滚镀的概念及其优缺点

滚镀的概念及其优缺点
引言
滚镀适用于因形状、大小等因素影响无法或不宜装挂的小零件的电镀，它与早期小零件电镀采用挂镀或篮筐镀的方式相比，节省了劳动力，提高了劳动生产效率，而且镀件表面质量也大大提高。

所以，滚镀的发明与应用在小零件电镀领域无疑有着非常积极的意义。

滚镀，早在20世纪20年代就已经在工业上得到应用。

国内滚镀最早于20世纪50年代中后期出现在上海，机械化连续滚镀设备在20世纪60年代左右开始使用，但当时的设备仅仅能够手动控制，而大型全自动滚镀生产线大概从20世纪90年代开始才有较为广泛应用。

目前，滚镀的产量约占整个电镀加工的50%左右，并涉及到镀锌、铜、镍、锡、铬、金、银及合金等几十个镀种。

滚镀已成为应用非常普遍且几乎与挂镀并驾齐驱的一种电镀加工方式。

1 滚镀的概念
滚镀严格意义上讲叫做滚筒电镀。

它是将一定数量的小零件置于专用滚筒内，在滚动状态下以间接导电的方式使零件表面沉积上各种金属或合金镀层，以达到表面防护、装饰及各种功能性目的的一种电镀加工方式。

典型的滚镀过程是:将经过镀前处理的小零件装进滚筒内，零件靠自身的重力作用将滚筒内的阴极导电装置紧紧压住，以保证零件受镀时所需的电流能够顺利地传输。

然后，滚筒以一定的速度按一定的方向旋转，零件在滚筒内受到旋转作用后不停地翻滚、跌落。

同时，金属离子受到电场作用后在零件表面还原为金属镀层，滚筒外新鲜溶液连续不断地通过滚筒壁板上无数的小孔补充到滚筒内，而滚筒内的浓度较低的溶液及电镀过程中产生的气体也通过这些小孔不断地排出筒外。

滚镀一般应具备以下几个基本特征。

1.1 滚镀是在滚筒内进行的
滚镀与小零件挂镀最大的不同在于它使用了滚筒，滚筒是承载着小零件在不停地翻滚的过程中受镀的一个盛料装置。

典型的滚筒呈六棱柱状，水平卧式放置。

滚筒壁板的一面开口，电镀时一定数量的小零件从开口处装进滚筒内，然后盖上滚筒门将开口封闭。

滚筒壁板上布满许多小孔，电镀时零件与阳极间电流的导通、筒内外溶液的更新及气体的排出等都需要通
过这些小孔。

滚筒内的阴极导电装置通过铜线或棒从滚筒两侧的中心轴孔内穿出，固定在滚筒的导电搁脚上。

零件在滚筒内靠自身的重力作用与阴极导电装置自然连接。

小零件的滚镀就是在这样的装置内进行的。

滚筒的结构、尺寸、转速、导电方式及开孔率等诸多因素均与滚镀的生产效率、镀层质量等有关。

所以，滚筒是整个滚镀技术研究的重点之一。

1.2 滚镀在小零件不停地翻滚中进行
滚镀时，小零件在滚筒内随着滚筒的旋转不停地翻滚。

这种翻滚具体到某一个零件的情况是:一会儿被埋进整个堆积零件的内部，一会儿又翻到外表面，这样周而复始，直到整个滚镀过程结束。

为什么要使小零件在滚筒内不停地翻滚呢?
1)保证每个零件都能够均匀地受镀。

小零件在滚筒内是堆积在一起的，其中一部分零件分布在堆积体的内部，称为内层零件；另一部分零件则分布在堆积体的外表面，称为表层零件(如图1所示)。

滚镀时，金属离子只在表层零件的表面还原形成金属镀层，而内层零件由于受到表层零件的屏蔽、遮挡等影响只有电流通过，却几乎没有电化学反应发生。

所以，为了能够有机会受镀，内层零件就需要从堆积体的内部翻出变为表层零件。

而表层零件也不能长时间停留，电镀进行一会儿后，受到滚筒的旋转作用又变成了内层零件。

这样，小零件不停地翻滚，促使内层零件与表层零件不断转换，最终保证每个零件都有均匀受镀的机会。

2)避免表层零件“烧黑”或“烧焦”。

小零件在滚筒内如果不翻滚而处于静止状态，那么使用很小的电流密度，就可能使表层零件附近的金属离子匮乏而产生“烧焦”现象。

尤其贴近滚筒壁板的表层零件，会使从孔眼处进入滚筒的电流受到阻碍，从而集中在零件上紧挨孔眼部位的狭小表面，造成该处镀层烧焦留下黑色眼点，即“滚筒眼子印”。

这时，小零件在滚筒内翻滚的作用，类似于挂镀的溶液搅拌或阴极移动。

1.3 滚镀的电流以间接的方式进行传输
滚镀时，零件整体压在滚筒内的阴极导电装置上，与阴极导电装置直接相连的零件只有极少部分，而绝大部分只能通过堆积重叠的零件与阴极导通。

阴极导电装置首先将电流输送给直接接触的零件，再由这些零件输送给其它零件，零件与零件之间一个一个地传输下去，这就是滚镀的间接导电方式。

由于靠零件与零件之间间接导电，所以接触电阻较大。

2 滚镀的优点
滚镀与小零件挂镀相比，其优点如下:
1)节省劳动力，提高劳动生产效率
滚镀将数目众多的小零件集中在一起进行电镀，省掉了繁琐的装挂，节省了劳动力，提高了劳动生产效率。

例如，某厂5mm╳5mm铁螺丝滚镀亮镍，采用GD-10滚镀机1台，1个工人操作，每班产量约70～80kg。

而该厂最初采用铜丝捆扎挂镀的方法，1个工人每班最多生产5～6kg，若每班产量70～80kg，则需工人约8～12名。

再如，近些年自动化滚镀技术迅速发展，实现了从装料到卸料全自动化无人操作。

实践证明，滚镀的发明与广泛应用是小零件电镀技术发展的一次重大飞跃。

2)镀件表面质量好
滚镀时，由于零件与零件之间相互抛磨，使粗大的晶体在零件表面不能长大，因而得到的镀层细致、柔和、颜色均匀，表面有很高的光亮度。

例如，水暧管箍及弯头(玛钢件)镀锌，这种零件属于可滚镀可挂镀的情况，但滚镀的零件表面质量远优于挂镀。

再如，质量上乘的滚镀镍小螺丝，表面细致光滑，而采用铜丝捆扎挂镀出来的效果却会大打折扣。

3)镀层厚度波动性小
镀层厚度波动性，反映各零件之间镀层厚度的接近程度。

滚镀时，小零件在滚筒内翻到表层时正常受镀，翻回内层时电化学反应停止。

电镀刚进行不久时，一部分零件翻到表层的机会多，则受镀的机会多，镀层厚；而另一部分零件翻到表层的机会少，则受镀的机会少，镀层薄。

但随着电镀时间的延长，不同零件翻进翻出的几率会逐渐均等，各零件之间的镀层厚度就会逐渐接近，则镀层厚度波动性也就逐渐变小。

并且，随着电镀时间的延长，不同零件在滚筒内受到的各种作用也会逐渐均等，则各零件之间的表面质量也会逐渐趋于相同。

3 滚镀的缺陷
3.1 滚筒的封闭式结构带来的缺陷
滚筒的封闭式结构使滚筒壁板成为阳极与小零件之间的一道屏障，而这道屏障上的开孔面积有限，因此滚筒外新鲜溶液向滚筒内补充时受阻，从而带来如下诸多缺陷:
1)镀层沉积速度慢
滚镀时，滚筒内消耗的金属离子难以从滚筒外的新鲜溶液中得到及时补充，致使滚筒内金属离子浓度降低，则电流密度上限不易提高，镀层沉积速度难以加快。

这是造成滚镀电镀
时间较长的原因之一。

2)镀液分散能力及深镀能力下降
滚镀开始后，滚筒内溶液中的导电离子浓度下降，而滚筒外的新鲜溶液又不能及时补充，因此溶液的电阻率增大，则电流在阴极表面的分布变得不均匀，溶液的分散能力下降。

另外，由于单件电流密度较小，滚筒内金属离子浓度较低，则零件低电流区电流密度更小，且能够到达零件低电流区的金属离子浓度更低，因此溶液的深镀能力也会下降。

所以，滚镀的零件(尤其针轴类)镀层厚度均匀性差，滚镀难以适应有高精度要求的零件。

并且，滚镀的零件(尤其深孔件)低电流密度区镀层质量往往不尽人意。

3)槽电压较高，槽液温升快，电能损耗大
滚筒的封闭式结构使滚镀溶液的电阻增大，为了达到所需要的电流密度，常常需要施加较高的电压以增加对滚镀过程的推动力。

所以，滚镀的槽电压往往比挂镀要高。

而电阻增大会导致槽液温升加快，电能损耗增大。

3.2 混合周期带来的缺陷
混合周期是指零件从内层翻到表层，然后又从表层翻回内层所需要的时间。

由于混合周期的客观存在，会使电镀时间延长，因为零件位于表层时能够正常受镀，而位于内层时电化学反应却基本停止。

零件受镀的有效时间得不到保证，为了达到一定的镀层厚度，必然会使电镀时间加长，这是造成滚镀电镀时间较长的另一个重要原因。

3.3 间接导电方式带来的缺陷
1)零件的接触电阻较大，槽电压相应升高，这是造成滚镀槽电压较高的另一个原因。

2)零件在滚筒内不停地翻滚，使零件与阴极接触时好时坏，必然造成滚镀电流传输不平稳的缺陷。

3)由于不同零件距离阴极远近不同，则电流在各零件上的分布也有较大的不同，距离阴极近的零件电流大，反之则电流小。

3.4 电流密度控制方面的缺陷
滚镀时零件间相互叠压、屏蔽，并且滚镀零件的形状多种多样，滚筒开孔率的高低也多有不同，所以很难确定零件受镀时的有效面积，也就难于定量控制零件表面的电流密度。

这给滚镀生产带来了极大的不便。

另外，滚镀还存在镀液组分变化快、溶液带出量多、滚镀零件的形状、大小和镀层厚度受到限制等缺陷。

由于以上种种缺陷，使得对滚镀设备的要求比挂镀要复杂得多。

尤其对滚镀设备的核心部件-滚筒的要求更高，生产中如何根据具体情况选用合适的滚筒结构、形状、规格、尺寸、转速、导电方式以及筒壁开孔等，是提高滚镀生产效率、改善镀层质量和稳定生产的关键所在。

针对滚镀的种种缺陷，近些年广大电镀工作者做了大量的工作，并且取得了长足的进展。

例如:
1)注塑模压滚筒的出现，使滚筒开孔率大大提高，如最多时可比传统手工打孔滚筒提高约3倍。

滚筒开孔率的提高，意味着滚筒外新鲜溶液向滚筒内补充时受阻减轻，则滚筒的封闭式结构带来的缺陷得到不同程度的改善。

2)喷射液流滚镀技术是对传统滚镀进行改革的一项重要内容，它采用循环泵将滚筒外新鲜溶液强制打入滚筒内，使滚筒内消耗的金属离子得到及时补充，可使滚镀的生产能力提高2～3倍，并可大大缩小针孔类零件孔内外镀层的厚度差别。

3)振动电镀彻底打破了传统滚筒的封闭式结构，消除了滚筒内外的离子浓度差，在电镀针状、细小、薄壁、易擦伤、易变形、高精度等零件时，有着传统滚镀不可比拟的优越性。

实践证明，振动电镀的发明与广泛应用是小零件电镀技术发展的又一次重大飞跃。

4)性能优良的滚镀专用添加剂的开发与应用，使滚镀的生产效率和镀层质量等得到较大程度的提高。

例如，采用某品牌滚镀镍添加剂，使用的电流可比常规情况下大出一倍[3]，则电镀时间大大缩短；使用深孔镀镍添加剂，镀液具有极佳的深镀能力，使电池壳等深孔、盲孔零件的孔内镀覆问题得到较好的解决。

5)细长型滚筒的应用，使滚镀时零件的混合周期缩短，则电镀时间缩短，镀层厚度波动性减小。

总结以上这些革新成果，并结合多年来滚镀技术发展的实践经验可知，要想解决或改善滚镀的缺陷，并使其优越性得到更好的发挥，应从以下几个方面入手:
改良滚筒的封闭式结构；2)开发性能优良的滚镀专用添加剂；3)缩短滚镀时零件的混合周期，增加其位于表层的机会。

实际上，多年来滚镀技术研究的重点，也总是围绕着这几个方面在开展。