化学镀镍10篇

化学镀镍篇1

【关键词】化学镀镍;技术;探讨

前言

化学镀,相对于电镀而言不需要外加电源,是指在金属表面催化作用下通过化学还原法来沉积金属离子的过程。化学镀镍是材料科学的重要新兴领域,在近些年取得了快速的发展。化学镀镍技术具有镀层均匀、工业设备简单、结合力好等优点,在我国已被广泛运用于汽车、石油天然气、能源、机械、矿冶、化学化工、航空航天、印刷、模具、纺织、医疗器械、电子和计算机等工业部门当中。随着我国国民工业的不断扩大和镀镍技术的不断进步,化学镀镍技术必将取得更广泛的应用。

1 化学镀镍技术的发展历程

化学镀镍技术最早开始于十九世纪。在1845年,Wartz便发现:使用次亚磷酸盐还原金属镍的盐溶液中,可以沉积出粉末状的金属镍;1916年,Roux等人获得了光亮的金属镍镀层,但是没有实际应用价值;1946年,Riddell和Brenner把化学镀镍发展成了实用的技术;1955年,美国通用运输公司(GATC)在对化学镀镍溶液的组成和工艺参数进行系统研究之后,建成了第一条化学镀镍生产线;20世纪80年代,化学镀镍溶液的使用寿命不断延长,技术成本也不断下降,而且实现了镀液的自动控制,使得化学镀镍技术得到了大规模的工业化应用;20世纪90年代以来,许多国外公司推出了化学镀镍浓缩液商品和微机自动化管理系统,简化和方便了化学镀镍的工业化操作。如今,化学镀镍技术已经在各行各业获得了极为广泛的应用。

化学镀在我国的起步较晚,其工业应用方面也存在着诸如镀液不稳定、沉积速度慢、使用周期短且成本高等问题。近些年来,我国加快了化学镀镍技术的相关研究与发展,许多技术问题已经得到了解决,因而该技术的工业应用也日趋广泛。此外,国外知名的化学镀镍浓缩液也逐步进入中国市场,21世纪的化学镀镍技术将进入更加蓬勃发展的时期。

2 化学镀镍技术的原理及特点

2.1 原理

化学镀镍,是使用合适的还原剂把镀液中的镍离子还原沉积在具有催化活性的基体表面上,并形成金属镍镀层的一种工艺。常用的还原剂包括硼氢化钠、水合肼和次亚磷酸钠等。以硼氢化钠为还原剂,得到的是镍—硼合金镀层;以水合肼为还原剂得到了纯镍镀层,但是由于镀液不稳定而较少使用;以次亚磷酸钠作还原剂,实际上得到了镍一磷合金镀层,镀层中磷的含量在一定程度上影响了镀层的磁性和硬度。这三种还原剂的反应机理如下:

(1) BH4- + 4Ni2+ + 80H-

B(0H)4- + 4H20 + 4Ni

(2) 2Ni+ + N2H4 + 40H-

2Ni + N2 + 4H20

(3) Ni2+ + H2PO2- + H20

Ni + H2P03- + 2H+

化学镀镍一硼合金的可焊性和耐蚀性较好,可以作为电子工业的代银镀层;通过对镍一磷合金中的磷含量及热处理条件进行改变,可以得到不同硬度、磁性、耐磨性和耐蚀性的镀层。在镍—硼、镍一磷合金中加入其它的元素,能够得到化学镀镍三元、多元或复合镀层。

2.2 特点

化学镀镍的工艺与配方虽然千变万化,但是它们有着许多共同的特点:发生Ni沉积的同时, H2也在析出;镀层中除了Ni以外还有与还原剂相关的N、P、B等元素;只在某些具有催化活性的金属表面上发生还原反应,但是沉积一定会在已沉积的镀层上继续进行;还原剂的利用率不超过100%;副产物H+会降低槽液的pH值;用硼化物或次磷酸盐做还原剂镀浴得到的是是Ni-B或Ni-P合金镀层,控制磷含量所得到的Ni-P非晶态结构镀层的无孔、耐蚀、致密性远比电镀镍更加优良,某些情况下甚至能够代替不锈钢;化学镀镍层不但硬度高,而且能够通过热处理调整再对硬度进行提高,所以有良好的耐磨性;根据镀层中磷的含量,可以控制为非磁性或磁性,因而具有某些特殊物理化学性能。

3 化学镀镍技术的应用

化学镀镍的镀层有着非常突出的特性:比如良好的耐磨性、耐蚀性、减摩性和电磁性等,因而在各行各业都得到极为广泛的应用。

3.1 石油化工工业

石油工业的工作条件恶劣,井下常常含有盐水、CO2、H2S等腐蚀介质,温度高达170至200℃,而且拌有泥沙及其它杂质的冲蚀与磨损,通常抽油泵的寿命小于6个月。然而,经过化学镀镍处理的抽油水泵,其使用寿命能够延长4倍,因而效果显著。

化工工业要接触大量的腐蚀介质,化工管道和各种反应釜内衬零件都很容易被腐蚀而失效,使用化学镀镍技术对这些设备进行处理后,有效的延长了其使用寿命。

3.2 模具工业

使用化学镀镍来强化模具,能够确保其耐磨性和硬度,还能降低摩擦系数和提高耐蚀性。塑料模具中常常接触到含氟和含氯的腐蚀性介质,而且要求模具表面光洁且耐腐蚀,化学镀镍技术正好符合要求。在化学镀镍基础之上,适当加入一些纳米级的硬微粒(如金刚石)或者金属氧化物,从而形成化学复合镀,能够得到更加耐磨且效果更好的镀层,此技术已经在模具上得到了成功的应用。

3.3 机械汽车工业

机床导轨关系着机床的加工精度,因而导轨要有良好的耐磨性、刚度和导向精度。耐磨性的提高通常采用表面淬火的方法,该方法的缺点是导轨的硬度不均且变形大。使用化学镀镍技术来强化导轨能够收到很好的效果。

在化学镀镍基础上加入一些纳米级的硬微粒(如金刚石)或者金属氧化物所形成的化学复合镀,进一步拓宽了化学镀镍的应用范围。比如,加入聚四氟乙烯(PTFE)形成的Ni-P/PTFE复合化学镀,能够使机床齿轮的表面摩擦系数降低到0.09;而加入其它物质所形成的复合镀,比如Ni-P/Al2O3、Ni-P/TiN、Ni-P/金刚石、Ni-P/SiC等,能够大大提高镀层硬度,其中Ni-P/金刚石的耐磨性最好,因而最适合于强化汽车齿轮轴。由于化学镀镍的优良耐磨性,汽车上的齿轮、喷油器、散热器、汽化器、球头螺栓等零件都可以用化学镀进行强化处理。

3.4 电子计算机工业

精密电子仪器设备要求能够防止电磁辐射的干扰,液便是电子仪器内外的电磁干扰屏蔽罩。当前大都使用塑料外壳,但是它的电磁干扰屏蔽能力较弱。现在,通常先在塑料外壳上化学镀铜,接着再化学镀镍,这种双金属覆层被认为是如今最有效的电磁屏蔽方法。

化学镀最为广泛的应用行业是计算机工业,这是由于计算机硬盘必须要经过化学镀镍,而且这是硬盘的关键技术。先用铝镁合金制成硬盘,接着在表面进行化学镀镍,作为后续真空溅射磁记录薄膜的底层,该层的要求是:表面光洁、均匀,应力低且非磁性,化学镀镍恰好满足此要求。因此,硬盘化学镀是典型的高技术代表。

4 结束语

化学镀镍技术是材料科学的重要新兴领域,由于以其工艺简单、成本低、镀层厚度均匀、可以大面积镀覆,因而日益受到人们的重视。近二十多年来,不但研制出了数十种化学镀镍层,而且有些镀层已经在实际生产中得到了广泛应用。虽然已经有很多人对化学镀镍的机理做了不少的研究,并提出了相关的理论,但是这些理论无法完全解释生产过程中出现的问题,因而对于化学镀镍技术的研究工作还在不断的继续。本文简单介绍了化学镀镍技术的发展历程、化学与热力学原理、特点以及工业应用,以供有关人士参考。

参考文献:

[1]黄天尉.化学镀镍技术应用研究.科技创新导报,2009(32).

化学镀镍篇2

关键词:铝合金;预处理;化学镀镍;附着力 

1 引言

化学镀Ni-P具有厚度均匀、硬度高、抗蚀性优异等特点,因此镀层广泛被应用于需耐磨的工件。但是,铝合金表面即使在空气中停留时间极短也会迅速地形成一层氧化膜,以致影响镀层质量,降低镀层与基体的结合力。

本项研究得出了比较好的预处理方案,从而得到结合力良好,表面比较光亮的Ni-P镀层。

2 实验方法

2.1 实验工艺流程

试样制备配制除油溶液化学除油水洗侵蚀水洗超声波水洗去离子水洗一次锓锌水洗退锌水洗超声波水洗去离子水洗二次锓锌水洗去离子水洗碱性镀水洗酸性镀去离子水洗吹干冷却

2.2 除油配方及工艺

除油:Na3PO412H2O (30 g/L)NaCO3 (30 g/L)温度(65℃) 时间(3min)

2.3 浸锌配方及工艺

ZnSO4(40g/l )NaOH(90g/l )NaF(1g/l )Fecl3(1g/l )KNaC4O4H406(10g/L )

温度(42℃)一次浸锌时间(90S)二次浸锌时间(18S)

2.4 镀液配方与工艺

碱性预镀液NiSO46H2O(30g/l)NaH2PO2H2O(25g/l)NH4C6H5O7 H2O(100g/l)温度(65℃) PH值(8.2) 施镀时间(8min)

酸性镀液NiSO46H2O(30g/l) NaH2PO2H2O(25g/l) NH4C6H5O7 H2O(10g/l)

***酸C3H6O3(40ml/l) NaC2H302(10g/ L) 温度(85℃) PH值(4.8)施镀时间(120min)

3 实验结果与分析

3.1 镀层表面形貌及硬度

镀层表面为致密的胞状、非晶态结构。小胞之间有明显的界线,界线基本为直线,说明小胞在长大的过程中相互受到挤压而发生了变形,镀层中存在应力。镀层的含磷量为13.1%,镀层硬度可达686HV。

温度是影响化学镀沉积速率的最重要因。化学镀的催化反应一般只能在加热条件下发生,温度升高,离子扩散速度加快,反应活性增强,当温度高于50℃时,基体表面才有少量气泡生成,化学镀镍磷合金才能进行,随温度升高基体表面可见明显镀层。反应温度低于80℃时,沉积速率较慢;温度高于80℃,基体表面有大量气泡生成,沉积速率变快;当温度高于95℃时,镀液发生分解,镀液迅速变黑,产生大量气泡,在烧杯底部出现黑色沉淀。

3.2 pH值对镀速的影响

在酸性化学镀液中,pH是影响沉积速率的重要因素之一。在化学镀过程中,随着反应的进行,H+不断的生成,镀液的pH值不断降低,使沉积速率受到影响,因此在施镀过程中必须随时补充碱液来调整pH值在正常的工艺范围内。pH值升高使Ni2+的还原速度加快,沉积速率变快。

4 结语

(1)通过实验研究得到比较适宜的铝合金基材化学镀镍的前处理工艺,并得出了一套完整的铝合金基材表面化学镀镍工艺条件及配方。

(2)温度和pH值是影响反应速度重要的因素,温度的最佳工艺范围为85~95℃,超过95℃,镀液自分解现象严重;pH值的最佳范围是4.5~5.5,pH值超过5.5沉积速度开始下降。

(3)通过性能检测表明此工艺获得的镀层,镀层硬度可达686hHV,含磷量为11.17%且表面光亮、均匀、结合力好。

参考文献

[1]齐晓全.化学镀Ni-P工艺在制药设备上的应用[J].电镀与涂饰,2006,25(7):15-16.

[2] Parker K. Electroless Nickle. State of the Art plating and Surface Finishing,1992,34(3):29-33.

[3] Colaruotolo J F. Trends In Electroless Nickle Plating. Plating and Surface Finishing,1985,27(12):22-25.

化学镀镍篇3

关键词 银铜28焊料;镍层厚度;镀镍方式;流散性

中***分类号:TG454 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)14-0051-02

Ag系焊料是焊料中使用历史最长、应用最广泛的一类焊料。尤其是Ag-Cu共晶(Ag72-Cu28)焊料是目前电真空器件上应用最多的焊料,它的熔点低、没有结晶间隔、流散性好、所形成的焊缝的导热性和导电性较好,所以在电真空器件制造上,它的使用量占总焊料量的80%以上。

在电真空器件的钎焊工序中,银铜焊料的流散性对器件的外观、气密性、可靠性等有重要影响。在相同的钎焊制度下,银铜焊料流散控制适当,焊料铺展均匀,可以实现结合界面平整,结合紧密,保证器件的气密性,实现高可靠性;银铜焊料的流散过度,焊料铺展面积过大,势必造成界面结合处虚焊,存在孔洞,从而影响器件的气密性,导致可靠性失效;银铜焊料的流散过小,焊料的铺展面积不够,焊缝处焊料流散不连续,也会造成可靠性失效。因此银铜焊料的流散性是钎焊中需要控制的关键因素。

银铜焊料的流散主要由银铜焊料在材料表面的润湿性和流淌时间控制,其中后者主要受工艺条件影响,而焊料的润湿性受多种因素的影响,如零件表面粗糙度、配合公差、表面镍层状态等。本文重点研究零件表面镍层状态对银铜焊料流散的

影响。

1 试验方法和过程

选用厚度0.25 mm的4J42金属板材,分别采用电镀镍和化学镀镍进行表面镀覆,电镀镍为A组,化学镀镍为B组,镍层厚度控制在0.6 mm~2.1 mm之间,焊料的流散性采用焊料在金属底材上的铺展面积进行表征。

对两组试样采用X-射线荧光测厚仪进行镍层测试,镍层厚度测试结果如表1所示。

通过***像处理软件换算出焊料的铺展面积,结果如表2和***2所示。

从表2和***2的结果可以看出:在相同的钎焊制度下,银铜焊料在电镀镍上的铺展面积大于化学镀镍,说明银铜焊料在电镀镍上的流散性优于化学镀镍;同时若零件表面均采用电镀镍进行表面涂覆,银铜焊料的铺展面积随着镍层厚度的增加,出现先增加再减小的变化规律。

2 试验结果与分析

2.1 镀镍方式对焊料流散的影响

a区域基本为钎焊前焊料摆放的区域。该区域为焊料的初始熔融区域,在该阶段焊料开始融化变成液态,液态焊料的接触角减小而沿着固-液界面快速向外流淌,这一阶段的铺展动力是焊料自身熔融所提供的表面张力。

b区域在a区边缘圈。此阶段为由焊料自身的高温熔融阶段向焊料中的Cu与Ni层互溶反应的过渡区域。B组试样在此区域的凸起较为明显。

c区域为焊料铺展的最边缘区域。在该区域,焊料中的Cu与底板材料镀覆的Ni无限共溶而打破界面能平衡的反应流淌阶段,此阶段焊料流散的驱动力是Ni-Cu的共溶化学反应所提供。该区域焊料的润湿角较a、b区域小。

电镀镍A组试样和化学镀镍B组试样的铺展面积在a、b区域差别不大,其铺展面积不同主要是其c区域差异造成。焊料在电镀镍c区域铺展面积明显大于化学镀镍,从而造成A组焊料的铺展面积比B组的铺展面积大。

采用电镀镍后零件表面主要为Ni的单质,基本无其他成分,面心立方晶体结构的Ni均有很好的催化作用,可以和Cu无限共溶,其反应为焊料的流散提供了动力,加剧了焊料的快速流散。而采用化学镀镍(Ni-P)镍层主要为NiP2合金,Ni-P合金的存在降低了Cu与Ni无限共溶化学反应,相应减弱了c区域焊料铺展的驱动力。因此在相同的钎焊制度下,银铜焊料在电镀镍上的铺展面积大于化学镀镍。

2.2 镍层厚度对焊料流散性的影响

从表2中可以看出,采用电镀镍方式,在本试验所采集的镍层厚度在0.6 mm~2.1 mm的范围内,随着镍层厚度的增加,焊料的铺展面积并不是也相应增加,而是先逐渐升高,在一定的厚度值后再逐渐降低。

焊料在电镀镍上的流散动力来自两个方面:一方面,由于表面张力的作用,焊料熔融在镍层表面铺展润湿;另一方面,Ni与焊料中的Cu能够无限互溶为焊料的流散提供动力。

在镍层厚度增加的初期,随着镍层厚度的增加,Ni的表面含量增加,Ni与焊料中的Cu的无限互溶反应充分,其为焊料流散提供的驱动力增加,因此焊料的流散面积逐渐增加。而随着镍层厚度增加到一定的程度后,由Ag-Cu二元合金局部相***(***4)可以看出,当加热温度达到共晶温度以上的A点时,AgCu28共晶焊料开始熔化,这时会有少量的镍溶解,在接触界面形成(Cu,Ni)相,它的生长是依靠铜由液相向界面的扩散进行的,其结果使液态焊料中的铜减小,液相的成分由A点向B点移动,在B点开始出现富Ag的α相,随着(Cu, Ni)相不断地形成,液相中的铜继续减小,成分移至C点(凝固点),液态焊料都转变点成固态的α相,发生了所谓的等温凝固。在该温度点虽然在共晶温度以上,但液态焊料却不继续流散发生了凝固。随着镍层厚度的增加,由A点向C点转变的速度相应加大,即到达等温凝固的时间缩短,因此在随着镀镍层厚度的增加焊料的铺展面积反而有所下降。

3 结束语

1)在相同的钎焊制度下,镀镍层厚度相近时,银铜28焊料在电镀镍层上的流散性优于化学镀镍层。

2)在相同的钎焊制度下,采用电镀镍涂覆,随着镍层厚度的增加,焊料的流散性先增加再逐渐降低。

在电真空器件的钎焊中,根据零件具体状态和产品要求,选择合适的镀镍方式和镍层厚度,以满足实际生产需求。

参考文献

[1]刘联保,等.陶瓷-金属封接技术指南[M].北京:国防工业出版社,1990:51.

[2]赵越.钎焊技术及应用[M].北京:化学工业出版社,2004:87-96.

[3]徐先锋,洪龙龙,肖鹏,等.碳纤维表面电镀镍和化学镀镍研究[J].功能材料.2013,增刊Ⅱ(44):264-267.

化学镀镍篇4

关键词:锡镍铜镀层 流密度 镀液配方 硫酸铜 氯化镍 氯化亚锡

一、锡镍铜镀层的性质和工艺特点

锡镍铜三元合金镀层色调为浅黑微红,成为一种个性的镀层色调。作为装饰性镀层应用。在锡镍合金镀液中引入了铜,使镀层色调比锡镍合金的***色更加迷人,同时铜的加入使三元合金镀层的抗蚀性进一步提高。锡镍铜镀层的光泽度极为优良,基体越光亮,镀层的装饰效果越好。镀层的硬度Hv 500~700,有良好的耐磨性、抗蚀性,色调均匀。镀液有很好的分散能力和覆盖能力,电流效率高,既可吊镀也可滚镀。镀液维护管理容易,废水处理简单。

二、镀液配方和工作规范

锡镍铜镀液系焦磷酸盐体系,用焦磷酸钾作络合剂。镀层合金组 成为含锡70% 镍26%、铜4%。

镀液配方为:焦磷酸钾230~250g/L;氯化亚锡20~30 g/L; 氯化镍20~30g/L;硫酸铜4~5g/L; 胱氨酸盐酸盐5~20g/L ;温度20~50℃;电流密度l~1.5A/dm2;pH8~9;

镀液配制: 1、把计算量的氯化镍、硫酸铜、焦磷酸钾分别用热水溶解。2、用焦磷酸钾络合成为澄清溶液。3、加入计算量的添加荆,加水至规定体积。4分别用氨水和盐酸调整pH至工艺范围。5、分析、调整、电解试镀。

三、沉积原理

在焦磷酸盐镀液中,锡、镍、铜离子分别被焦磷酸钾络合形成[Sn(P2O7)2]2-、[Ni((P2O7)4]6-、[Cu(P2O7)2]2-络离子,三种络离子的沉积电位相差太大,无法共沉积。无添加剂时,因铜析出电位最正,所以主要析出铜。加入添加剂后使三者沉积电位接近,实现了共沉积。电镀时金属络离子在阴极放电形成三元合金,阴极上氢气的逸出甚微,所以镀液的电流效率较高。

四、镀液成份与条件的影响

1.焦磷酸钾

焦磷酸钾为镀液的络合剂.焦磷酸钾含量过高, 沉积速度减慢,特别影响到锡的析出,析氢增加,电流效率下降,易产生针孔和灰黑条纹。同时镀液粘度增加,镀液带出损失量大,含量过低,络合物不稳定,有产生铜沉淀的倾向,镀层外观不良。焦磷酸钾的含量一般控制在230~280g/L。.

2.氯化亚锡

锡在镀液中的含量直接影响到镀层的含锡量,并影响到镀层的硬度、内应力和色调。含量少,色调深,镍含量增加。含量过少,析氢增多易产生灰黑条纹,抗蚀性变差。锡含量过高,镀层近似于锡镀层外观。亚锡含量一般控制在30g/L左右。需指出电镀条件对镀层中的锡含量影响较小。镀层外观色调均匀, 适用于复杂零件电镀。

3.氯化镍

镀液中镍含量少,镀层中锡含量增加。当镍含量过高时,镀层带深黑色,脆性大,硬度大,耐蚀性变差。一般控制氯化镍含量在20~30g/L较好。

4.硫酸铜

铜盐在镀液中含量较小,铜盐的加入使合金镀层的色调更有魅力,同时还可改善合金镀层的抗蚀性, 含量少,色调不美丽,黑中发兰,近似***色寒光;含量太高,镀液易产生沉淀,获得良好镀层的工艺规范变窄,一般添加量为3~6g/L。

5.添加剂

胱氨酸添加剂是锡、镍,铜工艺中重要成分之一,作用是其一促使三种离子共沉积;其二消除镀层的应力;其三赋予镀层黑色调。工艺掌握在5~20g/L,添加剂的含量也可起到调节色调的作用,为保持镀液的稳定性,也可加稳定剂。

6.温度

镀液的操作温度很宽,从室温到60℃范国内变化,低温时色调深;温度高色调浅,镀液不稳定。一般 最佳温度为40~45℃。

7.电流密度

电流密度的变化对镀层各金属含量不会有大的变化。所以色调也无大变化。随电流密度的上升,镀层的硬度提高,而内应力却在下降。电流密度一般控制在1~1.5A/dm2。

8.pH值

对镀层的合金组成、硬度、内应力、镀液稳定性有不同的影响,在pH为8时,硬度和内应力最大,以后不管升高还是降低pH,内应力都在碱小。pH过低时镀液不稳定。pH值超过9.5镀液变浑浊。调整 镀液的pH值可用盐酸和氨水,控制镀液的pH值对维护和稳定镀液有着重要的意义。

五、镀液维护

实践证明镀液的维护管理是比较简便的,镀液的维护除了日常控制电镀条件和根据化学分析调整镀液成分外,还应着重以下几方面维护:

1.控制镀渡pH值

注意pH值的变化,因为pH值对镀层的色泽、硬度、内应力以及镀液的稳定性有着重要的影响。

2.控制镀液中三种金属离子浓度比

正常的三种金属离子含量比是获得理想三元合金镀层的重要条件之一。应以分析为依据,随时添加调 整。控制锡、镍、铜离子的摩尔比为0.0l~0.1:0.5~1.5:0 .5~1.5为最佳。 加料时金属盐应事先用焦磷酸钾络合后再加入镀液中,防止产生块状沉淀。

3.色调的控制及镀液处理。

一般来讲,色调变深时,可加入络合好的锡盐;色调变浅时,可加入少量添加剂和少量络合好的镍盐;色调近似***色时,可添加少量铜盐。生产中应避免带入四价锡离子、铬酸、氰根和磷酸根,避免带入氧化剂。镀液应定期活性炭处理。

六、常见故障和处理方法

1.色调太浅

可能是(1) 锡盐、镍盐含量少 (2)添加剂含量少(3)焦磷酸钾含量低(4)温度过高等原因。解决办法(1) (2)(3)分析、调整、补充:(4)控制在40℃

2.色调太深

可能是(1) 添加剂含量高(2) 锡盐少镍盐高(3)温度过低(4)pH值过高等原因。解决办法(1)添加锡盐和铜盐(2)补加锡盐(3)升温至工艺范围(4)盐酸调整

3.灰黑条纹

可能是(1)焦磷酸钾过高;(2)pH值过低;(3)添加剂含量高;(4)镍含量低;(5)电流过大;(6)重金属和有机物污染;解决办法(1) 适量增加三种金属盐(2) 氨水调高pH值(3)活性炭吸附(4)补充锡盐(5)调低电流 (6)活性炭处理,小电流电解

4.内应力大

可能是(1) 添加剂含量少(2)镍含量高(3)锡含量过低(4)电镀时间过长等原因。解决办法(1) 加大添加剂的量 (2)适当提高铜盐和锡盐含量(3)提高锡含量(4)控制在3-5分钟

5.色调不正

可能是(1) 铜盐含量少(2)有机杂质和重金属杂质等原因。解决办法(1) 提高铜盐含量 (2)活性炭和锌粉处理

七、镀后处理

为进一步提高镀层的抗蚀性,镀后可进行钝化处理。

1.化学钝化:室温下8%的重铬酸钾溶液处理半分钟至一分钟。

2.电化学钝化:重铬酸钾 15~20g/LpH12~12.5(用氢氧化钠调整);温度 60~90℃;阴极电流密度 0.2~0.5A/dm2;时间 30~60S。

八、不合格镀层退除

因镀层薄,一般为1微米,所以热的无机酸即可除去,但往往会破坏中间层,所以电解退除较好。

化学镀镍篇5

合肥美菱股份有限公司 安徽 合肥 230601

摘 要:塑料镀铬件具有镀层光亮、造型美观、轻便、耐腐蚀、成型灵活的特点,在汽车、电子产品、家用电器等领域应用广泛,冰箱产品主要应用于门体外观装饰件中且应用得比较普遍,能够满足消费者对冰箱的审美需要,因而广受消费者的欢迎。但是由于各种原因,冰箱上使用塑料镀铬件镀层容易出现裂纹,严重影响了冰箱门体的整体美观,本文对出现这种现象的原因进行了分析,并且就此提出了相应的改善措施,从而有效地避免安装时镀层裂纹的产生,保障冰箱的整体美观。

关键词 :冰箱;镀铬;镀层裂纹

塑料镀铬装饰件在冰箱装饰中应用得比较普遍,主要应用于冰箱的门体装饰,能够提升冰箱的整体美感,使冰箱的整体外观更加大方、华贵,满足消费者对冰箱外观的审美需要,提升冰箱的档次,从而得到了消费者的欢迎。然而一些小型电镀厂工艺水准不高,一般使用单层光亮镍套铬,难以保障工艺效果,容易产生裂纹。因此必须对加工工艺进行改进,解决冰箱用塑料镀铬件的镀层裂纹问题。

1 冰箱塑料镀铬件的基本工艺技术

一般情况下使用ABS或ABS/PC混合料作为冰箱塑料镀铬件的基材,主要为户内使用。使用库伦电解测厚仪评测后,对于镀层的厚度要求一般为Cu15Ni10Cr0.25。要求使用CASS软件来测试冰箱塑料镀铬件,保护等级能够达到十级,4小时内不能出现锈蚀。要对冰箱镀铬件进行冷热循环试验,要求其能够通过B循环的4个循环,不会出现裂纹和起泡的现象。

在镍层厚度满足要求的情况下,单层光亮镍基本上可以达到上述标准。在电镀塑料件的生产中,一般使用单层镍工艺。首先要对镍进行脱脂、粗化和水洗,然后再进行还原、水洗和预浸,对其进行解胶活化。完成以上步骤之后,就可以进行化学镀镍,进而再进行镀酸铜和镀光亮镍,最后进行活化和镀铬,并进行水洗和烘干工作。

2 传统的冰箱塑料镀铬件工艺存在的问题及原因

在传统的工艺生产中,冰箱的装配生产主要是先用螺钉连接和拼装冰箱的门壳、门体堵盖和电镀件,再进行发泡。在拼装发泡的过程中,很容易造成局部电镀层的裂纹,影响整体效果。在零部件的薄壁处很容易产生裂纹,特别是一些零部件在装配时产生了轻微的变形和弯曲,例如3KA和2CH系列的零部件,有90%的可能会产生裂纹。在零件的后壁处和后壁,镀铬件中却没有产生裂纹[1]。

在入厂检验中一般保障了装配线使用的塑料镀铬件的质量合格,在装配中为了避免开裂的现象,往往降低光亮剂的使用量,或者对镀镍槽液进行调整,使镀镍层的内应力降低,但是没有得到良好的效果,裂纹问题没有得到解决。在其后的工艺中又采取了降低镀铬层和镍层厚度的方法,这个问题得到了一定的控制。经过实验发现,如果要保持较好的柔韧性,镀铬层的厚度一般为0.05—0.1μm,镀镍层的厚度一般为3—5μm。但是保持这个厚度却无法通过CASS软件的测试,也无法通过2到3个月的室内悬挂试验。经过2到3个月的室内悬挂,镀铬层表面会出现点蚀现象,失去光彩,难以满足应用的需要。

产生塑料镀铬件镀层裂纹现象的主要原因在于镀铬件与其他部件没有进行严密的拼装配合。由于塑料壁很薄,会出现弯曲变形。当出现弯曲变形之后,就会造成镀层的应力集中。在发泡的过程中,模具还会对电镀件进行挤压,从而加重局部受力弯曲变形的程度,电镀铬层无法承受时就会发现裂纹。冰箱使用的光亮镀镍层具有较大的内应力,其材质本身较脆,如果光亮镀镍层的厚度超过了10μm,并经过了弯曲挤压,则必然会出现裂纹。因此如果仅仅对光亮镍的脆性进行考虑,难以满足实际使用的要求,必须对工艺进行改进[2]。

3 解决冰箱用塑料镀铬件镀层裂纹的措施

3.1 改善工艺条件和流程

为了解决上述问题,电镀厂家可以将总镍层的厚度降低,例如使用3层镍体系或者双层镍体系,但是要保障其能够通过CASS试验。与此同时,还要对应力进行改善,可以使用半光亮镍,改变原有的工艺流程。首先对其进行除油和粗化,再对其进行还原和预浸,活化、解胶之后要进行酸铜和沉镍。

3.2 改善工序要求

第一,要对装挂方式进行改变,传统的中间换挂的方式比较灵活,对挂具没有很高的要求。然而在全自动生产线中,必须带一个挂具完成从上料到下挂检验前的所有工序,这是由于当塑料电镀件的温度达到68℃时,其难以承受过大的压力。因此在设计挂具时要对塑料的稳固程度、定位方向和接触导电进行充分的考虑[3]。

第二,使用酸铜来减少裂纹。酸铜镀层具有良好的韧性,能够极大地提高镀层的延展性和结合力。因此如果塑料件电镀中的酸铜达到了一定的厚度,则能够有效地减少裂纹。供应商应该保障酸铜的厚度大于15μm。

第三,使用多层镍。多层镍体系具有较强的耐腐蚀性能,亮镍的比例为3:2,半光亮镍的比例为2:1,半光亮镍具有较少的光亮剂成分,降低了氯离子含量,具有更加细致的结晶,因此具有更好的柔韧性。因此,多层镍具有更好的柔韧性和耐腐蚀性,还可以有效地提高资源利用率,降低消耗。

第四,使用镀铬。在装饰性电镀中,镀铬层具有较差的延展性,其厚度一般控制在1μm之内。镀铬会使工件的应力和脆性增加。然而由于单层镍容易出现裂纹,因此铬层的厚度一般要大于0.15μm。为了将多层镍工艺下铬层的耐磨性和硬度发挥出来,保持其良好的韧性,铬层的厚度应该大于0.25μm。

为了使镀铬覆盖能力得到提高,手工线上经常使用冲击电流,但是结晶会在超强电流中变得粗糙,从而影响整个工件的耐腐蚀性和柔韧性。因此在自动线上,为了保持结晶的细致,一般都要设置电流软启动装置,使电流能够从低到高缓慢的升高。

4 结语

本文简要分析了冰箱产品用塑料镀铬件镀层裂纹产生的原因,并提出了相应的解决措施。只要保障镀铬层的厚度大于0.15μm,镀镍层的厚度大于5μm,就能够获得良好的柔韧性。如果镀铬层厚度大于0.25μm,镀镍层的厚度大于10μm,则可以有效的防止电镀层出现裂纹。如果需要镀铬件承受一定的弯曲变形,还可以使用多层镍工艺,从而有效的解决裂纹问题,满足应用的需要。

参考文献:

[1]李兆勇,屈波.家电产品中的塑料件结构设计质量优化与创新[J].农业工程,2013(05).

化学镀镍篇6

2.镁合金化学镀镍的研究进展 杨潇薇,安茂忠,杨培霞,张锦秋,YANG Xiao-wei,AN Mao-zhong,YANG Pei-xia,ZHANG Jin-qiu

3.化学沉积Ni-P-RE合金工艺的研究 梁平,LIANG Ping

4.影响化学镀镍液活性的研究 陈红辉,吴庆锋,谢红雨,杨如曙,周小平,廖丽***,CHEN Hong-hui,WU Qing-feng,XIE Hong-yu,YANG Ru-shu,ZHOU Xiao-ping,LIAO Li-jun

5.环形电镀生产线机械手过渡的实现 陈刚,CHEN Gang

6.镀铬控制系统可靠性设计及分析 翟宏强,潘宏侠,郭彦青,ZHAI Hong-qiang,PAN Hong-xia,GUO Yan-qing

7.铝阳极氧化膜热水封闭粉霜抑制剂的研究 张艳婷,ZHANG Yan-ting

8.H2O2-草酸体系化学抛光不锈钢的研究 张明熹,焦翠欢,崔广华,ZHANG Ming-xi,JIAO Cui-huan,CUI Guang-hua

9.铝合金无黄烟化学抛光机理的研究 陈绍广,戴扭乾,CHEN Shao-guang,DAI Nui-qian

10.稳定性二氧化氯处理氮氧化物的研究 王春慧,晋日亚,WANG Chun-hui,JIN Ri-ya

11.信息动态

12.论电镀废水零排放的可行性 袁诗璞,张仲仪,YUAN Shi-pu,ZHANG Zhong-yi

13.氰化物镀铜液中铜的自动电位滴定 丘山,丘圣,曾家民,丘星初,QIU Shan,QIU Sheng,ZENG Jia-min,QIU Xing-chu

14.化学镀铜和烟酸镀银中2,2'-联吡啶的光度法测定 戴永盛,DAI Yong-sheng

15.电镀故障分析与处理 沈亚光,SHEN Ya-guang

16.镀锌黑色钝化 奚兵,XI Bing

17.钢管镀锌工艺和设备 李贤成,LI Xian-cheng

18.活塞杆镀硬铬 田永良,TIAN Yong-liang

1.镁合金微弧氧化工艺的研究进展 姜伟,王桂香,JIANG Wei,WANG Gui-xiang

2.铝阳极氧化膜的研究进展 张莹,王桂香,ZHANG Ying,WANG Gui-xiang

3.微电铸层均匀性的影响研究 王星星,雷卫宁,姜博,WANG Xing-xing,LEI Wei-ning,JIANG Bo

4.镁合金直接化学镀镍的无铬无氟前处理研究 刘海萍,王艳青,毕四富,李宁,LIU Hai-ping,WANG Yan-qing,BI Si-fu,LI Ning

5.激光重熔纳米晶镍镀层的研究 陈劲松,黄因慧,朱***,乔斌,杨建明,CHEN Jin-song,HUANG Yin-hui,ZHU Jun,QIAO Bing,YANG Jian-ming

6.电解除油工艺的改进 陈红辉,谢红雨,郝胜策,周***,CHEN Hong-hui,XIE Hong-yu,HAO Sheng-ce,ZHOU Jun

7.镁合金化学复合镀Ni-P/纳米SiC工艺的研究 杨友,YANG You

8.铝基直接化学镀镍的活化前处理工艺的研究 范建凤,曲济方,刘森华,刘俊峰,FAN Jian-feng,QU Ji-fang,LIU Sen-hua,LIU Jun-feng

9.镁-锂合金化学镀镍 黄晓梅,冯慧峤,HUANG Xiao-mei,FENG Hui-qiao

10.再谈汽车紧固件抛丸磷化新工艺 唐春华,唐彬,TANG Chun-hua,TANG Bin

11.信息动态

12.铝合金直流电阳极氧化膜电解着色的研究 张兴,李剑虹,ZHANG Xing,LI Jian-hong

13.镍-钴合金镀液中硼酸的快速分析 郭崇武,GUO Chong-wu

14.一次锌合金镀件起泡的故障分析 李志江,LI Zhi-jiang

15.退铜液老化原因及再生 奚兵,XI Bing

16.硬铝上镀硬铬 邢康,XING Kang

17.加快建设电镀园区的实践与思考 王文慧,WANG Wen-hui

18.铸铝件电镀光亮镍 李贤成,LI Xian-cheng

19.银盐-磷酸系黑色钝化 赵予川,ZHAO Yu-chuan

1.钛及钛合金环保型转化膜的应用和发展 朱永明,屠振密,李宁,胡会利,ZHU Yong-ming,TU Zhen-mi,LI Ning,HU Hui-li

2.化学镀银的应用与发展 田微,顾云飞,TIAN Wei,GU Yun-fei

3.复合电沉积铜-石墨工艺的研究 张兴,龙秀丽,ZHANG Xing,LONG Xiu-li

4.复合电镀镍-金刚石工艺及其故障处理 霍苗,杨建桥,HUO Miao,YANG Jian-qiao

5.硫酸盐三价铬电镀新工艺 李炳江,屠振密,孙化松,李宁,毕四福,赵超,LI Bing-jiang,TU Zhen-mi,SUN Hua-song,LI Ning,BI Si-fu,ZHAO Chao

6.加速剂对镍镀层耐蚀性的影响 于俊河,张云霞,YU Jun-he,ZHANG Yun-xia

7.扫描喷射电沉积制备多孔金属镍 曹银风,黄因慧,田宗***,刘志东,杨成博,CAO Yin-feng,HUANG Yin-hui,TIAN Zong-jun,LIU Zhi-dong,YANG Cheng-bo

8.镀铬板工业化生产实践 朱国和,ZHU Guo-he

9.化学复合镀Ni-P-纳米SiC-PTFE工艺的研究 陈小文,谢华,李晖,CHEN Xiao-wen,XIE Hua,LI Hui

10.氨基乙酸对镁-锂合金阳极氧化膜的影响 常立民,王鹏,刘长江,CHANG Li-min,WANG Peng,LIU Chang-jiang

11.镁-锂合金阳极氧化膜封孔工艺的研究 杨潇薇,王桂香,董国君,龚凡,YANG Xiao-wei,WANG Gui-xiang,DONG Guo-jun,GONG Fan

12.镁合金镧转化膜的研究 杨黎晖,李峻青,蔺存国,吴建华,张密林,YANG Li-hui,LI Jun-qing,LIN Cun-guo,WU Jian-hua,ZHANG Mi-lin

13.纳米SiO2协同稀土铈对铝管表面硅烷膜的耐蚀性研究 闫星宇,白术波,肖围,YAN Xing-yu,BAI Shu-bo,XIAO Wei

14.浅谈维持镀铬液中三价铬 奚兵,XI Bing

15.铝及铝合金化学砂面处理 李贤成,LI Xian-cheng

16.气门高速镀铬 罗建东,卢杰初,LUO Jian-dong,LU Jie-chu

17.浅谈电镀企业如何开展清洁生产 陈仙花,CHEN Xian-hua

18.再谈电镀环形线的挂具处理 汪业生,WANG Ye-sheng

1.镁合金化学镀的研究进展 梁平,张云霞,LIANG Ping,ZHANG Yun-xia

2.影响电铸镍-钴合金晶粒尺寸的因素 杨东方,裴和中,张国亮,张俊,YANG Dong-fang,PEI He-zhong,ZHANG Guo-liang,ZHANG Jun

3.化学镀在电磁屏蔽中的应用 吴春,刘祥萱,黄洁,WU Chun,LIU Xiang-xuan,HUANG Jie

4.电镀层均匀性的数值模拟及验证 刘太权,LIU Tai-quan

5.超临界条件下温度和压力对电铸镍的影响 王星星,雷卫宁,WANG Xing-xing,LEI Wei-ning

6.电镀耐蚀性锌-镍合金工艺的研究 蒋彤雅,吴菊珍,JIANG Tong-ya,WU Ju-zhen

7.配位剂对Al_2O_3陶瓷表面化学镀铜的影响 王晓虹,周华,冯培忠,孙智,WANG Xiao-hong,ZHOU Hua,FENG Pei-zhong,SUN Zhi

8.工艺因素对SLA原型表面化学镀铜速率的影响 刘洪***,李亚敏,张俊,马颖,LIU Hong-jun,LI Ya-min,ZHANG Jun,MA Ying

9.黄铜合金及电镀黄铜合金的化学着色 李永斌,LI Yong-bin

10.钢板常温锌系磷化 黄晓梅,章磊斌,冯慧峤,HUANG Xiao-mei,ZHANG Lei-bin,FENG Hui-qiao

11.植酸对镁-锂合金阳极氧化膜的影响 杨潇薇,王桂香,董国君,龚凡,YANG Xiao-wei,WANG Gui-xiang,DONG Guo-jun,GONG Fan

12.铝合金交流电阳极氧化膜电镀黑镍的研究 李剑虹,李娜,LI Jian-hong,LI Na

13.多波形微弧氧化脉冲电源的研究 王书强,苏瑞涛,贲洪奇,WANG Shu-qiang,SU Rui-tao,BEN Hong-qi

14.能量色散X射线荧光光谱法分析镀液中金离子的质量浓度 孙雪萍,SUN Xue-ping

15.铝合金三价铬钝化 赵予川,ZHAO Yu-chuan

化学镀镍篇7

【Key words】Electroplating industry soil remediation bioremediation combined remediation plants and microorganisms

1 前言

土壤重金属污染是我国亟待解决的环境问题。电镀行业是产生重金属污染的主要行业之一。由于电镀行业使用了大量强酸、强碱、重金属等有毒有害化学品,在工艺过程中排放了高毒物质和危害人类健康的废水、废气和废渣,对人类的生存环境产生了巨大危害。尤其是重金属镍污染后果相当严重,镍可引起接触性皮炎,直接进入血液的镍盐毒性较高,胶体镍或氯化镍毒性较大,可引起中枢性循环和呼吸紊乱,使心肌、脑、肺、肾出现水肿、出血和变性,长期接触、吸入或注射镍化物均有致癌作用。电镀企业关闭后遗留的重金属污染土壤对环境构成严重威胁。然而如何针对性地有效进行修复治理,是人类面临的又一大问题。电镀厂污染场地属于重污染行业污染场地,急需进行环境综合治理与土壤修复[1]。

本文通过对某电镀厂厂区土壤样品监测结果的分析研究和修复治理方法的探讨,为进一步开展污染土壤修复工作以及合理规划和利用该场地提供科学的理论依据,同时,对于改善和提高当地城镇环境质量、保障人体健康和维护社会稳定也将具有重大意义。

2 企业基本情况

该电镀厂于2003年3月投产,厂区面积约3500m2,主要从事各种五金件产品的来料电镀加工。全厂共3个电镀车间,8条电镀生产线,其中7条半自动电镀生产线、1条全自动电镀生产线。主要镀种为镀锡、镀镍、镀铬、镀锌。电镀加工产品方案见表1。

使用的主要原辅料有金属镍板、硫酸镍、氯化镍、电解铜、硫酸铜、硫酸、盐酸、铬酐、氰化钠、氰化亚铜、氰化钾等。产生的电镀废水经废水处理站处理达标后排放。根据当地电镀行业环境整治要求,该电镀厂已停产待迁。

3 土壤污染现状及成因分析

为了解该电镀厂所在地土壤污染现状,委托澳实分析检测(上海)有限公司对其厂区土壤进行了监测。

3.1 监测项目

pH值、总氰化物、锑、砷、铍、镉、铬、铜、铅、镍、硒、银、铊、锌、汞等。

3.2 监测地点

厂区废水处理站边和电镀车间旁各设一个采样点,编号分别为Z1、Z2。按0~20cm、40~60cm、80~100cm采样深度各采一个样品,对应样品编号Z1-1~Z1-3和Z2-1~Z2-3。

3.3 监测结果

厂区土壤样品监测结果见表2和***1。

表2 厂区土壤监测结果

***1 土壤监测结果对比分析***

土壤样品监测结果表明,除镍指标外,其余指标监测值均符合《浙江省污染场地风险评估技术导则》(DB33/T892-2013)表A.1部分关注污染物的土壤风险评估筛选值中的住宅及公共用地筛选值。

土壤监测结果镍超标原因主要为企业生产过程中涉及到镀镍等工序,生产废水和废气中含有镍等重金属。车间地面、排水沟渠等没有按规范进行防渗处理,镀镍废水没有进行有效收集容易渗漏到地面,等等,各种因素导致土壤受到重金属污染。根据《浙江省污染场地风险评估技术导则》(DB33/T892-2013)以及有关文件要求,企业场地需要进行土壤污染修复治理。

4 土壤重金属污染治理方法

目前针对土壤重金属污染修复方法较多,主要包括物理方法、化学方法和生物方法[3]。生物修复方法因其效果好、投资省、费用低、易于管理和操作、不产生二次污染等被公认为是生态友好型原位绿色修复技术[4]。生物修复方法主要有植物修复、微生物修复、植物与微生物联合修复。

4.1 植物修复

植物修复技术主要有植物稳定、植物提取、植物挥发等类型[5]。植物稳定是利用植物来降低重金属在土壤中的迁移,但是随着时间或环境的改变,可能仍会发生渗漏和扩散,这种方法并没有减少重金属的含量,只是改变了重金属的存在形态;植物提取是指利用对重金属富集能力强的超积累植物吸收土壤中的重金属,并将重金属转运储存在地上部分,然后通过收获地上部分进行焚烧,来达到去除重金属的目的;植物挥发是指利用植物吸收、转运、积累、挥发来去除土壤中一些挥发性的重金属[6]。

4.2 微生物修复

微生物修复技术是利用土壤中某些微生物对重金属的吸收、沉淀、氧化还原等作用,以达到降低土壤重金属的毒性。某些微生物能代谢产生柠檬酸、草酸等物质[7]。这些代谢产物能与重金属产生螯合或形成草酸盐沉淀,从而减轻重金属的伤害。Siegel等研究表明,真菌可以通过分泌氨基酸、有机酸以及其他代谢产物来溶解重金属以及含重金属的矿物[8]。微生物修复的局限性在于:微生物有些情况下不能将污染物全部去除;微生物对环境的变化响应比较强烈,环境条件的改变能大大影响微生物修复效果。

4.3 植物与微生物联合修复

鉴于植物修复和微生物修复各自在重金属污染修复中的不足,植物与微生物联合技术通过发挥植物和微生物各自的优点,最大限度弥补其在重金属污染修复中的不足,有效提高植物修复的效果。土壤中许多细菌不仅能够刺激并保护植物的生长,而且还具有活化土壤中重金属污染物的能力。最近俄罗斯科学家培育出一种耐重金属污染并保护植物生长的细菌,这种细菌能够在Zn、Ni、Cd和Co存在的条件下产生抗生素细菌的细胞不具备稳定的基因,但是位于染色体外能够自动复制的环状DNA分子,可以有效阻止重金属离子进入细胞,同时能够刺激并保护植物的生长[9];Ma等成功地从Ni污染土壤中分离得到耐受重金属污染的细菌,并发现这些细菌在较高水平重金属污染的土壤中能够促进植物生长;Idris等在遏蓝菜属植物Thlaspigoesingense根际分离出大量对Ni耐受性较强细菌,包括Cytophaga、F lexibacter、Bacte2roides等,这些细菌可以明显提高Thlaspigoesingense对Ni的富集能力[10]。虽然菌根化植物抗逆性强、吸收降解能力强,但不容易获得,因此,菌根与植物修复体系的选择与建立有非常广阔的应用价值,也是重金属污染土壤生态恢复的一个新的研究方向[11]。

5 结论与展望

化学镀镍篇8

【关键词】印制板;表面处理;焊接

一、前言

在一个印制电路板的制造工艺流程中,产品最终之表面可焊性处理,对最终产品的焊接装配和使用可靠性起着至关重要的作用。

综观当今针对印制电路板最终表面可焊性涂覆表面处理的方式,主要包括以下几种:(1)热风整平;(2)有机可焊性保护剂;(3)化学沉镍浸金;(4)化学镀银;(5)化学浸锡;(6)锡 / 铅再流化处理;(7)电镀镍金;(8)化学沉钯。其中,热风整平是自阻焊膜于裸铜板上进行制作之制造工艺(***OBC)采用以来,迄今为止使用最为广泛的成品印制电路板最终表面可焊性涂覆处理方式。

热风整平技术在70年代中期已开始应用。其抗蚀性、抗氧化性、可焊性较好,目前作为印制板表面镀层仍占多数。但印制板经热风整平之高温处理后,易产生翘曲,且不利于薄板生产,还有焊盘厚度不均匀(呈弧状),对下道上锡膏、***T、BGA安装有影响,此外还会产生Cu―Sn介面金属化合物,质脆。

镀镍/金早在70年代就应用在印制板上。电镀镍/金特别是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨的Au―Co 、Au―Ni等合金至今仍一直在带按键通讯设备、压焊的印制板上应用着。但它需要“工艺导线”达到互连,受高密度印制板***T安装限制。90年代,由于化学镀镍/金技术的突破,加上印制板要求导线微细化、小孔径化等,而化学镀镍/金,它具有镀层平坦、接触电阻低、可焊性好,且有一定耐磨程度等优点,特别适合打线(Wire Bonding)工艺的印制板,成为不可缺少的镀层。但化学镀镍/金有工序多、返工困难、生产效率低、成本高、废液难处理等缺点。

铜面有机防氧化膜处理技术,是采用一种铜面有机保焊剂在印制板表面形成之涂层与表面金属铜产生络合反应,形成有机物―金属键,使铜面生成耐热、可焊、抗氧化之保护层。目前,其在印制板表面涂层也占有一席之地,但此保护膜薄易划伤,又不导电,且存在下道测试检验困难等缺点。

随着环境保护意识的增强,印制板也朝着三无产品(无铅、无溴、无氯)的方向迈进,今后采用化学镀银、化学浸锡表面涂覆技术的厂家会越来越多,因其具有优良的多重焊接性、很高的表面平整度、较低的热应力、简易的制程、较好的操作安全性和较低的维护费。

另外,随着***T技术之迅速发展,BGA设计的逐步平常化,对印制板表面平整度的要求会越来越高,化学镀镍/金、铜面有机防氧化膜处理技术、化学镀银、化学浸锡技术的采用,今后所占比例将逐年提高。

二、印制板表面可焊性处理简介

2.1 热风整平

2.1.1 热风整平工艺

热风整平是自阻焊膜于裸铜板上进行制作之制造工艺(***OBC)采用以来,迄今为止使用最为广泛的成品印制电路板最终表面可焊性涂覆处理方式。

热风整平,又称喷锡,是将印制板浸入熔融的焊料(通常为63Sn37Pb的焊料)中,然后通过热风,将印制板的表面和金属化孔内部多余的焊料吹掉,最终获得一个光滑、均匀光亮的焊料涂覆层。

热风整平(HASL)工艺制程之简介请参见下***1。

热风整平工艺制程,包含有热风整平前处理、热风整平、热风整平后处理三方面。其中,热风整平前处理工艺控制,对热风整平的质量影响很大,通常包括清洁处理和微蚀处理,确保彻底去除印制板可焊性涂覆表面的油污、杂质或氧化层,露出新鲜可焊的铜表面。

热风整平前对印制板的微蚀处理,常采用硫酸/双氧水体系,微蚀一般要求将铜蚀刻1~2微米,微蚀后需浸酸处理。经过微蚀处理后的印制板,一定要立即进行水洗、吹干,防止新鲜的铜表面再次氧化。

热风整平的工艺参数控制,主要关注焊料温度、空气刀气流温度、风刀的空气压力、浸焊时间、以及退出速度等诸方面。

2.1.2 热风整平质量控制及焊接要求

考虑到热风整平的目的,是为后续的焊接提供良好基础,所以,对热风整平的质量要求显得尤其重要,主要有以下几方面:

(1)外观质量

所有焊料涂覆处的锡铅合金层,必须光亮、均匀、完整,没有半润湿、节瘤、露铜等缺陷。印制板表面,以及孔内无异物,非涂覆锡铅合金部位不应挂粘锡铅焊料。

另外,阻焊层不应有气泡、脱落、或变色等现象;阻焊层下的铜,不应氧化或变色;如果有插头镀金设计,则镀金插头部位不应有焊料涂覆。

(2)焊料层厚度

印制板表面处理之涂覆焊料部位的焊料层厚度,并无严格的统一标准规定,一般应以焊料层的可焊为原则。

(3)附着力

锡铅焊料附着力应不小于2N/mm。

(4)锡铅合金成分

焊料涂覆层锡含量62~64%,其余为铅含量。

(5)可焊性要求

使用中性焊剂,3秒内应完全润湿。

2.1.3 无铅化及焊接的影响

随着社会的进步,人们对环境保护意识逐渐增强。保护环境,减少工业污染,已越来越受到全社会的关注。众所周知,铅是有毒的金属,将会对人体和周围环境造成相当巨大的影响。

为了消除铅的污染,采用无铅焊锡及无铅焊接技术是势在必行。无铅焊锡技术不是新的。多年来,许多制造商已经在某些适当位置的应用中,使用了无铅合金,提供较高的熔点或满足特殊的材料要求。

但是,毋庸讳言,无铅化给印制板制造及焊接均带来了一定的影响,主要表现在下述几方面:

(1)多数无铅金属,包括锡―银―铜,具有超过200℃的熔点,高于传统的锡、铅合金的大约180℃的熔点。

这个升高的熔点,将要求更高的焊接温度。对于元件包装和倒装芯片装配,无铅焊锡的较高熔点是一个关注重点,因为元件包装基底可能不能忍受升高的回流温度。

设计者不断研究替代的基底材料,使其能耐受更高的温度,以及各向异性的导电胶,来取代倒装芯片和元件包装应用中的焊锡。

对于印制板制造而言,基板材料的耐热性以及加工完成后印制板的耐热性,将受到前所未有的考验。

(2)无铅焊料的工艺窗口,与传统的焊料相比,要窄得多,工艺的控制要求更高。

(3)无铅焊料对后续的封装焊接提出了许多相应的要求,这对无铅化的印制板的推广和应用,起着很重要的作用。

2.2 有机可焊性保护剂

2.2.1 有机可焊性保护剂(OSP)工艺

有机可焊性保护剂(OSP),是以化学的方法,在印制板裸铜表面,形成一层0.2~0.5微米的薄膜。

这层膜具有防氧化、耐热冲击、耐湿性,因而,在印制板制造业中,有机可焊性保护剂(OSP)工艺可替代热风整平技术。

有机可焊性保护剂(OSP)工艺制程之简介请参见***2。

此外,有机可焊性保护剂(OSP)工艺生产的印制板,较之于热风整平工艺生产的印制板,具有更为优良的平整度,更适应电子工业中***T技术的发展要求。

2.2.2 有机可焊性保护剂与焊接

有机可焊性保护剂(OSP)技术,具有下述几方面的优点:

(1)经过有机可焊性保护剂(OSP)技术处理的印制板焊接区域,表面平坦,膜厚度0.2~0.5微米,适合***T和细导线细间距的印制板的焊接,避免了热风整平工艺可能导致的贴装时不稳而滑动所造成的桥接效应。

(2)膜脆易焊,能承受四次以上热冲击,并与任意焊料兼容。

(3)制程采用水溶液操作,最高温度80℃,不会发生印制板翘曲变形,有利于保证后续焊接质量。

(4)制程成本较热风整平低20~25%。

当然了,由于膜厚很薄,易于划伤,在可焊性涂覆操作、以及焊接过程中,必须十分小心,确保可焊性保护剂成膜不被破坏,保证可焊性。

2.3 化学沉镍浸金

2.3.1 化学沉镍浸金工艺

自上个世纪末以来,化学沉镍浸金工艺,在国内得到了迅速的推广,这得益于化学沉镍浸金工艺本身所带来的种种优点。

化学沉镍浸金涂层的分散性好、具有良好的焊接及多次焊接性能、良好的打线(压焊)性能、能兼容各种助焊剂,同时又是一种极好的铜面保护层。

因此,与热风整平、有机可焊性保护膜等印制板表面处理工艺相比,化学沉镍浸金镀层,可满足更多种组装要求,具有可焊接、可接触导通、可邦线、可散热等功能,同时,其板面平整、***D焊盘平坦,适合于细密线路、细小焊盘的锡膏熔焊,能较好地用于COB及BGA的制作。

由于药水供应商和设备制造工程师们的艰苦努力,化学沉镍浸金(ENIG)化学工艺制程已很成熟和稳定。因而,当我们面对它时,与在深绿色阻焊膜上的电路相比,并不逊色。当在完成化学沉镍浸金(ENIG)制程后的胶带测试中,不再发生前期制程条件下出现的阻焊膜脱落情况。

化学沉镍浸金(ENIG)工艺制程之简介请参见***3。

2.3.2化学沉镍浸金处理与焊接

(1) 金层厚度对可焊性的影响

在化学镀镍/金上,不管是施行锡膏熔焊或随后的波峰焊,由于金层很薄,在高温接触的一瞬间,金迅速与锡形成“界面合金共化物”(如AuSn、AuSn2 、AuSn3等)而熔入锡中。故所形成的焊点,实际上是着落在镍表面上,并形成良好的Ni―Sn合金共化物Ni3Sn4,而表现固着强度。换言之,焊接是发生在镍面上,金层只是为了保护镍面,防止其钝化(氧化)。因此,若金层太厚,会使进入焊锡的金量增多,一旦超过3%,焊点将变脆性反而降低其粘接强度。

(2) 镍层中磷含量的影响

化学镀镍层的品质决定于磷含量的大小。磷含量较高时,可焊性好,同时其抗蚀性也好,一般可控制在7~9%。

(3) 镍槽液老化的影响

镍槽反应副产物磷酸钠(根)造成槽液“老化”,污染溶液。镍层中磷含量也随之升高。老化的槽液中,阻焊膜渗出的有机物量增高,沉积速度减慢,镀层可焊性变坏。这就需要更换槽液,一般在金属追加量达4~5MTO时,应更换。

(4)PH值的影响

过高的PH,使镀层中磷含量下降,镀层抗蚀性不良,焊接性变坏。对于安美特公司之Aurotech (酸性)镀镍/金体系,一般要求PH不超过5.3,必要时可通过稀硫酸降低PH。

(5) 稳定剂的影响

稳定剂可阻止在阻焊Cu焊垫之间的基材上析出镍。但必须注意,太多时不但减低镍的沉积速度,还会危害到镍面的可焊性。

(6) 不适当加工工艺的影响

为了减少Ni/Au所受污染,烘烤型字符印刷应安排在Ni/Au工艺之前。光固型字符油墨不宜稀释,并且也应安排在Ni/Au工艺之前进行。

做好Ni/Au之后,不宜返工,也不宜进行任何酸洗,因为这些做法都会使镍层埋伏下氧化的危险,危及可焊性和焊点强度。

(7) 两次焊接的影响

第一次焊接后,助焊剂残余会浸蚀镍层。第二次焊接的高温会促使氧化甚至变黑,其固有强度变坏,无法通过振动试验。遇到这种情况,只能从槽液管理上入手进行改进,使镀镍层具有更好的抗蚀性能。

最后,一个最终的化学沉镍浸金(ENIG)问题值得注意:研究已证实与镍间所形成的焊点,不耐物理冲击。鉴于此原因,采用此法进行表面处理者有可能呈现出下降的趋势,例如,移动电话和PDA,将倾向于采用OSP、HASL、化学浸银(ImmAg)和化学浸锡(ImmSn)的可焊性涂覆。

2.4 化学镀银

2.4.1 化学镀银工艺

电子产品的飞速发展,促使印制板制造业工艺日新月异。传统的热风整平工艺,逐渐无法满足新的封装技术对印制板更平整链接盘的要求;压接技术的发展,要求最终涂覆后的孔径有很小的误差,而热风整平工艺加工后的极不均匀的表面涂层根本不适用于压接技术;另外,精细节距的应用也因为热风整平表面涂层容易桥接而受到限制。

前面述及的有机可焊性保护剂工艺,虽然有成本低、易控制等不可否认的优点,但是由于其膜的脆弱性特点,使其的应用受到了一定限制;已经发展成熟的化学沉镍浸金表面处理工艺,虽然受到了电子厂商的推崇,但其在生产控制、成本等方面,存在着一定劣势,对其发展也大受影响。

化学镀银工艺,凭借其自身的优势,大踏步的进入了印制板市场。其工艺制程之简介请参见***4。

2.4.2 化学镀银处理与焊接

经过生产实践及物理性能测试,化学镀银具有如下特点:

(1)优良的可焊性

相比于OSP可焊性涂覆制程而言,化学镀银的润湿速度更快,且能够满足多次再流焊接的要求。

(2)涂层均匀及表面平整度高,适合用于元器件BGA、FC、COB等的组装技术及精细节距。

(3)可用于压接技术。

(4)低操作温度,适用于薄板的生产,无板子分层、变形现象。

(5)与阻焊油墨和无铅焊料有良好的兼容性。

(6)可用于Bonding。

对一个装配者来说,也许最重要的是容易进行元器件的集成。任何新印制电路板表面可焊性处理方式应当能担当N次插拔之重任。除了集成容易之外,装配者对待处理印制电路板的表面平坦性也非常敏感。与热风整平制程所加工焊垫之较恶劣平坦度有关的漏印数量,是改变此种表面可焊性涂覆处理方式的原因之一。

银层表面的平坦性,正如其优良的接触传导特性一样,对装配工程师们具有吸引力。它能实现卓越之ICT结果。银表面涂覆之助焊剂选择,类似于化学沉镍浸金涂覆,不是非常重要。此外,化学镀银涂覆具有令人惊讶的数铣外形及电测忍耐度。但在板料持取过程中,须注意银表面之有害接触。

化学镀银工艺制程较之有机可焊性保护剂涂覆,有更长之可用期,但不像热风整平和化学沉镍浸金制品表面之高低不平形态。如果制作过程和持取程序不按要求进行,银将会特别敏感,并呈现其氧化后的失去光泽现象。氧化只要达到5纳米厚,即为可见,但其可焊性不受影响,直到出现大约50纳米厚之黑色层为止。至于其他功能,例如揿垫或无焊接连接,则对氧化之失去光泽更为宽容许多。人们希望今后有此类研究更广范围的应用出现。银层之氧化失去光泽现象,严格意义上讲,仅是一个表面现象。

2.5 化学浸锡

2.5.1 化学浸锡工艺

始于上个世纪九十年代中期,电子工业对化学浸锡工艺的需求迅速增长,但由于铜/锡之间的迁移,无论哪家药水供应商的化学浸锡工艺,均存在着严重的锡须问题。

锡须现象属金属间化合现象,铜―锡金属间化合物之形成,简单地说,是因为这些金属间之固相接触所致。此种金属间化合层,具有一定粘合作用,它允许两金属在焊接过程中之相对低的温度条件下完成焊接。

一个铜表面上的浸锡涂层,在电镀后立即开始形成上述之铜―锡金属间化合物。此铜―锡金属间化合物形成速率,遵循着时间和温度之各自平方根函数关系。该涂覆从两金属接触处开始形成,直至该金属间化合物达到表面。

据研究结果,一个1.0微米厚的浸锡涂层,应当能保持6个月到一年时间,但若进行多重焊接,将会是一个挑战。

锡须的形成使表面处理后的印制板,在使用后出现可靠性问题,限制了其发展。但经过药水供应商的不断开发研究,化学浸锡工艺日渐成熟,选择特殊的添加剂配方,能有效控制和抑制锡须的生长。

化学浸锡(ImmSn)工艺制程之简介请参见***5。

2.5.2 化学浸锡处理与焊接

历经生产实践及对其性能测试,化学浸锡具备以下特点:

(1)化学浸锡制程属无铅的表面处理。

(2)化学浸锡制程的工作温度,较热风整平的工作温度低,所以可减少印制板内层分离和弯曲现象。对于后道焊接工艺的实施,有利于避免桥接效应的发生。

(3)涂层的共面性好。

(4)涂层厚度,在尺寸各异的***D连接面上,分布较为均匀,对于表面贴装焊接及焊接可靠性而言,极为有利。

(5)化学浸锡,返工较为简单,适用于插装技术的运用。

(6)适合精细间距印制板的表面可焊性处理。

(7)化学浸锡处理,可满足于多次焊接的装联要求。

通过改变锡层的晶体结构,可以降低铜―锡之间的相互扩散及锡须的增长速度,从而解决化学浸锡在应用时的可靠性问题。尽管如此,随着时间的延长,铜锡之间仍然会相互迁移而形成一定厚度的金属共化物。

所以,当浸锡涂层完成后,存放的时间越长,金属共化物层的厚度也就越厚,从而使印制板的焊接次数减少。

三、SPF印制板表面可焊性处理技术推荐

3.1 SPF表面可焊性处理制程

首先,利用下***6,对目前使用的印制板的可焊性制程,与即将隆重推介的“Semblant等离子体处理制程”――Semblant Plasma Finish (SPF),进行了工艺流程步骤对比。

如上所述,印制板表面可焊性处理技术多种多样、多姿多彩,由于可焊性涂层的特性及处理方式的差异,真是各有各的精彩,为各类印制板的后续装联奠定了基础,但选择何种可焊性处理方式,需综合焊接对象、焊接方式等诸方面进行定夺。

从可焊性处理方式分析,有机可焊性保护剂处理、化学沉镍浸金、化学镀银、化学浸锡、电镀镍金、以及化学沉钯,基本上都属于印制板的湿法制程工艺;至于热风整平制程,刨去前后处理两方面,热风整平处理可算作印制板的干法制程工艺。

随着电子产业技术水平的不断提升,印制板制作制程不断的推陈出新,各类新型制作设备层出不穷,Semblant Plasma Finish (SPF)就是一个生动的例子。

Semblant Plasma Finish,是一种利用等离子体沉积技术的印制板表面可焊性处理技术,属于纯干法制程。

该制程设备如下***7所示。

Semblant等离子体处理制程,是一种独特的,选用等离子体沉积腔,室温条件下,在待处理印制板表面,进行超薄含氟聚合物沉积涂覆的制程。

SPF含氟聚合物,具有显著稳定的化学特性,因此,极大的延长了处理后印制板的货架寿命,能有效抵抗潮气,防止腐蚀气体对保护层下铜表面的侵蚀。

相对湿度条件、25℃下,气相SO2对SPF表面处理涂层(下***左侧示意)和化学沉镍浸金涂层(下***右侧示意)影响的对比如下***8所示。

3.2 Semblant等离子体处理与焊接

Semblant等离子体处理制程,不仅易于获得完美的焊接铜面的可焊性处理,而且,具有极佳的焊接可靠性。具体表现在以下几方面:

(1)Semblant等离子体处理制程,提供了表面的一致性和可靠的无铅可焊性,参见下***9所示。在实施回流焊接时,涂层之含氟聚合物,在酸性焊剂和高温的联合作用下,被化解离去,实现铜锡界面的直接焊接。

(2)SPF涂层下的铜表面具有极佳的焊接浸润性,焊接面上围绕着的含氟聚合物防止了焊接撒布到印制区域以外,从而降低了焊接时桥连的产生,适用于超精细节距装联。参见下***10、以及下***11所示(***右为采用SPF处理技术焊接效果示意,***左为未采用SPF处理制程之焊接效果对比)。

(3)SPF涂覆沉积层均匀一致,可涂覆于印制板的所有表面,并能确保金属化过孔获得优良的覆盖,实现金属化孔的可靠焊接,参见***12。

四、结束语

如前,对印制板表面可焊性处理多种制程进行了简略介绍,并就可焊性涂层及焊接两个方面进行了阐述。

过去,在***T中使用最为普遍的QFP,由于受到加工精度、生产性、生产成本和组装工艺的制约、QFP封装间距的极限尺寸停留在0.30mm,这种间距在组装中其引线容易弯曲、变形或折断,对组装的工艺要求相当严格,使大范围的普及应用受到制约。

新型球栅阵列封装器件(BGA)和细间距球栅阵列封装器件Fine Pitch BGA(CSP)的开发应用,以I/O引线间距大于QFP的优势,在表面贴装器件中已占据了一定的地位,应用面逐步扩大,进而促进了高密度、高性能、多功能组装技术的发展。

化学镀镍篇9

(浙江省检验检***科学技术研究院义乌分院,浙江 义乌 322000)

【摘要】介绍了用X荧光射线(XRF)法快速定性仿真饰品中镍释放量的研究,用能量色散X荧光光谱(EDXRF)仪,检测仿真饰品表面镍含量,研究饰品表面镍含量值与镍释放量的相应关系,设定0.05%一个定值来推断样品镍释放量是否符合要求,整个测试过程只需几分钟,检测快速便捷。用欧盟EN1811和EN12472标准程序做了验证试验,对定性结果与定量测试进行了比较分析,结果可靠,可用作仿真饰品镍释放量的定性筛选。

关键词 仿真饰品;镍释放量;快速定性;X荧光射线法

0前言

镍已经被认定为是潜在的刺激性金属,可使过敏的人患皮肤炎,如果接触到皮肤,能刺激人体免***而起疹子,有时可能导致更严重的免***反应。如果吸收了可溶解的镍盐,会产生恶心、呕吐、腹泻等不适症状。欧盟、美国、中国等国家都对与人体皮肤长期接触的制品和刺穿耳朵或身体其它部位的制品中镍释放量做出了规定。欧盟于2004年9月颁布了2004/96/EC指令,我国于2012年6月29日强制性国家标准GB28480,都规定对长时间直接与皮肤接触的产品,镍释放量0.5ug/week.cm2;对于穿透皮肤的产品,镍释放量0.2ug/week.cm2。目前测定镍释放量有定量和定性两种方法,定量测试方法需将测试镍释放的样品放入人造汗液中7天,该方法测试起来比较麻烦,时间长,费用高;定性方法为“RubbingTest”棉棒擦测试法,方法简便,但会出现假阴性。本实验介绍用X荧光射线(XRF)法快速定性仿真饰品中镍释放量方法的研究,用能量色散X荧光光谱(EDXRF)仪,检测饰品表面镍含量推断饰品镍释放量范围,设定一个安全定值来进行定性筛选,整个检测过程只需几分钟,大大提高检测速度。

1设备和仪器

EDX-720能量色散X荧光光谱仪 岛津公司

7300DV电感耦合等离子体发射光谱仪 PE公司

ROTA-SIMU镍释放量磨损仪 苏州爱科

SHP-250生化培养箱 上海精密实验设备有限公司

S20K酸度计 梅特勒公司

2试剂和消耗品

液氮:纯度99.995%

氯化钠:分析纯

DL-***酸:质量分数大于0.88,ρ=1.21g/ml

尿素:分析纯

氨水:质量分数为0.25,ρ=0.91g/ml

镍标液:1000 ug/ml

硝酸质量分数为0.65,ρ=1.40g/ml

脱脂溶液:十二烷基苯磺酸钠配制

3测试方法

3.1XRF法快速定性测试法

把仿真饰品样品放入试样平台上,较小的样品如耳针先装入样品盒后再放入试样平台,用基本参数法(FP法[A1])测定样品镍含量3次,计算出平均值为仿真饰品表面的镍含量。参照94/27/EC指令耳饰镍含量要求,表面镍含量小于等于0.05%定性为阴性,大于0.05%为不确定。

3.2定量对比测试

用欧标EN1811和EN12472标准程序进行测试。

4结果与讨论

4.1表面无镍仿真饰品测试结果

表面无镍仿真饰品测试结果数据见表1。

从表1试验数据可以看出,用XRF仪的FP法检测饰品表面镍含量,镍含量为未检出的样品,用EN1811和EN12472标准程序进行测试镍释放量,所有样品的镍释放量均为未检出。除上表样品外,还对116批用XRF法检测表面镍含量为阴性的饰品样品,用欧标的标准测试程序进行验证试验,测试结果镍释放量均为阴性。

XRF法检测能穿透合金的深度为100um,轻质合金及其他材质的饰品穿透深度更大,仿真饰品的每一个镀层一般为5~10um,用XRF法测试仿真饰品的表面的镍含量,能测出镀层及基材表面的含镍量,当用XRF法检测饰品表面无镍含量时,实验证实该饰品就无镍释放量。

4.2表面含镍样品测试结果

表面含镍样品测试结果数据见表2。

从表2数据看,饰品表面的镍含量从0.017%到34.2%不等,镍释放量都符合指令标准要求。仿真饰品镍释放量不仅与检测到的镍含量有一定的关系,还与镍镀层的分布有关系,镀层饰品一般有1~3个镀层,若镀镍层在内层,用标准法测试镍释放量数据就小。镍释放量还与合金的材料有关,不锈钢材料中镍不易释放。

4.3镍释放量阳性样品测试结果

镍释放量阳性样品测试结果数据见表3。

表3饰品测试数据镍释放量都为阳性样品,饰品表面镍含量在4.9%到35.4%之间,最小值为4.9%。呈阳性饰品一般为:样品表面镍含量较高,镀层在表层,金属结构不紧密。

5结语

用EDXRF仪,使用FP法测试仿真饰品表面的镍含量,分析饰品表面镍含量与镍释放量的关系,推断样品镍释放量是否符合要求来进行定性,操作简单, 无破坏性, 分析速度快, 分析结果可靠。饰品表面镍含量小于等于0.05%设为镍释放量阴性定值,较小阴性设定值以增加定性筛选的可靠性,当饰品表面镍含量大于0.05%时,根据相应的定量方法进行检测。

参考文献

[1]戴金兰,程立***,尹洪雷.快速法测定服装金属饰件的镍释放量[J].检验检***科学,2008,18(4).

[2]黄宗平,蓝光琳,陈燕根,黄丽.显色法定性筛查饰品的镍释放[J].微量元素与健康研究,2011,28(6).

[3]李志得,王伟,丁雅羽.金属眼镜架中镍释放量的测试方法[J].上海计量测试,2011,38(3).

化学镀镍篇10

关键词:电镀污泥 铜 回收利用 资源化

据不完全统计,我国约有电镀厂1万余家,年排电镀废水约40亿 m3 [1]。电镀厂大都规模较小且分散,技术相对落后,绝大部分以镀铜、锌、镍和铬为主[2]。目前处理电镀废水多采用化学沉淀法[3],因此在处理过程中会产生大量含Cu等重金属的混合污泥。这种混合污泥含有多种金属成分,性质复杂,是国内外公认的公害之一。若将电镀污泥作为一种廉价的二次可再生资源,回收其中含有较高浓度的铜,不仅可以缓解环境污染,实现清洁生产,而且将具有显著的生态和经济效益。因此,研究含铜污泥的资源化及铜的回用等综合利用技术对我国实现可持续发展将具有深远的现实意义。

1 电镀污泥中回收铜的主要工艺流程和技术

1.1 回收铜的一般过程

1.1.1 铜的浸出

污泥经过一定的预处理后,采用氨水?硫酸或硫酸铁浸出污泥中的铜。氨水浸出选择性好,但氨水具有刺激性气味,对浸出装置密封性要求较高。当NH3的浓度大于18%时,氨水的挥发较多,将造成氨水的损失及操作环境的恶化[4];硫酸浸出[5,6]反应时间较短,效率较高,但硫酸具有较强的腐蚀性,对反应器防腐要求较高;硫酸铁的浸出效率更高[7],但反应时间较长,因此需要更大的反应器容积。采取哪种浸出方式要根据污泥的性质来确定。

1.1.2 分离提纯浸出液中的铜

利用各种技术把浸出液中的铜分离提取出来,从而以金属铜或铜盐的形式回收。

1.2 铜的主要回收利用技术

根据对铜的回用程度,电镀含铜污泥治理与综合利用的方法可分为三类。

(1)使电镀含铜污泥稳定化,使其对环境的危害降到最低,而不回收其中的金属铜。主要采用固化剂固化、稳定电镀污泥后,再进行填埋、填海或堆放处理。

(2)对电镀含铜污泥进行综合利用,即采用一系列的处理措施,把电镀含铜污泥加工成建筑材料?改性塑料?鞣革剂等工业材料[8]。

(3)采用多种物理及化学处理方法,把污泥中的铜提取出来最终以金属铜或铜盐的形式进行回收,实现电镀污泥的资源化利用。

2 电镀污泥资源化利用技术

2.1 电镀污泥焚烧固化填埋处理技术

此技术采用一系列手段来处理电镀污泥,使其中的重金属不再对环境产生污染,对含大量重金属的电镀污泥处理十分有效。主要优点有:设备和工艺简单;投资、动力消耗和运行费用都比较低,固化剂水泥和其他添加剂价廉易得;操作条件简单,常温下即可进行;固化体强度高、长期稳定性好;对受热和风化也有较强的抵抗力,因而对控制电镀污泥的污染简单而有效。但未能回用其中的重金属造成资源的浪费[9]。

2.2 制作工业复合材料

2.2.1 铁氧化体法综合利用技术

电镀污泥多是电镀废水经铁盐处理产生的絮凝产物,一般含有大量的铁离子,实践证明,通过适当的技术可以使其转变为复合铁氧化体。在生成复合铁氧化体[10]的过程中,几乎所有重金属离子都进入铁氧化体晶格内而被固化,其中铁离子以及其他多种金属离子以离子键作用被束缚在反尖晶石面形立方结构的四氧化三铁晶格节点上[6],在pH 3~10范围内很难复溶,从而消除污染。铁氧化体固化产物稳定、且具磁性,可用作磁性材料,同时也易于分离、产物可进一步加工[11,12],是档次较高的综合利用产品,而且处理方法简单,可以实现无害化与综合利用的统一,比传统的固化和填埋处置等方法要合理,效益要高。

2.2.2 制作建筑材料?改性塑料?鞣革剂等工业材料

这种方法适用于各种电镀污泥的处理,污泥消耗量大,经济效益较明显。上海闸北区环保综合厂建设了年处理电镀污泥1200 t的生产线,进行多年的工业化生产,效果良好[13]。

2.3 以金属铜或铜盐形式回收铜

2.3.1 湿法冶金回收重金属技术

湿法冶金回收重金属,能从多种组分的电镀污泥中回收铜?镍?锌等重金属,资源回收层次比较高,处理效果较稳定。工艺过程主要包括浸出、置换、净化、制取硫酸镍和固化 [14] 。采用本工艺可以得到品位在90%以上的海绵铜粉,铜的回收率达95%。但该技术采用置换方式来回收铜,置换效率低,费用偏高,且对铬未能有效回收,有一定的局限性。

2.3.2 离子交换膜法

一般采用液膜来进行回收。液膜包括无载体液膜、有载体液膜、含浸型液膜等。液膜分散于电镀污泥浸出液时,流动载体在膜外相界面有选择地络合重金属离子,然后在液膜内扩散,在膜内界面上解络。重金属离子进入膜内相得到富集,流动载体返回膜外相界面,如此过程不断进行,废水得到净化,重金属得到回收利用。

膜分离法的优点:能量转化率高,装置简单,操作容易,易控制、分离效率高。但投资大,运行费用高,薄膜的寿命短,比较容易堵塞,操作管理烦琐,处理成本比较昂贵[15]。

2.3.3 溶剂萃取法

20世纪70年代,瑞典提出了 H-MAR与Am-MAR“浸出-溶剂萃取”工艺,使电镀污泥中铜?锌?镍的回收率达到了70%,并已形成工业规模。美国在此工艺的基础上进行改进,使铜?镍的回收率达到90%以上。我国祝万鹏等[16]在此基础上又进行了改进,首先将含铜的电镀污泥经氨水浸出,绝大部分铁和铬被抑制在浸出余渣中。然后将氨体系料液转变为硫酸体系料液再进行萃取,经萃取和反萃取后可以得到铜的回收产物,其中产生的金属沉渣可以加入硫酸进行调配后再循环。工艺流程如***1所示。

***1 溶剂萃取法工艺流程

采用N510-煤油-H2SO4四级逆流萃取工艺可使铜的回收率达99%,而共存的镍和锌损失几乎为零。铜在此工艺过程中以化学试剂CuSO4•5H2O或电解高纯铜的型体回收,初步经济分析表明,其产值抵消日常的运行费用,还具有较高的经济效益。整个工艺过程较简单,循环运行,基本不产生二次污染,环境效益显著[16]。

但萃取法操作过程和设备较复杂,成本较高,工艺有待于进一步优化。

2.3.4 氢还原分离技术

在高压釜中氢还原分离制取铜、镍金属粉是比较成熟的技术,20世纪50年代以来,在工业上用氢气还原生产铜、镍和钴等金属,取得了显著的经济效益和社会效益。此法可分离回收电镀污泥氨浸产物中的铜、镍、锌等有价金属。对氨浸产物进行培烧、酸溶处理后,进而氢还原分离出铜粉,然后在酸性溶液中氢还原提取镍粉,最后沉淀回收氢还原尾液中的锌。有价金属的回收率达98%~99%。它可以在液相体系、浆料体系通过各种工艺条件的变化分离和生产各种类型(粗、细、超细)的、各类型体(单一、复合)的金属粉末和金属包复材料。与其他分离方法相比,湿法氢还原方法流程简单,设备投资少,操作方便,产品质量好,产值较高,可以针对不同需要改变生产条件,获得不同纯度、不同粒度的铜、镍产品。此外,过程不封闭,不存在杂质积累问题,排放的尾液中的主要重金属离子含量均

控制在极低的范围内,基本不污染环境,具有良好的环境和经济效益[17]。

2.3.5 肼(N2H4)还原技术回收金属铜

肼(N2H4)是一种广泛运用的还原剂,用肼作为生产高精度金属、金属-玻璃膜、金属水溶胶和非电镀金属板的还原剂具有良好的效果,在Ducamp-Sanguesa作的一项研究中表明,肼以[Pd(NH3)4]2+的形式作还原剂,在乙烯-乙二醇中,在-9~20 ℃下会形成单分散性球状钯颗粒[18],在还原铜的过程中也有同样的现象发生。Degen 等[19]发现,在还原铜的过程中围绕肼有一系列重要的反应:

4OH­- + N2H4 = N2 + 4H2O + 4e- E0 = 1.17 V

通过下面的反应,肼可以很有效地把铜离子还原为金属铜:

2Cu2+ + N2H4 2Cu + N2 +4H+

肼还可以和浸取液中的溶解氧发生如下反应:

N2H4 + O2 N2 + 2H2O

肼在酸性或碱性条件下也会发生自身的氧化还原反应:

3N2H4 N2 + 4NH3

通过上述反应可知,可以很容易利用肼把浸出液中的铜离子还原为金属铜。通过去除反应器里的氧,可以防止铜离子和氨水的螯合反应发生,而剩余的肼可以通过向反应器通气吹脱去除[20]。由于铜离子很迅速地转变为金属态,因此对金属态颗粒存在的数量有很严格的限制。pH是最重要的影响因素,为了达到较高的回收效率,应该保持系统pH稳定在11以上。

2.3.6 煅烧酸溶法

Jitka Jandova等[21]研究发现,对含铜污泥进行酸溶、煅烧、再酸溶,最后以铜盐的形式回收,是一种简便可行的方法。在高温煅烧过程中,大部分杂质,如铁、锌、铝、镍、硅等转变成溶解缓慢的氧化物,从而使铜在接下来的过程中得以分离,最终以Cu4(SO4)6H2O盐的形式回收。主要工艺流程如***2所示。

这种方法流程简单,不需要添加别的试剂,具有较强的经济性和简便性,但回收得到的铜盐含杂质较多,工艺有待进一步优化。

***2 煅烧酸溶法工艺流程

3 结语及展望

电镀污泥资源化及综合利用技术在我国尚处于起步阶段。目前制约大规模应用的主要问题是电镀污泥中铜的浸出效率还比较低;而浸取效率和污泥中铜的型体密切相关,对污泥中铜的型体技术研究有待深化;一些先进的综合回收利用技术还处于实验室阶段,还达不到大规模生产的阶段,其中膜法和溶剂萃取法具有回收效率高、选择性好等优点必将取得进一步的发展。

理论及实践表明,实现电镀污泥资源化管理及利用,对实现经济社会的可持续发展将具有深远的现实意义,电镀污泥资源化及综合利用技术必将得到长足发展,在未来的经济发展中将会逐渐显示出良好的应用前景。

参考文献

1 黄瑞光.五十年来我国电镀废水治理的回顾.电镀与精饰,2000,20(2):6~9

2 祝万鹏,杨志华.溶剂萃取法回收电镀污泥中的有价金属.给水排水,1995,(12):16~18

3 Sloan J J,Basta N T.Remediation of acid soils by using alkaline biosolids.Environ Qual,1995,24:1097~1103

4 李承先.含铜污泥中铜的回收及污泥无害化处理.辽宁化工,2001,30(6):248~249

5 Blais J F,Tyagi R D,Auclair J parison of acid and microbial leaching for metal removal from municipal sludge.Water Sci.Tech.,1992,26(1~2):197~206

6 Sreekrishnan T R,Tyagi R D,Blais J F,et al.Kinetics of heavy metal bioleaching from sewage sludge-I.Effect of process parameters.Water Res.,1993,27(11):1641~1651

7 Ayumi ito,Teruyuki umita,Jiro aizawa,et al.Rmoval of heavy metals from an aerobically digested sewage sludge by a new chemical method using ferric sulfate.Wat.Res.,2000,34(3):751~758

8 Tamatutra Y.Ferrite process,heavy metal ions treatment systerm.Water science &technology,1991,23(10~12):1893~1900

9 石太宏,汤 兵.印刷线路板厂含铜污泥固化处理工艺研究.环境工程,2000,18(3):47~49

10 贾金平,杨 骥,陈兆娟,等.电镀污泥氨浸提烙渣的铁氧体化综合利用工艺.环境科学,1999,20(2):49~51

11 贾金平,杨 骥.电镀重金属污泥的处理及综合利用现状.上海环境科学,1999,18(3):139~141

12 贾金平,冯 雪,杨 骥,等.电镀重金属污泥的处理及其铁氢体化综合利用.上海化工,1999,24(24):28~30

13 徐殿梁,贾金平,贾长兴.上海市电镀废水及其重金属污泥处置现状.上海环境科学,1994,13(6):27~35

14 陈凡植,陈庆邦,吴对林,等.铜镍电镀污泥的资源化与无害化处理试验研究.环境工程,2001,19(3):44~46

15 高以恒,王黎霓.膜分离技术用于电镀废水处理的发展与问题.北京工业大学学报,1990,16(3):86~93

16 祝万鹏,杨志华,李力佟.溶剂萃取法提取电镀污泥浸出液中的铜.环境污染与防治,1996,18(4):12~15

17 张冠东,张登君,李报厚.从氨浸电镀污泥产物中氢还原分离铜、镍、锌的研究.化工冶金,1996,17(3):214~219

18 Ducamp-Sanguesa C,Herrera-Urbrina R,Figlarz M.Fine palladium powders of uniform particle size and shape produced in ethylene glycol.Solid State Ionics,1993,63~65:25~30

19 Degen A,Macek J.Preparation of submicrometer nickel powders by the reduction from nonaqeous media.NanosStuct Mater,1999,12:225~228

转载请注明出处学文网 » 化学镀镍10篇

学习

篮球教学论文10篇

阅读(20)

本文为您介绍篮球教学论文10篇,内容包括篮球运动欣赏课程论文,有关篮球教学的论文题目。2.1大学体育教育的相关***策法规和规章制度***策是开展大学体育的保障,***策法规和规章制度在大学生篮球教学改革中具有重要的作用,能够有效的指导高

学习

剧毒化学品10篇

阅读(28)

本文为您介绍剧毒化学品10篇,内容包括10大剧毒化学品,2015版剧毒化学品多少种。2.1剧毒化学品概述剧毒化学品是指具有毒性危害非常剧烈的化学品,包括通过人工合成的化学物品、及其混合物品(含农药)以及天然毒素等。目前,国际上比较公认的剧

学习

铁道车辆毕业总结

阅读(16)

本文为您介绍铁道车辆毕业总结,内容包括铁道车辆专业毕业实习报告,铁道车辆专业学习心得。地铁车辆段与综合基地是保证地铁正常运营的后勤基地;一般包括车辆段(停车场)、综合维修中心、物资总库、培训中心和其他生产、生活、办公等配套设施

学习

法院财产保全担保书

阅读(18)

本文为您介绍法院财产保全担保书,内容包括财产保全现金担保书范文,诉前财产保全担保书范文。根据《民事诉讼法》第九十三条规定,申请人提出诉前财产保全申请,应当提供担保,提供担保是诉前财产保全的必备条件。申请人起诉前,法院无法确认申请

学习

光化学烟雾10篇

阅读(20)

本文为您介绍光化学烟雾10篇,内容包括光化学烟雾的成因,光化学烟雾现实中的例子。

学习

客服心得体会

阅读(14)

本文为您介绍客服心得体会,内容包括客服实习心得体会,客服的实践心得体会7篇文章。总体来说,一个企业能否生存下去,就是看企业的客户对企业的支持情况怎么样?这个支持情况是由客户满意度来直接影响的,所以在新的一年里,我想可以通过自己良好

学习

初中生记叙文

阅读(16)

本文为您介绍初中生记叙文,内容包括初中生记叙文题目大全,初中生记叙文范文精选。记得那次天黑了,妈妈炒着菜,我便帮着她打理一些小事。爸爸突然说:程程,你好像长高了许多,都跟你妈妈差不多了,我便骄傲地站到妈妈身边,站直了身子比了比,妈妈,你要

学习

大学生干部工作总结

阅读(20)

本文为您介绍大学生干部工作总结,内容包括学生干部工作总结范文,大学生干部期末工作总结模板。上个学期的活动很多,对于刚刚踏入大学的我来说,学习的机会真的很多。去年九月,也就是我们刚刚入学的时候。那时我们部门的工作还不是很多,主要任

学习

公务员个人考察报告

阅读(20)

本文为您介绍公务员个人考察报告,内容包括公务员个人考察总结,公务员试用期满考察报告。临床路径管理工作考察报告一、基本情况XX年3月2日至3月5日,我院***书记xx率团前往浙江省xx市立医院和xx医院考察临床路径管理工作。参加本次考察工

学习

能源化学工程10篇

阅读(17)

本文为您介绍能源化学工程10篇,内容包括能源化学工程介绍word,能源化学工程课程。1明确合理的教学目标根据能源化学工程专业的培养目标及培养模式,结合无机化学课程特点,菏泽学院化学化工系于2012年制定了能源化工无机化学教学目标。通过

学习

财务季度工作总结

阅读(18)

本文为您介绍财务季度工作总结,内容包括财务季度工作总结模板,财务季度工作总结精辟句子。(一)完成财务年报编制工作。财务年报是***门了解预算执行情况和各项重要支出数据的基础性资料,并且随着国库集中支付、财务集中核算等财***监管体系

学习

南开大学远程教育

阅读(20)

本文为您介绍南开大学远程教育,内容包括南开大学远程教育学习心得,南开大学远程教育论文。一、历史沿革下的南非教师培训殖民时期的南非教师培训从最初国外引进教师到出现导师制,到最终形成教师教育学院,南非教师培训经历了一个缓慢发展的

学习

人才基地工作计划模板

阅读(18)

本文为您介绍人才基地工作计划模板,内容包括人才培训基地建设方案范文,人才基地申报方案。创新人才推进计划由科技部牵头,主要是在我国具有相对优势的科研领域设立科学家工作室,重点支持和培养一批具有发展潜力的中青年科技创新领***人才,

学习

化学性质10篇

阅读(14)

本文为您介绍化学性质10篇,内容包括化学性质知识汇总,化学性质大全纯净版。教学重点钠的性质教学难点对实验现象的观察和分析。教学用具实验用品:钠、玻片、小刀、镊子、滤纸、盛有水的小烧杯、酚酞。酒精灯、火柴、石棉网、铁架台(附铁

学习

剧毒化学品10篇

阅读(28)

本文为您介绍剧毒化学品10篇,内容包括10大剧毒化学品,2015版剧毒化学品多少种。2.1剧毒化学品概述剧毒化学品是指具有毒性危害非常剧烈的化学品,包括通过人工合成的化学物品、及其混合物品(含农药)以及天然毒素等。目前,国际上比较公认的剧

学习

光化学烟雾10篇

阅读(20)

本文为您介绍光化学烟雾10篇,内容包括光化学烟雾的成因,光化学烟雾现实中的例子。

学习

初三化学教师工作总结

阅读(13)

本文为您介绍初三化学教师工作总结,内容包括初三化学教师教学总结,初中化学教师个人总结。抓基础知识,就是要抓化学课本知识,教学中力求每章节过关。由于各学生之间的智力差异和学习基础不同,学生对化学的知识的掌握能力不同,教师应针对学生

学习

绿色化学实验

阅读(19)

本文为您介绍绿色化学实验,内容包括绿色化学实验的设计论文,绿色合成化学实验。绿色化学旨在从源头消除污染,是使人类可持续发展的化学,其内容包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源,是最为理想的环境污染防治方

学习

化学论文

阅读(23)

本文为您介绍化学论文,内容包括化学论文写作指导,化学论文文章框架模式大全。概而言之,今天的文学理论已经不同于传统的文学理论,它已经发生了质的变化。以往传统的文学理论基本局限在文学的范围之内,基本问题是研究文学内部的发生、发展规

学习

初中化学教学工作总结模板

阅读(18)

本文为您介绍初中化学教学工作总结模板,内容包括初中化学教学年度考核个人总结,初中化学教师个人总结。1.研究高考化学试题。纵观每年的高考化学试题,可以发现其突出的特点之一是它的连续性和稳定性,始终保持稳中有变的原则。因此我与其他

学习

初中化学考点总结

阅读(15)

本文为您介绍初中化学考点总结,内容包括初中化学教资考点讲解合集,初中化学酸碱盐20个考点。二价氧钙镁钡锌;三铝四硅五价磷;二三铁、二四碳,二四六硫都齐全;锰有二四六和七,铜汞二价最常见,单质为0永不变;酸根负,一价硝酸根,二价硫酸碳酸根,三价

学习

化学实验室安全10篇

阅读(23)

本文为您介绍化学实验室安全10篇,内容包括化学实验室安全手册心得,化学实验室安全如何自查。一、责任期限:20**年2月27日至20**年4月26日二、责任目标:在责任期内,杜绝发生各种大小安全责任事故。三、责任划分:1、实验管理员为学校实验室的