浅谈不同基体材料对镀层质量及电镀前处理工艺的影响

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　　摘 要：电镀工艺作为重要的表面工程技术，已有 160 多年的历史。20 世纪以来，随着科学技术进步，工业化程度不断提高，汽车、机械 装备、船舶、电子、轻工等工业对产品表面处理都离不开电镀。随着电镀新工艺、新材料和新设备不断开发研制，电镀行业开创了前所未有的新局面，应用领域不断拓展，这也对电镀工艺的创新及镀层质量提出了更高的要求。在实际电镀生产中，由于工件基体材料种类繁多，采用单一的电镀前处理工艺有时难以获得理想的镀层质量。本文拟就不锈钢、锌合金、铝及其合金、焊接组合、铸铁件等基体材料的对电镀前处理工艺及镀层质量的影响做一些简单的探讨。
　　关键词：电镀;结合力;前处理;不锈钢;锌合金;铝及其合金;焊接组合基体;铸铁件;镀层质量
　　
　　一、不锈钢基体材料
　　 由于不锈钢质软不耐磨、表面强度低、摩擦系数大，作为传动轴、动配合件时易发生咬合或粘滞现象，常常在其表面电镀一层金、银、铬等金属或进行化学镀镍等工艺，来提高表面硬度、自润滑性能并提高其耐蚀性，因此不锈钢电镀多用于装饰性家居及化工、机电、轻工和食品机械等行业。但由于不锈钢表面易生成薄而透明且附着牢固的钝化膜，不易获得结合力良好的镀层，因此不锈钢通常采用活化预处理的方法来提高镀层结合力。活化预处理可分为阴极活化法（利用析氢还原作用，防止氧化膜形成）、浸渍活化法（利用化學反应除氧化膜）、镀锌活化法（构成锌-不锈钢微电池，析氢起还原活化作用）。如：对1Cr18Ni9Ti不锈钢基体化学镀镍的基本前处理工艺流程：机械抛光-有机溶剂除油-化学除油-热水洗-电化学除油-热水洗-冷水洗-混酸退膜（25%盐酸-8%硝酸-10%氢氟酸）-冷水洗-活化（10%盐酸-5%氟化铵（60℃））-热水洗-化学镀镍。
　　二、锌合金压铸件基体材料
　　 由于锌合金压铸件精度高、加工过程无切割或少切割、密度小、并具有一定机械强度，广泛应用于装饰领域。但是由于锌合金电位较负，化学稳定性差，易被腐蚀，所以锌合金压铸件常应用于受力不大，形状复杂的结构和装饰零件中。为防止由于锌合金的电极电位较负导致置换反应，影响镀层结合力，常进行氰化预镀铜。应用举例：锌合金压铸零件带电入槽;后采用2～3A/dm2大电流冲击电镀1～3min，然后恢复正常电流密度，并采用阴极移动，经除油、浸蚀、活化等工序后进行氰化预镀铜（镀液成分：18～25g/L氰化亚铜+7～12g/L游离氰化钠+10～15g/L碳酸钠;温度：35～45℃），铜底层的厚度应不少于5μm，最好8～10μm 以上。
　　三、铝及其合金基体材料
　　 铝及其合金对氧有高度亲和力，其表面极易在生成氧化膜，而且铝的电极电位很负，电镀过程中易出现置换镀层，影响镀层结合力，膨胀系数比其他金属大， 电镀过程中温度变化范围不宜大。在前处理过程中，通常采用先化学浸锌，然后电镀其他金属，以形成过渡金属层从而保证随后的电镀层有良好的结合力。如：含镁高的铝合金电镀前处理工艺：化学除油-水洗-硫酸（15%体积百分浓度，2-5min，80℃）-水洗-硝酸出光（50%或1：1，1-2min，15-25 ℃ ）-水洗-一次浸锌-水洗-退锌（30%硝酸）-水洗-二次浸锌-水洗- 电镀。化学浸锌可以防止铝的再氧化，改变铝的电极电位，使电镀过程更容易进行，从而使得镀层结合力更高。
　　四、焊接组合基体材料
　　 焊接组合基体材料受接口部位表面粗糙的影响，在电镀过程当中，在材料组合接口部位的镀层结合力不好，整平性不好，且耐蚀性不好。由于在粗糙表面上的析氢过电位小于光滑表面上的析氢过电位，所以在接口处的粗糙部位易发生析氢，氢气析出从而使得镀层不易沉积，甚至出现鼓泡等缺陷，严重可引起氢脆。在前处理过程中，为避免造成接口处粗糙，应采用机械抛光及化学抛光等多种组合方式以提高基体表面的整平性及光洁度，并且应及时清理焊缝，避免焊接组合接口处大量来不及析出的气体形成气孔等缺陷，影响镀层的整平性及工件的使用性能。
　　五、铸铁件基体材料
　　 由于铸铁材料中含有较多的石墨以及碳化物，在其加工成型的过程中，表面易粘附较多的铸造砂粒，形成粗糙多孔的表面。在机械加工过程中，油脂易渗入到粗糙多孔的表面内部，使得电镀前处理工艺中不易除净，同时施镀时电解液渗入到孔隙内，并达到一定深度，在后续水洗中不易清洗干净，一段时间后电解液外流与镀层发生反应，从而破坏镀层，使得耐蚀性显著降低。由于铸铁件表面存在砂粒及孔隙，石墨的存在降低了析氢过电位，易发生析氢反应，使得金属不易发生还原反应而沉积在基体金属上，沉积速度较慢，并使得镀层疏松多孔，耐蚀性不好。因此在铸铁件电镀前处理工艺中，应着重注意铸铁件的除油清洗及活化工艺。除油过程中，采取化学除油与电化学除油结合的方式，除油后先进行热水洗再进行冷水洗，以保证除油效果最佳。铸铁件的活化工序中，可通过酸洗浸蚀除去表面锈渍及砂粒，适当增长酸洗时间以获得最佳活化效果，之后再通过弱浸蚀工序，保证铸铁件基体表面活性，以提高镀层与基体的结合力。
　　 结语：
　　 由此可见，不同的基体材料具备不同的特性，如：易析氢，表面疏松多孔，易氧化等，需采取不同的电镀前处理工艺，来降低不良特性对镀层质量造成的危害。电镀生产中所发生的质量事故，大多数并不是由于电镀工艺本身所造成，多半是由于金属制品的镀前处理不当所致。镀前处理工艺的质量与镀后镀层的平整程度、结合力、抗腐蚀能力等性能密切相关。因此，我们应找准源头，根据不同的基体材料的不同特性，制定不同的前处理工艺流程，从而获得具备平整、耐蚀、结合力强等优点、符合生产应用所需的镀层。
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　　（作者单位：山东建筑大学，山东 济南 250101）
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