填充在晶格的缺位上，使晶格扭曲 产生内应力是不利的。故在电镀清洗干净后，应将镀件置于烘 箱中，150250，保温15h，使溶人的氢气溢出，这对于弹 性零件、厚度在0.5mm以下的薄壁零件及机械强和疲劳强度要 求高的零件是必不可少的。 11 电镀工艺 3.4镀层后处理 l3.4.2钝化 l一般镀锌后应进行钝化，使表面形成一层致密的钝化膜。钝 化是将镀件置于铬酸盐（CrO3酪酐）的溶液中室温下浸泡510 秒中即可，然后清洗干净，甩干水分后置于烘箱中60，15分 钟的老化，使钝化膜防护性提高。 12 电镀工艺 3.5电镀与环保 3.5.1电镀对水的污染 由于电镀采用的电解溶中要加入酸、碱、盐和其它成分 复杂的添加剂，由于氰化物KCN、NaCN（有剧毒）在电镀中 还有应用，因此镀件清洗时从镀槽中带出的镀液中会有重金 属离子和多种其他对生物有害的物质，从废水中排放出来， 由于多数电镀厂的规模小，或由于经济利益的驱动，废水无 处理排放，环保部门又监管不力，电镀废水的污染已成为工 业发达地区的主要的污染源之一。（详见RoHS指令与环境 毒理学正泰电器2005 No:10） 13 电镀工艺 3.5电镀与环保 3.5.2镀锌件的钝化处理 3.5.2.1镀锌钝化代号的含义 一般电器产品钢铁材料的镀锌件采用彩色钝化或白色钝 化，钝化的表达代号为Fe/EpZnnc2C和Fe/EpZnnC1B。白色钝 化不如彩虹钝化的防护性能好。军工业生产中还有黑色钝化 和绿色钝化，其防护性能更高，但成本高，不宜在一般产品 中采用。 14 电镀工艺 3.5电镀与环保 3.5.2镀锌件的钝化处理 3.5.2.1镀锌钝化代号的含义 Fe零件基体件材料主要成分 Ep电镀 n镀层厚度m c（小写）铬酸盐处理 1或2镀层级别 C（大写）彩虹铬酸盐处理 B漂白铬酸盐处理 15 电镀工艺 3.5电镀与环保 3.5.2.2铬酸盐钝化的原理 一般钝化液的配方是在水溶液中加入酪酐CrO3（250- 300g/L）、硝酸HNO3（30-40g/L）、硫酸（15-20g/L）和适 量的锌粉。 钝化层是极薄的，一般在0.5pm以下（1pm=10-12m p读作 pico），设镀层厚度为3-9m，则钝化膜厚度仅为（ 0.0550.166）10-6um，但其结构致密，具有极强的防腐蚀能 力。 16 电镀工艺 3.5电镀与环保 3.5.2.2铬酸盐钝化的原理 它的结构和成分是两种复式化合物碱式铬酸铬Cr（OH）CrO4 和碱式铬酸锌Zn2(OH)2CrO4，两种物质的铬酸根（CrO4）2-中的 Cr6+离子在基体锌的催化下，在酸性溶液中有如下还原反应： 2CrO42-+6Zn+16H+=6Zn+2 Cr3+8H2O 以上化学反应对于钝化膜本身是有保护作用的，当钝化膜受到损坏时 ，铬酸根六价铬离子能自动溶出发生上述反映，生成稳定的三价铬的盐而 修补钝化膜。又由于六价铬的离子能溶于水，因此这样钝化层的零件在废 弃后，雨水浸湿时，就会随雨水而进入河流，土壤和地下水中，对环境造 成污染。 17 电镀工艺 3.5电镀与环保 为了防止钝化膜的污染，现在国内外推荐采用三价铬钝 化液钝化，其化学成分不详。其镀锌钝化的代号为： Fe/EpZnnClA。防护性能不如彩虹钝化。但为了满足环保要求 ，只能牺牲部分防护性能。解决办法可以加大镀层厚度和密实 度，或者用其他镀层，如镀铜锡、镀镍来代替，这两种镀层都 要镀铜做底层，影响零件的磁导率，故一般导磁件不能采用。 18 谢 谢 大 家