有色和稀有金属电刷镀溶液

第三节　有色和稀有金属电刷镀溶液

电镀中研究较多的、较成功的大都在副族元素，主要是Ⅷ副族9个元素(铁、钴、镍、铼、钌、铑、钯、铱、铂)，Ⅰ、Ⅱ副族的5个元素(铜、银、金、锌、镉)，锡、铅和Ⅵ副族的铬元素。除铁、镍、铜应用最多外，其余的有色和稀有金属镀层也有它特殊的用途，是别的金属代替不了的。所以，在电刷镀技术中，对这些金属也作了相应的研究和开发应用。

一、电刷镀铬

1．电刷镀中性铬

电刷镀中性铬，主要用于修复工具、模具、活塞等。在大多数基体金属上镀铬时，最好先镀一层镍打底。

(1)电刷镀中性铬镀液的组成及操作规范见表14－15。

表14－15　电刷镀中性铬镀液的组成及操作规范

(2)镀液中各组分的作用。

重铬酸铵是主盐，提供铬阴离子(Cr₂O^2－₇)，它与草酸反应后被还原为三价铬离子，硝酸铬也提供三价铬离子，所以，中性铬镀液都是三价铬离子。草酸铵既是六价铬离子的还原剂，也是三价铬离子的配合剂，它具有稳定剂的作用。配方2中，水合肼是还原剂，三价铬的配合剂为丁二酸。

2．高效耐磨硬铬

(1)高效耐磨硬铬镀液的组成和操作规范见表14－16。

表14－16　高效耐磨硬铬镀液的组成和操作规范

(2)工艺特点。

①工件前处理方法和一般电刷镀操作规范相同，但在用碱铜或者酸铜(特殊镍也行)打底层之后，经过水洗，再用镀铬溶液反极刻蚀(2～4s)，然后立即正接，进行电刷镀铬。增加用镀铬反极刻蚀一道工序的目的，是更好地活化工件表面，因为镀铬溶液的酸性很强。

②阳极材料一般用铅阳极，石墨阳极也可以。

③包裹阳极的包套应该用涤毛，不能用一般的涤纶包套、内垫脱脂棉，因为镀铬溶液的腐蚀性强，一般包套和脱脂棉会很快地腐蚀。

④此工艺可用阳极蘸镀液的方法来电刷镀，最好用镀液循环的方法。这样，一方面保证工件表面不干，另一方面也保证了高的沉积速度。

⑤此镀液应在加温后(50℃左右)方可施镀，否则将影响其结合力，同时也影响铬镀层的硬度。

二、电刷镀钴和钴合金

钴镀层的性能和镍镀层很相似，但镀层颜色发白，应力小，硬度比镍镀层高。利用钴镀层应力低的特性，可用钴代替镍作为夹心镀层，从而获得厚镀层。

半光亮钴镀液组成及操作规范见表14－17，钴钨合金镀液组成和操作规范见表14－18，钴钼合金镀液组成和操作规范见表14－19，快速钴钨、钴钼合金镀液组成和操作规范见表14－20。

表14－17　半光亮钴镀液组成及操作规范

表14－18　钴钨合金镀液组成和操作规范

表14－19　钴钼合金镀液组成和操作规范

表14－20　快速钴钨、钴钼合金镀液组成和操作规范

三、电刷镀锌

电刷镀锌镀液有酸性镀液和碱性镀液两类。酸性锌镀液沉积速度很快，但析氢严重。碱性锌镀液不腐蚀基体，镀层细密，但沉积速度慢一些。

1．酸性锌镀液的组成及操作规范(表14－21)

表14－21　酸性锌镀液的组成及操作规范

(1)溶液的配制方法。

①称取计量的氟硼酸与氢氧化锌作用，生成氟硼酸锌。

②往①中加氟硼酸铵和氯化铵至完全溶解。

③稀释至一定体积。

④对于配方2、配方3，相应地依次溶解各种组分即可。

(2)镀液中各组分的作用。

氟硼酸锌、硫酸锌是主盐，氯化铵是导电盐，氟硼酸铵是配合剂。硫酸钠、硫酸铵等也是导电盐。硫酸镁对锌镀层起光亮剂作用。有的配方虽然没有加入光亮剂，但以适当控制电刷镀操作规范的方法，即可获得光亮细致的锌镀层。

2．碱性锌镀液的组成及操作规范(表14－22)

表14－22　碱性锌镀液的组成及操作规范

(1)镀液的配制方法。

①将计量的氢氧化锌置于一容器中，加一些蒸馏水，在通风橱中边搅拌边加入乙二胺。

②在不断搅拌下，往①中滴入甲酸溶液，当甲酸加至所需量的2/3时把溶液加热，并在继续搅拌下滴加余量甲酸至氢氧化锌完全溶解。

③继续加热半小时，使溶液呈淡黄色透明。

④使③冷却至室温，加入三乙醇胺。

⑤往④中加入氯化铵。

⑥冷却并稀释至一定体积即可。

(2)镀液中各组分的作用。

氢氧化锌是主盐。乙二胺是配合剂，与锌离子形成配合物。甲酸、三乙醇胺也是配合剂，协同乙二胺与锌离子形成多元配合物。氯化铵是导电盐，添加剂10是镀锌光亮剂。

镀锌层的钝化处理参见第六章第六节。

四、电刷镀锡和锡合金溶液

锡具有抗腐蚀、抗变色、无毒可焊、柔软和延展性好等有用的特性，发挥上述特性，就是镀锡层的最大用途。电刷镀的锡锌合金耐腐蚀性好，电刷镀锡铅锑合金可作为各种减磨合金镀层。

电刷镀锡及其合金溶液都是使用二价锡离子，二价锡离子易氧化成四价锡离子，所以，防止二价锡离子的氧化是研究锡或其合金溶液的问题之一。根据选用的配方不同，镀液的保存期不同，有的半年，有的1～2年不等。

1．酸性锡

(1)酸性锡镀液的组成及操作规范见表14－23。

表14－23　酸性锡镀液的组成及操作规范

(2)镀液的配制方法。

①制备氟硼酸亚锡首先要制备氟硼酸铜，然后使氟硼酸铜与锡粉作用，获得氟硼酸亚锡。根据上述的反应关系，计算好所需的氟硼酸、氧化铜、锡粉的量，氟硼酸和锡粉要比计算量稍微过量。同时要注意氧化铜与氟硼酸完全反应之后，才能分次加入锡粉。最后滤去反应中产生的铜，则可得到所要的氟硼酸亚锡。

②将预先用凉水浸泡好的明胶或胨加热到60℃左右，使其完全溶解后加入①中。

③其他组分按计算量溶解于蒸馏水，加入①+②中。

④加蒸馏水稀释至所需体积即可。

(3)镀液中各组分的作用。

氟硼酸是二价锡离子的配合剂，过量的酸可以稳定二价锡离子，使其不氧化。明胶或胨同β－萘酚使镀层光亮细致。在氯化亚锡体系中，草酸根是二价锡离子的配合剂，过量的草酸也抑制二价锡离子的氧化。明胶或胨和β－萘酚的作用与氟硼酸体系中相同。

2．碱性锡

(1)碱性锡镀液的组成和操作规范。

硫酸亚锡　　　　　　　　　　　　　　145g/L

柠檬酸　　　　　　　　　　　　　　　100～150g/L

胺类配合剂I　　　　　　　　　　　　　80～100mL/L

配合剂Ⅱ　　　　　　　　　　　　　　 20g/L

添加剂适量

pH值　　　　　　　　　　　　　　　　 7.5～8

工作电压(V)　　　　　　　　　　　　　4～10

耗电系数(A·h/dm²·μm)　0.031

(2)镀液的配制方法。

称取计量的氯化亚锡、柠檬酸、配合剂Ⅱ于一容器，加适量蒸馏水搅拌并加热，溶解至透明。在不断搅拌下，慢慢加入胺类配合剂并加热至透明。加蒸馏水稀释至所需体积。

3．锡—锌合金

镀液的组成和操作规范如下:

碱性锡溶液　　　　　　　　　　　　　　760mL/L

碱性锌溶液　　　　　　　　　　　　　　240mL/L

pH值　　　　　　　　　　　　　　　　　9～10

工作电压(V)　　　　　　　　　　　　　 10～11

阴—阳极相对运动速度(m/min)　　　　　 8～14

4．锡—锑合金

镀液的组成和操作规范如下:

碱性锡溶液　　　　　　　　　　　　　　900mL/L

锑溶液　　　　　　　　　　　　　　　　100mL/L

pH值　　　　　　　　　　　　　　　　　7.5～8

工作电压(V)　　　　　　　　　　　　　 6～8

阴—阳极相对运动速度(m/min)　　　　　10～12

5．锡—铅—锑合金

镀液的组成和操作规范如下:

碱性锡溶液　　　　　　　　　　　　　　620～630mL/L

合金铅溶液　　　　　　　　　　　　　　300～310mL/L

锑溶液　　　　　　　　　　　　　　　　70mL/L

pH值　　　　　　　　　　　　　　　　　7.5～8

工作电压(V)　　　　　　　　　　　　　 8～12

阴—阳极相对运动速度(m/min)　　　　　 6～14

6．锡基巴氏合金

镀液的组成和操作规范如下:

碱性锡溶液　　　　　　　　　　　　　　　900mL/L

锑溶液　　　　　　　　　　　　　　　　　70mL/L

碱性铜溶液　　　　　　　　　　　　　　　30mL/L

pH值　　　　　　　　　　　　　　　　　　8左右

工作电压(V)　　　　　　　　　　　　　　 8～12

阴—阳极相对运动速度(m/min)　　　　　　 6～14

五、电刷镀铅和铅合金溶液

铅锡合金是常用的铅合金，它可以通过镀液中铅和锡的不同含量配比，获得不同合金比的镀层。

1．合金铅

镀液的组成及操作规范如下:

碳酸铅　　　　　　　　　　　　　　　　　　130g/L

柠檬酸　　　　　　　　　　　　　　　　　　155g/L

羧酸铵　　　　　　　　　　　　　　　　　　15g/L

胺类配合剂　　　　　　　　　　　　　　　　70～80mL/L

pH值　　　　　　　　　　　　　　　　　　　7.5～8

工作电压(V)　　　　　　　　　　　　　　　 4～8

阴—阳极相对运动速度(m/min)　　　　　　　 6～10

耗电系数(A·h/dm²·μm)　　　 0.037

2．铅、锡合金

(1)铅、锡合金镀液的组成及操作规范见表14－24。

表14－24　铅、锡合金镀液的组成及操作规范

(2)镀液的性能和应用。

铅锡合金也是由两种镀液混合配制而成的，两种镀液的配比不同，镀层中的合金比也不同，其用途也有所不同:铅锡合金镀层中锡含量为6%～10%时，主要用作轴瓦、轴套的减磨层;为15%～25%时，常用于钢带表面润滑、阻黏、助焊的镀层;为45%～55%时，主要用作防止海水或其他有些腐蚀介质中的防护性镀层;为55%～65%时，常用于钢、铝等表面，改善钎焊性。

六、稀有金属电刷镀溶液

1．中性银

中性银镀液的组成及操作规范如下:

氰化银钾　　　　　　　　　　　　125g/L

配合剂Ⅰ　　　　　　　　　　　　11.6g/L

配合剂Ⅱ　　　　　　　　　　　　9g/L

缓冲剂　　　　　　　　　　　　　调pH值至7

工作电压(V)　　　　　　　　　　　3～8

阴—阳极相对运动速度(m/min)　　　6～10

2．铟镀液

铟锡合金镀层具有良好的自润滑、减磨与抗腐蚀性，可应用于潜水艇压力阀等零件上。镀液的组成及操作规范如下:

碳酸铟　　　　　　　　　　　　　　118g/L

酒石酸　　　　　　　　　　　　　　150g/L

乙二胺　　　　　　　　　　　　　　190g/L

甲酸　　　　　　　　　　　　　　　40g/L

pH值　　　　　　　　　　　　　　　8～9

工作电压(V)　　　　　　　　　　　 6～16

阴—阳极相对运动速度(m/min)　　　 8～16

3．锑镀液

镀液的组成和操作规范如下:

三氧化二锑　　　　　　　　　　　　84g/L

柠檬酸　　　　　　　　　　　　　　300g/L

配合剂Ⅰ　　　　　　　　　　　　　120～130g/L

配合剂Ⅱ　　　　　　　　　　　　　35g/L

硼酸　　　　　　　　　　　　　　　2g/L

pH值　　　　　　　　　　　　　　　6

工作电压(V)　　　　　　　　　　　 6～10

阴—阳极相对运动速度(m/min)　　　 6～24

4．金镀液

镀液的组成及操作规范如下:

氰化金钾　　　　　　　　　　　　　15～22g/L

氰化钾　　　　　　　　　　　　　　15～22g/L

磷酸氢二钾　　　　　　　　　　　　15～22g/L

碳酸钾　　　　　　　　　　　　　　30～37g/L

pH值　　　　　　　　　　　　　　　8.5

工作电压(V)　　　　　　　　　　　 3～20

阴—阳极相对运动速度(m/min)　　　 9.1～18.3

阳极材料金、铂、碳、不锈钢