常规电镀加工技术及工艺优化建议

在电镀加工中，槽镀（或挂镀）、滚镀、连续镀属于常规电镀加工。无论采用何种镀覆方式，与待镀制品和镀液接触的镀槽、挂具等具有一定程度的通用性。

5.3.2.1 常规电镀加工的原理

如图5.3-1所示，在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极连接。通电后，电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极镀件上形成镀层。

5.3.2.2 常规电镀加工基本设备和电镀液

常规电渡加工设备主要包括电镀电源、电镀槽和挂具。

1.电镀电源

电镀电源是电镀加工中的关键设备，它的性能指标很大程度上决定了电镀工业的生产水平、产品质量和节能效果。

表5.3-3给出了电镀电源经历的四个发展阶段。

图5.3-1 常规电镀加工原理示意图

1—阴极棒 2—电镀液 3—镀件 4—镀槽 5—阳极棒 6—电镀电源

表5.3-3 电镀电源的发展阶段

2.电镀槽

电镀槽主要构件包括槽体、溶液加热及冷却装置、导电装置和搅拌装置等。槽体结构的选择取决于电镀液的性质和温度等因素。槽体有时直接盛装溶液，如热水槽等；有时作衬里的基体或骨架，如钢槽等。其基本要求是不渗漏和具有一定的刚度与强度，以免由于槽体变形过大造成衬里层的破坏。钢槽底面应离地面100～120mm，以防腐蚀严重。

电镀槽必须由耐热、化学稳定性好、不污染镀液的材料制成，常见的有聚丙烯（PP）槽、氯化聚氯乙烯（CPVC）槽、玻璃钢槽、不锈钢槽、砌花岗岩槽、聚四氟乙烯槽（可以在任何酸里使用）等。电镀槽应成对制造，以作备用。电镀槽采取高位自流或泵送方式，以方便电镀槽清洗和钝化。

3.挂具

挂具在常规电镀加工中主要起导电、支撑和固定零件的作用。在槽镀加工中，挂具和电极相连接，使电流较均匀地传递到零件上进行电镀。在某些情况下，由于溶液性能限制镀层的均匀分布，可依靠挂具来弥补。电镀挂具应具有足够的机械强度和良好的导电性能，不易腐蚀，并要求质量轻、面积小、坚固耐用、装卸零件方便、装载量适当等。常用的挂具材料有钢、不锈钢、铜、钛、黄铜、磷青铜等。一般通过钢质挂具上的电流密度不宜超过1A/mm²，通过黄铜挂具上的电流密度不宜超过2～2.5A/mm²，通过纯铜挂具上的电流密度不宜超过3A/mm²，通过铝及铝合金挂具上的电流密度约为1.6A/mm²。

根据零件的形状、镀层技术要求、电镀工艺和设备大小的不同，可有不同类型的挂具。表5.3-4给出了电镀挂具的主要分类及特点。

表5.3-4 电镀挂具的主要分类及特点

（续）

挂具的结构一般都比较简单，由吊钩、提杆、主杆、支杆和挂钩五个部分组成。表5.3-5给出了挂具各组成部分的特点。

表5.3-5 电镀挂具各组成部分的特点

电镀挂具的绝缘处理，是指除了需要和零件接触有导电要求的部位外，其他部位都用非金属材料包扎或涂覆，使其成为非导体。这样可使电镀过程的电流集中在零件上，加快沉积速度，同时节约了金属材料和电能消耗。在挂具退镀和酸洗时，还可减少挂具的腐蚀，延长挂具使用寿命。对于绝缘处理所用的材料，要求具有化学稳定性、耐热性、耐水性、绝缘性、结合力强，机械强度较高，涂层可去除。绝缘前应进行预处理，即去除挂具上的毛刺、焊垢，将其凹凸处整平。在支杆、挂钩等处施加压应力，延长挂具寿命。

4.电镀液

电镀液有酸性的、碱性的和加有络合剂的酸性及中性溶液。在电镀溶液中，除少数电镀液，如镀铁、镀镍、镀铬、镀铜的酸性溶液没有使用或不必使用络合剂外，其他大多数电镀液，如镀银、镀金、镀铜、镀锌、镀锡、镀铜锡合金等的碱性溶液都需要使用络合剂。氰化物、氢氧化物、柠檬酸盐、焦磷酸盐、硫代硫酸盐、亚硫酸盐等，在电镀生产中作为络合剂得到广泛应用。依据主要放电离子在电镀液中存在的形式，电镀液可分为两大类：简单盐电镀液和络盐电镀液。根据电镀液中的主要阴离子或主要络合剂可再分几类。表5.3-6给出的分类不是唯一的，可按其他方式分类，但按简单盐和络盐分类比较容易看出一些规律。

络盐电镀液比简单盐电镀液的阳极极化作用大，过电位高，所以从络盐电镀液中获得的镀层比较细致，镀液的覆盖能力和分散能力也比较好。络盐的种类很多，络离子的形态也不同，它们的镀层组织和其他工艺指标还存在显著的差别。有些选用适当添加剂的简单盐电镀液，在镀层组织和其他性能方面，也有可能比某些络盐电镀液更好。所以选择结晶细致的电镀液时，并不一定选用络盐电镀液，有时可以选用适当添加剂的简单盐电镀液。

表5.3-6 电镀液分类表

5.3.2.3 常规电镀加工工艺

1.金属制件的电镀加工

（1）金属制件的镀前表面处理 金属制件在电镀前要进行表面处理以保证镀层的质量。由于金属材料的本性、零件的表面形状与尺寸及对电镀质量的要求等是多种多样的，所以没有一个通用的电镀前表面处理流程，表5.3-7给出了其工艺流程的一般步骤。

表5.3-7 电镀前表面处理的一般步骤

随着科学技术的发展，金属之间电镀前的表面处理出现了一些新的工艺，如除油、除锈一步法，超声波强化的除油法，低热高效清洗剂除油法，超声波酸洗法等。

（2）金属制件的电镀加工技术及工艺 电镀工业的发展已有几百年历史了，目前，可镀覆的金属及合金品种越来越多，各种电镀工艺千变万化，每一种电镀技术都是经过大量的试验、生产实践后总结出来的。电镀技术发展到今天，已不再局限于传统的单金属、贵重金属、合金电镀等，非晶态合金电镀、复合电镀、高速电镀等工艺已在生产中推广应用。每一种金属、合金、非晶态合金或复合镀层，可以用几种不同的电镀工艺取得，每一种电镀工艺需要根据被镀零件材质特性、镀层的使用要求、生产条件、工艺成本及环保要求等进行选择。下面只介绍部分电镀加工技术及工艺。

1）单金属和贵金属电镀加工。常用单金属和贵金属镀层性能、电镀液及应用见表5.3-8。

表5.3-8 常用单金属和贵金属镀层性能、电镀液及应用

（续）

2）合金电镀。合金镀层具有单金属镀层不具备的性质，可满足一些特殊应用要求，如特殊的装饰外观，特别高的抗蚀性，以及优良的焊接性、磁性等。表5.3-9按性能分类列出了部分常用合金镀层。

3）电镀贵金属合金。电镀贵金属合金的研究与应用主要围绕装饰性、功能性和经济性三方面展开。表5.3-10给出了贵金属合金电镀的主要性能和应用特点。

表5.3-9 部分常用合金镀层的分类

表5.3-10 贵金属合金电镀层的性能和特点

（3）金属制件电镀加工工艺实例

1）汽车铝轮毂电镀工艺。电镀汽车铝轮毂拥有漂亮的外观，在欧洲、日本、韩国、美国等发达国家和地区成为一种时尚。随着人们生活水平及品味的提升，电镀汽车铝轮毂呈现出了巨大的市场前景。但铝合金轮毂外形复杂，质量要求高，其电镀工艺也比较复杂。铝轮毂材料多采用A356铝合金，铝坯经镀铜生产线后得到铜坯，铜坯经镀镍生产线后再上镀铬生产线。

① 镀铜生产线。由于轮毂形状复杂，因此需要辅以人工擦洗来保证彻底除蜡。在铝毛坯上镀铜线前增加了除油、除蜡的工序，可保证除油和除蜡的彻底性，并有助于在检验时发现毛坯的缺陷，对减少不良品有很大的帮助。碱腐蚀的碱度不能过高，以免基体过腐蚀，不同素材的碱腐蚀时间应作相应的调整。除垢是要去除碱腐蚀表面残留的污垢（主要为铜、锰的氧化物和硅等元素），使表面富铝及裸露硅颗粒，增强结合力，同时要检验除垢溶液中金属杂质Al和Cu的含量，其含量过高会造成结合力变差或起泡等问题。沉锌是铝轮毂电镀中的关键工序之一，必须要控制温度、碱度在工艺范围之内。同时，沉锌液中铝的质量浓度不应超过3g/L，二次沉锌的时间一般比一次沉锌要短，以保证均匀的瓦灰色状态。需要安装辅助阳极的轮型应在一次沉锌后安装，安装时不允许碰伤沉锌层，尽量减少露空时间。由于酸铜电镀后还需要进行抛修才上线，因此酸铜过程存在轻微的缺陷是可以通过抛修来修复的。酸铜的关键要求在于走位和保证低区亮度以减少酸铜的施镀时间，也有利于提高抛修的效率和良品率。酸铜存在的主要问题是毛刺，其形成的原因有预镀镍带进、阳极袋破损、过滤机失效、挂具破损等，需要定期检查更换。铝轮毂铝坯镀铜工艺流程如图5.3-2所示。

图5.3-2 铝轮毂铝坯镀铜工艺流程图

② 镀镍生产线。预镀镍是轮毂电镀的关键点之一。出现低位起泡通常是由于预镀镍层厚度不够，镍表面有空隙，在进行酸铜电镀时，基体铝受到腐蚀或藏于空隙中的液体在高温时形成小泡等。因此，提高预镀镍低区厚度是轮毂电镀的要点，也是难点。半光镍与光亮镍之间的电位差应控制在120mV以上，同时必须具备良好的走位及整平性、维护方便等特点。铝轮毂铜坯镀镍工艺流程如图5.3-3所示。

③ 镀铬生产线。镀铬要注意的问题是露黄、发黑和击穿。露黄主要是由于镀液走位差或者辅助阳极安装不到位造成的，要根据实际情况进行排除及调整。发黑主要是由于光亮镍光剂过量或者使用了劣质的铬酐等造成的。即使同一生产厂的不同批次也会有质量差异，因此对每一批铬酐都要进行杂质检验。击穿是由于辅助阳极安装太近或者直接接触工件的表面造成的，击穿一般会涉及铝基体，再进行修复具有很大难度，因此在安装辅助阳极时需要特别小心。铝轮毂镍坯镀铬工艺流程如图5.3-4所示。(www.xing528.com)

图5.3-4 铝轮毂镍坯镀铬工艺流程图

2）高速连续电镀加工电子元器件。随着电子信息产业的高速发展，电子元器件的需求量日益增长，而大多数的元器件都需要经过电镀处理。电子元器件电镀的特点是镀件尺寸小，批量大，应采用低成本、高效率的电镀生产方式。电镀元器件一般为功能性镀层，有其特殊的焊接性、电导率等要求，最主要镀种为Ag、Au、Sn/Pb、Ni等。许多元件对其电镀位置有严格的要求，要求局部电镀。如SOT-23半导体塑封引线框架，其要求局部镀银的宽度范围为（1.1±0.1）mm。有些元件要求在同一零件的不同位置镀不同的镀层。例如，接插件需一端镀金，另一端镀锡铅；有些半导体引线框架局部镀镍、局部镀银等。电子元器件电镀中大量采用高速连续自动线来满足以上要求，其特点是镀速快，效率高，自动化程度高，产品质量稳定，既可全镀也可局部镀，符合环保控制要求。

目前国内已有100多条各种类型的连续电镀生产自动线，大多数用于半导体塑封引线框架电镀及各种连接器电镀。设备一般由两部分组成，即传送装置及电镀槽系统。电镀槽系统一般都是采用子母槽结构：将母槽的电镀液由泵抽到子槽，在子槽中对元器件完成电镀、清洗等工序，电镀液再从子槽流回母槽。根据工件要求的不同，在子槽中采用各种类型的电镀位置（区域）控制机构，如此也就派生出各种类型的连续电镀设备。电子元器件连续镀，根据工件类型可分为“卷对卷”式和“片对片”式，根据电镀位置控制方法的不同又可分为浸镀、轮镀、压板式喷镀等类型。

不同产品对镀层要求不同，其工艺流程也有所不同，但基本过程是一致的，都需经过去油、活化、电镀、清洗、烘干等工序。

以某种IC塑封引线框架电镀加工为例，其工艺流程如图5.3-5所示。

图5.3-5 某种IC塑封引线框架电镀加工工艺流程图

而某种电子接插件电镀加工的工艺流程与IC塑封引线框架的电镀流程稍有不同，具体如图5.3-6所示。

图5.3-6 某种电子插接件电镀加工工艺流程图

目前，国内常用的高速电镀液主要由国外供应商提供，表5.3-11列出了几种常用进口高速电镀液。

表5.3-11 几种进口高速电镀液

近年来，国内电子元器件业发展迅速，但至今国内尚无电镀设备厂能开发生产此类电镀设备。

2.非金属制件的电镀加工

非金属材料电镀是指在非金属材料表面采用特殊的加工方法获得金属层（导电膜），使之兼有非金属材料和金属材料两者优点的工艺过程。非金属材料的电镀技术随着物理、化学、动力学理论发展，尤其是高分子合成材料和电子工业的高速发展而迅速崛起，在生产实践中不断完善，已形成一门独立的专门技术。

随着各种塑料、玻璃、石英、陶瓷等非金属材料应用领域的拓宽，特别是塑料制品的应用范围越来越广，许多方面它们替代了贵重的非铁金属，节约了制造成本，减轻设备质量等。但是非金属材料存在不导电、导热差、耐磨性差、易变形、易变色等缺点，在一定程度上限制了它们的使用范围。然而，经过电镀可使这些材料具有金属外观，获得金属的某些优良性能（导电性、导热性、耐磨性等），达到使用要求。塑料制品经过电镀金属层后，具有质量轻、能导电、外表美观等特点。因此，塑料电镀工艺已广泛应用于电子、光学仪器、机床按钮和轻工产品等各方面。

（1）非金属制件电镀加工工艺 非金属材料制件电镀前须进行表面处理，在非金属材料表面通过封闭处理及化学粗化、敏化、活化等，使之密布一层具有催化活性金属微粒。表5.3-12给出了其镀前表面处理的一般步骤。

表5.3-12 非金属材料制件镀前表面处理步骤

非金属材料镀前处理工艺流程长，控制和掌握比较困难。尤其是敏化液中锌离子的强氧化性，它和活化液之间极易互相污染，使溶液不稳定。另外，化学粗化液中铬酐浓度高，废水处理困难。为了缩短处理流程，可用铬酸型粗化活化一步法，三化合一的溶剂——银盐法。

（2）非金属制件电镀加工工艺实例

1）ABS、PC/ABS塑料制品电镀。塑料电镀应用很广泛，可以在ABS、聚丙烯、尼龙、环氧树脂、氟塑料、聚碳酸酯等各种塑料上进行电镀。下面介绍ABS塑料电镀的工艺实例。

在ABS塑料制件上要获得良好结合力的镀层，不仅与电镀和表面准备工作优劣有关，而且还与塑料的成分、外形和成形工艺有关。ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三个聚合体组成的，ABS塑料的可镀性和塑料中丁二烯的含量关系很大。一般情况下，丁二烯含量高，流动性好，不但成形容易，而且镀后与镀层结合力也好。另外，ABS颗粒很易吸水，为了在压注前使其水份含量低于0.1%（质量分数），必须先在80℃的热风干燥箱中烘干2～4h，压注环境务必保持干燥，相对湿度不要太高，否则压注后制件表面会产生小气泡，电镀后气泡更大。此外，塑料成分必须一致，不允许混入其他成分，更不允许掺入其他杂质，否则镀层结合不良。表5.3-13给出了ABS、PC/ABS塑料制品电镀的简单工艺流程。

表5.3-13 ABS、PC/ABS塑料制品电镀的简单工艺流程

2）形状复杂的塑料大件的电镀工艺。新式电熨斗上壳材料为ABS塑料，受镀面积10dm²，形状复杂，常规电镀工艺及操作难免会出现麻点、暗翳、针孔、起泡、露塑、指纹、划伤、变形、镀铬击穿等质量问题。因此，此类形状复杂的塑料大件的电镀工艺与常规电镀工艺有一定的区别。

首先，要对材料电镀表面进行金属化，金属化的工艺流程如图5.3-7所示。

图5.3-7 新式熨斗ABS材料上壳镀前金属化工艺流程图

完成材料表面金属化后进行电镀，新式熨斗ABS材料上壳电镀加工的工艺流程如图5.3-8所示。

新式熨斗ABS材料上壳电镀加工过程中可能出现以下几个方面的问题，需要特别注意：

① 金属化质量合格的上壳，电镀质量问题大都出现在酸铜槽内，上壳在酸铜液中难免会出现故障。因此，必须加强对镀液的超前维护和连续处理。

② 亮镍为普通亮镍电镀液，复杂大件要添加改善低区性能的走位水。在生产过程中，大件亮镍出、入电镀液时，很易产生双极性现象，即上壳一侧光亮度稍差一些。因此，操作时工件不要在槽液内空停过长时间，出槽速度要快。

③ 大件受镀面积大，所需总电流也大。挂勾和工件接触面的导电强度，对镀铜、镀镍时通过的电流能够承受，但要求保证镀铬时需要通过的总电流，就要控制整个上壳生产线，严格执行工艺规范和操作方法。高电流密度的冲击镀铬极易造成烧蚀击穿。不合格的镀铬件要及时在w（HCl）为20%的溶液中退除后转挂在专用镀铬（挂勾与镀件接触面较大）挂具上重新镀铬，效果才好。镀铬引入其添加剂的低温、低浓度配方，能减少和克服上壳工件在高区（空心手柄、商标凸耳）发灰，低区（凹槽、散热窗）露黄的现象。

图5.3-8 新式熨斗ABS材料上壳电镀加工工艺流程

3.我国电镀设备制造厂商情况介绍及电镀加工的发展趋势

目前各类电镀设备和生产线广泛应用于汽车装饰件制造、手机装饰件和标牌制造、减震器镀硬铬、汽车摩托车配件制造（镀多层镍铬、铝氧化、铝轮毂装饰铬）、五金电镀（挂镀镍、铬、青铜、银等）、电路板制作、家具电镀及珠宝、眼镜、钟表、电子器件制造等行业。表5.3-14列举了国内生产电镀设备的部分制造厂商。表格中产品名称和型号均出自厂商网页和样本介绍。这些设备制造厂商通常能够根据用户的需要制造相对应的电镀设备和生产线，有些厂商只生产控制电源。电镀设备制造厂商一般还同时生产电镀槽、挂具、滚筒、三废处理装置、电镀添加剂等配套产品。

表5.3-14 国内部分电镀设备制造厂商（以制造厂商名称第一个拼音字母排序）

（续）

（续）

（续）

（续）

20世纪80年代以来，我国电镀企业的数量增长很快。但与此同时，部分电镀产品市场逐步被塑料制品和涂料制品取代，使得生产能力增加和市场需求减少之间的矛盾变得更加尖锐。我国电镀工业的发展趋势基本可归纳为以下四点：

1）装饰性和高耐蚀性工艺技术将不断发展。随着汽车、电子、家用电器、航空航天工业、建筑工业及相应的装饰工业的发展和人们对美化生活需求的提高，对电镀产品的装饰性和耐蚀性的需求将有明显的增加。

2）某些传统装饰性电镀可能被喷涂、物理气相沉积等取代，功能性电镀产品需求则有上升的趋势。

3）某些污染严重的电镀工艺，可能被清洁的电镀工艺所取代，如无氰电镀、三价铬钝化、三价铬镀铬及代镉、代铬镀层将有上升的趋势。

4）某些性能好、无污染的表面工程的高新技术将会进入我国市场，如达克罗（Dacrotized）涂层、克罗赛（Corrosil）工艺等。