模具表面的电镀技术

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•Zn-Sn
•Pb-Sn-Cu
•Sn-Ni •Cd-Ti •Au-Co •Au-Ni •Pb-Sn •Pb-In
模具表面的电镀技术
电镀合金的特点
电镀合金与热熔性合金相比: v 容易获得高熔点和低熔点金属组成的合金 v 可获得热熔相图所没有的合金 v 在相同合金成分下，电镀合金与热熔合金相
v ②消耗镀液较多
v ③消耗阳极包缠材料。
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模具表面的电镀技术
化学镀
化学镀是在无电流通过(无外界动力)时借助还原剂 在同一溶液中发生氧化还原作用，从而使金属离子 还原沉积在自催化表面表面上的一种镀覆方法。化 学镀与电镀的区别在于不需要外加直流电源，无外 电流通过，故又称为无电解镀。所以化学镀可以叙 述为一种用以沉积金属的、可控制的、自催化的化 学还原过程 。其基本原理是被镀件浸入镀液中，化 学还原剂在溶液中提供电子使金属离子还原沉积在 镀件表面。
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v 磁性能镀层，例如软磁性能镀层有Ni-Fe、Fe-Co镀层；硬 磁性能有Co-P、Co-Ni、Co-Ni-P等。
v 可焊性镀层，例如Sn-Pb、Cu、Sn、Ag等镀层，可改善元 件可焊性，在电子工业中广泛应用。
v 耐热镀层，例如Ni-W、Ni、Cr镀层，熔点高，耐高温。
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三、在合金共沉积理论中的阴极极化曲线
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•氰化物镀液电沉积Ag-Zn合金极化曲线
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•氰化物镀液电沉积Ag-Cd合金极化曲线
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金属共沉积的条件
1、条件 合金中的两种金属至少有一种金属能单独 从其水溶液中电沉积出来 金属共沉积的基本条件是两种金属的析出 电位要十分接近或相等
电镀层的质量除了取决于镀层本身的本性外，还受到镀液、 电镀规范、基本金属及前处理工艺等的影响。
所以要获得质量优良的镀层，还应有合理的镀液组成和合 理的工艺控制。
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电镀合金
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为什么要用合金镀层？
v 对镀层性能上的高要求 v 品种远远大于单金属 v 特殊的物理性能、化学性能、机械性能，使
v 镀镍：
镀镍的应用面很广，可用于防护装饰性和前者主要用于自行 车、钟表、家用电器、五金产品、汽车、照相机等零件的防 护装饰性镀层,后者主要用于易磨损产品的修复电镀.
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槽镀的条件
v 1．电流密度(镀液特性，镀件结构) v 2．电镀位置(阴阳极相对距离、位置) v 3．搅拌状况(速度←→稳定度)? v 4．电流波形(滤波度,PR,脉波等) v 5．阳极(可溶性, 不可溶性,辅助性) v 6．镀液温度(Au-50℃ ,Ni-55℃ ,SnPb-20℃) v 7．PH值(酸性, 中性,碱性) v 8．比重(粘度←→导电度) v 9．镀液组成分为(金属离子含量、比例等
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电刷度的原理及特点
电刷镀的工作原理： 电刷镀的工作原理示意图。电刷
镀时，工件与专用直流电源的负 极连接，刷镀笔与电源正极连接。 刷镀笔上的阳极包裹着棉花和棉 纱布，蘸上电刷镀专用的电解液， 与工件待镀表面接触并相对运动。 接通电源后，电解液中的金属离 子在电场作用下向工件表面迁移， 从工件表面获得电子后还原成金 属离子，结晶沉积在工件表面上 形成金属镀层。随着时间延长， 镀层逐渐增厚。镀液可不断的蘸 用，也可用注射管、液压泵不断 地滴入。
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槽镀的基本原理
❖ 槽镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成 有一定性能的金属镀层的过程。电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融盐。 当直流电通过两电极及两极间含金属离子的电解液时，金属离子在阴极上还原沉 积成镀层，而阳极氧化将金属转移为离子。以镀镍为例：将金属制件浸在金属盐 （NiSO4）的溶液中作为阴极，金属镍板作为阳极，接通直流电源后在制件上就 会沉积出金属镀镍层。
比，硬度高，延展性差 v 容易获得组织致密，性能优异的非晶态合金
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电镀合金镀层与单金属镀层相比
v 能获得单一金属所没有的特殊物理性能，如 导磁性，减摩性（自润滑性），钎焊性
v 合金镀层结晶更细致，镀层更平整光亮
v 可获得非晶态结构镀层
v 合金镀层可具备比组成他们的单金属更耐磨、 耐蚀、更耐高温，并有更高硬度和强度，但 延展性和韧性通常有所降低
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模具表面的电镀Biblioteka Baidu术
v 不能从水溶液中单独电镀的W、Mo、Ti、 V等金属可与铁族金属Fe、Co、Ni实现共 沉积
v 能获得单一金属得不到的外观，通过成分 设计和工艺控制可得到不同色调的合金镀 层，具有更好的装饰效果
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1、电解液中金属离子浓度的影响 (包括金属离子浓度和金属离子总浓度)
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常见的槽镀种类
v 镀锌：钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀,用量占全部电镀 零件的1/3至1/2 是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。 镀锌具有成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点，在轻工、 机电、农机和国防等工业中得到广泛应用。
v 镀镉：钢铁零件上镀镉,
v
于食品罐头包装制品、饮具、餐具及电子工业中很多需要钎 焊的零件
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槽镀的常见材料
v 【基底材料】能与其表面上沉积金属或形成膜层的材料。 v 【添加剂】镀液中含有改进溶液的电化学性能或改善镀层质量的少量添
加物。使镀层产生光泽的称光亮剂；使镀层得到整平的称整平剂；使电 解液稳定的称稳定剂。添加剂对阴极极化过程的影响，有两种观点。一 种吸附理论认为有些添加剂具有表面活性作用，能吸附在电极的表面阻 碍金属的析出，提高了阴极极化作用改善镀层质量；一种理论认为添加 剂在电解液中形成胶体，吸附了放电金属离子，构成胶体—金属离子型 的络合物，使阴极极化作用增大，胶体与金属离子结合牢固阻碍了金属 离子的放电。 v 【表面活性剂】即表面润湿剂。处理溶液在添加量低的情况下，也能显 著降低界面张力的物质。为减少各类处理溶液对基板表面的张力，按照 溶液的特性添加一定量的表面活性剂。 v 【表面活化剂】分子内亲水基和亲油基化合物，两界面相吸附，界面自 由能降低。油在水中被乳化生成可溶性化合物。
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v 镀铬：
铬在大气中能长久保持光泽，在碱液、硝酸、硫酸及许多有 机酸中不发生反应，镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨性及 较低的摩擦系数，故镀铬常用于防护装饰性镀层，防止基体 金属生锈和美化外观，也常用于提高制品的耐磨性或修复磨 损。
v 镀铜：
镀铜常作为其他镀层的中间层，以提高表面镀层和基体金属 的结合力。在电力工业中，也可用铁丝镀厚铜来代替纯铜导 线，以减少铜的耗用量。
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电镀金属的种类
v 电镀金属的种类约有30多种，其中应用较广 的有镀锌，镉，铜，镍，银，锡，金，铁， 钴，铅，锑，铂，钛，铹等十多种。除单金 属镀层外，还有很多合金镀层，例如镀铜锡， 铜锌，铜镍，镍铁，铅锡，锌锡，锌铁，锌 镍，铜镉，锌镉，锡铁，锡钴，钨铁等
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金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上，只
要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实 现电沉积。但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其他离 子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉 积过程。所以金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其 本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢还原电位 的相对大小。
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优点：
v ①设备简单，携带方便，不须要大的镀槽设 备。
v ②工艺简单，操作方便，凡镀笔能触及到的 地方均可电镀。
v ③镀层种类多，与基体材料的结合力强，力 学性能好。
v ④沉积速度快，生产效率高，操作安全，对 环境污染小。
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缺点： v ①劳动强度大
镀锌钢例子：热镀锌管是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者 相结合。热镀锌是先将钢管进行酸洗，为了去除钢管表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵 或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中。热镀 锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。热镀锌钢管基体与熔融的镀液发生复杂 的物理、化学反应，形成耐腐蚀的结构紧密的锌一铁合金层。合金层与纯锌层、钢管基体 融为一体。故其耐腐蚀能力强。
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电镀层的分类
v 电镀的目的是改善材料的外观，提高材料的 各种物理化学性能，赋予材料表面特殊的耐 腐蚀性、耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、 光学性能等。
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镀层使用性能
v 防护性镀层，例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层，作为耐 大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。
v 防护-装饰性镀层，例如Cu-Ni-Cr镀层等，既有装饰性，又 有防护性。
v 装饰性镀层，例如Au及Cu-Zn仿金镀层、黑铬、黑镍镀层 等。
v 耐磨和减磨镀层，例如硬铬、松孔镀、Ni-SiC、Ni-石墨、 Ni-PTFE复合镀层等。
v 电性能镀层，例如Au、Ag镀层等，既有高的导电率，又可 以防氧化，避免增加接触电阻。
•Co：-0.277V •Ni： -0.246V
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2、配位剂浓度的影响： 单一配位剂：氰化镀黄铜；酸性氟化物镀Sn-Ni
混合配位剂：碱性氰化物镀Cu-Sn
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➢ 3、添加剂的影响
✓ 添加剂与配位剂相比，其影响要小得多 ✓ 添加剂含量达到一定值后，镀层组成可基本不变 ✓ 添加剂通常对简单盐镀液有明显影响 ✓ 添加剂对合金成分的影响常有选择性
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v •金属的析出电位：通常将金属在阴极表面开 始析出时的电位称为该金属的析出电位，也 称沉积电位。
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•2、实现共沉积通常采取的措施
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电刷度
定义：电刷镀是在被镀零件表面局部快速电 沉积金属镀层的技术，也称选择电镀、笔镀、 涂镀、擦镀、无槽镀等。 v 本质：依靠一个与阳极接触的垫或刷提供 电镀需要的电解液的一种电镀形式。
v 修复用镀层，一些造价较高的易磨损件，或加工超差件，采 用电镀修复尺寸，可节约成本，延长使用寿命，例如可电镀 Ni、Cr、Fe层进行修复。
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v 若按镀层与基体金属之间的电化学性质分类，可分 为阳极性镀层和阴极性镀层。凡镀层相对于基体金 属的电位为负时，镀层是阳极，称阳极镀层，如钢 上的镀锌层；当镀层相对于基体金属的电位为正时， 镀层呈阴极，称为阴极镀层，如钢上的镀镍层、镀 锡层等。
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2020/11/20
模具表面的电镀技术
电镀的基本原理
电镀技术是一种用电化学方法在基体（金属或 非金属）表面沉积金属或金属化处理的技术。它能 使均匀溶解在溶液中的金属离子，有序地在溶液 （即镀液）中和基体表面接触获得电子、还原成金 属金属原子并沉积在基体表面，形成宏观金属层— —镀层。它是物理和化学的变化或结合。
合金镀层在各方面优于单金属镀层
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优势方面
v 抗腐蚀性 v 硬度 v 耐磨、减摩性能 v 耐高温性能 v 弹性 v 焊接性 v 外观
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电镀合金的应用和分类
230种，生产30多种
•Cu-Zn
•Cu-Sn
•Ni-Fe
•Ni-Co
•Zn-Ni
v 【去离子水】电镀/化学镀溶液，或配制或调整，或工件需 要特别清洗，使用经过阴阳两种离子交换的树脂处理，将其 水中存在的各种离子予以吸附除去，获得纯度极高的水。
v 【活性炭】由木质粉末烧制成粒度极细的木炭粉，呈多孔结 构具有极大的表面积，有高的吸附性能，能吸附大量的有机 物。用于清除电镀液的有机杂质，有粉状和颗粒状两种类型。
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v 【润湿剂】能降低制件表面与溶液间界面张力，使制件表面 易于被溶液润湿的物质。电路板微孔镀覆中的各种处理溶液 大部分要添加润湿剂，使孔壁绝缘材料的表面具有对液体的 亲和力，使处理液很易润湿孔壁的表面，增加与溶液充分接 触。
v 【导电盐】提高电镀溶液导电性，添加一定数量的盐类。镀 金电解液中所添加的有机盐类。