1.镀金
金的相对原子质量为197,密度为19.3g/ cm3,熔点为1063℃。它以两种价态存在,金的标准电位为1.68V(一价)和1.50V(三价),电化当量分别为7.35 g/(A h)和2.45 g/(A h)。电镀金层的化学稳定性好、易抛光、延展性好、导电性好、易焊接、耐高温,金具有极好的耐腐蚀性和抗氧化性。还具有低电阻,好的焊接性及红外光区的高反射率。金和金合金镀层的外观颜色从淡黄色到深黄色不等,可满足中、高档零件装饰方面的应用要求。因此在钟表、仪表、首饰、电子、印刷电路板、集成电路、航空航天、化工等行业得到了广泛应用。
目前使用的镀金液有:碱性镀金(pH9~13);中性镀锌(pH6~8);酸性镀锌(pH3~6)。酸性镀液可镀出最纯的金层,纯金镀层虽具有低应力值的特点,但表面硬度不能满足工业的需要,因此常往镀金液中加入镍、铜、钴、锑等盐类,以提高镀金层的耐磨性。
另外,在镀金前打底层主要起以下作用:减少由于基体金属的溶解造成的对镀金溶液污染的可能性;降低镀金层的孔隙率;提高镀金层的结合力等。常用的有闪镀金、镍、铜、锡、镍、银等底层。对于在高温条件下使用的电子元器件,广泛使用镍底层,因为镍可阻挡诸如 铜基体金属的扩散,并阻止这类金属在金表面形成锈膜,而这层膜会引起高电阻现象,使可焊性变差。
镀金溶液有:碱性氰化物镀金,酸性和中性镀金等。为了节约贵重的金和提高镀金层的性能,金合金电镀工艺也得到了广泛的应用。
2.镀银
银是一种白色光亮、可锻及可塑的金属。银的相对原子质量为107.86,密度为10.5g/cm3 ,熔点为960.8℃。在化合物中银是一价金属,其标准电极电位为+0.799V,对常用金属而言,它是阴极性镀层。银的电化学当量为4.025g/(A h),银具有优良的导热性、电导率;易于抛光,有优良的反光性能;焊接性能和结合强度良好。故在电子工业、通讯设备、仪表仪器、飞机、光学仪器以及高频元件和波导等方面得到广泛的应用。
银在碱性镀液中和某些有机酸中十分稳定,除硝酸外,在其他酸中也比较稳定;水水和大气中的氧不起作用。银在含有氯化物和硫化物的空气中,表面会很快变色并失去反光能力,而且严重地影响镀层的焊接性能和导电性,因而镀银后一般都要进行镀后处理。在潮湿大气中易产生“银须”造成短路,故镀银层不宜用于印刷电路板上电镀,而常用银合金镀层。
目前在生产中应用较多的是氰化物镀银液,还有硫代硫酸盐镀银、亚氨基二磺酸铵(NS)镀银、磺基水杨酸镀液、烟酸镀银液等无氰镀银工艺,但应用得不是很多。
3.镀铬
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1. 镀铬层的分类及用途 铬是带蓝色的银白色金属。相对原子质量为51.99,原子价为2、3、6,铬层密度为6.9~7.1g/ cm3,6价铬电化学当量为0.323 g/(A h),硬度为HV 750~1050,熔点为1890℃。 铬在大气中具有强烈的钝化能力,能长久保持光泽,在碱液、硝酸、硫酸、硫化物及许多有机酸中均不发生作用,但铬能溶于氢卤酸和热的浓硫酸中,镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨性以及较低的摩擦系数,还有较好的耐热性。 镀铬按用途可分为装饰性镀铬、镀层较薄,主要是提高对零件的表面装饰效果。另一种为镀硬铬,镀层较厚,可提高机械零件的表面硬度、耐磨、耐蚀和耐热等性能。 2. 镀铬溶液的特性及种类 镀铬溶液由于采用了高含量且氧化性强的铬酐,因而危害人体健康和污染环境。阴极电流效率也很低。由于阴极大量析氢,使镀层和基体金属容易产生氢脆。在工作时需用很高的电流密度,同时槽端电压也高。镀铬使用不溶性铅锑锡合金阳极,需要不断补充铬酸酐,才能使溶液成分保持稳定。镀铬溶液的分散能力极低,对形状复杂的零件需使用辅助阳极,才能得到厚度较均匀的镀层。镀铬时产生大量气体,形成大量铬雾逸出,因此必须安装排风和铬雾回收装置。 镀铬溶液可分为: a.普通镀铬溶液。 b.复合镀铬溶液。 c.自动调节镀铬溶液。 d.快速镀铬溶液。 e.常温镀铬溶液。 3. 镀铬溶液的组成镀铬溶液常由铬酐、硫酸、氟硅酸、三价铬等组成。 4. 镀铬工艺 ①防护装饰性镀铬 防护装饰性镀铬的目的是为了防止金属制品在大气中腐蚀生锈和美化产品的外观,也 可用于非金属材料。 |
各种基体金属防护装饰性镀铬的主要工艺流程如下:

② 高耐蚀性防护装饰镀铬
采用镍封法即在光亮镍液中加入一些不溶性的非导电体微粒,如二氧化硅等,在促进剂的作用和强烈搅拌镀液情况下,使固体微粒均匀地与镍复合沉积。然后镀铬,由于表面的微粒镀不上铬层而形成大量微孔的镀层。
③ 镀耐磨铬
利用铬层来提高零件的硬度、耐磨和耐腐蚀等性能。
④ 镀松孔铬
镀松孔铬主要用在摩擦状态下工作的零件,如内燃机的汽缸套、活塞环及转子发动机的内腔等。
⑤ 镀黑铬
镀黑铬除了具有耐磨、耐蚀、耐高温、防护装饰性好之外,还具有好的装饰外观。另外还可用作特殊要求的功能性黑色镀层。
⑥ 三价铬盐镀铬
由于六价铬镀铬工艺存在着铬酸的毒性大对环境的污染严重等缺点,三价铬镀铬工艺近年来得到了很大的发展。
4.镀镍
镍具有银白色(略呈黄色)的金属光泽,并具有磁性。镍,密度为8.9g/ cm3,熔点为1453℃,相对原子质量为58.69,镍的化学当量为1.095g/(A h),标准电极电位为-0.25V,比铁正。镍在大气中,表面存在着一层较高的化学稳定性的钝化膜。镍钝化后,电极电位更正,因而在钢铁基体上的镍镀层是阴极性镀层。因此,只有在镀镍层完整无缺时,才能对钢铁基体起到机械保护作用。实际上镀镍层是多孔的,所以镍常常和其他金属镀层构成多层防护体系,才能达到防腐蚀目的。
1. 镀暗镍
镀暗镍有瓦特镀镍和一般的镀暗镍,都是以硫酸镍、少量氯化物和硼酸为基础成分。它镀出的镍镀层结晶细致、易于抛光、韧性好、耐蚀性也比亮镍好,常作为底镀层使用。
2. 半光亮镀镍
为了提高镍镀层的抗蚀性,半光亮-光亮双层镀镍得到了广泛的应用。
3. 光亮镀镍
光亮镀镍的溶液主要成分和通常的瓦特镀镍溶液基本相同,只是需要加入适当的光亮剂,从而得到光亮的镀镍层。
4. 高耐腐蚀多层镀镍
根据半光亮镍镀层(不含硫)的电位较正、耐腐蚀性较高,亮镍镀层含硫而电位较负的特点,将半光亮镍镀层作为低镀层,在其上再镀光亮镍,从而提高镀镍层的耐腐蚀性。
5.镀铜
铜具有好的延展性、导热性和导电性。密度为8.9g/cm3,熔点为1083℃,相对原子质量为63.54。在化合物中有一价铜和二价铜,一价铜的电化当量为2.372g/(A h),二价痛的电化当量为1.186g/(A h),铜的标准电极电位
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铜的化学稳定性比较差,在潮湿的空气中与二氧化碳或氯化物作用生成一层碱式碳酸铜或氯化铜,受到硫化物的作用时会生成棕色或黑色硫化铜,加热时镀铜层易氧化。一般不单独用铜作为防护性镀层,常作为其他镀层的中间层,以提高镀层和基体金属的结合力。除此之外,采用厚铜薄镍的组合底层来减少镀层空隙率并节约镍的耗用量。而单独的铜镀层适用于零件局部渗碳时保护不需渗碳的部位,常称为防渗碳镀铜。
1. 氰化物镀铜
氰化物镀铜液中的主要成分是铜氰络合离子和游离氰化物,由于CN-离子对铜有很强的络合能力,所获得的铜镀层结晶细致,镀液的分散能力和覆盖能力好。镀液呈碱性,并有一定的去油能力,用于钢铁和锌制品等金属零件的直接镀铜,可获得结合力良好的镀层。镀液含有剧毒的氰化物,在生产过程中产生的废水、废气和废渣危害操作者的身体健康和周围的环境,必须进行综合治理。
2. 酸性硫酸盐镀铜
酸性硫酸盐镀铜液的特点是成分简单,价格便宜,镀液稳定,易于控制。但酸性硫酸盐镀液分散能力较差,镀层结晶不够细致,再就是钢铁零件不能直接镀铜,对管状零件,由于出现置换铜而影响镀层的质量,因此需进行氰化预镀铜或预镀镍处理。
6.镀锌
锌是一种银白色的既能与酸作用又能与碱作用的两性金属,常温下较脆,相对原子质量为65.39,密度为7.07g/cm3,熔点为419.5℃。纯净的锌在干燥空气中较稳定,在潮湿空气或含二氧化碳和含氧的水中,表面会形成一层以碱式碳酸锌为主的膜层,这层膜可延迟锌层的腐蚀速度。锌的电化当量为1.22g/(A•h),标准电极电位为-0.762V,比铁负。当与钢连接而形成原电池时,锌是阳极,它自身发生溶解而保护钢铁基体。正是由于锌层的这种优异的耐蚀性,而广泛用于钢铁零件的防护。但锌在60℃以上的水中使用时,锌的电位变得比钢铁正,而成为阴极性镀层。
实际使用的镀层是要经过钝化处理的。因为将镀锌层在含铬酸的溶液中钝化,可以在镀锌层表面获得一层化学稳定性较高的各种色彩的铬酸盐薄膜,其防护能力可提高5~8倍,而且表面美观,并且增加了装饰效果。
镀锌溶液可分为:碱性溶液镀锌,如氰化物镀锌、锌酸盐镀锌和焦磷酸盐镀锌等;酸性溶液镀锌,如硫酸盐镀锌等;弱酸性溶液镀锌,如氯化钾(钠)镀锌,氯化铵镀锌等。其中以氰化物镀锌、锌酸盐镀锌和氯化物镀锌应用最多。
1. 氰化物
氰化镀锌具有分散能力好,深镀能力好,结晶细致,镀液稳定,容易维护,镀层质量好,工艺范围宽等优点。主要缺点是镀液中使用了剧毒的氰化物,污染环境,要采取相应的污水处理措施。下表是氰化镀锌工艺和溶液配方组成。

2.氯化物镀锌
氯化物镀锌具有成分简单,镀液稳定,使用维护方便。在使用光亮添加剂后,具有沉积速度快(电流效率高达95%以上)、镀层光亮、镀液使用温度范围可以达到5~70℃等优点。缺点是镀液分散能力和覆盖能力低些,适合于几何形状比较简单的零件。目前这种氯化物镀锌主要集中在光亮剂和添加剂以及镀层和工艺性能等方面的研究,工艺比较成熟。
氯化物镀锌的特点如下:
① 是不含络合剂的单盐镀液,废水处理简单;
② 镀层的光亮性和平整性优于其他镀液体系;
③ 电流效率高,沉积速度快;
④ 氢过电位低的钢材如高碳钢、铸件、锻件等容易施镀。
下表是氯化物镀锌的工艺和溶液配方组成。

3. 碱性锌酸盐镀锌
碱性锌酸盐镀锌的特点如下:
① 不用剧毒的氰化物,废水容易处理;
② 镀层结晶细致、光亮,分散能力和深镀能力接近氰化镀液,适合于形状复杂的零件电镀;
③ 镀液稳定、操作维护方便;
④对设备无腐蚀性。但是这种镀液存在着沉积速度满、允许温度范围窄等缺点。
4. 镀锌层的钝化与除氢
使用的钝化工艺有高铬酸钝化、低铬酸钝化和无铬酸钝化等工艺。目前常用的是铬酸酐浓度很低的“低铬钝化”工艺,可以减少废水中六价铬的含量,但这种钝化液要经常调整,化学抛光性稍差。
除氢就是采取热处理的方法,将氢从零件基体中赶出。除氢效果与温度和时间有关。除氢通常在烘箱内进行,除氢温度一般规定为180~230℃,时间2~3h,有时需要3h以上。控制温度的高低和时间的长短应由基体材料和电镀工艺决定。