Transcript 04 金属零件电镀前的表面

Plating technology
Chapter Ⅳ surface prepare
电镀工艺学
第四章 电镀前表面准备
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1
第四章
金属零件电镀前的
表面准备
• 金属零件镀前表面准备的重要性

机械表面处理
粗糙表面的整平 包括：
磨光、抛光、滚光、震动、离心、刷光、
喷砂处理等。

化学表面处理
除油、侵蚀、抛光、活化
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机械表面处理（教材第六章）
1 磨光：
磨光机 通常采用磨光机带动磨光轮进行磨光
轮式磨光机
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磨光轮
通常采用柔软材料缝制成轮状，再在轮外侧粘合磨料
一般用皮革、粗毛毡、棉布、各种纤维织品及高强度纸等
制成磨光轮。
硬质磨光轮
软质磨光轮
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磨料
常用的磨料有天然金刚砂、人造金钢砂、人造钢玉（含氧
化铝90～95％） 、石英砂、硅藻土、铁丹和浮石等。
人造金钢砂的硬度较高，但是脆性大、易碎；人造刚玉
的硬度较高，而且韧性较好；天然金钢砂和石英砂的硬度
稍低一些。应该根据零件的加工要求选择。
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氧化铝磨料
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磨料粒度通常是按筛子的号码来划分的，筛子的号码则用
单位面积（平方厘米）上的孔数来表示，筛子的号码越大，筛
孔越小。人们以磨料能通过筛子的号码来表示该磨料的粒度。
用骨胶、牛皮胶、明胶作为粘结剂
通常将磨料分为三组：即粗磨：（20～40＃）
中磨（50～150＃）
精磨（180～360＃）。
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磨光不同材料磨光轮的圆周速度
 dn
其计算式为： v 
60
v－圆周速度（m/s）；π－圆周率
d－磨光轮直径（m）；
n－磨光轮转速（转/分）
由上式可知，圆周速度取决于磨轮的
直径和转速。在生产中，可以改变其
中的任一数值来调控磨光轮的圆周速
磨光不同材料时磨光轮的最佳
速度
预加工工件材料
轮周速度
（米/秒）
铸铁、钢、镍、铬
18－30
铜及其合金
锌及其合金
14－18
铝及其合金
10－14
度，例如，当磨光机轴的转数不变时，
可以更换不同直径的轮子，当磨轮的
直径固定时，可以改变轴的转数。
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2 抛光：
抛光机 通常采用抛光机带动抛光轮进行抛光
与磨光机同
抛光与磨光的区别：
磨光为粗加工：明显有磨削，硬轮－磨料
抛光为精加工：无明显磨削，软轮－抛光膏
抛光不同材料时使用不同的抛光膏
白膏－氧化钙、氧化镁
（用硬脂酸、石蜡等粘合在一起）
铜及其合金
锌及其合金
红膏－氧化铁红、铁丹
铝及其合金
绿膏－三氧化而铬、氧化铝
钢铁、镍、铬
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3 滚光、震动、离心：
滚光机 通常采用电机带动滚桶进行滚光
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震动机 采用带弹簧的偏轴机构产生震动、
旋转离心
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刷光
用钢丝或铜丝刷光轮刷光工件表面
喷砂、喷丸
干喷是利用射吸原理以气流协带磨料高速
喷向工件，湿喷则以含砂液流高速喷向工件
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化学表面处理
1 除油 包括有机溶剂除油，化学除油及电化学除油
以及超声波除油。
2 浸蚀 包括强浸蚀、电化学浸蚀及弱浸蚀（活化）。
3 抛光 化学抛光、电化学抛光
4 活化 化学活化、电化学活化
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钢铁零件镀前表面化学处理
（教材第七章）
7.1 概述
通常要根据工件的情况以及关键的要求制定表面处理流程
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7.2 钢铁零件的除油
7.2.1 有机溶剂除油
烃
类：汽油、煤油、
苯类、丙酮等
氯代烃类：三氯乙烯
三氯乙烷
四氯化碳等
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7.2.2 化学除油
化学除油
组成
浓度 g/L
NaOH
50－70
皂化
Na2CO3
20－40
水解
Na3PO4
30－40
乳化
Na2SiO3
5－10
强乳化
OP－乳化剂
适量
温度
80－90℃
皂化反应：与动、植物中的硬脂酸皂化反应
(C17H35COO)3C3H5+3NaOH－→3 C17H35COONa ＋C3H5(OH)3
硬脂
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碱
硬脂酸钠
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甘油
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加入乳化剂可除去非皂化油（矿物油）常用的乳化剂有：
辛基酚聚氧乙烯醚(OP－10)
三乙醇胺油酸皂(FM)
十二烷基二乙醇酰胺(6501)等
常温除油：清洗剂等
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7.2.3 电化学除油
7.2.4 超声波除油
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7.3 钢铁的侵蚀
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（1）侵蚀有三个作用
1 化学溶解作用
2 产生气体对氧化皮的机械剥离作用
3 产生的氢气对高价氧化物还原作用，有利于氧化物的溶解
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（2）酸度和温度的影响
 通常硫酸质量分数为20％—25％，提高硫酸浓度不能增强
浸蚀能力，
 超过40％时由于硫酸的强氧化性，对氧化皮几乎不溶解。
 提高温度可以加快反应速度，对氧化皮有较大的剥离作用，
 温度过高会腐蚀零件，一般不进行加热。
 适当加入缓蚀剂可保护基体金属。
HCl 中 用 六次甲基四胺－又称乌洛托品（阳离子型）
H2SO4中用 二邻甲苯基硫脲
（阴离子型）（可适当加入Cl－）
 溶解产物铁盐累积到一定程度会降低硫酸侵蚀速度。
通常控制铁含量＜60g/L
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2 合金钢的侵蚀
含有Al、Ti、Cr、Ni、Si、V、Mn、Mo等元素，表面生成一
层致密、难溶的氧化物和碳化物，如FO、Cr2O3、NiO、
TiO2和少量的Fe3C、Ni2C、CrC，以及尖晶石结构的FeO·Cr
2O3。常采用混合酸侵蚀。
1 松动氧化皮
松动氧化皮
NaNO3
200－250g/L
NaOH
650－750g/L
温度
140－150℃
时间
20－40min
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2 侵蚀
1 预侵蚀
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2 侵蚀Cr钢
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3 侵蚀NiCr钢
4 侵蚀耐热钢
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3 清洗侵蚀残渣
清洗侵蚀残渣
HNO3
30－50g/L
NaOH
100－120g/L
H2O2
5-15g/L
KMnO7
30－60g/L
温度
室温
温度
100℃
时间
20－60s
时间
10min
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7.3.2 电化学侵蚀
1 阳极侵蚀
硫酸或盐酸，主要靠阳极溶解
2 阴极侵蚀
硫酸，主要靠氢气冲击
3 弱侵蚀
通常为化学侵蚀，
5％－10％盐酸或硫酸
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7.4 钢铁零件的化学和电化学抛光
7.4.1 化学抛光 很少使用
7.4.2 电化学抛光
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配方1 通用
配方2 一般钢铁
配方3 不锈钢
配方4 精密不锈钢
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电化学抛光理论
电解抛光是一个特殊的阳极加工过程，它不同于普通的阳
极溶解，因为阳极溶解不能获得平整光亮的外观，往往使
金属表面变得更粗糙，或者阳极溶解的结果虽然使表面比
较平整，但是并不一定会出现光泽，而电解抛光却能使阳
极表面平整，并出现光泽。
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1 粘膜理论
在一定的条件下，金属阳极
的溶解速度大于溶解产物离开阳
极表面扩散速度，于是，溶解产
物就在阳极表面附近积累，形成
一层电阻比电解液电阻大得多的
粘性膜
这层粘膜可以溶解在电解液
中，阳极表面微凸起处比微凹处
溶解的要快
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2 氧化膜理论
在电解抛光过程中，当阳极电位达到一定数值时，由
于氧气析出在金属表面形成一层氧化膜，使阳极表面状
态发生很大变化，同时，电位向正方跃变，电流密度有
所下降，金属表面由活性状态转为钝态。由于氧化物在
电解液中是可以溶解的，所以这种钝态并不是完全稳定
的。阳极表面微凸起处电流密度较高，形成的氧化膜比
较疏松，且氧气析出的较多，对溶液的搅动大，使该处
的溶液更容易更新，阳极溶解产物较易向溶液深处扩散，
这些因素都促使微凸处比微凹处的氧化膜溶解快，
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7.5 不锈钢活化处理
1 电化学阴极活化 强烈析氢保持表面活化
表7－5 不锈钢阴极活化
成分
1
H2SO4
55-300 ml/L
HCl
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2
85－400 ml/L
温度
室温
室温
电流密度
0.3－0.5
0.5－2.0
时间
1－5min
1－5min
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2 活化与预镀同时处理
表7 阴极活化与预镀
成分
1
NiCl2·H2O
240 g/L
HCl
80 ml/L
温度
室温
电流密度
5A
时间
5min
2
大量析氢活化，少量的Ni沉积在阴极表面
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3 活化与预镀单独处理
4 镀锌活化处理
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铜及铜合金的镀前表面化学处理
（教材第八章）
1) 光亮浸蚀、化学抛光或电抛光——钝化，适用于不需要电镀的零件。
2) 化学或电解除油——浸蚀——电镀，适用于一般零件在酸性镀液中电镀；如果
是氰化镀液应预浸氰(NaCN 15g／L)后直接电镀。
3) 电解除油—光亮浸蚀—电镀，适用于装饰性电镀，在含铬溶液中浸蚀后应用盐
酸除钝化膜。
4) 化学除油—光亮浸蚀—体积分数10％—20％氟硼酸，室温浸渍——电镀，适用于
铅青铜在氟硼酸盐镀铅。
5) 化学除油—硝酸450 mL／L，氟化氢铵80s／L溶液中室温浸渍3s－5s—电镀，适用
于铝青铜零件。
6) 化学除油—光亮浸蚀—重铬酸钠200e／L，硫酸40mL／L溶液中室温浸渍2min—
电镀，适用于铍青铜零件。
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铜及铜合金化学除油
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铜及铜合金电化学除油
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铜及铜合金化学侵蚀
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C uO  H 2 SO 4  C uSO 4  H 2 O
Cu 2 O  H 2 SO 4  Cu 2 SO 4  H 2 O
C u 2 SO 4  C uSO 4  C u
三酸光亮侵蚀时
C u  4 H N O 3  C u ( N O 3 ) 2  2 N O 2  2 H 2O
棕黄色烟
硫酸可使硝酸铜中的硝酸根游离出
H 2 S O 4  C u ( N O 3 ) 2  C uS O 4  2 H N O 3
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铜及铜合金化学抛光
1 铜及黄铜；2 精密零件
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铜及铜合金电化学抛光
1 铜及铜合金；2 黄铜；3 含Sn（＜6％）； 4含Sn（＞6％）
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铝及铝合金的镀前表面化学处理
1 概述
（教材第九章）
 铝及铝合金具有密度低、导电导热性能好、比强度高、无磁性、易加
工成型等优良特性；
 硬度偏低、 耐磨性和耐蚀性差、不易焊接等。
铝及铝合金电镀某些金属以后，可以改善表面状态和表面特性，从而
扩大应用范围，满足使用要求。
例如镀锌、镀镉可提高耐蚀性能；镀铜、镀银、镀金可提高导电性能；
镀硬铬、镀镍可提高表面硬度和耐磨性能；镀锡、镀锡铅合金、镀镍可
改善焊接性能；镀镍—铬或其它装饰性镀层可获得良好的装饰外观。
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在铝及铝合金上电镀比钢铁及铜等金属材料上电镀要困难和复杂得多，
其主要原因有下列几个方面。
(1) 铝是一种比较活泼的金属，它与氧的亲合力很强，其表面很容易生成
氧化膜，严重影响镀层的结合强度。
(2) 铝的电极电势很负( 矿√’，Ai’—1．66V
)，浸入电镀液时能与多种金
 A l 3  / A l   1 .6 6 V
0
属离子进行置换反应，在铝上生成接触镀层，使电镀层与铝基体的结合强
度降低。
(3) 铝是两性金属，能溶于酸和碱，在酸性和碱性电镀液中都不稳定。
(4) 铝合金铸件有砂眼、气孔，会残留镀液和氢气，容易鼓泡，也会降低
镀层与基体金属的结合力。
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铝及铝合金通常采用的工艺流程
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2 一般除油和侵蚀
铝及合金的一般除油
1
2
专用清洗剂
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Na2CO3
25g/L
Na3PO4
25g/L
温度
70－80 ℃
时间
1－3 min
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铝及合金的一般侵蚀
1
侵蚀
Na2OH
50g/L
温度
50－80 ℃
时间
0.5－3 min
铝及合金的一般侵蚀
1
2
除挂灰
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HNO3
750 ml/L
H2SO4
100ml/L
NH4HF2
120g/L
CrO3
35g/L
温度
室温
温度
70－80℃
时间
30s
时间
2－5 min
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Al 2 O 3  2 N aO H  2 N aAlO 2  H 2 O
2 A l  2 N aO H  H 2 O  2 N aA lO 2  3H 2 
S i  4 H N O 3  S iO 2  4 N O 2   2 H 2 O
SiO 2  6H F  H 2 SiF6  2H 2 O
3M e  8H N O 3  3M e( N O 3 ) 2  2 N O   4 H 2 O
M e  3H F  H[M eF3 ]  H 2 
Me代表金属Ni、Mn
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铝及其合金的化学抛光
1 纯铝及铝镁；2 纯铝及铝铜合金
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为了消除黄烟，也可用不含硝酸的化学抛光液
无硝酸铝化学抛光
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H3PO4
650－700 ml/L
H2SO4
350－350 ml/L
添加剂 ADL-TP
5g/L
温度
80－105℃
时间
20－120s
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铝及其合金的电化学抛光
铝及铝合金电化学抛光工艺规范
组成及操作条件
H2PO4/%
1
2
3无铬
4无铬
86
43
600ml/L
50
43
400ml/L
8
H2SO4/%
CrO3 /%
14－12
3
甘油
10ml/L
乙二醇
水/%
32
至d＝1.72
11
80－100
80－90
70－80
70－80
阳极电流密度/A·dm-2
5－20
10－20
30－50
30－50
电压/V
18－40
12－15
12－15
12－15
1－5
2－5
2－5
2－5
温度/℃
时间/min
10
1 纯铝及铝镁；2 纯铝及铝铜合金 3、4 无铬
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 铝的纯度对电化学抛光的质量有显著影响，在
三酸电化学抛光电解液中，铝含量99.6％以上时，
反光能力可达75－90％而铝含量为99.16％时，反
光能力只达68－80％，
 Cr3＋和Al3＋的积累可使电解液粘度增加，应适
当提高电解电压
 Al3＋含量达到25g/L时，显著降低抛光质量。达
到50g/L时，电解液就无法继续使用。
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思考题 04
1 金属零件镀前的机械处理有哪些方法？
2 金属零件镀前的化学处理有哪些方法？
3 磨光轮通常可分为哪2种质地？各有什么用途？
4 磨料通常分为：粗磨为（X # ～X#）？
中磨为（X # ～X#）？
精磨为（X # ～X#）？
5 抛光膏通常有（
、
（
）？
、
、
、
），各主要含有
6 滚光的基本原理是什么？
7 干喷砂是利用了什么原理？湿喷则以（
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）高速喷向工件？
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思考题 04
8 化学除油主要利用什么反应？为了同时除去
（
）油，可在化学除油液种加入（
）？
9 电化学除油的基本原理是什么？
10 电化学除油电解液中是否要加入乳化剂？
11 钢铁零件酸侵蚀通常采用硫酸的质量分数为（
），
提高硫酸的 浓度，可以提高侵蚀能力？
12 为了防止过侵蚀，可在HCl侵蚀液中加入（
在H2SO4侵蚀液中加入（
）？
）？
13 侵蚀液中溶解产物累积到一定程度，会降低硫酸侵蚀液
的侵蚀速度，一般控制铁含量（
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）？
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思考题 04
14 钢铁零件的电化学抛光理论目前主要有（
（
）和
）？
15 活化处理有哪些方法？活化处理的机理时什么？
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谢 谢！
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