电镀教程-(2)电镀基本原理与概念(3)

2.4.5.1　表面张力及界面张力
      液体表面的分子在表面上方没有引力，处于不安定状态称之自由表面，故具有力，此力称之为表面张力。液 体之表面张力大小因液体的种类和温度而异，温度愈高表面张力愈小，到沸点时因表面分子气化自由表面消失，故张力变为零。液体和固体与别的液体交接的面也有如表 面张力之作用力，称之界面张力。 
2.4.5.2　界面活性剂
      溶液中加入某种物质，能使其表回张力立即减小，具 有此种性质的物质称之为界面活性剂。表面处理过程如 洗净、脱脂、酸洗等界面活性剂被广泛应用对表面处理之光泽化、平滑化，均一化都有相当帮助。
2.4.6　材料性质
     表面处理工作人员必须对材料特性充份了解，表面处 理的材料大多是金属，所以首先要知道各种金属的一般 性质。例如色泽、比重、比热、溶点、降伏点、抗拉强 度、延展性、硬度、导电度等。
2.5电镀基础

电镀的基本构成元素及工场设备	电镀使用之电流
电镀溶液	金属阳极与金属阴极
阳极袋	电镀架
电镀前的处理	电镀工场设备
电镀控制条件及影响因素	镀浴净化
镀层要求项目	镀层缺陷
电镀技艺	金属腐蚀

2.5.1　电镀的基本构成元素
外部电路，包含有交流电源、整流器、导线、可变电阻、电流计、电压计。

阴极、或镀件(work)、挂具(rack)。
电镀液(bath solution)。
阳极(anode)。
镀槽( plating tank )
加热或是冷却器(heating or colling coil )。

2.5.1.1  镀槽构造,其典型镀槽见图:

 2.5.1.2　电镀工场设备

　　一个电镀工场必须配备下列各项设备：

　 @防酸之地板及水沟。

　 @　糟及预备糟。

　 @搅拌器。

　 @整流器或发电机。

　 @导电棒、阳极棒、阴极棒、挂具。

　 @安培表、伏特表、安培小时表、电阻表。

　 @泵、过滤器及橡皮管。

　 @电镀槽用之蒸气、电器或瓦斯之加热设备。

　 @操作用之上下架桌子。

　@检验、包装、输送工件等各项设备、仪器。

　@通风及排气设备。

2.5.2　电镀使用之电流

       在电镀中，一般都仅使用直流电流。交流电流 因在反向电流时金属沉积又再被溶解所以交流电流无法电沉积金属。直流电源是用直流发电机或交流电源经整流器产生。直流电流是电子向一个方向流通，所以可以电沉积金属。但在有些特殊情况会使用交流电流或其它种特殊电流，用来改 善阳极溶解消除钝态膜、镀层光层、降低镀层内应力、镀层分布、或是用于电解清洗等。
 2.5.3　电镀溶液，又称镀浴（plating bath）
      电镀溶液是一种含有金属盐及其它化学物之导电溶液，用来电沉积金属。其主要类别可分酸性、中性及咸性电镀溶液。强酸镀浴是pH值低于２的溶液 ，通常是金属盐加酸之溶液，例如硫酸铜溶液。弱酸 镀浴是pH值在2～5.5之间镀浴，例如镍镀浴。咸性镀浴其pH值超过７之溶液，例如氰化物镀浴、锡酸盐之锡镀浴及各种焦磷酸盐镀浴。
 2.5.3.1　镀浴的成份及其功能
  金属盐：提供金属离子之来源如硫酸铜。可分单盐、盐，及错盐。

　　 例如：单盐：CuSO₄�铮籒iSO₄��

　　　　　 复盐：NiSO₄�铮�(NH₄)₂SO₄��

　　　　　 错盐：Na₂Cu(CN)₃��
导电盐：提供导电度，如硫酸盐、氯盐，可降低能量花费、镀液热蒸发损失，尤其是滚桶电镀更需优良导电溶液。

阳极溶解助剂。阳极有时会形成钝态膜，不易补充金属离，则需加阳极溶解助剂。例如镀镍时加氯盐。

缓冲剂，电镀条件通常有一定pH值范围，防止pH值变动加缓冲剂，尤其是中性镀浴(pH5～8)，pH值控制更为重要。

错合剂，很多情况，错盐的镀层比单盐的镀层优良，防止置换沉积，如铁上镀铜，则需用错合剂，或是合 金电镀用错合剂使不同之合金属电位拉近才能同时沉积得到合金镀层。

安定剂，镀浴有些会因某些作用，产生金属盐沉淀，镀浴寿命减短，为使镀浴安定所加之药品称之为安定剂。

镀层性质改良添加剂，例如小孔防止剂、硬度调节剂、泽剂等改变镀层的物理化学特性之添加剂。

润湿剂(wetting agent)，一般为界面活性剂又称去孔剂。

2.5.3.2　镀浴的准备
@将所需的电镀化学品放入在预备糟内与水溶解。
@去除杂质。
@用过滤器清除浮悬固体，倒入一个清洁电镀槽内。
@镀浴调整，如pH值、温度、表面张力、光泽剂等。
@用低电流电解法去除杂质。
2.5.3.3　镀浴的维持
@定期的或经常的分析镀浴成份，用化学分析法或Hull试验(Hull cell test)。
@维持镀浴在操作范围成份，添加各种药品。
@去除镀浴可能被污染的来源。
@定期净化镀液，去除累积杂质。
@用低电流密度电解法间歇的或连续的减低无机物污染。
@间歇或连续的过滤镀浴浮悬杂质。
@经常检查镀件、查看缺点。

2.5.4　金属阳极
     金属阳极分为溶解性及不溶解性阳极，溶解性阳极用于电镀上是为补充溶液中电镀所消耗的金属离子，是用一种金属或合金铸成、 滚成、或冲制成不同形状装入阳极篮(anode basket)内。阳极电流密度必须适当，电流密 度太高会形成钝态膜，因而使阳极溶解太慢或停止溶解，形成不溶解阳极，产生氧气，消耗镀液金属离子而必 须补充金属盐。为了减小阳极电流密度，可多放些阳极， 或用波形阳极增加面积，或降低电压。在酸性镀浴可以 用增加搅拌、增高镀浴温度、增加氯离子浓度、降低pH 来提高阳极容许电流密度。
      而碱性镀浴可用增加搅拌、增加自由氰化物(free cyanide)的浓度，升高镀浴温度或升高pH值，也可将某种物质加入阳极内以减少因高电流密 度的阳极钝态形成。电镀使用不溶解阳极用来做传导电流，镀浴金属离子需用金属盐来补充，如金镀浴中用不溶解 之不锈钢作为阳极，以金氰化钾来补充。在镀铬中用不溶解 之铅阳极，以铬酸补充铬离子。不溶解阳极有二个条件，一 是良好的导电体，二是不受镀液之化学作用污染镀浴及不受 侵蚀。不溶性阳极可用在控制金属离子过度积集在镀糟内，在贵金属电镀，如黄金电镀，用不锈钢做阳极，可以代替金 阳极，以减低投资成本或避免偷窃的困扰。不溶解阳极将引 起强力的氧化，形成腐蚀问题及氧化镀槽内物质，所以不能使用有机物添加剂。槽内之金属离子必须靠金属盐来补充。
2.5.5　阳极袋（anode bag）

       阳极袋是一种有多细孔薄膜袋子，用来收集阳极不溶解金属与杂质阳极泥，以防止污染镀浴，阻止粗糙镀层发生。阳极袋是用编织布缝成阳极形状宽大适中，长度要比阳极稍长，材料需扎得紧，足够收集阳极泥，不妨碍镀浴流通，将阳极袋包住阳极并缚在阳极挂钩上。在放进电电镀浴之前，阳极袋要用热水含润湿剂中洗去浆水及其它污物，然后再用水清洗，并浸泡与镀浴相同之pH的水溶液中，使用前需再清洗。酸性镀浴的阳极袋可用棉织物，也可使用人造纤维。在高温操作咸性镀浴可用乙稀隆材料阳极袋。

       金属阴极是镀浴中的负电极，金属离子还元成金属形成镀层及其它的还元反应，如氢气之形成于金属阴极上。准备镀件做电镀需做下面各种步骤：研磨、拋光、电解研磨、洗净、除锈等。
2.5.7　电镀之前处理

　　电镀前之处理，称之前处理(pretreatment)，包括下列过程：

洗净：去除金属表面之油质、脂肪、研磨剂，及污泥。可用喷射洗净、溶剂洗净、浸没洗净或电解洗净。

清洗：用冷或热水洗净过程之残留洗净剂或污物。

酸浸：去除锈垢或其它氧化物膜，要注意防止基材被腐蚀或产生氢脆。可加抑制剂以避免过度酸浸。酸浸完后要充份清洗。

活化：促进镀层附着性，可用各种酸溶液使金属表面活化。

.漂清：电镀前立刻去除酸膜，然后电镀。