测定镀层结合强度的方法与步骤

作为电镀产品，保证镀层与基体具有足够的结合强度是最基本的要求。影响镀层与基体结合强度的因素很多。一般来说，镀层材料的高韧性、低应力和低应力梯度、良好的接口接触、无活性衰变机制出现将有利于获得高结合强度；反之，镀层材料脆、高内应力和高内应力梯度、低化学结合强度、不良的接口接触、易出现活性衰变机制将导致降低结合强度。

评定镀层与基体金属结合强度的方法很多，但它们之中没有一个可以看作是理想的。理想的结合强度检验方法须具有下列特性：

1）非破坏性。

2）适用于复杂性镀层的常规检验。

3）完成检验和解释结果较简单。

4）适合于标准化和自动化。

5）具有可重复性，准确可靠。

6）能够定量。

目前采用的检验方法中没有一种方法能具有上述全部属性，通常采用的检验方法大多数本质上是破坏性的。

1.摩擦试验法

（1）摩擦抛光试验法 在面积小于6cm²的镀层表面上，用一根直径为6mm、末端为光滑半球形的圆钢条作为工具摩擦15s。摩擦时所施加的压力只限于擦光而不能削割镀层。若随着摩擦的继续进行而出现长大的鼓泡，则说明镀层结合强度差。该试验方法适用于检验较薄的镀层。

（2）钢球摩擦滚光试验法 将试样放入一个内部装有直径3mm的钢球和用肥皂液作为润滑剂的滚筒或振动滚光机内，其转速或振动频率及试验时间视试样的复杂程度而定。结合不良的镀层经此试验后会起泡。该试验方法适用于检验小零件上的薄镀层。

2.切割试验法

（1）锉刀试验 将试样夹在台虎钳中，用一种粗齿扁锉锉镀层的边棱，锉刀与镀层表面大约呈45°角，并由基体金属向镀层方向锉，镀层不发生揭起或脱落为结合强度合格。该试验方法只适用于较厚和较硬镀层的检验。

（2）磨锯试验 用砂轮、磨床、钢手锯等对试样进行磨削或切割，磨锯方向是从基体金属向镀层的方向，然后检查磨锯断面镀层的结合强度。该试验方法对镍、铬等硬而脆的镀层的检验特别有效。

（3）划线、划格试验 用一把刃口为30°锐角的硬质钢划刀在镀层表面上划两条相距为2mm的并行线或1mm²的正方形格子，观察划线间的镀层是否翘起或剥离。划线时的力应使划刀一次就能划破镀层，到达基体金属。该试验方法仅适用于薄镀层。

3.形变试验法

（1）凿子试验 将一锐利的凿子，置于镀层凸出部位的背面，并给予一猛烈的锤击。如果镀层结合强度好，即使镀层可能破裂或凿穿，镀层也不与基体分离。该试验方法仅适用于厚镀层（大于125μm），不适用于薄而软的镀层。

（2）弯曲试验 弯曲试验有两种方式：

1）将试样沿直径等于试样厚度的轴弯曲180°，然后用放大4倍的放大镜观察，检查弯曲部分镀层是否有起皮、脱落现象。

2）将试样夹在台虎钳上，反复弯曲或拐折直至基体和镀层一起断裂。观察断口处镀层的附着情况。必要时可用小刀挑、撬镀层，镀层不发生起皮、脱落为合格。或用放大4倍的放大镜检查，镀层与基体之间不允许分离。该试验方法广泛用于薄片零件。

（3）缠绕试验 将直径为ϕ1mm及ϕ1mm以下的金属线材试样绕在直径为试样直径3倍的轴上，直径ϕ1mm以上的线材试样绕在与线材试样直径相同的金属轴上，绕成10～15匝紧密靠近的线圈，以便直接观察外部镀层的结合强度。镀层没有剥落、碎裂、片状剥落现象为合格。该试验方法常用于检验线材或带材基体上镀层的结合强度。

（4）拉伸试验 使电镀试样在拉伸试验机上承受拉伸力，直至断裂。观察断口处镀层与基体的结合情况，不出现覆盖层从基体金属剥落的现象为合格。试样的规格尺寸和其他要求按力学性能试验时拉伸试样的设计要求处理。拉伸试样应在与零件完全相同的条件下，电镀后再进行结合强度试验。必要时，拉伸试样的材质和热处理工艺应与实际零件相同。

（5）深引试验 试验是在专门的压力试验机上进行的。用特制的冲头将一定规格，如70mm×30mm×1mm的试样冲压至基体和镀层一起变形，最后破裂。观察破裂处镀层与基体的结合强度。常用的试验方法有两种：

1）埃里克森（Erichson）杯突试验。采用适当的液压装置把一个直径为20mm的球状冲头以0.2～6mm/s的速度压入试样，一直到所需的深度为止。结合强度差的镀层经过几毫米的变形，便从基体金属上剥离或片状剥离开来。

2）罗曼诺夫（F.P.Romanof）凸缘帽试验。试验仪器配有一套用来冲压凸缘帽的可调式模具，凸缘直径为ϕ63.5mm，帽的直径为ϕ38mm，帽的深度在0～12mm之间调整。一般把试样试验到使帽发生断裂为止。

该试验方法常用来检查薄板件基体与镀层间的结合强度，特别适用于较硬的镀层，如镍和铬镀层；但深引试验对延展性大和较薄的镀层都不可能有效地说明结合强度。

4.剥离试验法

（1）焊接-剥离试验 将一条75mm×10mm×0.5mm的镀锡低碳钢或镀锡黄铜试片，在距一端10mm处弯成直角，将短边平面焊到试样镀层表面上，对长边施加一垂直于焊接面的拉力，直至试片与试样镀层分离。若在焊接处或镀层内部发生断裂，则认为其结合强度好。该试验方法适用于检验厚度小于125μm的镀层。该试验方法应用较少，因为焊接过程达到的温度可能会改变镀层的结合强度。

（2）黏附-剥离试验 将一种纤维黏胶带（黏胶带的附着强度值大约是每25mm的宽度为8N）黏附在镀层上，用一定质量的橡胶滚筒在上面滚压，以除去黏附面内的空气泡。间隔10s后，用垂直于镀层的拉力使黏胶带剥离，镀层无剥离现象说明结合强度好。

该试验方法特别适用于检验印制电路板中导体和触点上镀层的附着强度。试验面积至少应有30mm²。

5.加热试验法

（1）热震试验 热震试验温度见表10-14。应该注意，易氧化的镀层和基体应放在惰性气体中或在适当液体中加热处理。试验时，把试样放在炉中加热至表中规定的温度，然后取出放入室温的水中骤冷，观察镀层是否鼓泡或脱落。

表10-14 热震试验温度 （单位：℃）

（2）塑料电镀件的热循环试验 由于塑料的热膨胀系数比金属镀层高6～7倍，因此温度的任何变化将会在金属和塑料接口上产生应力。通过多次冷热循环试验，塑料镀件内应力越来越大，当达到极限时，便产生裂纹，以此可用来定性评价镀层的结合强度。按国家标准规定，塑料件上电镀层的热循环试验如下：

1）热循环试验条件分类：

A循环：上限温度（75±2）℃，下限温度（20±5）℃。

B循环：上限温度（75±2）℃，下限温度（-20±2）℃。

C循环：上限温度（75±2）℃，下限温度（-40±2）℃。

2）各类循环每个周期的试验程序：(www.xing528.com)

A循环：①在温度为（75±2）℃的干燥箱内放置1h；②在温度为（20±5）℃的干净环境中放置1h。

B循环：①在温度为（-20±2）℃的低温箱内放置1h；②在温度为（20±5）℃的干净环境中放置1h；③在温度为（75±2）℃的干燥箱内放置1h；④在温度为（20±5）℃的干净环境中放置1h。

C循环：①在温度为（-40±2）℃的低温箱内放置1h；②在温度为（20±5）℃的干净环境中放置1h；③在温度为（75±2）℃的干燥箱内放置1h；④在温度为（20±5）℃的干净环境中放置1h。

热循环试验类型及其周期数应按产品技术条件规定或供需双方协商确定。经过试验后，试样主要表面不应有起泡、起皱、裂纹或脱落等现象。

6.阴极试验法

将试样作为阴极，放入质量分数为5%的氢氧化钠溶液中，用10A/dm²的电流密度，在90℃下通电处理，2min为观察起点，15min后镀层不起泡表明结合强度良好。也可在质量分数为5%的硫酸中，用10A/dm²的电流密度在60℃条件下通电，5～15min后镀层不起泡表明结合强度良好。

该试验方法只适用于能够透过阴极释放氢气的镀层（如镍和镍铅），不适用于铅、锌、锡、铜或镉等软镀层。

7.拉力试验法

（1）奥拉（Ollard）法 先在金属棒材上电镀1.5mm以上厚度的镀层（见图10-27a），并加工成图10-27b所示的试样，在专用夹具上进行测试（见图10-27c）。此试验方法只适用于棒材。

图10-27 奥拉法拉力试验示意图

（2）改进的奥拉法 先在板材上电镀1.5mm以上厚度的镀层（见图10-28a），再加工成如图10-28b所示的测试试样，然后与加压杆、垫块和螺钉进行装配（见图10-28c），最后在专用夹具上进行测试（见图10-28d）。此试验方法只适用于板材。

（3）工字梁法 该试验方法先是在板材试样上按图10-29a加工出两个凹槽，并向槽内填充蜡制剂或低熔点合金等可除去的填料（若用蜡制剂，则还需涂覆银粉使其导电），再电镀2mm以上厚度的镀层（见图10-29b），最后加工成工字形试样并除去填料，在专用夹具上进行测试（见图10-29c）。

（4）锥形头法 首先在板材试样的两面同时电镀镀层（见图10-30a），再加工成锥形头试样（见图10-30b），然后在专用夹具上进行测试。

图10-28 改进的奥拉法拉力试验示意图

图10-29 工字梁法拉力试验示意图

（5）环形剪切法 首先在棒材试样中部电镀约3.0mm厚的镀层，再将镀层两端面加工平整后，放入钢模中进行测试（见图10-31）。

图10-30 锥形头法示意图

图10-31 环形剪切法示意图

（6）T形试验法 将T形试样（见图10-32a）一端镀上一层厚镀层（见图10-32b），然后切去镀层下方突出的基体（见图10-32c），再做拉力试验（见图10-32d）。

图10-32 T形拉力试验示意图

上述几种拉力试验方法的特点对比见表10-15。

表10-15 几种拉力试验方法的特点

注：1.上述最小厚度值仅供参考，应依镀层和基材不同而有所变动。

2.对贵金属或软金属镀层，可只镀一薄层后，用镀镍层加厚。

以上介绍的镀层结合强度试验方法虽然很多，但具体选择应用时，应综合考虑镀层特

性、基体材质、镀层厚度，以及基体对热处理的要求和设备条件等因素，不可将同一种方法在各种镀层和各种情况下滥用。

各类镀层常用的结合强度试验方法见表10-16。

表10-16 各种镀层常用的结合强度试验方法

（续）

注：“+”表示可用的试验方法。