一文读懂：电镀技术及镀层测试

1、概念

电镀就是通过电沉积的方式在工件表面镀一层或多层金属镀层，给予工件美丽的外观或特定的功能要求。电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的金属制品做阴极，镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。

2、原理

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负极和正极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。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上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时，阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。

3、目的

为了得到具有某种特性的金属层，如：硬度、光亮度、耐腐性及在电铸方面复制同样的形状.

4、电镀液

溶液中在阳极与阴极间金属离子移动的导电介质.

如何维护电镀液？

持续的化学分析、赫氏槽电镀测试、添加化学品、去除污染物、定期净化、缺陷/次品的常规检查、物理测试

5、ph值

用来度量酸碱度的；pH值的范围处于0-14之间；小于7的为酸性，大于7且小于等于14的为碱性，7.0为中性。

1、电镀槽

2、阴极反应

离子还原反应

从外部电路中吸收电子

典型的反应:

Ni++  + 2e-→Ni (金属)

2H+  +  2e-→H2

4H2O + 4e- →2H2 + 4(OH)-

3、阳极反应

金属氧化成阳离子

将电子释放至外部电路

典型的反应:

Ni →Ni++ +  2e-

4OH- →O2  +  2H2O +  4e-

2H2O →O2 + 4H+ + 4e-

三、清洗

1、清洗的目的

保障后续的镀层的结合力；

得到高品质的完美镀层；

镀层具有期望的各种特性.

2、不正确清洗的影响

与基体(素材)金属间差的结合力、镀层的起皮、漏镀、微观粗糙、起泡、差的耐腐性、污染镀液

3、预清洗的选择

机械清洗

干法喷砂/丸

溶剂清洗

脱脂、乳化、固液相分离.

碱洗

喷射、浸泡、电解、超声波

酸洗

浸泡、电解

4、清洗剂如何工作

1）分散        

分散是一种方法，固体的微粒通过表面活化剂和清洗剂中其它组分的作用分散成小的微粒。这个原则对抛光时留下的残余物的清洗是有效的。        

2）皂化        

皂化是将脂肪酸/脂肪油或其它可反应的污物转化成水溶性的混合物(肥皂)。提高温度、浓度和pH值都会促进反应的速度和反应的完成。        

3）乳化        

乳化是一种化学过程，表面活性剂渗透油和污物，将它们在溶液中分散成微小的分散性的水溶性水珠和悬浮液.         

4）清洗的种类

溶剂脱脂

适合的溶剂和表面活性剂的混合；在蒸汽除油时使用；由于健康和环境方面的考虑尽量少使用。

碱洗        

主体：氢氧化钠 （或氢氧化钾 ）   硅酸盐  碳酸盐  浓缩磷酸盐

添加剂：螯合物可以消除硬水和金属离子的影响.

表面活性剂：置换和分散污物，降低金属表面上清洗剂的表面张力,让金属表面被清洗液完全覆盖.

电解除油

阴极释放出氢气，氢气量是阳极释放的氧气量的两倍、活化表面、某些氧化膜被还原、缺点是金属离子会以疏松的污物形式沉积在工件表面。

阳极电解除油

阳极释放出氧气，这种形式的清洗能除去污垢、金属污染物不会沉积在工件表面、产生氧化膜、钝化表面。

超声波除油

超声波发生器被用来产生声波，它在溶液中会被转化成机械能，超声波可选择性地压缩和膨胀液体，使之产生几种同步效应，由于高频率导致的气穴现象导致污物被物理方法去除。

喷射清洁

根据基材的不同，溶液常常含有微碱性，通过一系列的管和喷射装置，通常由泵来输送清洗剂，物理的冲击作用和化学反应去除了灰尘、金属微尘、碳化物和其它的残留物。

过酸

为什么要用酸浸泡？

去除金属表面的氧化膜，使后来的金属镀层得到好的结合力；中和残留在表面的碱性膜。

1、镀铜的优点

光亮、好的填平、延展性好、无应力、镀层结晶细致、容易控制、快速电镀、容易抛光、好的延展性、好的微观均镀性、好的机械加工性能、好的电导性

2、镀铜效果

抛/磨光后提供好的填平效果好的附着力；

为后制程镀层提供一个良好的镀层平台。

3、填平

1、宏观上的均镀

在一个宽的电流密度范围内相对地镀层均匀分布的能力

2、微观上的均镀

在凹槽、小孔、裂纹和其他表面微观缺陷上沉积镀层的能力.

1、镍溶液的种类

预镀镍、半光亮镍、高硫镍、光亮镍、微孔镍（镍封）、电位较正的镍层、氨基磺酸镍、化学沉镍

预镀镍：

用于加强结合力的起始镍层、为在不锈钢上电镀和返镀进行的活化、低pH 值， pH  < 1.0

半光亮镍：

防腐、高填、延展性好、柱状结构、镀层电位较正、含硫量低至 < 0.005%

高硫镍：

用来牺牲的防腐保护层、横向腐蚀，而非纵向

氨基磺酸镍

电铸、非常好的延展性、低应力

化学镍：

在铝材上电镀、在塑料上电镀、防腐蚀、硬度、厚度分布均匀、耐磨损。

镀铬：

在装饰性电镀里，铬由于耐变暗性而作为最后的镀层、有硬度、厚度在0.1 – 0.5 u之间、经久耐用

1、种类

结合力、可弯曲性能、耐腐蚀性、硬度、孔隙、残余应力、表面粗糙度、热冲击、光学特性、外观、接触电阻、延展性、热阻、纯度、可焊性、厚度、耐磨性

2、测试方法

弯曲、锯开、锉刀、冲击、剥离强度、摩擦、凿、劈开、刮

3、典型的盐雾实验

中性盐雾实验 、乙酸盐雾实验、铜加速乙酸实验CASS 、腐蚀膏实验

盐雾箱

中性盐雾实验：
在封闭的箱中,严格按照要求的温度和喷雾速度喷洒5%氯化钠，酸碱度控制在6.5-7.2之间。

乙酸盐雾实验：
除了酸碱度在3.1-3.3之间呈酸性，此实验与中性盐雾实验（B-117）类似，适用于铁及非铁金属镀层，也适用于有机和无机镀层。

铜加速乙酸盐雾实验：
在控制的温度、喷雾速度和酸碱度下，在密闭的箱中，评估在不锈钢、铝、塑料和锌合金上的铜/镍/铬镀层的防腐性能。溶液含氯化钠、氯化铜和乙酸，酸碱度在3.1-3.3之间
 

4、延展性测试
 

没有龟裂的情况下，一种材料具有可塑性的能力

弯曲测试、膨胀测试、张力测试、轴测试、千分尺测试

弯曲测试

ASTM – B-489 为测在金属上的电沉积层和自催化沉积层的延展性进行的弯曲测试

ASTM B-490 为测电沉积物的延展性（CHRYSLER延展性测试）进行的千分尺弯曲测试

定量测试延展性，将一片电镀的样品条放在夹钳的夹口处来回弯曲90度直至断裂。弯曲的次数表示其延展性能的好坏.

千分尺测试

轴测试

镀镍工件的一部分围绕轴弯曲，连续绕成更小的直径，直至镀层上能看见裂纹。

膨胀测试

能测试出精确的延展性结果。此测试也能用来测试张力和从基材上剥离出的镀层的延展性。

表面粗糙度

即表面的外形的缺陷和不完整性。粗糙度可能缘自底材处理，也可能来自电镀，它能用在样本的表面移动铁笔，根据记录的垂直移动量来衡量。

内应力

内（残余）应力是电镀层晶格的扭曲，其中的原子比正常时靠得更紧，张应力产生；当原子离得比平时松散，产生压应力。内应力可以用钢条或螺旋应力仪测试。

螺旋应力仪

厚度

对防腐和耐磨来说，厚度都是一个重要的因素。厚度有破坏性和非破坏性两种测试方法。

厚度测试
剥离再称重、库仑法、涡流测试、磁力测试、千分尺测试、显微测试、X射线测试