化学镀镍前处理工艺 ——维盛塑宝整理收集

        众所周知，电镀产品质量问题的80％以上都出在前处理工序。化学镀镍前处理工艺则显得更为重要，这是因为在电镀过程中工件作为阴极，而电子作为还原剂来还原金属离子获得镀层，这时可以通过调节阴极的极化度等各项参数来获得与基体结合良好的、能在基体上进行外延生长的最初始镀层。而化学镀镍基合金采用的是化学药品作为还原剂，还原剂在具有催化活性的催化表面被氧化而放出电子。这种电子无法在电极表面被加速，因而也不具备很高的能量，所以化学镀件前处理需要获得比电镀件更为清洁、更加具有均匀活性的表面。从图1可以看出工件进行化学镀前经过机械加工、热加工的空气暴露后，其表面存在加工残余应力层、氧化皮、油脂和污垢。只有在前处理工序中除去所有的这些表面的物质，露出基体表面，才能得到好的镀层。化学镀镍前处理也包括除油、酸洗、活化等工序，但其要求比电镀更为严格。

图  1  金属表面的断面模型图

1、除油

  在这一工序中主要除去的是工件表面在机加或存储过程中残留的润滑油、防锈油、抛光膏等油脂或污物。主要的除油方式有有机溶剂除油、碱液除油、电化学除油、乳化剂除油、超声波除油等。

  （1）有机溶剂除油

     有机溶剂除油是可皂化油和不可皂化油在有机溶剂中的溶解过程。这种方法的优点是除油速度快，对金属无腐蚀，得到人们的重视。常用的有机溶剂有汽油（易燃）、甲基乙基酮（易燃）、丙酮（易燃）、苯（易燃、有毒）、溶剂石脑油（易燃、不经济）、四氯化碳（有腐蚀性）。这些溶剂除特殊情况外目前均不主张使用。目前常使用的是氯化烃系溶剂，其中主要有三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷。有机溶剂除油对设备和除油方式有一定的要求。如果仅仅用蘸有溶剂的碎布擦拭工件表面，或者在盛有溶剂大桶内将工件浸泡一下，非但达不到理想的除油效果，反而会使溶解于溶剂中的污物粘附到工件表面上，因而采用浸渍-蒸气联合或浸渍-喷淋-蒸气联合除油方式。清洗装置的结构形式有单槽式、多槽式，此外还有喷射式和附设有链式输送机的清洗装置.

（2）碱性除油

    碱性除油是指用含有碱性化学药剂的处理液除去表面油污的方法。这种方法实质是靠皂化和乳化作用除油。当带有油污的零件放入碱性除油溶液中时，可皂化油与碱发生皂化反应，反应生成的肥皂和甘油都能很好地溶解于水中，所以只要有足够的碱和具有使油污表面更新的条件（溶液的运动），可皂化油就可以从零件表面完全除掉。非皂化油只能靠乳化作用除油，除油液中必须加入乳化剂才能促进乳化作用的进行。乳化剂是一类表面活性剂，它在溶液中的分布是不均匀的，吸附富集在界面上，降低油液界面张力，使油与溶液的接触面积增大，使油膜变成小油滴分散在溶液中。碱性化学除油通常有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三纳、乳化剂和表面活性剂等组分，其典型的溶液配方及工艺条件如表1所示。

表1  碱性化学除油溶液配方及工艺条件

  注：1，2适用于钢铁；3，4适用于铜及其合金；5，6适用于铝及其合金。

（3）电化学除油

    电化学除油是将工件浸入除油液中，并以此作为阴极或阳极进行电解而除去油污的方法。该法除油速度快，除油干净彻底，是工厂应用最为重要的一种除油方法。

    电化学除油是将粘附油污的金属零件浸入电解液，使油与碱液之间的界面张力大大地降低，油膜便产生裂纹。同时，由于通电使电极极化，电极与碱液间的界面张力大大地降低，溶液对金属表面的润湿性加强，溶液便从油膜不连续处和裂纹处对油膜产生排挤作用，油膜与电极表面的接触角便大大地减少。因此，油对金属表面的附着力就大大减弱。与此同时，在电流的作用下，电极上发生电解反应，析出大量氢气或氧气，这些气体以大量小气泡的形式逸出，对油膜起到了撕裂和分散的作用，同时气泡还起到了强烈的搅拌作用，使得油污被强烈地乳化，将油污除去。实际上电化学除油中还存在着化学除油过程。

    电解除油包括阴极除油（工件作阴极）、阳极除油（工件作阳极）、交替电解除油（PR除油）等。阴极除油是利用析出的氢气清除油污，但要求除油液很清洁，基体有渗氢的可能，一般仅用作有色金属除油，很少用于钢件。尽管氢气大量析出，搅拌作用激烈，但表面几乎不受腐蚀，被活化的表面有利于与镀层结合牢固。阳极除油是利用工件表面析出的氧气冲刷污物并对溶液进行搅拌，促使油污脱离表面的一种方法。阳极除油“析氧”不如阴极除油“析氢”激烈，但有不产生氢脆的优点，也不会出现镀层夹杂。对于有色金属可采用换向除油。对于锌压铸件的除油方法，是以表面活性剂为主的稀碱性溶液中阳极除油1-2min，除油后工件表面较为清洁。表2列举了电解除油液的组成及工艺条件，其各组分作用同化学除油。

表2  电化学除油的工艺条件

  注：1适用于钢铁；2适用于铜及其合金；3适用于锌及其合金。

（4）清洁度的检验

    清洁度的检验方法有揩拭法、水润湿法、置换镀法、荧光染料法、放射线法、椭圆对称法、反射型红外吸收光谱等等。

    揩试法：用清洁柔软的白纸揩试金属表面，然后检查粘附在纸上的污染物质。使用的白纸是化学实验擦试器皿用的清洁纸。对于白色残留物或白色生成物用黑色布为宜，因为肉眼检查的灵敏度不高。

    水润湿法：金属表面一旦附着油脂，便不能被水润湿，水润湿法是应用这一方法而进行的。水润湿法还分水滴试验法、接触角测量试验法、挂水试验法、喷雾试验法。水滴试验法又称水珠试验法，将水珠滴在工件表面，除油不彻底的表面，水滴呈球形，表面倾斜时会滚落下来，除油彻底时，水滴散布在表面呈水膜状。接触角测量试验法是指用接触角测量仪测定滴在表面上的水滴接触角的方法。接触角越小，表明除油程度越高。测量在恒温的室内进行，被检表面必须保持水平、无振动。挂水试验法是将被检物放入水中，然后提起，或者往表面上浇水，使水覆盖表面，观察挂水后水膜被油膜间断的状态的方法。喷雾试验法是用喷雾器向表面喷射水雾，观察挂水状态的方法。

    置换镀法：将钢铁件浸入呈酸性的稀硫酸铜溶液中，在钢铁裸露面有铜析出，而油污覆盖的部分因阻挡而无铜析出。

  2、酸洗

    酸洗也叫浸蚀，一般是在碱洗并清洗后进行的。当工件油污很少（如热轧钢件）时，多数先酸洗再除油。酸洗是将金属工件浸入酸或酸性盐溶液中，除去金属表面的氧化膜、氧化皮及锈蚀产物的过程。酸洗分化学酸洗和电化学酸洗。

  （1）化学酸洗

    常见金属的酸洗工艺条件如表3所示。酸洗常采用的酸有盐酸、硫酸、硝酸等。采用硝酸酸洗时容易产生氮氧化物废气污染，无处理设施时不宜采用。用盐酸酸洗的优点是对金属氧化物具有较强的溶解能力，对钢铁基体溶解缓慢，对金属基体的过腐蚀危害小，酸洗后的工件表面干净；缺点是酸雾大，对设备腐蚀大。室温下盐酸浓度通常在31％以下。

    硫酸酸洗对金属基体的溶解能力强，对铁的高温氧化皮有很好的剥蚀作用，酸雾小，但过腐蚀及氢脆危险大。其浓度控制在20％为适宜，此时酸洗速度快，也避免基体发生强烈腐蚀。

    硝酸是一种强氧化性酸，浸蚀能力强，处理后工件表面干净，能使碳氧化成二氧化碳气体。经常与其他酸混合用于低碳钢、不锈钢、耐热钢、铜及铜合金等的酸洗。但对高碳钢处理后仍有积碳。酸洗时产生氮氧化物废气污染，无处理设施时不宜采用。

    磷酸在室温时对金属的浸蚀能力弱，需加热后使用，易生成磷化膜。磷酸与硫酸、硝酸、醋酸等混合常用于钢铁、铜、铝工件的光泽浸蚀。

    氢氟酸对钛、铬的溶解能力强，常用于铸件和不锈钢的浸蚀，也常用10％的氢氟酸来浸蚀镁及镁基合金。

    在酸洗过程中为了防止对钢铁件的过酸洗常常要选择使用缓蚀剂，包括磺化胨蛋白、皂荚浸出液、若丁、硫脲、尿素、六次甲基四胺等。为防止酸雾，可加入售品抑制剂。

（2）电解酸洗

        在酸的溶液中采用阳极、阴极、阳极阴极联合（PR）电解酸洗比单纯的浸蚀酸洗速度要快，特别是容易除去那些附着紧密的氧化皮，而且允许酸的浓度有较大的变化。阴极电解酸洗对材料腐蚀少，能保证尺寸精度，然而在电解过程中容易析氢引起氢脆，溶液中的金属杂质容易电沉积到工件表面，阴极电解工作电流密度一般在5A*dm2左右。阳极电解酸洗是借助于氧气的物理冲刷作用使氧化皮脱落，同时，由于表面发生钝化还能防止腐蚀，但若工艺不当，反而会造成工件被蚀刻。此外，还具有不发生氢脆的优点。阳电解酸洗对除去不锈钢的氧化皮是有效的，但对尺寸精度高的工件不适用，阳极酸洗效率比阴极酸洗低一倍。

表 3  常用金属的酸洗液的组成及酸洗工艺

3、弱浸蚀 

      弱浸蚀的实质是要剥离工件表面的加工变形层以及在前处理工序生成的极薄的氧化膜（因而也称为"活化"），将基体的组织暴露出来以便镀层金属在其表面进行生长，因而不需要酸洗那样长的时间。这个工序对镀层和基体金属的结合起着重要作用。弱浸蚀的浸蚀溶液浓度低，浸蚀时间短（数秒至1min），多在室温下进行。金属工件经过弱浸蚀后，应立即清洗并进行下一步的化学镀。 

    弱浸蚀可用化学法、电化学法或阴极活化法。化学弱浸蚀是把金属制品浸入稀酸（3％-5％的硫酸或盐酸）溶液中或稀的氰化钠溶液中在短时间（0.5-1min）内将金属表面的极薄氧化膜溶解除去。电化学弱浸蚀是用浓度低些的溶液，一般在电流密度5-10A/dm2下进行阳极处理来溶解氧化膜或进行阴极处理使表面氧化膜还原成金属。 

4、典型工艺流程 

  （1）低碳钢镀前处理工艺流程： 

  溶剂除油 — 碱性除油 — 水洗 — 阳极除油 — 水洗 — 弱浸蚀 — 水洗 — 中和 — 水洗 — 预热 — 化学镀镍。 

  （2）镀铜件的前处理工艺流程： 

  溶剂除油 — 碱性除油 — 水洗 — 硫酸酸洗 — 水洗 — 硫酸活化 — 水洗 — 铬酸浸蚀  —水洗 — 磷酸浸蚀 — 水洗  — 预热 — 化学镀镍（用铝丝引发）。 

  （3）黄铜上的镀前处理工艺流程： 

  溶剂除油 — 碱性除油 — 水洗 — 阴极除油 — 水洗 — 弱浸蚀 — 水洗 — 预热 — 化学镀镍（用铝丝引发）