1、2、電鍍新工藝介紹2 .1 合金電鍍合金電鍍一直是電鍍新工藝開發的重要領域。 以往為取代昴貴的鍍鎳而開發的銅錫合金， 就曾經是一種新工藝。 現在的代鎳和節鎳鍍層， 也都是各種合金。 因為合金可以綜合單一金屬的優點， 并具有單一金屬所不具備的新的 特性，比如硬度、耐腐蝕性、功能性等。現在已經認識到，電鍍作為一種濕法冶金技術，能生產出用電、熱方法 做不到的新合金。包括在制作非晶態材料和納米材料方面，電鍍技術都是有優勢的。合金電鍍的原理在傳統的理論中是要求兩種共沉積的金屬的電極電位要接近， 如果一個的電位較正， 另一個的電位較負， 就要采用絡合劑 將正電位的金屬的離子絡合，使之放電電位向負的方向移動

2、，與另一金屬的電位相近，達到共沉積的目的。這在 現在也仍然對合金新工藝的開發有指導意義。 但是現在越來越多的合金中的另一種成分的量非常小， 就是這種少 量的金屬分散在另一金屬中， 卻改變了金屬的性能。 用傳統冶金學的觀點是這些摻入的金屬是占據在主體金屬的 某些晶格位上，從而改變了金屬的物理性能。但實際上，用火法冶金很難把微量金屬分散到另一金屬中去，而采 用電鍍的方法則比較容易做到。不過電鍍方法得到的合金的結構是否符合冶金學的原理，則是值得探討的課題。現在已經得到應用的新合金工藝有鋅系列，鎳系列，銅系列，錫系列，銀系列等。鋅作為鋼鐵的優良廉價的防護性鍍層被廣泛地采用 , 但是自從日本汽車打進歐洲

3、和北美市場,汽車的耐鹽防護性就提到了議事日程。1在開展高耐蝕性鍍層的研究中，鋅合金的研究引人注目。 最先出現的是錫鋅合金， 這種合金的含鋅量在30%左右時耐鹽水噴霧時間最長，出現紅銹的時間可達1 5 0 0個小時以上。最開始進入實用化的工藝是7 0年代末的有機羧酸的中性鍍液， 后來有檸檬酸鍍液， 現在我公司已經開發出硫酸鹽光亮鍍錫鋅工藝。 在錫鋅工藝之后出現 的是鋅鎳工藝。這種工藝由于含鎳量在510%，成本比錫鋅要低，因此很快得到普及。最先出現的是用于鋼 板連續電鍍的硫酸鹽工藝，這大約在1982年前后。 以后開發出氯化銨型工藝，現在比較成熟的是堿性鋅酸鹽工藝。 這種工藝的特點是抗腐蝕性能特別好

4、， 不經鈍化的鍍層耐鹽霧到出現紅銹的時間在150小時以上。在高溫下也仍能維持其優良的防護性能。因此在汽車等行業有較多應用。在鋅鎳開發之后兩年，鋅鐵工藝就進入了實用化。鋅鐵與前面的工藝不同的是鐵的含量很小，只在0.2 到0.6 左右。 雖然以前有用于鋼板電鍍的鋅鐵合金， 其含鐵量在1020%，但現在進入實用的還是這種低鐵含 量的鍍層。比較成熟的有鋅酸鹽工藝。其耐蝕性也很好，但一定要經過鈍化才能有高的耐蝕性，當含鐵量在0.4 左右時，出現紅銹的鹽水噴霧時間可達1500小時以上。現在，我公司已經開發出氯化鈉型鋅鐵新工藝，并 有黃色、彩色等高耐蝕性的鈍化產品。在歐洲還有用鋅鈷合金工藝的 ,這種工藝與鋅

5、鐵一樣 ,可以不用銀鹽做出黑色鈍化膜。 含鈷量也僅在 1%左右.鎳一直是電鍍加工工業中的重要鍍種，由于鎳資源的緊張和價格昂貴，開發鎳合金電鍍是節鎳的一種選擇。 同時， 有些鎳合金的功能性能也是市場所需要的， 因此， 鎳基合金的應用也很廣泛。 鎳鐵合金不僅可節約部分鎳， 而且鍍層性能也比純鎳鍍層要好。 這種鍍層的含鐵量在 7%-30% 左右， 鍍層中的含鐵量與鍍液中的鎳鐵比例成正 比。也有采用鎳錳鐵合金電鍍工藝的報導。 用于裝飾的鎳合金更多，特別是黑色鍍層方面，不少是用的鎳 合金，比如鎳錫，鎳鈷，鎳鎘等。銅鎳合金更是在裝飾電鍍中有較多的應用。 銅合金如銅錫合金，銅鋅合金，很早就有大量的應用。這方

6、面的新工藝的主攻方向是以非氰化物絡合物來取代氰化物，比如焦磷酸鹽，檸檬 酸鹽鍍銅合金等。 錫作為釬焊性鍍層主要是用在電子電鍍行業， 但也可以用在裝飾和防護方面， 比如代銀的錫合 金，用于罐頭盒防腐的鍍錫工藝等。但主要還是電子工業中有大量應用，現在用得最多的仍然是錫鉛合金。也有 錫鈰， 錫鉍等。 當前的趨勢是采用無氟和無鉛的新工藝取代老工藝。 其它貴金屬的合金主要是用在裝飾和功 能性方面，這里就不一一加以介紹。正如前面講到的，由于合金電鍍技術的開發可能產生出一些新的合金，這不 僅在表面處理業有重要意義，對材料學科也有重要意義。因此，在新世紀， 對合金電鍍的研究仍會加緊進行。 特別是在多元合金，包

7、括三元、四元合金等的開發上還有很大的空間2.2 電子電鍍如前所述， 21 世紀被稱為高信息化世紀。所謂高信息化世紀就是以因特網為傳播工具的信息爆炸的世紀。在 這個世紀內，電子產品的品種和產量將有更快更大的發展，這給電子電鍍業也帶來很大的機遇和挑戰。因此，現 在新工藝的開發有很大的比重將放在電子電鍍方面。所謂電子電鍍就是用于電子產品或電子工業的電鍍技術。用于電子行業的鍍層有很多，包括導電性鍍層，釬 焊性鍍層，信息載體鍍層，電磁屏蔽鍍層，電子功能性鍍層，印刷電路板電鍍，電子構件防護性鍍層，電子產品 裝飾性鍍層等。 電子電鍍工藝除了少數是利用了傳統的工藝以外， 大多數是近幾十年開發的新工藝。 比如非

8、金屬 電鍍新工藝，化學鍍新工藝，貴金屬電鍍新工藝，合金電鍍新工藝等。以印刷線路板的電鍍為例，它是以孔金屬化為中心的綜合了前處理、化學鍍、電鍍、退鍍等技術的工藝。印 刷線路板是上世紀六十年代開始應用于電子產品的， 隨著電子元件的高密度化和集成化， 單面和雙面線路板已經 不能滿足高密度和微型化的需求，因此多層印刷線路板技術應運而生。現在，多層板的孔化及圖形電鍍技術，代 表著一個國家電子工業的水平。化學鍍中的各種化學鍍鎳技術，更是在電子工業中有舉足輕重的作用。從電磁屏蔽到硬盤的電鍍，都要用到 化學鍍鎳。當然化學鍍不僅僅是用于電子行業，在其它很多行業都有重要的價值，比如在石油化工行業，一些管 道的內壁

9、防護就在采用化學鍍鎳技術。2 . 3 功能性電鍍 功能性電鍍實際上是一個含義較廣的概念，它函蓋了電子電鍍、減磨電鍍、耐磨電鍍、以及所有有特別要求的電鍍技術。可以說舉凡對產品或材質表面有電學、力學、光學、生物學等方面要求而通過電鍍加工可以滿足其 要求的鍍層，都可以叫功能性鍍層。顯然，要滿足上述各種要求，光老工藝是不行的，因此，在功能性電鍍中的新工藝的比例是最高的。現在引 起各方面關注的是各種復合電鍍技術。 復合電鍍是指在單金屬電鍍或合金電鍍溶液中分散一些功能性微粒， 使之 在電鍍過程中與金屬或合金共沉積，從而使被鍍表面得到某些特定的性能。大家經常見到的沙面鍍鎳工藝，有一種就是采用了分散微粒的辦法

10、。早期的復合電鍍的載體大多數是采用的 鍍鎳工藝，現在已經發展到采用鍍鋅工藝為載體，進一步發展到以化學鍍為載體。用來做分散體的微粒有香料、磨料如金剛砂、 SiC 、 Al 2 O 3 等，也有顏料、石墨、二硫化鉬等。由這些 微粒的性能可以得知分散有它們的鍍層具有什么樣的功能。還有很多新工藝，都可以包括在功能性電鍍的范圍。可以預料，今后的電鍍新工藝的開發方向將主要是應用 于電子行業或有特殊要求的行業的功能性電鍍技術。 對二十世紀后期以合金電鍍和電子電鍍、 功能性電鍍為主的 電鍍新工藝作了簡要的回顧，對二十一世紀電鍍技術在研制新材料特別是納米材料中的作為做了展望。3 電鍍技術在新世紀的展望3.1 貼

11、近現代工業需要 二十一世紀對工業有許多苛求，要求高質量、高苛刻、高效率的同時，還要節能節耗和保護環境。因此，開 發高效節能而又無或少污染的電鍍新工藝將是一個長期的任務。隨著自動化技術的普及和觀念的更新，新世紀的電鍍工藝將更多地在設備上做文章，大電流短時間的高速電 鍍過程將會普及，溫度、濃度、 pH 值等的控制和鍍液凈化等都將逐漸向全自動化發展。無排放的電鍍工藝將出 現。 這些都是為的更加適合工業各界對電鍍的需要， 只有貼近現代工業的各種需要開發新工藝， 電鍍加工工業本 身在新世紀才有立足之地。3.2 制造新型材料 電鍍技術傳統上是用于防護和裝飾用途，但隨著電鍍技術的進步，電鍍加工已經不僅僅只用

12、于防護和裝飾領域，而且可以成為一個重要的新材料生產工具。電鍍技術已經成功地用來制作非晶態材料。非晶態材料是相對結晶材料而言的新型材料，它在硬度、強度、 耐腐蝕性能等方面都比傳統材料要好。現在大家經常能聽到一個詞，就是“納米”。 21 世紀也被稱為納米世紀。所謂納米是一種物質聚集狀態，當 原子或分子處于千萬分之一米到10億分之一米的范圍時，顯示出一些新的性質。 當材料結晶的大小介于幾個或幾十個納米時， 這種材料就有了意想不到的新的特性。 比如幾納米長的電極， 就可以將芯片運行速度提高幾萬倍； 由納米材料制成的金屬強度比普通金屬高十幾倍， 而自身象橡膠一樣富有彈性； 納米陶瓷保留了陶瓷的耐高溫和

13、高強度的特性卻又表現出塑性。 還有許多關于納米的神奇的性能和應用的故事。 總之， 人們對納米寄予了很大的 期望。目前世界上納米晶體材料的制作技術可以分為三大類：一是外力合成法，如機械研磨；二是電沉積的方法， 如電鍍沉積、等離子體沉積；三是相變界面形成法。其中電鍍方法與其它方法相比有其自身的特點，一是很多單 一金屬可以被電鍍出來，二是技術難度相對較小。因此，隨著對納米材料研究和需求的增長，使用電鍍技術來研 制和生產納米材料將不會是很遠的事情。3.3 電鍍成型說起電鍍成型， 很容易讓人想到電鑄。 但這里所說的電鍍成型與傳統的電鑄有其不同之處。 電鑄需要有一個母 型或模胎，再在上面電鑄后成型。而電鍍

14、成型是指在沒有母型的情況下，在特制的電解液內，由電極進行選擇性 間歇放電來進行電沉積，當這種放電受電腦控制時，可以根據電腦內存儲的信息鍍出所需要的形狀。這聽起來像科學幻想， 但很多發明正是源于科學幻想的。 相信在更多富有想象力的電鍍技術工作者的努力下， 電鍍技術還會有更多的用途被開發出來。通過考察乳酸、丙二酸、檸檬酸以及無機酸濃度對工藝的影響，確定了合適的中溫酸性化學鍍鎳工藝，其中復 合絡合劑由乳酸與無機酸L 組成，含量均為 10ml/L。測定了該中溫酸性化學鍍鎳的沉積速度以及鍍層的結合力、硬度、 耐蝕性與磷含量， 并通過掃描電鏡觀察了鍍層的形貌及微觀結構。 結果表明， 該中溫化學鍍鎳層光亮平

15、整、 結構致密均勻、顯微硬度可達480HV 耐硝酸點蝕時間大于 180s,磷含量為 7.50 %，鍍速達 20 卩 m/h。該工藝可與高溫化學鍍鎳媲美。鍍覆方法1化學氣相沉積 chemical vapor deposition 用熱誘導化學反應或蒸氣氣相還原于基體凝聚產生沉積層的過程。2物理氣才目沉積 physical vapor deposition 通常在高真空中用蒸發和隨后凝聚單質或化合物的方法沉積覆蓋層的過層。3化學鈍化 chemical passivation 用含有氧化劑的溶液處理金屬制件，使其表面形成很薄的鈍態保護膜的過程。4化學氧化 chemical oxidation 通過化

16、學處理使金屬表面形成氧化膜的過程。5陽極氧化 anodizing金屬制件作為陽極在一定的電解液中進行電解， 使其表面形成一層具有某種功能 （ 如防護性， 裝飾性或其它功能 ） 的氧化膜的過程。6化學鍍 （ 自催化鍍 ） autocalytic plating 在經活化處理的基體表面上，鍍液中金屬離子被催化還原形成金屬鍍層的過程。7激光電鍍 1aser electroplating 在激光作用下的電鍍。8閃鍍 flash（flash plate） 通電時間極短產生薄鍍層的電鍍。9電鍍 electroplating 利用電解在制件表面形成均勻、致密、結合良好的金屬或合金沉積層的過程。10 機械鍍

17、mechanical plating 在細金屬粉和合適的化學試劑存在下，用堅硬的小圓球撞擊金屬表面，以使細金屬粉覆蓋該表面。11 浸鍍 immersion plate由一種金屬從溶液中置換另一種金屬的置換反應產生的金屬沉積物，例如： Fe+Cu2iCu+Fe2+12 電鑄 electroforming 通過電解使金屬沉積在鑄模上制造或復制金屬制品 （ 能將鑄模和金屬沉積物分開 ）的過程。13 疊力口電流電鍍 superimposed current electroplating 在直流電流上疊加脈沖電流或交流電流的電鍍。14 光亮電鍍 bright plating 在適當的條件下，從鍍槽中直接

18、得到具有光澤鍍層的電鍍 。15 合金電鍍 alloy plating 在電流作用下，使兩種或兩種以上金屬 （也包括非金屬元素 ） 共沉積的過程。16 多層電鍍 multiplayer plating 在同一基體上先后沉積上幾層性質或材料不同的金屬層的電鍍。17 沖擊鍍 strike plating 在特定的溶液中以高的電流密度，短時間電沉積出金屬薄層，以改善隨后沉積鍍層與基體間結合力的方法。18 金屬電沉積 metal electrodeposition 借助于電解使溶液中金屬離子在電極上還原并形成金屬相的過程。包括電鍍、電鑄、電解精煉等。19 刷鍍 brush plating用一個同陽極連接

19、并能提供電鍍需要的電解液的電極或刷，在作為陰極的制件上移動進行選擇電鍍的方法。20 周期轉向電鍍 periodic reverse plating 電流方向周期性變化的電鍍。21 轉化膜 conversion coating 金屬經化學或電化學處理所形成的含有該金屬化合物的表面膜層，例如鋅或鎘上的鉻酸鹽膜或鋼上的氧化膜。22 掛鍍 rack plating 利用掛具吊掛制件進行的電鍍。23 復合電鍍 （ 彌散電鍍 ） composite plating 用電化學法或化學法使金屬離子與均勻懸浮在溶液中的不溶性非金屬或其他金屬微粒同時沉積而獲得復合鍍層 的過程。24 脈沖電鍍 pulse plat

20、ing 用脈沖電源代替直流電源的電鍍。25 鋼鐵發藍 / 黑 （ 鋼鐵化學氧化 ） bluing （chemical oxide） 將鋼鐵制件在空氣中加熱或浸入氧化性溶液中，使其表面形成通常為藍 （黑） 色的氧化膜的過程。26 高速電鍍 high speed electrodeposion 為獲得高的沉積速率，采用特殊的措施，在極高的陰極電流密度下進行電鍍的過程。27 滾鍍 barrel plating 制件在回轉容器中進行電鍍，適用于小型零件。28 塑料電鍍 plating on plastics 在塑料制件上電沉積金屬鍍層的過程。29 磷化 phosphating 在鋼鐵制件表面上形成一層

21、難溶的磷酸鹽保護膜的處理過程。鍍前處理和鍍后處理1鍍前處理 preplating 為使制件材質暴露出真實表面和消除內應力及其他特殊目的所需除去油污、氧化物及內應力等前置技術處理。2鍍后處理 postplating 為使鍍件增強防護性能、裝飾性及其他特殊目的而進行的（如鈍化、 熱熔、 封閉和除氫等等 ）電鍍后置技術處理。3化學拋光 chemical polishing 金屬制件在一定的溶液中進行處理以獲得平整、光亮表面的過程。4化學除油 alkaline degreasing 借皂化和乳化作用在堿性溶液中清除制件表面油污的過程。5電拋光 electropolishing 金屬制件在合適的溶液中進

22、行陽極極化處理以使表面平滑、光亮的過程。6電解除油 electrolytic degreasing 金屬制件作為陽極或陰極在堿溶液中進行電解以清除制件表面油污的過程。7電解浸蝕 electrolytic pickling 金屬制件作為陽極或陰極在電解質溶液中進行電解以清除制件表面氧化物和銹蝕物的過程。8浸亮 bright dipping 金屬制件在溶液中短時間浸泡形成光亮表面的過程。9機械拋光 mechanical polishing 借助高速旋轉的抹有拋光膏的拋光輪以提高金屬制件表面平整和光亮程度的機械加工過程。10 有機溶劑除油 solvent degreasing 利用有機溶劑清除制件表

23、面油污的過程。11 光亮浸蝕 bright pickling 用化學或電化學方法除去金屬制件表面的氧化物或其他化合物使之呈現光亮的過程。12 粗化 roughening用機械法或化學法使制件表面得到微觀粗糙， 使之由憎液性變為親液性， 以提高鍍層與制件表面之間的結合力的 一種非導電材料化學鍍前處理工藝。13 敏化 sensitization將粗化處理過的非導電制件于敏化液中浸漬， 使其表面吸附一層還原性物質， 以便隨后進行活化處理時， 可在制 件表面還原貴金屬離子以形成 活化層 或催化膜 ，從而加速化學鍍反應的過程。14 汞齊化 amalgamation (blue dip) 將銅或銅合金等金

24、屬制件浸在汞鹽溶液中，使制件表面形成汞齊的過程。15 刷光 brushing旋轉的金屬或非金屬刷輪 (或刷子 )對制件表面進行加工以清除表面上殘存附著物,并使表面呈現一定光澤過程。16 乳化除油 emulsion degreasing 用含有有機溶劑、水和乳化劑的液體除去制件表面油污的過程。17 除氫 removal of hydrogen (de-embrittlement ) 金屬制件在一定溫度下加熱或采用其他處理方法以驅除金屬內部吸收氫的過程。18 退火 annealing退火是一種熱處理工藝， 將鍍件加熱到一定的溫度， 保溫一定時間后緩慢冷卻的熱處理工藝。 退火處理可消除鍍 層中的吸收

25、氫，減小鍍層內應力，從而降低其脆性；也可以改變鍍層的晶粒狀態或相結構，以改善鍍層的力學性 質或使其具有一定的電性、磁性或其他性能。19 逆流漂洗 countercurrent rinsing 制件的運行方向與清洗水流動方向相反的多道清洗過程。20 封閉 sealing在鋁件陽極氧化后， 為降低經陽極氧化形成氧化膜的孔隙率， 經由在水溶液或蒸汽介質中進行的物理、 化學處理。 其目的在于增大陽極覆蓋層的抗污能力及耐蝕性能，改善覆蓋層著色的持久性或賦予別的所需要的性質。21 著色能力 dyeing power 染料在陽極氧化膜或鍍層上的附著能力。22 退鍍 stripping 退除制件表面鍍層的過程

26、。23 熱擴散 thermal diffusion 加熱處理鍍件，使基體金屬和沉積金屬(一種或多種 ) 擴散形成合金層的過程。24 熱熔 hot melting為了改善錫或錫鉛合金等鍍層的外觀及化學穩定性， 在比鍍覆金屬的熔點稍高的溫度下加熱處理鍍件， 使鍍層表 面熔化并重新結晶的過程。25 著色 colouring 讓有機或無機染料吸附在多孔的陽極氧化膜上使之呈現各種顏色的過程。26 脫色 decolorization 用脫色劑去除已著色的氧化膜上顏色的過程。27 噴丸 shot blasting 用硬而小的球，如金屬丸噴射金屬表面的過程，其作用是加壓強化該表面，使之硬化或具有裝飾的效果。2

27、8 噴砂 sand blasting 噴射砂粒流沖擊制件表面而達到去污、除銹或粗化的過程。29 噴射清洗 spray rinsing 用噴射的細液流沖洗制件以提高清洗效果，并節約用水的清洗方法。30 超聲波清洗 ultrasonic cleaning 用超聲波作用于清洗溶液，以更有效地除去制件表面油污及其他雜質的方法。31 弱浸蝕 acid dipping 金屬制件在電鍍前浸入一定的溶液中，以除去表面上極薄的氧化膜并使表面活化的過程。32 強浸蝕 pickling 將金屬制件浸在較高濃度和一定溫度的浸蝕液中，以除去其上的氧化物和銹蝕物等的過程。33 緞面加 212 satin finish使制

28、件表面成為漫反射層的處理過程。經過處理的表面具有緞面狀非鏡面閃爍光澤。34 滾光 barrel burnishing 將制件裝在盛有磨料和滾光液的旋轉容器中進行滾磨出光的過程。35 磨光 grinding 借助粘有磨料的磨輪對金屬制件進行拋磨以提高制件表面平整度的機械加工過程。測試和檢驗方法1 大氣暴露試驗 atmospheric corrosion test 在不同氣候區的暴曬場按規定方法進行的一種檢驗鍍層耐大氣腐蝕性能的試驗。2 中性鹽霧試驗 （NSS 試驗 ） neutral salt spray test（NSS-test） 利用規定的中性鹽霧試驗鍍層耐腐蝕性。3 不連續水膜 wate

29、r break 制件表面因污染所引起的不均勻潤濕性而使其水膜不連續的現象，這是一種檢查清洗程度的方法。4 pH 計 pH meter測定溶液 pH 值的儀器。5 孔隙率 porosity 單位面積上針孔的個數。6 內應力 internal stress在電鍍過程中由于種種原因引起鍍層晶體結構的變化， 使鍍層被拉伸或壓縮， 但因鍍層已被固定在基體上， 遂使 鍍層處于受力狀態，這種作用于鍍層的內力稱為內應力。7 電導儀 conductivity gauge 測量電解質溶液電導率的儀器。8 庫侖計 （ 電量計 ） coulomb meter 根據電解過程中電極上析出物的質量或體積 （對于氣體 ） 來

30、計量通過電量的儀器。9 旋轉圓盤電極 rotating disk electrode 測定溶液體系的擴散系數和電化學參數的一種電極。 它是將金屬棒嵌于同心塑料圓筒中， 金屬棒底面為電極的工 作面，電極同轉動馬達的轉動軸連接，整體固定在穩定的座架上，電極工作面垂直轉軸，其圓心對準轉軸心。這 樣，電極轉動時緊貼電極工作面的液相建立起一個厚度與轉速有關的均一、穩定的擴散層。10 旋轉環盤電極 rotating ring disk electrode環盤電極是在圓盤電極的工作面上裝有與其同心的環的電極， 環與圓盤之間用薄層絕緣材料隔離。 環電極用來檢 測圓盤電極上的可溶性反應產物，環盤電極也是電化學測試常用的電極。11 針孔 pores 從鍍層表面貫穿到鍍層底部或基體金屬的微小孔道。12 銅加速鹽霧試驗（CASS 試驗）copper accelerated salt spray （CASS test ）.用規定含銅鹽和醋酸的氯化鈉水溶液作噴霧劑而進行的一種加速腐蝕試驗。13 參比電極 reference electrode 平衡電極電勢非常穩定和高度可逆的半電池，它可同另一半電池構成原電池以確定后者的電極電