表面活性剂在电镀工艺中的应用

10 10 20 10 10 10 20 10
20
O3
～～～～～～～～
～
15 20 30 20 20 20 25 20
30
表面
1～
1～
1～
活性
2
2
2
剂
OP 乳
2～
1～
1～
1～
化剂
3
3
3
3
海鸥
2～
洗涤
4
剂/
（ mL
/L）
pH 值
10
温 度 80 ～ 70 80 80 70 70 40 60 60 40 60 80 70
乙烯醚、聚氧乙烯(5，11)脱氢松香胺、蓖麻油聚氧乙烯醚、二甲酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯
一聚氧丙烯嵌段聚醚等。阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、阳离子表面活性剂氯化
十六烷基吡啶(CPC)及非离子表面活性剂辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP)在盐酸介质中的缓蚀效率
还与它们的浓度有关，在较低的浓度范围内对铅的缓蚀率顺序为 CPC>SDS>OP，但当浓度达
锈蚀产物及少量油污
OP乳化剂 (1～29／L)
80～95℃ 的黑色金属制品
乌洛托品 (3～59／L)
硫酸(d=1.84)(1OOmL／L)
室温
用于铜和铜合金制品
6
OP乳化剂 (25g／L)
硫酸(d=1.84)(300mL／L)
用于耐酸塑料制品
7
重铬酸钾 (15g／L)
室温
OP乳化剂 (8g／L)
④表面活性剂除油 表面活性剂除油剂以表面活性剂为主要成分，辅以助溶剂和缓蚀 剂。它除油主要靠表面活性剂的乳化作用，因此使用时应有搅拌，可以在室温或稍高温度下 进行，节省能源。该方法适用于各种金属零件，但由于成本较高，目前仅应用于一些精密部 件的除油。应用最多的是非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。
为一般浸蚀、强浸蚀、光亮浸蚀和弱浸蚀四种。
由于金属氧化物大都属碱性氧化物，浸蚀液一般呈酸性，所以浸蚀又称为“酸洗”。大
部分浸蚀液都采用硫酸或盐酸的水溶液以及它们的混合物。酸在溶解金属氧化物的同时也会
溶解金属本身，为了减少金属的溶解，常需加入缓蚀剂。缓蚀剂有若丁(二邻甲苯硫脲)、硫
脲、硫胺、乌洛托品等。另外，一些表面活性剂也可起到缓蚀的作用，常用的有烷基酚聚氧
除油质量。对细孔和盲孔中的油污用一般化学和电化学除油方法往往难以除去，如果用超声
波，则很容易清除。但超声波发生器价格昂贵，短时间难以普及。
1.2 浸蚀
金属零件浸渍在酸性溶液中，除去锈蚀产物或氧化膜的过程称为浸蚀。浸蚀是电镀工艺
中的重要工序之一，按其性质一般分为化学浸蚀和电化学浸蚀两大类，按其用途大致又可分
/℃ 95
～～～
～～～～～～～
90 90 95
70 80 80 70 80 90 80
②乳化液除油 在煤油、汽油或其他有机溶剂中加入一些表面活性剂和水，搅拌制成乳
化液。这种乳化液有很强的脱脂能力，特别对重油的去除有显著作用，脱脂效果接近有机溶
剂，且克服了有机溶剂易燃、易挥发的缺点。
常用的表面活性剂有十二烷基二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基醇酰胺磷酸酯、
1 被镀零件的镀前预处理 被电镀的零件通常表面不够平整．甚至还可能有铸造时留下的砂粒，在加工、存储、运 输等过程中，表面还会黏附油脂、灰尘、氧化物、手汗等污物，所以在电镀前必须进行彻底 的表面预处理，才能保证镀层与基体结合比较紧密，镀层完整无缺陷。通常预处理包括机械 整平、除油、除锈、清洗、干燥。这里我们只着重介绍与表面活性剂相关的工序。 1．1 除油 金属制品除油是电镀前的一个很重要的工序。因为被油污黏附的地方通常不导电，导致 镀层产生麻点、针孔以及与基体结合不牢等弊端。制品表面黏附的油污，不外乎矿物油、动 物油和植物油。前文我们提到动植物油与碱作用发生皂化，称为皂化油。而各种矿物油如石 蜡、凡士林、多种润滑油等不与碱发生皂化，统称为非皂化油。根据油污的特性和污染的程 度，可以有针对性地选择除油方法。常用的除油方法有：有机溶剂除油、化学除油、电化学 除油和超声波除油等。有机溶剂对油脂有很强的溶解能力，如能溶解重质油、老化变质油和 抛光膏中的油脂等。常用的溶剂有汽油、煤油、三氯乙烯、四氯化碳等。它们存在一些缺点， 如易燃、易挥发、对人体有害等。近年来，由于非溶剂除油方法的发展，已可替代溶剂除油 工艺，这里不再赘述。 (1)化学除油 ①碱液除油 碱液除油主要是借助碱对油脂的皂化作用来除油，它对可皂化油的去除能 力强，而对非皂化油的作用很弱。通常在碱液中加入硅酸钠、表面活性剂等以提高它的去污 能力。 用于碱性洗液的表面活性剂必须是耐碱的，即在碱性溶液中能够稳定存在。可选用非离 子型和阴离子型表面活性剂，并以两种或多种表面活性剂复配效果更好。在碱性溶液中适用 的表面活性剂有：乳化剂 0P 一 10(辛基酚聚氧乙烯醚)、TX-10(仲辛基酚聚氧乙烯醚)、乳 化剂 FM(油酸三乙醇胺)、平平加 0 一 20(月桂醇环氧乙烷缩合物)、乳化剂 6501(十二烷基 二乙醇酰胺)、6503(十二烷基二乙醇酰胺磷酸酯)、LAS(十二烷基苯磺酸钠)等。用于不同金 属的碱性除油剂配方如表 1 所示。
(5～7.5g／L)
50～60℃ 锈 蚀 产 物 及 少 量 油 污
乌洛托品
(5g／L)
的黑色金属制品
盐酸(d=1.19) (800～900mL／L)
4
烷基苯胺磺酸钠(48～49g／L)
室温
硫脲
(10g／L)
硫酸(d=1.84)(35～45mL／L)
用于表面兼有氧化皮、
5
盐酸(d=1.19) (950～960mL几)
到某一值后顺序改变为 SDS>CPC>OP。
在浸蚀过程中，由于酸液表面会产生酸雾，既影响工人的身体健康，又污染环境，：而
且腐蚀车间的设备。加入表面活性剂后，一方面表面活性剂分子在液面定向排列，形成一层
致密的表面膜，阻碍酸雾的逸出；另一方面，表面活性剂可以在液面形成泡沫，也能抑制酸
雾的挥发。有的表面活性剂可能同时起到洗涤、缓蚀、抑雾等作用。
N，N-油酰甲基牛磺酸钠、甲氧基脂肪酰胺苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、油酸钠、油酸三乙
醇胺、十二烷基苯磺酸钠和烷基苯磺酸铵等。为了增进乳化清洗液在水中的溶解度和增加污
垢的溶解，往往还加入助溶剂尿素。此外，还加入稳泡剂椰子油酸二乙醇酰胺、烷基醇酰胺
磷酸酯等。有时为减少泡沫要加入硅油、Span20、Span80、Span85、低分子醇等消泡剂。当
5
油酸钠
15
该配方使用时稀释至 2％～3％，适用于钢铁及铜、铝零件的清洗。
(2)电化学除油 电化学除油是将欲除油的零件用挂具置于阴极或阳极上，通以直流电。
由于没有金属离子的析出，所通过的电流在阴极上对H+还原，析出氢气。在阳极上则对含氧
的化合物氧化而析出氧气。氢、氧气泡能撕裂油膜，且氢气、氧气的析出，强烈地搅动了溶
然，往往还加有洗涤助剂、缓蚀剂、抗再沉积剂、填充剂等，可参见第二章有关内容。表 2
中列出了几种常用的乳化除油剂的配方。
表 2 乳化除油剂的配方及使用温度范围
配方(g／L)和工艺条件
1
2
3
煤油
89.0
60
粗汽油
82
三乙醇胺
3.2
4.3
5
三氯乙烯
20
表面活性剂
10
15
水
余量
余量
余量
温度/℃
20～40 20～40 20～40
③酸性除油 酸性除油液由有机酸、无机酸和表面活性剂混合而成，它可同时除去油污
和金属表面的氧化物。常用的表面活性剂有 OP 乳化剂、平平加、烷基苯胺磺酸钠等。不同
用途的酸性除油液配方及应用见表 3。
表 3 几种酸性除油液的配方及应用
序号 组 成
使用温度 用 途
硫酸(d=1.84) (256mL／L)
用于表面附有氧化皮
1
OP-10乳化剂 (9.2g／L)
60～65℃ 及 少 量 油 污 的 黑 色 金
若丁
(5g／L)
属制品
硫酸(d=1.84) (80～135mL／L)
2
平平加乳化剂 (1525mL／L)
0～85℃
硫腺
(1～2mL／L)
盐酸(d=1.19) (185mL／L)
用于表面附有疏松
3
OP乳化剂
为 5～10A／dm2条件下，电解lmin，即可除去黄铜表面的油污及抛光胶，而且可抑制碱雾逸
出。但用于钢铁制件的电解除油时，通电时间大于 2min，钢铁制件表面会形成黑色的、难
活化去除的氧化膜，从而影响电镀层与基体的结合力。加入十二烷基硫酸钠和 0P乳化剂则
效果较好。
电解除油的组分及工艺条件如下。
组分
3
40
～～～～～～～～～～
40 30 20 50 20 20 30 25 20 30
Na3PO 30 ～ 20 30 50 10 40
15
10
4·12 40
～～～～
～
～
H2O
40 70 20 50
30
20
NaHC
5～
O3
10
Na4P2
10 10
O7 · 1
～～
0H2O
15 15
Na2Si 5～15 30
表 1 碱性除油剂的工艺规范
含 量 钢铁
铜及铜合 铝及铝合金
锌及锌合 镁 锡及锡合
（ g/
金
金
及金
L）
镁
合
金
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
NaOH 50 ～ 20 20 10
25
100
～～
～
30 15
30
Na2CO 20 ～ 20 30 20 10 40 15 15 15 20 10 25
近年来镀锌工艺由高氰向中氰、低氰过渡，并出现了不少无氰镀锌的工艺。
氰化物镀锌液通常由氧化锌、氰化钠、氢氧化钠和添加剂组成。氧化锌作为溶液中锌离
子的来源，其含量应控制在规定的范围内。氰化钠在中、高氰镀液中是主要络合剂，它的作 用主要是络合镀液中的锌离子，形成[Zn(CN)4]2 一络离子，增大阴极极化，使镀层结晶细致。 氢氧化钠在高氰镀液中主要起提高电导和电流效率的作用。
(1)氰化物镀锌 氰化物镀锌是较早使用的镀锌工艺，在过基半个世纪中，高浓度氰化
镀锌一直被广泛使用。氰化镀液具有分镯和深镀能力好、结晶细密、与基体结合力强、耐腐
蚀性好、工艺箍围宽、镀液稳定性好、对杂质不太敏感等优点。但氰化物属剧毒物质，不仅
对工人身体有害，排出废水也会造成环境污染。随着人伊对环境保护的关注程度越来越高，
液，对油污有一定的冲刷作用，使油污被洗掉。电化学除油的电解液一般不使用或少使用表
面活性剂。即便使用也选择低泡的表面活性剂，否则会在液面上形成大量氢气和氧气的泡沫，
遇火则会引起爆鸣。电化学除油比化学除油要快几倍，清洗效果也很好。
6201 氟碳表面活性剂(结构如下)可用于无氰电镀工艺中镀件的电解除油。在电流密度
磷酸钠(Na3P04)
45～50g／L
组分 十二烷基硫酸钠
0．02～0．03g／L
氢氧化钠(NaOH)
35～40g/L
OP 乳化剂
0.01g／L
碳酸钠(Na2C03)
30～35g／L
工艺条件：
温度
60～70℃
电解时间
3～5min
电流密度
4～5A／dm2
(3)超声波除油 超声波除油即借助于超声波振荡强化除油过程，缩短除油时间，提高
配方 l
l05 清洗剂
组分(质量分数)
组分(质量分数)
聚氧乙烯脂肪醇醚
24
十二烷基二乙醇酰胺
来自百度文库
24
l02
OP 一 10 乳化剂
12
水
40
该配方使用时可稀释至 2％～5％，适用于钢铁和铝制零件，对铜有腐蚀。
配方 2
771 清洗剂
组分(质量分数)
组分(质量分数)
聚醚
35
油酸三乙醇胺
30
二乙醇酰胺
15
稳定剂
镀锌添加剂可分为无机和有机两大类，最常用的无机添加剂是硫化钠(Na2S)，它是一种 含硫的化合物，能与某些重金属杂质(pb2+、Cu2+、Sn4+等)化合后产生沉淀，从而净化了槽液。
另外硫化钠还能起到一些光亮作用，使镀层结晶细致。因此在氰化镀锌槽中应保持一定量的
硫化钠。氰化镀锌工艺规范见表 4。
表 4 氰化镀锌工艺规范
组分(g／L)及工艺条件
微氰镀锌 低氰镀锌 中氰镀锌 高氰镀锌
氯化锌(ZnO)
14
14～16 18～22
44
氢氧化钠(NaOH)
110
95～105 85～95
85
氰化钠(NaCN)
5
15～26 35～40
100
硫化钠(Na2S) 光亮氰锌-92／(mL／L)
0.1～O．3 0.1～0.3
6～8
5～7
2 单金属电镀
2．1 镀锌
镀锌是电镀行业中用量最大的镀种，约占总电镀量的 60％以上。它是一种防护性镀层，
也有一定的装饰性，但随着光亮剂的不断更新，光亮镀锌的应用逐渐增加了其装饰功能。按
镀锌溶液可爱为：碱性镀锌、酸性镀锌和弱酸性镀锌。目前生产中较常使用创有：氰化物镀
锌、锌酸盐镀锌、氯化铵镀锌和氯化钾镀锌等。
CKZ-840／(mL／L)
5～6
2
温度／℃ 二电流密度／(A／dm2)
15～45 2～6
常温 2～4
常温 2～6
15～45 2～6
滚镀电流 滚镀电流
4—8A·kg 5～10A·kg
有机添加剂(光亮剂)种类很多，有高分子化合物，如明胶、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺；有 芳香醛和杂环化合物，如糠醛、洋茉莉醛、大茴香醛、藜芦醛(3，4 一二甲氧基苯甲醛)、