《金屬表面精飾》ppt課件(文件)

　

【正文】 ； ? 一種是印刷電路板的通孔電鍍和布線 ， 微米級布線的實(shí)現(xiàn)使得印制板的集成化更加提高了 。 ? 控制步驟是與陰極過電勢密切相關(guān)的 。 它的產(chǎn)生也會(huì)使陰極鍍層產(chǎn)生毛刺 。 ? 能使金屬電沉積的結(jié)果在微觀粗糙表面上產(chǎn)生正整平作用的添加劑稱為整平劑 。 ? 光亮劑有明膠 、 尿素 、 硫脲 、 淀粉 、 連苯三酚 、 氨基酚等 。 ? 銅和鐵的電勢非常接近 ， 幾乎沒有置換反應(yīng)發(fā)生 。 ? (2)浸鎳預(yù)鍍 浸鎳頂鍍是浸鎳和電鍍鎳同時(shí)進(jìn)行的過程 。 ? 鍍鉻 在作為裝飾性鍍層使用時(shí) ， 一般都鍍在光亮鎳鍍層的表面 ， 鍍層厚度 ~?m。 在化學(xué)工業(yè)和在高級測旦儀器制造業(yè) 、 空間工業(yè)和現(xiàn)代技術(shù)的其他部門中部應(yīng)用貴金屬鍍層 。 ? 為了得到合金鍍層 ， 可以采用熱溶法 、 真空鍍法 、 離子鍍法 、 濺射法 、 化學(xué)鍍法和電鍍法等 ， 本章將主要討論電鍍法 。 ? 電鍍防護(hù)裝飾性合金鍍層 如銅鋅 、 錫銅 、 鋅銦等呈現(xiàn)金色 ， 錫鈷 、錫鎳則有鉻的外觀 。 ? 電鍍減磨性合金鍍層 如鉛錫 、 鉛銦等 ， 具有良好的潤滑減摩性能 。 這類合金多用在電子元器件上 ， 有其特殊的使用要求 。 二元合金的共沉積需具備兩個(gè)基本條件 ? ① 合金中的兩種金屬全少有一種金屬能單獨(dú)從其水溶液中電沉積出來 。 例如 Ni和 Co的 ΔE248。 但金屑離子的活度每增加或降低 10倍 ， 其平衡電勢才分別正移或負(fù)移 29mv， 這是非常有限的 。 這是生產(chǎn)上常用的方法 。也向負(fù)移 ， 但與銅的差距減少 ， 因而可能形成合金 。 ? 例如草酸鹽電解液中沉積銅鋅合金 ， 雖然也有絡(luò)離子生成 ， 但它們的沉積電位差別仍很大 。 例如鋅和鎳在 20℃ 的含氨電解液中共沉積時(shí) ， 在一定電流密度下鎳的沉積電位向負(fù)方移動(dòng)將近 300mV， 接近鋅的析出電位 。 合金電鍍 某些合金電鍍的工藝條件 電鍍鋅鎳合金 ? 電鍍 ZnNi合金鍍層具有優(yōu)異的防護(hù)性 ， 隨著鍍層含鎳量的增加 ， 耐蝕性提高 ， 當(dāng)鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至 13％ 左右時(shí) ， 鍍層耐蝕性最高 。 ? ③ 合金與基體結(jié)合牢固 ， 鍍層具有良好的可焊性 。 ? 這種鍍層具有高硬度 、 耐磨性 、 自潤滑性 、 抗蝕性以及特殊裝飾外觀等不同性質(zhì) 。 復(fù)合電鍍（分散電鍍） ? 按用途可把復(fù)合鍍層分為裝飾 防護(hù)性復(fù)合鍍層 、 功能性復(fù)合鍍層 、用作結(jié)構(gòu)材料的等復(fù)合鍍層三類 。 金剛石與鎳形成的復(fù)合鍍層 ， 可用來制備各種磨削工具 。 各種陶瓷粉末能與金屬共沉積形成高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料 。 對于特定的鍍液 ， ?和 ?2基本不變 ， 下沉速度主要取決于 r和 ?1。 在復(fù)合電鍍中 ， 一般要求粒度小于40?m， 通常采用 15 ?m。 吸附時(shí)間越長越有利于與金屬共沉積 。 這一步取決于電流密度 、 攪拌速度 、 粒度 、 粒子形狀及界面張力等因素 。 ? 適當(dāng)?shù)臄嚢璺绞胶蛿嚢鑿?qiáng)度是很重要的 ， 攪拌強(qiáng)度以能維持粒子在鍍液中均勻懸浮為度 。 化學(xué)鍍 ? 化學(xué)鍍也稱無電解鍍 ， 又稱自催化鍍 。 化學(xué)鍍 ? 化學(xué)鍍與電鍍相比具有如下優(yōu)點(diǎn)： ? ① 可以在各種基體材料上獲得金屬鍍層 ， 包括半導(dǎo)體及非導(dǎo)體 ， 如塑料 、 玻璃 、 陶瓷等 。 ? 目前在工業(yè)上應(yīng)用最廣的是化學(xué)鍍鎳 ， 以次亞磷酸鹽為還原劑的化學(xué)鍍鎳技術(shù)基本上涉及到工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域 。 化學(xué)鍍原理 ? 對于化學(xué)鍍銅 ， 常采用另一類還原劑 ， 如甲醛 ， 其反應(yīng)為 ? 由于甲醛與 OH的歧化反應(yīng) ， 生成甲醇和甲酸 ， 使還原劑消耗比理論的多 。 ? 因此在周期表中 ， 符合此條件的是具有催化作用的第 V族到第 VIII族的過渡金屬 。 化學(xué)鍍優(yōu)缺點(diǎn) ? 化學(xué)鍍具有許多優(yōu)點(diǎn)： ? ① 無論零件幾何形狀如何 ， 均可得到均勻鍍層； ? ② 設(shè)備簡單 ， 操作方便 ， 而且能鍍特殊性能的膜； ? ③ 可在塑料 、 陶瓷 、 玻璃等非金屬和半導(dǎo)體基體上進(jìn)行 。因此，往往對其進(jìn)行某種表面加工處理，來賦予非金屬制品的某種特殊理化性能，這就要對非金屬電鍍，而其前處理的關(guān)鍵是制件表面導(dǎo)電膜的制備和金屬鍍層與基體的結(jié)合力。 ? 塑料的金屬化涂裝一般以 ABS及其混合材料為基材 ， ABS是丙烯腈單體 (A)、 丁二烯單體 (B)和苯乙烯單體 (S)共聚而得到 ， ABS實(shí)施全屬化涂裝前先經(jīng)過化學(xué)浸蝕 ， 此時(shí) B首先溶解 ， 形成許多凹坑 ， 而其他基料不具備這種特件 ， 故 ABS塑料的金屬化涂裝仍占 95％ 以上 。 ? Futuron活化原理： Futuron活化液中含有被氯化亞錫覆蓋的鈀錫膠體復(fù)合物 、 這種膠體粒子帶負(fù)電性 ， 當(dāng)活化時(shí) ， 即吸附于經(jīng)粗化處理 、 具有極性基團(tuán)的塑料表面上 。 — 般 3~5min銅層即可完全覆蓋 ， 接著就可以和一般金屬 — 樣進(jìn)行電鍍 。 ? 鑒于化學(xué)鍍銅的工藝控制和環(huán)境保護(hù)問題 ， 人們從 20世紀(jì) 80年代開始就進(jìn)行取代化學(xué)鍍銅的直接電鍍工藝方法研究：美國 、 日本 、 德國等國家的研究部門均推出了自己的研究成果 ， 主要以專利報(bào)道為主 。 金屬的陽極氧化 ? 處于一定介質(zhì)條件下的金屬 ， 由于熱力學(xué)上的不穩(wěn)定性 ， 總會(huì)自發(fā)地發(fā)生溶解或變?yōu)橄鄳?yīng)的鈍化物 ， 而為了防止金屬腐蝕的發(fā)生 ， 人們總是希望在金屬表面生成鈍化物 。 此外 ， 陽極氧化得到的氧化物膜也可用于增加金屬制品的耐磨性和提高金屬制品的絕緣性等 。 ? 與金屬表面氧化物膜的形成一樣 ， 氧化鋁膜的形成不僅與電勢有關(guān) ，還與溶液的 pH值有關(guān) ， 其有效的 pH范田為 ~ 。 鋁的陽極氧化 ? 對于電絕緣型鋁及其合金的陽極化 ， 要求產(chǎn)生的氧化物膜薄且致密 ，具有高的絕緣性 ， 一般用作電解電容器的介電材料 。 ? 鋁及其合金的陽極氧化著色是指通過陽極氧化方法得到多孔的氧化物膜后 ， 利用膜表面的吸附性能 、 吸附無機(jī)顏料或有機(jī)染料 ， 使膜表面染色 。 ? 正是由于這些優(yōu)點(diǎn) ， 電泳涂裝已廣泛應(yīng)用于汽車 、 自行車 、 電風(fēng)扇等金屬表面的精飾 。 陽極電泳漆用陰離子型樹脂 ， 工件為陰極 ， 陰極電泳漆用陽離子型樹脂 ， 工件為陰極 。 電泳涂裝原理 ? 例如帶羧基的陽極電泳漆的樹脂用胺中和 ， 而帶氨基的陰極電泳漆的樹脂用羧酸中和： 電泳涂裝 ? 陽極電泳涂漆時(shí) ， 陰離子在作為陽極的工件上沉積成膜；陰極電泳涂漆時(shí) ， 陽離子在作為陰極的工件上沉積成膜 ， 如左圖所示 。 (a) 陽極電泳涂漆 。 ? 對于陽極電泳過程 ， 陽極反應(yīng)可能伴隨合氧氣的析出和金屬的氧化 。 陰極電泳涂裝 ? 陰極電泳涂裝 (Cathodic electrophoretic coatings， 簡稱 CEC)是以水溶性陽離子樹脂為成膜基料 ， 以工件作為陰極 ， 從而在金屬表向?qū)崿F(xiàn)電沉積的一種電鍍方法 。 ? 環(huán)氧型陽離子樹脂在陰極還原時(shí)形成不溶于水的涂層 。 該技術(shù)在汽車上已得到大規(guī)模應(yīng)用 。 ? 陰極電泳漆除具有電泳涂裝的一般優(yōu)點(diǎn)之外 ， 與上述以工件作陽極的電泳涂裝技術(shù)相比 ， 既避免了金屬離子滲入涂層 ， 從而可得到各種雅致的淺色漆 ， 又避免了金屬表面的氧化 ， 因而進(jìn)一步提高防腐蝕性能 。 環(huán)氧樹脂中含有活潑環(huán)氧基團(tuán) ， 易與有機(jī)胺形成環(huán)氧加成物 ， 而這些環(huán)氧胺加成物具有堿性 ， 與酸類物質(zhì)形成溶于水的銨鹽 ， 這樣可得到陽離子樹脂 。現(xiàn)在 — 般用途是取代烤漆 ， 可作為各種家用電器 、 五金零件等的良好面漆 ， 尤其是作為需要較高光澤的產(chǎn)品如排油煙機(jī) 、 烘干機(jī) 、 鋁門窗和工具箱等的面漆 。 (b) 分散 陽極電泳涂裝 ? 陽極電泳涂裝 (Anodic electrophoretic coatings， 簡稱 AEC)是以被鍍金屬基底作為陽極 ， 帶電的陰離子樹脂在電場作用下進(jìn)行定向移動(dòng) ，從而在金屬表面實(shí)現(xiàn)電沉積的方法 。 由于漆膜的電絕緣性 ， 隨著沉積的進(jìn)行電場分布發(fā)生變化 ， 漆膜逐漸擴(kuò)展 ， 最后把整個(gè)工件覆蓋 。 ? 電泳漆中樹脂的膠粒直徑為 ~?m， 其水溶性主要借助于聚合物分子鏈上相當(dāng)數(shù)量的強(qiáng)親水基團(tuán) ， 例如 COOH、 OH、 NHO、 CONH2 等 。 電泳涂裝原理 ? 電泳涂漆所用的涂料由水溶性樹脂 、 色料 、 填料 、 助溶劑配制而成 。 ? 與金屬電鍍不同的是 ， 電泳漆溶液中待鍍的陰 、 陽離子是有機(jī)樹脂 ，而不是金屬離子 。 ? 對于抗磨型鋁及其合金的陽極化 ， 要求產(chǎn)生的氧化物膜硬度高 ， 耐磨性好 。 對于防護(hù)裝飾型鋁及其合金的陽極化 ， 要求產(chǎn)生的氧化物膜達(dá)到 — 定厚度以上才能具有一定的防護(hù)性能 。 ? （ 3） 陽極表面形成鈍化膜的同時(shí) ， 伴隨著膜的溶解 ， 金屬以高價(jià)離子的形式轉(zhuǎn)入溶液中；同時(shí) ， 如果達(dá)到了氧的析出電勢 ， 則陽極還要析出氧氣 。 ? 金屬的陽極氧化是指通過電化學(xué)氧化使金屬表面生成一層氧化物膜的過程 。 該類工藝無須化學(xué)鍍而直接電鍍 。 自 20世紀(jì) 60年代人們成功實(shí)現(xiàn) ABS塑料電鍍以來 ． 塑料電鍍基本上采用的工藝方法為：除油一粗化一六價(jià)鉻還原一預(yù)浸一鈀錫活化一除去氫氧化錫一化學(xué)沉鎳 (或銅 )一預(yù)鍍一電鍍 。 鈀核上銅的積累使表面獲得一個(gè)良好的導(dǎo)電層 。 。非金屬材料制品在進(jìn)行電鍍以前，要經(jīng)過多道工序處理，其中主要的工序是：機(jī)械處理 → 化學(xué)除油 → 化學(xué)粗化 → 敏化 → 活化 → 還原 → 化學(xué)鍍。但是化學(xué)鍍也有不少缺點(diǎn)： ? ① 隨著化學(xué)鍍反應(yīng)的進(jìn)行 ， 反應(yīng)物濃度不斷下降 ， 反應(yīng)速度隨之下降 ， 以致反應(yīng)停止 ， 金屬離子未能充分利用； ? ② 鍍液的穩(wěn)定性 、 化學(xué)鍍的速度與鍍層密切相關(guān) ， 鍍層質(zhì)量不容易控制； ? ③ 對于非金屬材料上的化學(xué)鍍 ， 還存在鍍件表面預(yù)處理問題 。 ? 據(jù)此 ， 可能進(jìn)行化學(xué)鍍的金屬有 Fe、 Co、 Ni、 Pd、 Ir、 Pt、 Cu、 Ag、Au、 Cr等 ， 它們的合金也可進(jìn)行化學(xué)鍍 。 ? 化學(xué)鍍的反應(yīng)必須在具有催化性能的表面上進(jìn)行 ， 因此 ， 原則上具有催化作用的金屬才能進(jìn)行化學(xué)鍍 。 上述反應(yīng)沉積出來的鍍層并非純鎳 ， 它含有大約 315%的磷 。 ? ③ 化學(xué)鍍不需要外加電源 ， 因而節(jié)省了電源設(shè)備的投資 。 ? 化學(xué)鍍是利用還原劑 ， 使溶液中的金屬離子在基體表面上自動(dòng)還原析出金屬的過程 。 ? 一般認(rèn)為 pH值低有利于粒子共沉積 ， pH值長期過高容易使粒子吸附而失效 。 ? 分散濃度越大 ， 底層中粒子含量越高 。 因此 ， 常加入一些陽離子表面活性劑或半徑較大的金屬離子 ， 促進(jìn)粒子共沉積 。共沉積過程可分為三個(gè)階段： ? ① 粒子走向陰極表面 。 如果要它們均勻懸浮在鍍液中 ， 通常要用氟陽離子型表面活性劑 ， 加水?dāng)嚢?。 復(fù)合電鍍的原理及影響因素 ? 固體粒子要與金屬共沉積形成復(fù)合鍍層 ， 必須均勻懸浮在鍍液中 。 AgLa2O AgMoS AgSiC等導(dǎo)電復(fù)合鍍層的抗電蝕能力和耐磨性能都較強(qiáng) 。 使用熒光顏料與鎳共沉積 ， 可制備出彩色熒光復(fù)合鍍層 。 ? 作為復(fù)合電鍍底層的金屬有 Ni、 Co、 Cu、 Cr、 Fe、 Ag、 Al、 Au、Pb等 ， 用得最多的是 Ni。 ? ⑤ 鍍液毒性低 ， 有利于環(huán)境保護(hù) 。 ? ZnNi合金電鍍工藝的主要優(yōu)點(diǎn)如下： ? ① 鍍層防護(hù)性高 ， 比鋅鍍層高 2倍以上 ， 鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 13％ 的 ZnNi合金是鋅鍍層的 6倍 ， 可用于高防護(hù)性部件或作為代鋅鍍層 。 ? 某些較成熟的合金電鍍的主要工藝條件列于下表 ， 表中的鎳鐵合金是磁性合金鍍層 ， 其余幾種均可作裝飾性鍍層 。 合金電鍍 ? (3) 選擇適當(dāng)?shù)碾娏髅芏?。 ? (2) 采用適當(dāng)?shù)奶砑觿?。比 Cu2+/Cu的 E248。 ? 如 Cu2+與 Zn2+相差 ， 單靠改變離子濃度是不可能實(shí)現(xiàn)共沉積的 ，因此要通過 改變離子的活度 及 陰極極化值 來實(shí)現(xiàn) 。 ? 一般金屬的析出電勢與標(biāo)準(zhǔn)電勢是有很大差別 ， 如離子的配合狀態(tài) 、過電勢以離子放電時(shí)的相互影響等 ， 僅從標(biāo)準(zhǔn)電勢來預(yù)測金屬共沉