电镀参数

第五章镀镍
5.1镍的性质
(1) 色泽:银白色,发黄 (2) 结晶构造:FCC (3) 比重:8.908
(4) 原子量:58.69 (5) 原子序:28
(6) 电子组态:1S^2 2S^2 2P^6 3S^2 3P^6 3d^8 4S^2 (7) 熔点:1457 C
(8) 沸点:2730 C (9) 电阻:6.84 uohs-cm (10) 抗拉强度:317 Mpa
(11) 电解镍有较高硬度
(12) 大气中化学性安定不易变色,在600 C以上才被氧化
(13) 液中不被溶解
(14) 镍抗蚀性比铜强,铜制品宜镀上镍
(15) 镍易溶于稀硝酸,但在浓硝酸形成钝态不易溶解
(16) 镍在硫酸、盐酸中溶解比在稀硝酸溶解慢
(17) 镍的标准电位-0.25伏特,比铁正,对钢铁是属于阴极性镀层只有完全覆盖镍才能保护防止生锈
(18) 镍易于抛光可做为电镀中间层
(19) 当镍缺乏时可用铜锡合金代替
5.2镀镍工程
镍镀层的性质及外观能被控制而且操作范围很广,所以广泛被应用于装饰性工程性电镀及电铸
(1) 装镜面光泽的特性
工程性镀镍用于防腐蚀、耐磨、焊接性、磁性及其它特兴其镀层为纯的镍镍电铸是用电镀的方法制造全镍质的零件及物品,如镍工具、模具、铸模、唱片压板(record stampers),无缝管、染印网(printing screens)电镀反应为Ni+2e-Ni,其中Ni是由水溶液中镍盐提供而由阳极镍来补充、阳极效率近100% ,大于阴极电流效率所以镀浴之 Ni 离子及 pH 会曾加，虽带出 (drag-out)可抵消Ni的增加,但有时仍不足须加水及其它成份调节镀浴成份,并加酸来保持pH值镀镍一般可分为全光泽镍、半光泽镍、双重镍、三重镍、工程镍、犁地镍、电镀镍及镀黑镍
5.3装饰镍电镀
其各种镀浴配方(见5.4),其主要成份为硫酸镍(nickel sulfate)、氯化镍(nickel chloride)及硼酸(boric acid)。

硫酸镍主要是提供Ni的来源,氯化镍是帮助阳极镍溶解及导电性,硼酸是帮助镀层平滑及更具延性。

针孔防止剂(anti-pitting)或润湿剂(wetting agent)可防止氢气泡停滞而形成针孔镀层,不起泡沫之润湿剂可用空气搅拌减低表面张力。

大部份的镍镀浴都属专利商业配方,必须依照厂商提供的数据操作,典型的配方为瓦特镀浴
(wattsath)。

5.4装饰性镍镀浴配方
另外一种是平滑剂(leveling agent)如formaldehyde, comarin, ethylenecyanohydrin及butynediol。

这二种添加剂混合使用可得到光泽平滑镍镀层, 其光泽作用主要是硫共同析出(codeposition)的结果。

锌、镉,及硒(selenium)有光泽作用,半光泽镍只加平滑性添加剂所以不含硫,它很容易抛光而得到光泽表面,但一省去抛光而直接再镀一层全光泽即为二种镍(duplex nickel)更耐腐蚀。

通常双重镍与半光泽镍镀层厚度比为1:3。

另外在全光泽镍与半光泽镍间再镀上很薄(10％全部厚度),一层含高硫份(0.15％)的镍即为三重镍(triple layer nickel),其耐蚀性更加。

5.5 工程性镀镍(Engineering Nickel Plating)
镍具有优良的物理、机械及化学特性所以在工程或工业上应用很多,如防止腐蚀、硬度、耐磨及磁性等。

其镀层需无缺陷(defect-free)光泽性在这里不很重要。

其镀层之主要机械性质有:1.强度(tensile strength), 2.延展性(elongation),3.硬度(hardness), 4.内应力(internal), 5.疲劳限度(fatigue life),6. 氢脆性(hydrogen
embrittlement), 镍镀层常被应用于化学、石油、食品及饮料工业上防止腐蚀,防止产品污染及保持产品纯洁。

通常镍在氧化气氛下容易腐蚀,而还原性下不易腐蚀,但镍本身会形成氧化物钝态膜保护。

当其氧化物保护膜被氯化物容液侵入则会形成针孔状腐蚀。

一般镍镀层在中性或碱性溶液可以保护住,但太多数矿物则会被腐蚀。

5.6 工程镍镀浴配方
(1) 瓦特浴(watts bath)
硫酸镍 NiSO4．7H2O 300g/l 氯化镍 NiCl2．6H2O 60g/l 硼酸 H3BO3 37.5g/l pH值 3
浴温 60C
电流密度 430A/m^2
(2) 全氯浴(all-chloride bath)
氯化镍(NiCl2．6H2O) 300g/l 硼酸 H3BO3 37.5g/l pH值 3
电流密度 430A/m^2
(3) Sulfamate浴
Nickel Sulfamate Ni(H2NSO3)2 400g/l 硼酸 30g/l pH值 4.5 浴温 57C
电流密度 430A/m^2
5.7 瓦特镀浴镍镀层机械性质之影响因素
抗拉强度(tensile strength):随镍离子浓度增加而增加,操作范围内与浴温,pH值,电流密度比较没有关连。

延展性(elongation):随镍离子浓度增加而减少,温度增加至55C则增加,超过55C 则下降,与pH无关。

硬度(hardness):随镍离子增加而增加,温度上升至55C则减小,超过55C则增加。

内应力(internal stress):随镍离子增加而增加,氯化物增加则剧烈增加,电流密度增加由减少变成增加。

第九章镀锡
9.1锡的性质
(1)原子量:118.69 (2)原子序:50. (3)电子组态:1S22S22P63S23P63D104S24P64D105S25P2.
(4)熔点:231.9℃ (5)沸点:2270℃ (6)密度:5.77(灰锡aSn) 7.29(白锡bSn)
(7)变相点:13.2℃ (8)电阻:11.5 (9)导电度:15% IACS (10)强度:14 MPa
(11)硬度:Brinell 硬度10kg , 20℃
(12)结晶构造：白锡为立方体(simple cubic)，灰锡为BCT (body-centered tetragonal)
(13)标准电位：
Sn+ + ＋2e¯ －＞Sn -0.136V
Sn4+ ＋2e¯ －＞Sn2+ +0.15 V
Sn(OH)=6 ＋2e¯ －＞Sn(OH)4 ＋2OH¯ ＋0.9V
Sn(OH)=4 ＋2e¯ －＞Sn ＋4OH¯ －0.79V
锡是一种热及电的良导体, 易延展柔软的金属, 锡有原子价2
或4 , 属于两性元素金属, 作为电镀用的锡化合物主要有SnO2 .
xH2O , SnCl2或SnCl2 .2H2O,SnSO4 , Sn(BF4)2,K2(OH)6及N2Sn(OH)6.
9.2 镀锡的用途
(1)制造锡罐:因锡镀层无毒性,大量用在与食品及饮料接触之对象,中最大用途就是制造锡罐,其它如厨房用
具,食物刀叉,烤箱等.
(2)电器及电子工业:因锡容易焊接,导电性良好,广泛应用在电器及电子需要焊接的零件上.
(3)铜在线:改善铜线的焊接性及铜线与绝缘皮之间壁障作用.
(4)活性:因锡柔软,可防止刮伤,作为一种固体润滑剂.
(5)防止钢氮化.
9.3 锡镀浴的种类
(1)酸性锡镀浴
优点:
【1】锡是由二价还原,用电量省.
【2】镀浴导电性高,浴电压低,电流效率高.
【3】操作欲温接近室温,免加热设备.
【4】使用适当添加剂可得光泽镀层.
【5】对底材损害性较少.
缺点:
【1】操作及镀浴管理需很小心才能得到良好镀层.
【2】需用添加剂,否则易生成树枝或结节状镀层.
【3】不能使用不溶性阳极.
【4】有腐蚀性,镀槽须橡皮做里称.
【5】二价锡可能氧化成四价锡,变成钝态.
(2)碱性锡镀浴
优点:
【1】均一性良好. 【5】操作范围广.
【2】可容忍较多的不纯物. 【6】配方简单.
【3】不用添加剂可得到光泽. 【7】前处里要求不高.
【4】可用不溶解阳极.
缺点:
【1】阴极效率低,镀层薄.
【2】电化当量小只有酸性浴的一半,耗电量大.
【3】需使用在熔融技术得到光泽镀层.
【4】操作温度高,需加热设备.
【5】操作浴压较高.
【6】需使用可溶性阳极.
【7】操作可溶性阳极镀浴要很小心,否则容易得到不良镀层.
(3)连续高速锡镀浴:专用于连续电镀零件.
9.4 碱性浴的组成及其作用
碱性浴分为钾浴及钠浴,钾浴的主要成份世锡酸钾及苛性钾,其优点为操作范围广,溶解度大,使用电流密度高,效率高,导电镀大,氧化锡泥状物少生成,其缺点是较钠浴贵.钠浴的主要成份为锡酸及苛性钠.
各种成份的作用如下:
(1)锡酸钠或锡酸钾为主盐,提供锡离子的来源.
(2)苛性钠或苛性钾为导电盐,促进阳极溶解,防止sno2的形成.
(3)醋酸盐为缓冲剂,用来控制游离OH-.
(4)过氧化氢,氧化Sn++,以防止不良镀层.
(5)界面活性剂,防止针孔发生.
9.5碱性锡镀浴之管理注意要点
(1)阳极必须经常保持黄绿色皮膜,防止二价锡的形成,否则会产生粗造,附着性的黑色镀层.
(2)阳极电流密度过小,阳极成银亮色,无气体产生,镀层粗造.
(3)阳极电流密度适当,阳极成黄绿色.少量气体产生,镀层优良.
(4)阳极电流密镀过大,阳极呈褐色或黑色,大量气体产生,镀层良好,但浴中金属含量会减少.
(5)阳极黑褐色皮膜可用盐酸去除.
(6)游离碱含量过多,操作会有困难.
(7)若有二价锡过多,可用过氧化氢氧化二价锡或四价锡,以防止镀层不良.
(8)阴极电流密渡过高,电流效率降低使电镀速率减小.
(9)滚筒必须使用耐89~90℃的材料,否则采用酸性镀浴.
(10)温度过高,游离碱过多,需使用较高电流密度,否则阳极不易形成黄绿色.
9.6 碱性锡镀浴之配方
(1)钠浴配方
锡酸钠90 g/l
氢氧化钠7.5 g/l
醋酸钠0~15 g/l
过氧化氢依需量g/l 浴温60~80 g/l
浴压4~8 Volt
分析锡含量37.5 g/l PH 0.2
电流密度3~11 A/dm2 电流效率100%
面积比2:1
阳极锡
浴电压6 Volt
(2)硫酸浴
SnSo4 54~69 g/l
硫酸100~75 g/l
甲酚磺酸C7H6OH.HSO3 100~120 g/l B-柰酚1~1.25 g/l
凝胶2~2.5 g/l
浴温25℃电流密度27~32 A/dm2电流效率100﹪
面积比1:1
阳极锡
浴压6~12 Volt
9.8 高速锡镀浴
氯化锡SnCl2 63 g/l 氟化钠NaF 25 g/l
二氟氢钾KHF2 50 g/l
氯化钠NaCl 45 g/l
电流密度45 A/dm2
PH 2.7
第十一章镀银
10.1 银的性质
(1) 原子序：47 (2) 原子量：107.868 (3) 密度：10.491g/cm3
(4) 熔点：960.8℃(5) 沸点：2212℃(6) 电阻：159μΩ-cm3
(7) 结晶构造：FCC (8) 标准电位：＋0.7991V (9) 原子价：1
(10) 银是金属中导热及导电性最好的。

(11) 纯银的硬度有80～120Vicker较金稍硬，呈纯白色。

(12) 化学的抗蚀性良好，尤其对有机酸最为良好，对食品的抵抗性也很好，所以大量使用在餐器。

(13) 轴承润滑性非常优越，飞机上轴承常镀上银。

(14) 反射性强，用于玻璃反射器上。

(15) 在空气中不易氧化，但空气中有硫化物则变黑色。

10.3 银底镀（Silver Strike）
银较大部份金属〝贵〞(noble)，所以银会在银镀浴中置换析出，附着性差。

为了防止此现象在镀银先用低银含量高自由氰化物(free cyanide)镀浴打底电镀。

对于钢铁基材镀银则做二次打底(double strike)，打底电镀(strike plating)除了可防止浸镀镀层(immersion deposit)的发生，也是将不同的金属加以包覆起来，例如焊接及装配组件。

装饰银底镀时间在8～25秒，工程性银底镀时间在15～35秒。

银底镀浴组成如下：
例1
例1镀浴用在钢铁镀件的第一次底镀(first strike)。

例2
例2打底镀浴是用在钢铁镀件的第二次底镀(second strike)及非铁镀件打底。

10.4 镀银（Silver Plating）
镀银可分装饰性镀银(decorative silver plating)及工程镀银(enginee-ring silver plating)。

装饰性镀银应用于如手饰、刀、匙、叉。

工业应用于电子工业上的电接头、半导体组件(semi-conductor components)、电达天线。

机械工业上的如高负荷轴承(heavy-duty bearings)防止擦粘作用(galling)及粘蚀作用(seizing)、高热气的密封(sealing)。

镀银使用的阳极(anodes)需高纯度，至少要达到999的纯度。

阳极袋(anode bag)也需使用。

黑色阳极(blackanodes)在镀银有时会发生，其原因有pH太低、电度密度太大、低自由氰化物(free cyanide)及少量的铁、铋(bismuth)、锑(antimony)、硫、硒(selenium)、碲(tellurium)。

钢铁及不透钢的阳极用在打底电镀，石墨和铂(platinum)阳极用在特殊情况，阴效率是100％，除非镀浴污染严重。

10.5 镀银之后处理（Postplate Treatments）
银在大多空气中很快就变色(tarnishes)，此变色为黑竭色之硫化物污迹(sulfide stain)不仅泵坏外观而且损失焊接性(soderability)及增加接触之电阻(contact resistance)。

为了防止或阻延此变巴的形成，镀银需做镀后处理如再镀上层(overlays)金或铷(rhodium)，镀化处理(passivation treatments)包括铬酸盐处理(chromating)及涂装氧化镀(beryllium)、胶状物(colloidal)。

10.6 银镀浴之光泽剂（Brighteners）
镀银之光泽剂有下列几种：
(1) 二硫化碳(carbon disulfide)：0.01～0.02mg/1。

(2) 硫代硫酸钠()：0.3～1.5g/1。

(3) 硫代硫酸铵(60％)：1～2mg/1。

(4) 有机含硫化合物。

(5) VA或VIA元素(Se、Bi、Sb)之错合物(complex)。

一般有机光泽剂可得较好的电特性(electrical properties)。

锑(antimony)或硒(selenium)的光泽可得较耐磨的银镀层。

10.7 银镀浴之配方（Formulation）
(1) 正规镀浴(tranditional electrolyte)
(2) 高速浴(high speed baths)
(3) 非氰化物镀浴(non-cyanide systems)
10.8 银镀浴中组成的作用
(1)银：以氰化银、氰化银钾、硝酸银、氯化银或碘化银形式提供银离子做电镀沈积用。

(2) 游离氰化钾：增加导电性及均一性，但太多会使阳极极化(polarization)。

(3) 氢氧化钾：在高速浴中降低阳极极化作用、增加导电性。

(4) 碳酸钾：增加导电性、均一性。

(5) 温度：较高温度可用较高电流密度。

(6) 光泽剂：加强镀层光亮作用，少量使用。

(7) 电流密度：由温度、搅拌程度，自由氰化物浓度而有所改变。

(8) 金属杂质：降低阴极效果，铬会产生脱落，铁会生成多孔呈黄色。

(9) 有机杂质：均一性变差，电流密度范围少，产生较粗糙及多孔镀层。

10.9 银镀浴的控制及净化
镀镀浴的控制是以化学分析维持金属银，自由氰化物(free cyanide)的浓度、调节浴温、搅拌程度及使用阳极袋。

有机物杂质用活性碳处理，金属杂质可用沈淀法、螯合法或镀出法去除。

第十一章镀金
11.1金的性质
1.原子序:79
2.原子量:196.9665
3.结晶构造:FCC
4.熔点:1063℃
5.沸点:2809℃
6.密度:19.302g/cm
7.电组:2.06μΩ-cm
8.抗拉强度:124MPA 9.硬度:25Vickers 10.标准电位:+1.68
11.原子价:+1及+3 12.金是一种带有黄色金属,是最软化金属之一,有最大的延性及可锻性
13.金有非常优良的导电性,不易腐蚀生锈,长期使用可确保电开关及接点的倒电做用
14.金有优良的红外线反射性
15.金的抗酸性强,可抵抗大多数酸侵蚀,只有王水才可溶解它,氰酸在没有氧下反应非常慢, 但含氧则反应变快,磷
酸不做用,硫酸250℃以下不作用,氢氟酸在没有氧化剂下不做用,盐酸在沸点下不做用,硝酸落没有卤素则不会作用,晒酸是惟一的单酸能和金作用
16.金可抵抗碱金属的之氢氧化物及碳酸化物在任何温度下作用,但碱金属之氰化物溶液在含有氧下会溶解金
17.熔融的过氧化讷及氰化物会腐蚀金,其它非氧化性盐类及硝酸盐类则不会做用
18.汞及汞盐会与金作用,要避免接触防止金合金应力脆裂
11.2镀金的用徒
镀金的用途分为装饰性及工业性,装饰性的镀金可镀成许多种颜色及各种K金镀层,应用与珠宝,手饰,装饰品等,工业上之电子工业如何印刷电路,接点,接合器,应用金的良好接触性质,抗腐蚀性及可焊性,太空工业上应用金的高反射性,化学工业上应用金的,抗化学性
11.3镀金步骤
1.清洁:依据污物的种类及程度做彻底的洗净
2.酸浸:去除氧化物遗迹
3.活化性:不锈钢,镍,及镍合金,钼,及钨等用氯化镍酸液活化,而后用氰化物(10% KCN )浸渍
4.金打底镀:用低金,高自由氰化物镀浴作几秒钟预镀
5.镀金:根据配方操作条件及镀层的要求进行电镀
11.4金镀浴中各种成份的作用
1.氰化金钾:供给电镀金离子
2.氰化钾:产生自由氰化物,使氰化金化合物分解,增加导电性,防止铜镍的沉积
3.碳酸钾:增加导电性,用做缓冲剂
4.碳酸氢二钾:做用如同碳酸钾
11.5金属液的控制
1.全金属分析:用比重测定法或极化计测定法
2.自由氰化物分析:硝酸银滴定
3.温度
4.电流密度
5.有机污染:用哈氏槽试验
附備注，僅供參考：。