五山太白 / 五金机电 / 表面处理的功用、分类、工艺介绍(三)

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表面处理的功用、分类、工艺介绍(三)

2011-09-02  五山太白

三、前处理
3.1前处理的意义
一般前处理过程为研磨,洗净,水洗,电解脱脂,酸浸,活化,中和等。
3.1.1 前处理的目的
前处理的目的是为了得到良好的镀层,由于镀件在制造、加工搬运、保存期间会有油酯、氧化物锈皮、氢氧化物、灰尘等污物附着于镀件表面上,若不去除这些污物而进行电镀将得不到良好的镀层。镀件品质,前处理占很重要的地位。
3.1.2 前处理不良所造成的镀层缺陷
前处理不良所造成的镀层缺陷,有下列几项:(1)剥离,(2)气胀,(3)污点,(4)光泽不均,(5)凹凸不平,(7)小孔,(8)降低耐蚀性,(9)脆化。电镀的不良,前处理占很大的原因。
3.1.3 污物的种类
污物的种类,可分为有机物及无机物。有机物污物主要是动物性油酯,植物性油酯及矿物性油酯,无机物污物是金属氧化物、盐类、尘埃、及砂土。另外由有机物和无机物污物的物如研磨屑、研磨材料。动物性及植物性油酯可被化缄剂皂去除。矿物性油污无法被缄剂皂去除需用三菉乙烯、汽油、石油溶剂乳化剂等去除。无机物污物可被酸或缄溶解,利用酸、缄浸渍、化学或电解方法去除及机械研磨方法去除。无机、有机混合污物,去除较困难,除了利用化学方法,亦须用电解,机械研磨等方法联合应用去除。3.1.4 电镀前处理去除的典型污物
(1) 润滑油
(2) 切削油
(3) 研磨油
(4) 热斑
(5) 锈及腐蚀物
(6) 淬火残留物
(7) 热处理盐
(8) 热处理盐
(9) 污迹
(10) 油漆及油墨
3.1.5 表面清洁测定
表面清洁度测定,在工场最实用的方法是用水冲(water-beaktest),检查表面水是否均匀润湿,如果是均匀润湿则为清洁表面,反的则不清洁。其它方法有,Nielson method,Atomizertest,Fluoresent method,weight of residual soil,wip-ing method,residual patlern method 及 Radioisotopetracer technique。
3.1.6 选择清洁方法及清洁材料的影响因素:
(1) 被清洁表面的特性
(2) 被去除污物的特性
(3) 清洁要求程度
(4)应用的方法
(5) 水质
(6) 手续、另件、设备人员的安全
(7) 成本
(8) 清洁剂的浓度
(9) 清洁剂的温度
(10)应用时间
(11)经验
(12)搅拌次数
(13)污染的程度
(14)下一步处理
(15)废物的处理
3.1.7 清洁处理的注意事项
(1) 眼睛、皮肤、衣服等避免接触清洁剂,并要戴防护衣及眼罩。
(2) 防止长时间吸入有毒气体,须供应适当的通风。
(3) 使用会挥发性清洁剂时,温度必低于燃着点,在使用的区域严禁烟火及有火光或研磨的作业。
(4) 调制重碱性清洁剂时,要慢慢的加入冷水,避免产生剧烈反应,必须先在冷水中溶解而后再加热。
(5) 酸性材料调制时,不能将水加入酸中必须慢慢的将酸加入水中。
(6) 存放酸性溶剂的溶器,必须用防酸材料制成,防止损坏地板及附近设备,必须遵守药品使用的说明。
(7) 防止清洁剂损坏镀件机材,可添加抑制剂,使在所有污物去除后形成保护层。
(8) 清洁剂浓度增加,清洁时间可以减少但有一定限度,超过此限度反而不利。
(9) 温度增加对清洁时间可以减少。
(10)清洁需要一段时间,不是立即就可移去污物。
(11)清洁过程中或的后,清洗是很重要的。
3.1.8 清洁剂去除污物的原理
(1) 溶解力作用,如水可溶解盐,酸可溶解金属锈皮,汽油可溶解油脂。
(2) 碱化作用。
(3) 浸湿作用,将硫水性变亲水性。
(4) 乳化作用,使油与水混合在一起。
(5) 反凝作用,即为悬浮作用。
3.1.9 去除氧化物及锈皮的方法
基本方法有:1.喷砂除锈(abrasive blasting),2.滚筒除锈(tumbling),3.刷光除锈(brushing),4.酸浸渍(acid pic-king),5.盐液除锈(salt bath descaling),6.碱剂除锈(al-kline descaling),7.酸洗(acid cleaning)。
3.1.10 选择除锈方法的因素
选择除锈方法的因素有:1.锈皮的厚度,2.基材的性质,3.镀件制造及处理过程,4.容许基材损耗大小,5.表面光度要求,6.镀件的形状及大小,7.产量要求,8.可被应用的设备,9.成本,10.氢脆性。
3.2.1 净化的方法
净化的方法有:1.碱剂洗净(alkaline cleaning),2.溶剂洗净(solvent cleaning),3.乳化洗净(emulsion cleaning),4.电解碱洗净(electrolytic alkaline cleaning),5.酸洗净(acid cleaning),6.蒸气脱脂(vapor degreasing),7.喷砂洗净(abrasive blast cleaning),8.滚筒洗净(tumb-ling),9.刷洗净(brushing),10.酸浸渍(picking),11.电解酸浸 (electrolytic picking),12.盐液去锈(salt bathdescaling),13.碱剂去锈(alka;ine descaling),14.超音波洗净(ultrasonic cleaning),15.去漆(paint stri-pping),16.珠击法(glass bead cleaning)。
3.9.7 银及银合金的酸浸溶液配方
(注oz为盎司,gal为加仑。1oz=28.35g,1gal =3.785L。下同)
Nitric acid 66 vol %
Temperature room to 160 F
Sulfuric acid 78 vol %
Nitric acid 22 vol %
Temperature room
Sodium cyanide 3 ~ 4 oz/gal
Sodium carbonate 1 ~ 2 oz/gal
Sodium aluminum sulfate 6 oz/gal
Sodium potassium tattrate 6 oz/gal
Temperature 180 ~ 210 F
也可用4~6 Volt阴极处理30秒至1分钟于室温下电解。
3.9.8 锌及锌合金的酸浸溶液配方
Chromic acid 30 ~ 40 oz/gal
Sodium sulfate 2 ~ 4 oz/gal
Temperature room
Time 5 ~ 30 sec
若水洗后有黄色膜则用1% 硫酸浸泡脱色。
Chromic acid 30 ~ 40 oz/gal
Hydrochloride 12 oz/gal
Temperature room
Time 1 min
水洗完后再用40 oz/gal 铬酸水溶液浸泡。
3.9.9 镍及钴合金的酸浸溶液配方
(1) AISI 661,670,680,688 合金 :
Hydrofluoric acid 48 ~ 58 oz/gal
Nitric acid 7 ~ 10 oz gal
Temperature room
Sodium hydric 1 ~ 2 wt %
Sodium hydroxide 98 ~ 99 wt %
Temperature 680 ~ 720 F
(2) 纯镍
Hydrochloride acid 50 ~ 75 vol %
Temperature room
(3) 出光 ( bright dipping )
Sulfuric acid 5 vol %
Ferric sulfate 24 oz/galTemperature 180 F
Hydrochloride acid 25 vol %
Ferric sulfate 13 oz/gal
Temperature 160 ~ 180 F
3.9.10 钢铁酸浸溶液配方
商业抑制剂(commercial inhibitors) , 氨类(amines)及硝酸盐(nitrates )通常用来防止过度浸蚀(overetching)及针孔(pitting)。其配方有 :
Hydrochloric acid 55 vol %
Inhibitor (optional) 需要量
Temperature room
Time 1/2 ~ 1 min
可溶解含 Fe 至 5 oz/gal;Cu 0.5 oz/gal 最多。
Sulfuric acid 25 vol %
Inhibitor ( optional ) as required
Temperature room
Time upto 10 min
槽及加热管需用铅被覆 (lead - lined )。
(3) 钢 400 系列及pH 钢除锈配方有:
Ferric sulfate anhydrous 8.5 ~ 13.5 oz/gal
Hydrofluoric acid 1.5 ~ 2.5 oz/gal
Temperature 125 ~ 135 F
Time 1 ~ 5 min
Sodium chloride 2 ~ 4 oz/gal
Sulfuric acid 12 ~ 27 oz/gal
Temperature 160 ~ 180 F
Time min
Sulfuric acid 2 ~ 3 oz/gal
Potassium nitrate 2 ~ 3 oz/gal
Temperature 160 F
Time 5 ~15 min
松脱锈垢 ( loosen heavy )
Potassium permanganate 8 ~ 12 oz/gal
Sodium hydroxide 8 ~ 12 oz/gal
Temperature 160 F to 沸点
Time 30 min
此溶液处理后需再用溶液(1)或(2)除锈。
(4) 铸铁除锈配方 :
Sulfuric acid 10 ~ 15 oz/gal
或 25 ~ 30 oz/gal
Nitric acid 4 ~ 5 oz/gal
Hydrofluoric 12 ~ 15 oz/gal
(5) 出光 ( bright dips ) 配方有 :
Citric acid 10 ~ 12 oz/gal
ammonia pH 65 ~ 7
Oxalic acid 1 ~ 2 oz/gal
Hydrogen 0.5 oz/gal
Sulfate as brightener 微量
高电流密度电解拋光。
3.9.11 铜及铜合金的酸浸溶液配方
(1) 去除厚垢 ( heavy scale ) 配方 :
Sulfuric acid 55 ~ 80 oz/gal
Nitric acid 10 ~ 15 oz/gal
Temperature room
铜溶解含量最多到 3 oz/gal。
(2) 去除普通锈皮 ( moderate scales ) 配方 :
Sulfutic acid 20 ~ 30 oz/gal
Chromic acid 或 3 ~ 4 oz/gal
Sodium dichromate 45 ~ 6 oz/gal
Temperature room
铜溶解最多含量到 2 oz/gal。
(3) 去除轻微锈皮 ( light scales ) 配方 :
Sulfuric acid 19 ~ 26 oz/gal
Temperature room ~ 125 F
铜溶解量最多到 4 oz/gal。
(4) 含 0.7 % Pb以上的铜合金酸浸配方 :
Fluboric acid 15 ~ 24 oz/gal
Temperature room
铜溶解含量最多到 1.5 oz/gal。
焊接对象另加5 %过氧化氢 hydrogen peroxide。
(5) 印刷电路板 ( circuit board ) 酸浸配方有 :
Ammomium persulfate 32 vol %
Temperature room to 100 F
Nitric acid 30 ~ 36 oz/gal
Phosphoric acid 20 ~ 25 oz/gal
Temperature room to 100 F
(6) 出光 ( bright dipping ) 配方有 :
Sulfuric acid 90 ~ 110 oz/gal
Nitric acid 20 ~ 25 oz / agl
water 33 vol %
Sodium chloride 0.25 oz/gal
绿化钠帮助出光,但过量会产生斑点 ( spotting )。
Phosphoric acid ( 85 % ) 55 vol %
Nitric acid ( 40 Be^-1 ) 20 vol %
Acetic acid ( 98 % ) 25 vol %
Temperature 130 ~ 75 F
Sodium cyanide 4 ~ 6 oz /gal
Temperature 120 ~ 150 F
也可在较低温度下阳极处理
3.9.12 不锈钢酸浸
    盐酸会产生晶界侵蚀,残留绿离子会引起应力腐蚀,所以不被推荐使用。不锈钢锈皮有时不易与酸起作用,若强制除去则会过度酸浸刻蚀基材 (substrate )及产生针孔,所以必需先作脱锈 ( scale loosening ),其配方如下:
(1) 脱锈 ( scale loosening ) 配方:
Sodium hydroxide NaOH 20 ~ 25 oz / agl
Sodium carbonate ( anhydrous ) 25 oz/gal
Potassium permanganate 6 ~ 8 oz / agl
Temperature 190 F 到沸点
Sodium carbonate 20 oz/gal
Sodium hydroxide 5 oz/gal
Potassium permanganate 12 oz/gal
Temperature 190 F 到沸点
Sulfuric acid 10 vol %
Temperature 180 F
(2) 除锈酸浸 ( pickling ) 配方:
Nitric acid 30 ~ 65 oz/gal
Hydrofluoric acid 或 4 vol %
Ammonium bifluoride 6.7 oz/gal
Temperature 120 ~ 140 F
Time 不超过 30 min
Dissolved metal Fe 最多到 3 oz/gal
(3) 冷加工对象除锈酸浸配方有:
Sulfuric acid 6.25 vol %
Hydrofluoric acid 6.25 vol %
Chromic acid 8 oz/gal
Temperature 到 180 F
Ferric sulfate 9 ~ 13 oz/gal
Hydrofluoric acid 1.7 vol %
Temperature 125 ~ 135 FSulfuric acid 10 oz/gal
Ferric sulfate 0.25 oz/gal
Temperature 160 ~ 180 F
Nitric acid 45 ~ 70 oz/gal
Molybdic acid 0.35 ~ 0.5 oz / agl
此溶液可去除金属杂质 ( foreign metals )
3.10 超音波洗净
超音波如果正确使用,对清洁工作很有帮助,它可节省时间,金钱及增加清洁度(clearness),工作可小至螺丝而大到超过300磅重.是利用涡流(cavitation)作用及破裂(implosion) 作用去除表面污物,它对复杂工件或细孔的工件都有效。
3.10.1 超音波洗净的影响因素
(1) 温度:一般温度愈高,超音波洗净愈好,但不要越过沸点以下10℃。
(2) 气体:继续法使溶液气体易于浮出,或加热使溶液减少,加润湿剂(wetting agent),使气体能迅速离开表面。
(3) 表面张力(surface tension)愈大则涡流作用密度(cavitation density)愈小。
(4) 粘度(viscosity)愈大则须较大的能量起涡流作用。
(5) 超音波能量(ultrasonic power)要适当,太大或太小都不好。
(6) 苹律(frequency)愈大需高能量来产生相同的涡流作用,一般在21~45kHz。
(7) 工件的曝露(part exposure),工件里面必需接触到超音波洗净液,通过错误有:1.工件放置不适当形成空气袋(gaspockets).有时需要翻动工件,2.篮子内小工件太多,负荷过多,宁可少量多次不要多量多次,3.篮子及挂架(baskets orfixtures for holding parts)阻碍音波。
(8) 污点(contaminants)种类:
 1.可溶性污物(soluble contaminamts)。
 2.不溶性由可溶性粘合污物(non-soluble,held by solublebinder contaminanys)如切削屑粘附在油指物上.)。
 3.不溶性污物(non-soluble contaminants)。
(9) 洗净液化学成份(cleaning chemical)。
(10) 设备(equipments)。
3.10.2 超音波洗净的原理及优点
原理:超音波洗净的作用,是以超过人类听觉声苹以上的波动在液体中传 导,当音波在洗净剂中传导,由于声波是一种纵波,纵波推动介质的作用会使液体中压力变化而产生无数微小真空泡,称的为<空洞现象> (cavitation)。当气泡受压爆破时,会产生强大的冲击能,可将固着在对象死角内的污垢打散,并增加洗净剂的洗净效果.由于超音波苹率高波长短,穿透力强,因此对有隐蔽细缝或复杂结构的洗净物,可以达到完全洗净的惊人效果。
优点:
(1)节省人力及时间:降低人工成本,不必将物品拆开和用手刷洗,大量节省人力及时间。
(2)完全清洗:精密零件及昂贵物品,均可完全清洗而不伤材质。
(3)复杂物的清洗:能将复杂形状的物品,死角及隐蔽孔洞的污垢完全清洗,解除一般清洗法无法克服的难题。
(4)操作简单:免去物料流程的担误,减少在制品瓶颈,增加产量。
(5)可配合洗剂:可使用性质温和的溶剂,达成更加的洗净效果,免除危险性。
3.11 水洗 (Water Rinsing)
水洗需不影响产品品质.镀件的活性,不产生化学物于镀件表面,干燥后不发生变色或侵蚀作用。
(1)水洗方程式(rinsing equation)
D*Ct=F*Cr
D=带入量(dragin)
Ct=带入量浓度(concentration of dragin)
F=水洗槽流量(flow throufgh the rinsingtank)
Cr=水洗浓度(concentration in the rinse)
水洗方程式表示带入溶质的量等于水洗流出的溶质的量,如盐进入量(salt in)=盐流出量(salt out)。
(2)水洗效率(effectivity of the rinse)E,E=(F*Cr)/(D*Ct)
(3)水洗浓度比值(rinsing concentration ratio)Rc,Rc=Ct/Cr
(4)污物极值(concentration limit)
水洗允许化学物浓度的最大值。
(5)水洗流量(flow of water throught a rining tan)
F=D*Ct/Cr
F=Rc*D
(6)水洗体积比值(volume rining ratio)Rv,Rv=F/D=====> E=Rv/Rc
(7)多段式水洗(multiple rining),两段式水洗可省水而三段式可更省水,三段以上省水则不确定,但为了回收化学物则用三段以上水洗。
(8)水洗槽设计。
(9) 水洗自动控制(automatic control),利用导电度(conductivity)控制器(controller)或称的水洗槽控制器(rinse tankcontroller)来维持一定水洗浓度水平,控制水的流量F,水的流量为带入量乘一个设定长数K值,F=K*D。
(10)水洗中水的杂质如石灰或镁的化合物等所产生的硬质会影响清洁力,所以需加以软化,其方法有:
1. 用碳酸盐或磷酸盐再加苏打灰使硬水中的盐分沉淀。
2.添加无机多磷酸盐或有机螯合剂使硬水中的盐份不起作用。
3.利用泡氟石或离子交换树指软化硬水。
3.12 电解研磨
电解研磨是类似电镀,须直流电.电解液,但工作放在阳极,利用秃出金属部份电流集中,及凹处极化较大的作用将工件磨平,磨光,也使表面成钝化更耐磨蚀.电解研磨去除很少量的金属表面,较深的刻痕记号及非金属杂质不能去除 . 电解研磨的时间很短约2~12分钟,除非表面起初就粗慥,或为了去除相当量的金属如尺寸控制,毛边去除就需较长时间.电解研磨优于机械研磨的是没有变形,没有刷痕,没有方向性,及能表现出真实金属颜色.电解研磨的控制因素有温度.电流密度,时间,电解液,搅拌等,要有好的电解液效果基材的结晶要细致是很重要的,通长效果不佳的原因有:1.结晶太粗大 2.不均匀结构 3.非金属杂质 4.冷札方向性的痕迹 5.盐类或锈污染物 6.过度酸浸 7.不当或过度冷抽加工。3.14.4 拋光(buffing)的形式
(1)硬拋光(hard buffing)
(2)色泽拋光(color buffing)
(3)接触拋光(contact buffing)
(4)Mush buffing。
3.14.5 拋光轮(buffing wheels)
拋光轮有下列形式:
(1)Bish buff
(2)Finger buff
(3)Full-disk buff
(4)Peced buff
(5)Finnel and sisal buffs
3.14.6 拋光化合物(buffing componds)
(1)Tripoli compound:用于非经铁金属
(2)Bobbing compounds:用于铝及银合金
(3)Cut or cutdown compounds:非铁金属
(4)Cut and color compounds。
(5)Cut or color compounds。
(6)Stainless stell buffing compounds。
(7)Stell buffing compounds。
(8)Chromium buffing compounds。
(9)Rough compounds。
(10)Emery paste。
(11)Greaseless compounds。
(12)Liquid buffing compounds。
3.14.7 研磨及拋光自动化机器
(1)Rotary automatic machines。
(2)Straight-line machines。
(3)Reciprocating straight-line machines。
(4)Horizontal return straight-line machines。
(5)Oversal or modular rectangular type straight-line equipment。
3.14.8 研磨及拋光自动化(automation of polishing and buffing)
电镀工程中研磨及拋光占大部份人工成本且高度尘埃,噪音及振动的恶劣工作环境及公害,还有因个人技术差异使品质不均匀等问题其解决有赖于半自动化或全自动化.自动化可行性的决定因素有(1)工作形状,(2)工作材质,(3)加工精度,(4)产量,(5)工作尺寸大小,(6)成本
现代自动化可自动送料,下料,换位置,移位等利用程序化控制(program-mable controller)或机器人(robots)操作。
3.15 整体研磨(Mass Finishing)
(1) 优点:
1.成本低
2.操作简单
3.各种金属及非金属均可
4.镀件尺寸及行状限制少
5.加工程度弹性大
6.零件全部的表面,边缘及角都可作用到
(2) 缺点:
1.角的研磨作用比表面大
2.孔洞或深凹处作用较表面小
3.15.1 整体研磨的方法
(1)滚筒研磨(barrel finishing)
(2)振动研磨(vibratory finishing)
(3)Centrifugal Disc finishing
(4)Centrifugal Barrel finishing
(5) Spindle finishing
3.15.2 整体研磨的应用
(1)清洁,除锈,脱脂
(2)去毛边
(3)边及角的圆滑化
(4)改变表面状况如表面应力
(5)去除粗糙面(磨平)
(6)光亮化(磨光)
(7)抑制腐蚀
(8)干燥
3.15.3 滚桶研磨的形式
(1)Open-end, tilting
(2)Bottienecked
(3)Horizontal actagonal
(4)Triple-action,polygonal
(5)Multiple drums
(6)Multi-compartment
(7)Endtoading
(8)Submerged
滚桶研磨性质(media)与工作的比率决定因素有:
(1)工作尺寸及复杂性(complexity)
(2)研磨性质堆积性(possibility of media lodging)
(3)工件重迭性(possibility of parts nesting)
(4)加工品质
3.15.4 整体研磨设备的选择因素
(1) 产品的要求:
    1.工件的尺寸及结构
    2.批量(batch size)
    3.工件的要求
    4.工件的控制性(variety of parts)
    5.每小时的工作量
    6.每年的产量
(2) 品质的要求:
    1.工件处理前的品质
    2.工件处理后的品质
    3. 表面加工程度
    4.边缘状况
    5.工件清洁度
    6.边及表面的均匀性
    7.工件与工件间的均匀性
(3) 制程的变化
    1.与其它制程的关系
    2.自动化的需要
    3.处理时间
    4.投资金额
    5.操作及维护成本
    6.消耗物料
    7.能源
    8.水及废液排放处理
    9.保养及修护
    10.场地空间
    11.库存需求
    12.人力
    13.品管
    14.目前及未来需求
3.15.5 整体研磨剂(mass finishing compounds)
(1) 功能:
    1.促进及维持工件的清洁度
    2.控制ph值,泡沫及水的硬度
    3.润湿表面
    4.乳化表面油污
    5.去除锈皮及变色(tarnish)
    6.控制工件的颜色
    7.悬浮污物 8.控制润滑性(lubricity)
    9.防止腐蚀
    10.冷却做用
    11.确保废液排放符合环境保护公害的规范
(2) 使用方式:研磨剂有固体粉末及液体粉末二种,其使用方式有:
    1.批次式(batch)
    2.循环式(recirculation)
    3.流入式(flow-through)
3.15.6 整体研磨的介质(finishing media)
介质的功能有:
    1.磨擦(abrade),
    2.磨光(burnish),
    3.分离(separate)。
介质材料有下列几种:
    1.天然介质(naturaumedia):砂石
    2.农产物(agricultural):木屑,玉米的穗轴,胡桃壳
    3.合成介质(synthetic media):氧化铝
    4.陶瓷介质(ceramic media)
    5.塑料结合介质(resin-boned media)
    6.钢介质(steeumedia)
(1) 介质的选用考虑下列因素:
    1.毛的去除
    2.工件的表面及边缘加工均匀性
    3.塞入孔洞或深凹处
    4.处理时间要短
(2) 介质的供应及成本:
    1.供货商的可靠性
    2.单位重量或容积的价格
    3.品质的可靠性
(3) 介质的能力及多功能性:
    1.可处理广范的产品
    2.少磨耗性
    3.少分列性(reclassificatiopn)
    4.少裂开(break)
    5.工件间的压制作用(cushioning action)
3.15.7 整体研磨的故障原因
(1)工件表面过度影响(excessive impingement)
    1.介质使用量不足
    2.工件太大
    3.速率及频率太大
    4.溶液水平或流量太低
    5.研磨削不足
    6.研磨削对
    7.不正确方法
    8.介质不对
(2)工件的边缘、角及毛边过度研磨:
    1.研磨作用太慢
    2.介质粒子太大
    3.介质使用不对
    4.速率及频率太大
    5.负荷过大
    6.水位不正确
(3)介质堆积在工件孔洞及深凹处:
    1.介质尺寸不对
    2.介质形状不当
    3.介质过度磨耗折损
    4.介质分级不良
   1)操作不当中断
   2)水洗及净化不足
   3)不正确研磨剂
   4)产生腐蚀
   5)介质太活跃
   6)另件相互影响
3.16 喷射研磨洗净(abrasive blast cleaning)
它是将研磨粒子以干式或液体方式喷射在工件表面上去除污物,锈皮等作调节(conditjoning)表面以便做进一步的处理。其主要用在:
(1)去除尘埃、锈皮、磨砂、或漆
(2)粗化表面以便油漆及其它被覆处理
(3)去除毛边
(4)消光处理(matte surface treatment)
(5)去除对象余料(flash)
(6)玻璃或陶瓷刻蚀
其它方法可分为干式喷射洗净(dry blast cleaning)及湿式喷射洗净(wet blast cleaning)
3.16.1 干式喷射研磨洗净(dry blast cleaning)的研磨材料
其使用研磨材料为:
1.金属粒子(metallic grit)
2.金属珠(metallic shot)
3.砂粒(sand)
4.玻璃(glass)
5.农产物(agricultural products)如胡桃壳、稻壳、木屑
3.16.2 干式喷射研磨洗净机器
其所使用的机器设备有:
(1)Cabinet mechine
(2)Continuous-flow mechines
(3)Blasting-tumbling mechines
(4)Portable Equipments
(5)Microabrasive Blasting machines
3.16.3 湿式喷射研磨洗净(wet blast cleaning)的使用
主要用于:
(1)去除精密工件的毛边(burrs)
(2)消光表面处理(matle surface treatment)
(3)检查研磨、硬化的工件
(4)去除硬工件上的工件记号(tooumarks)
(5)去除轻微锈皮
(6)电子另件及印刷电路板去除氧化物以备焊接
(7)去除焊接锈皮(welding scale)
3.16.4 湿式喷射研磨洗净研磨材料(Abrasives)
有许多种类及尺寸的研磨材料被使用,尺寸由20-mesh到500-mesh,研磨的材料有:1.有机物或农产物,如胡核桃,2.无机物如砂、石英、氧化铝等。
3.16.5 湿式喷射洗净的流体介物(liquid carrier)
(1) 研磨材料
(2) 防腐蚀剂(3) 润湿剂
(4) 防止阻塞剂(anticlogging)
(5) 防(止沉淀剂(antisettling)
(6) 水
3.16.6 湿式喷射洗净的设备
(1) Cabinet-type mechines
(2) Horizpntal-plane turntable mechines
(3) Vertical wheel-type mechines
(4) Chain or belt conveyor mechines
(5) Shutte-type cabinets with cars and rail extensions
3.16.7 喷射洗净的安全与卫生
如果有良好的预防则对人身是安全的,其危害身体的部份主要是肺,由于长期吸入粉粒会形成硅肺病,所以工做人员在起初和每年都照x-光经专门医师检查肺部x光片。工做人员必需戴头盔附有空气供给,特殊的手套,围巾,及鞋罩。工作室要充份通风,保持空气干燥,没有污染气体,没有嗅味。
3.17 前处理标准与规范
(1) ASTM A380 Descaling and Cleaning of StainlrssSteel surfaces。
(2) ASTM B183 Preparation of Low CarbonSteel for Electroplating。
(3) ASTM B242 Preparation of High-CarbonStell for Electroplating。
(4) ASTM B252 Preparation of zinc-baseddie castings for Electroplating。
(5) ASTM B253 Preparation of and Electro-plating on Aluminum alloys。
(6) ASTM B254 Preparation of and Electro-plating on Stainless Steel。
(7) ASTM B281 Preparation of Copper andCopper-Based Alloys for Electroplating。
(8) ASTM B319 Preparation of Lead andLead Alloys for Electroplating。
(9) ASTM B480 Preparation of Magnesiumand Magnesium Alloys for Electroplating。
(10)ASTM B322 Cleaning Metals beforeElectroplating。
四、镀铜
4.1 铜的性质
*色泽:玫瑰红色  
*原子量:63.54
*原子序:29
*电子组态:1S22S22P63d104S1
*比重:8.94
*熔点:1083℃
*沸点:2582℃  
*Brinell硬度43-103
*电阻:1.673lmΩ.m,20℃
*抗拉强度:220~420MPa
标准电位:Cu++e- →Cu为+0.52V;
       Cu++ +2e-→Cu为+0.34V。
质软而韧,延展性好,易塑   性加工 导电性及导热性优良,良好的拋旋旋光性,易氧化,尤其是加热更易氧化,不能做防护性镀层;会和空气中的硫作用生成褐色硫化铜,会和空气中二氧化碳作用形成铜绿;会和空气中氯形成氯化铜粉末
铜镀层具有良好均匀性、致密性、附着性及拋旋旋光性等所以 可做其它电镀金属的底镀镀层。
镀层可做为防止渗碳氮化铜 唯一可实用于锌铸件电镀打底用
铜的来源充足,铜容易电镀,容易控制
铜的电镀量仅次于镍
4.2 铜镀液配方的种类
可分为二大类:
1.酸性铜电镀液:
 优点有:
成份简单 毒性小,废液处理容易
镀液安定,不需加热 电流效率高
价廉、设备费低 高电流密度,生产速率高
 缺点有:
镀层结晶粗大 不能直接镀在钢铁上
均匀性差
2.氰化铜电镀液配方:
  优点有:镀层细致,均匀性良好,可直接镀在钢铁上
 缺点有:毒性强,废液处理麻烦,电流效率低,价格贵,设备费高,电流密度小,生产效率低,镀液较不安定,需加热
P.S  配合以上二种配方优点,一般采用氰化铜镀液打底后,再用酸性铜镀液镀铜,尤其是镀层厚度需较厚的镀件。
4.3 硫酸铜镀液(Copper Sulfate Baths)
    硫酸铜镀液的配制(prepare)、操作(operate)及废液处理都很经济,可应用于印刷电路(printed circuits)、电子(electronics) 、印刷板(photogravure)、电铸(electroforming)、装饰(decorative) 及塑料电镀(plating on plastics)。
    其化学成份简单,含硫酸铜及硫酸,镀液有良好导电性,均匀性差但目前有特殊配方及添加剂可以改善。钢铁镀件必须先用氰化铜镀液先打底或用镍先打底(strike),以避免置换镀层(replacement diposits)及低附着性形成。
    锌铸件及其它酸性敏感金属要充份打底,以防止被硫酸浸蚀。镀液都在室温下操作,阳极必须高纯度压轧铜,没有氧化物及磷化(0.02到0.08wt%P) ,阳极铜块(copper anode nuggets)可装入钛篮(titanium baskets)使用, 阳极必须加阳极袋(anode bag),阳极与阴极面积比应2:1,其阳极与阴极电流效率可达100%,不电镀时阳极铜要取出。
4.3.1 硫酸铜镀液(standard acid copper plating)
(1)一般性配方(general formulation):
Copper sulfate 195-248 g/l
Sulfuric acid 30-75 g/l
Chloride 50-120 ppm
Current density 20-100 ASF
(2)半光泽(semibright plating):Clifton-Phillips 配方
Copper Sulfate 248 g/l
Sulfuric acid 11 g/l
Chloride 50-120 ppm
Thiourea 0.00075 g/l
Wetting agent 0.2 g/l
(3)光泽镀铬(bright plating):beaver 配方Copper sulfate 210 g/l
Sulfuric 60 g/l
Chloride 50-120 ppm
Thiourea 0.1 g/l
Dextrin 糊精 0.01 g/l
(4)光泽电镀(bright plating):Clifton-Phillips 配方
Copper sulfate 199 g/l
Sulfuric acid 30 g/l
Chloride 50-120 ppm
Thiourea 0.375 g/l
Wolasses 糖密 0.75 g/l
4.3.2 高均匀性酸性铜镀液配方(High Throw Bath)
   用于印刷电路,滚桶电镀及其它需高均匀性的电镀应用。
Copper sulfate 60-90 g/l
Sulfuric acid 172-217 g/l
Chloride 50-100 ppm
Proprietary additive 专利商品添加剂 按指示量
4.3.3 酸性铜镀液的维护及控制(Maintenance and Control)
组成:硫酸铜是溶液中铜离子的来源,由于阴极及阳极电流效率正常情况接近100%,所以阳极铜补充铜离子是相当安定的。硫酸增进溶液导电度及减小阳极及阴极的极化作用polarization)并防止盐类沉淀和提高均匀性(throwing power)。高均匀性镀液中铜与硫酸比率要保持1:10。硫酸含量超过11vol%则电流效率下降。氯离子在高均匀性及光泽镀液中,可减少极化作用及消除高电流密度的条纹沉积(striated deposits)。
  # 温度:太部份镀液在室温下操作,如果温度过低则电流效率及电镀范围(plating range)将会减少。如果光泽性不需要 ,则可将镀液温度提升到50℃以提高电镀范围,应用于电铸(electroforming),印刷电路或印刷板等。
  # 搅拌:可用空气、机械、溶液喷射(solution jet)或移动镀件等方法搅拌,搅拌愈好则容许电流密度(allowable currentdensity)愈大。
  # 杂质:有机杂质是酸性镀液最常见的、其来源有光泽剂(brighteners)的分解生成物,槽衬、阳极袋未过滤到物质、电镀阻止物 (stopoffs)、防锈物质(resists)及酸和盐的不纯物。镀液变绿色表示相当量的有机物污染,必需用活性碳处理去除有机物杂质,有时过氧化氢及过锰酸钾(potassium permanganate)有助于活性碳去除有机杂质,纤维过滤器(cellulose filter)不能被使用。
   金属杂质及其作用如下:
锑(antimony):10-80 g/l,粗糙及脆化镀层,加胶(gelatin)或单柠酸(tannin)可抑制锑共同析出(codeposition)。
砷(arsenic)20-100 ppm:同锑。
铋(bismuth):同锑。
镉(cadmium)>500ppm:会引起浸镀沉积
(immersion deposit)及阳极极化作用,能用氯子控制。
镍>1000 ppm:同铁。
铁>1000 ppm:减低均匀性及导电度。
锡500-1500ppm:同镉。
锌>500ppm:同镉。
4.3.4 酸性铜镀液的故障及原因
1.烧灼在高电流密度区:
铜含量太少 有机物污染
温度太低 氯离子太少
搅拌不够
2.失去光泽:
光泽剂太少 温度太高
有机物污染 铜含量太少
低氯离子浓度
3.精糙镀层:
固体粒子污染 阳极铜品质不佳
阳极袋破裂 氯离子含量不足
4.针孔:
有机物污染 氯离子太少
阳极袋腐烂
5.电流太低:
有机物污染 氯含量太多
硫酸含量不够 电流密度太小
添加剂不足 温度过高
6.阳极极化作用:
锡、金污染 氯含量太多
温度太低 硫酸含量过多
阳极铜品质不好 硫酸铜含量不足
4.3.5 酸性铜镀液的添加剂
    有很多添加剂如胶、糊精、硫 、界面活性剂、染料、尿素等,其主要目的有:
平滑镀层,减少树枝状结晶,提高电流密度,光泽,硬度改变,防止针孔等
4.4 氰化镀铜液(Copper Cyanide Baths)
    氰化镀铜带给人体健康危害及废物处理问题,在厚镀层已减少使用但在打底电镀仍大量使用。氰化镀铜镀液的化学组成最重要的是自由氰化物(free cyanide)及全氰化物(total cyanide)含量,其计算方程式如下:
K2Cu(CN)3全氰化钾量=氰化亚铜需要量×1.45+自由氰化钾 需要量
K2Cu(CN)3全氰化钠量=氰化亚铜需要量×1.1+自由氰化钠需要量
例:镀液需2.0g/l的氰亚化铜及0.5g/l自由氰化钾,求需多少氰化钾?
解 需氰化钾量=2.0×1.45+0.5=3.4g/l
阳极铜须用没有氧化物的纯铜,它可以用铜板或铜块并装入钢篮内须阳极袋包住。钢阳极板用来调节铜的含量。阴极与阳极面积比应1:1~1:2
4.4.1 化铜低浓度液配方(打底镀液配方)
氰化亚铜(coprous cyanide)CuCN 20g/l
氰化钠(sodium cyanide)NaCN 30g/l
碳酸钠(sodium carbonate)Na2CO3

表面处理即是通过一定的方法在工件表面形成覆盖层的过程,其目的是赋以制品表面美观、防腐蚀的效果,进行的表面处理方法都归结于以下常用几种方法:

1.         镀(Plating)

电镀(Electroplating):将接受电镀的部件侵于含有被沉积金属化合物的水溶液中,以电流通过镀液,使电镀金属析出并沉积在部件上。一般电镀有镀锌、铜、等,有时把煮黑(发蓝)、磷化等也包括其中。

2.         热侵镀锌:通过将碳钢部件浸没温度约为510度的溶化锌的渡槽内完成。其结果是钢件表面上的铁锌合金渐渐变成产品外表面上的钝化锌。热浸镀铝是一个类似的过程。

3.         机械镀:通过镀层金属的微粒来冲击产品表面,并将涂层冷焊到产品的表面上。一般螺丝多采用电镀方式,但用在电力、高速公路等室外的六角木螺钉等用热浸锌;电镀的成本一般每公斤0.6-0.8元,热浸锌一般为105-2元/公斤,成本较高。

电镀的效果:

电镀的质量以其耐腐蚀能力为主要衡量标准,其次是外观。耐腐蚀能力即是模仿产品工作环境,设置为试验条件,为其加以腐蚀试验。电镀产品的质量从以下方面加以控制:

1.         外观:

制品表面不允许有局部无镀层、烧焦、粗糙、灰暗、起皮、结皮状况和明显条纹,不允许有针孔麻点、黑色镀渣、钝化膜疏松、龟裂、脱落和严重的钝化痕迹。

2.         镀层厚度:

紧固件在腐蚀性大气中的作业寿命与它的镀层厚度成正比。一般建议的经济电镀镀层厚度为0.00015in~0.0005in(称呼径<=3/8为43um),最小的厚度为43um(称呼径<=3/8为37um)。

3.         镀层分布:

采用不同德沉积方法,镀层在紧固件表面上的聚集方式也不同。电镀时镀层金属不是均匀地沉积在外周边缘上,转角处获得较厚镀层。在紧固件的螺纹部分,最厚的镀层位于螺纹牙顶,沿着螺纹侧面渐渐变薄,在牙底处沉积最薄,而热浸镀锌正好相反,较厚的镀层沉积在内转角和螺纹底部,机械镀的镀层金属沉积倾向与热浸镀相同,但是更为光滑而且在整个表面上厚度要均匀得多。

4.         氢脆:

紧固件在加工和处理过程中,尤其在镀前的酸洗和碱洗以及随后的电镀过程中,表面吸收了氢原子,沉积的金属镀层然后俘获氢。当紧固件拧紧时,氢朝着应力最集中的部分转够,引起压力增高到超过基体金属的强度并产生微小的表面破裂。氢特别活动并很快渗入到新形成的裂隙中去。这种压力-破裂-渗入的循环一直继续到紧固件断裂。通常发生在第一次应力后的几个小时之内。

为了消除氢脆的威胁,紧固件要在镀后尽可能地加热烘焙,以使氢从镀层中渗出,烘焙通常在375-4000F(176-190度)进行3-24小时。由于机械镀锌是非电解质的,这实际上消除了氢脆的威胁。

5.         自催化镀(Auto-catalytic Plating),一般称为“化学镀(Chemical Plating)”、“无电镀(Electroless Plating)”等自催化镍磷镀及工业应用无电解镀镍是目前国际上发展速度较快的表面处理工艺。它以无公害、操作简单和可镀寄递广泛及镀层良好的耐磨耐腐蚀性能受到工业界普遍瞩目和青睐。

自催化镍磷镀(以下称化学镀镍)技术,是目前国际发展速度最快的低温表面强化高新技术。它最初是作为电镀镍和电镀铬的代用镀层而工业化应用,以后发展到耐腐蚀性、耐磨性和电磁波屏蔽特性等多功能用途而获得广泛应用。尤其在国际上它作为一个无公害排放的表面处理工艺,获得绿色环保技术的美称,受到了工业界的普遍瞩目和青睐。其应用几乎涉及所有工业领域。化学镀镍在石油天然气工业中的应用多年来石油天然气一直是化学镀镍的检验场,化学镀镍已在大量的应用中有出色表现在北美所有的化学镀镍中大约15%是用于油气工业。已证明对石油天然气工业最有价值的性能是镀层的厚度均匀性,优异的耐蚀性能以及耐磨/耐冲刷性能。许多用于这一领域的传统基本材料的性能通过应用化学镀镍而大大改善,并且降低了制造成本,延长了使用寿命,延长寿命这一点具有特别重要的意义,因为石油天然气工业中停机更换部件费用很高。石油天然气工业的作用分别为三个主要部分,地面作业,地下/井下作业和海上作业,设备通常暴露于氢化物,硫化氢,二氧化碳,盐水,海水和含高浓度硫化物的暗礁水等苛刻的环境条件下,并且还合并有吸入泥沙和泥浆引起的磨损问题以及在某些情况下温度高达250度通过化学镀镍而使性能提高的典型部件包括:地面作业----防喷器,制动系统,节流器,压缩机,燃气轮机,泵体泵连接管路和阀等;地下/井下作业----联接器,测井仪,拄塞,分割器,泵安全阀装置和油管。海上作业---防喷器,燃气轮机/压缩机,热交换器泵,隔水管连接器和阀化学镀镍层的厚度均匀性,耐腐蚀性和耐磨性性能促使其广泛用于阀和流量控制装置,显然,这些设备是油井作业的关键设备,油井作业的主要经济因素是设备有良好的性能和长的寿命。人们首先认识到化学镀镍的可应用的性能是其耐腐蚀性,光洁度和厚度均匀性,这些性能为球阀塞提供了所要求的表面条件,并改善了阀座部分的密封状况,人们最初只把化学镀镍看做是可能代替硬铬的一种选择,而现在化学镀镍在这一市场已占统治地位,在这一领域最具典型性的是低碳钢球阀常常采用75微米后的化学镀镍层,可以看到化学镀镍在石油天然气工业所有领域中已获得了成功的应用,例如:中东一家工厂的原油生产。相关的气体中含有55%的硫化氢,加工温度80度压力20mn/m2(3000psi)在这种条件下,由于腐蚀,表面开裂和冲蚀,而发生的实效是低碳钢球阀的最长使用寿命仅3个月。而球阀采用75微米的化学镀镍层大大延长了设备的使用寿命。经过两年的连续运行未见设备表面损坏。使用海水注入系统的采油厂,其球阀也能获得同样的好处。操作过程包括在高压下泵送海水以迫使原油到达表面。在沙特阿拉伯油田,阀采用75微米厚的化学镀镍层,成功地经受了操作条件的考验,运行四年未发现镀层损坏。

化学镀镍除了已成功地应用于石油天然气工业中的球阀,他在其他工程领域的阀部件的应用也同样成功。

镀(Plating)
电镀(Electroplating)
自催化镀(Auto-catalytic Plating),一般称为"化学镀(Chemical Plating)"、"无电镀(Electroless Plating)"等
浸渍镀(Immersion Plating)
阳极氧化(Anodizing)
化学转化层(Chemical Conversion Coating)
钢铁发蓝(Blackening),俗称"煲黑"
钢铁磷化(Phosphating)
铬酸盐处理(Chromating)
金属染色(Metal Colouring)
涂装(Paint Finishing),包括各种涂装如手工涂装、静电涂装、电泳涂装等
热浸镀(Hot dip)
热浸镀锌(Galvanizing),俗称"铅水"
热浸镀锡(Tinning)
乾式镀法
PVD 物理气相沈积法(Physical Vapor Deposition)
阴极溅射
真空镀(Vacuum Plating)
离子镀(Ion Plating)
CVD 化学气相沈积法(Chemical Vapor Deposition)
其他: 表面硬化、加衬......

 

详细请看:htttp://www.chinasurfacetreatment.com

 

 塑料制品的表面处理主要包括涂层被覆处理和镀层被覆处理。一般塑料的结晶度较大,极性较小或无极性,表面能低,这会影响涂层被覆的附着力。因为塑料是一种不导电的绝缘体,因此不能按一股电镀工艺规范直接在塑料表面进行镀层被覆,所以在表面处理之前,应进行必要的前处理,以进步涂层被覆的结协力和为镀层被覆提供具有良好结协力的导电底层。1.涂层被覆的前处理

 

  前处理包括塑料表面的除油处理,即清洗表面的油污和脱模剂,以及塑料表面的活化处理,目的是进步涂层被覆的附着力。

 

  (1)塑料制品的除油。与金属制品表面除油类似,塑料制品除油可用有机溶剂清洗或用含表面活性剂的碱性水溶液除油。有机溶剂除油合用于从塑料表面清洗石蜡、蜂蜡、脂肪和其他有机性污垢,所用的有机溶剂应对塑料不溶解、不溶胀、不龟裂,其本身沸点低,易挥发,无毒且不燃。

 

  碱性水溶液合用于耐碱塑料的除油。该溶液中含有苛性钠、碱性盐以及各种表面活性物质。最常用的表面活性物质为OP系列,即烷基苯酚聚氧乙烯醚,它不会形成泡沫,也不残留在塑料表面上。

 

  (2)塑料制品表面的活化。这种活化是为了进步塑料的表面能,也即在塑料表面天生一些极性基或加以粗化,以使涂料更易润湿和吸附于制件表面。表面活化处理的方法良多,如化学品氧化法、火焰氧化法、溶剂蒸气浸蚀法和电晕放电氧化法等。其中最广泛使用的是化学晶氧化处理法,此法常用的是铬酸处理液,其典型配方为重铬酸钾4.5%,水8.0%,浓硫酸(96%以上)87.5%。

 

  有的塑料制品,如聚苯乙烯及ABS塑料等,未进行化学品氧化处理时也可直接进行涂层被覆。为了获得高质量的涂层被覆,也有用化学品氧化处理的,如ABS塑料在脱脂后,可采用较稀的铬酸处理液浸蚀,其典型的处理配方为铬酸420g/L,硫酸(比重1.83)200ml/L。典型的处理工艺为65℃70℃/5min10min,水洗净,干燥。

 

  用铬酸处理液浸蚀的长处是不管塑料制品的外形多复杂,都能处理平均,其缺点是操纵有危险,并有污染题目。

 

  2.镀层被覆的前处理

 

  镀层被覆前处理的目的是进步镀层与塑料表面的附着力和使塑料表面形成导电的金属底层。前处理的工序主要包括有:机械粗化、化学除油、化学粗化、敏化处理、活化处理、还原处理和化学镀。其中前三项是为了进步镀层的附着力,后四项是为了形成导电的金属底层。

 

  (1)机械粗化和化学粗化。机械粗化和化学粗化处理是分别用机械的方法和化学的方法使塑料表面变粗,以增加镀层与基体的接触面积。一般以为,机械粗化所能达到的结协力仅为化学粗化的10%左右。

 

  (2)化学除油。塑料表面镀层被覆前处理除油的方法与涂层被覆前处理除油方法相同。

 

  (3)敏化。敏化是使具有一定吸附能力的塑料表面上吸附一些易氧化的物质,如二氯化锡、三氯化钛等。这些被吸附的易氧化物质,在活化处理时被氧化,而活化剂被还原成催化晶核,留在制品表面上。敏化的作用是为后续的化学镀覆金属层打基础。

 

  (4)活化。活化是借助于用催化活性金属化合物的溶液,对经由敏化的表面进行处理。实在质是将吸附有还原剂的制品浸入含有贵金属盐的氧化剂的水溶液中,于是贵金属离子作为氧化剂就被S2+n还原,还原了的贵金属呈胶体状微粒沉积在制品表面上,它具有较强的催化活性。当将此种表面浸入化学镀溶液中时,这些微粒就成为催化中央,使化学镀覆的反应速度加快。

 

  (5)还原处理。经活化处理和用净水洗净后的制品在进行化学镀之前,用一定浓度的化学镀时用的还原剂溶液将制品浸渍,以便将未洗净的活化剂还原除净,这称为还原处理。化学镀铜时,用甲醛溶液还原处理,化学镀镍时用次磷酸钠溶液还原处理。

 

  (6)化学镀。化学镀的目的是在塑料制品表面天生一层导电的金属膜,给塑料制品电镀金属层创造前提,因此化学镀是塑料电镀的枢纽性步骤。

 

铝材整平光亮技术

铝合金阳极氧化前处理工艺是决定产品外观质量的重要环节,型材机械纹的去除、起砂、亚光、增光等多种质量要求均由前处理工艺决定。传统的前处理工艺分为三种:

(1)、碱蚀工艺:由除油→水洗→碱蚀→水洗→水洗→出光→水洗→水洗→氧化组成,即型材经除油后,在碱蚀槽中经碱蚀处理去除机械纹和自然氧化膜、起砂,然后经出光槽除去表面黑灰,即可进行阳极氧化。该工艺的核心工序是碱蚀,型材的表面平整度、起砂的好坏等均由该工序决定。为了达到整平机械纹的目的,一般需碱蚀12-15分钟,铝耗达40-50Kg/T,碱耗达50Kg/T。如此高的铝耗,既浪费资源,又带来严重的环保问题,增加废水处理成本。该工艺已采用了100多年,全球大部分铝材厂沿用至今,直到近两年,才由酸蚀逐渐取代。


  (2)、酸蚀工艺:由除油→水洗→酸蚀→水洗→水洗→碱蚀→水洗→水洗→出光→水洗→水洗→氧化组成。型材经除油后先酸蚀,后碱蚀,出光,完成前处理。该工艺的核心工序是酸蚀,去机械纹、起砂等均由酸蚀决定。不同于碱蚀,酸蚀的最大优点是去机械纹能力强、起砂快、铝耗低,一般3-5分钟即可完成,铝耗几乎是碱蚀的1/8-1/6。从工作效率和节约资源的角度看,酸蚀无疑是碱蚀工艺的一大进步。然而,酸蚀的环保问题更加突出:酸槽的有毒气体HF的逸出及水洗槽Fˉ的污染。氟化物一般都有剧毒,处理更加困难。另外,酸蚀处理后,型材外观发黑发暗,尽管不得已延续了碱蚀和出光,可增亮一些,但仍然很暗,既增加了工序,又损失了光泽,这些问题至今还没有有效的解决方案。


  (3)、抛光工艺:由除油→水洗→抛光→水洗→水洗→氧化组成,型材经除油后即放入抛光槽,经2-5分钟抛光后,可形成镜面,水洗后可直接氧化。该工艺的核心工序是抛光,去纹、镜面都在抛光槽完成。抛光具有铝耗低、型材光亮的优点,但抛光槽的NOx的逸出,造成严重的环境污染及操作工的身体伤害,同时,昂贵的化工原料成本等因素也制约了该工艺的推广。


通观上述三种工艺,虽各有特点,但缺点也比较突出,如碱蚀铝耗高、碱渣多、工效低;酸蚀氟化物污染、型材发暗;抛光污染严重,成本过高等等。这些工艺要么污染了环境,要么浪费了铝资源,要么降低了铝材表面质量,亟待进行工艺改进。

电镀属于电解加工过程。不言而喻,电源的性能、类型、特征等因素必将对电镀工艺过程产生重要影响。特别是在现代电镀技术飞速发展的今天,电镀电源更具有重要地位。因此,了解电镀电源对电镀工艺过程的影响很有必要。本文就电镀电源和低纹波系数整流电源在电镀行业中的应用所取得的一些经验和教训加以介绍,以期让电镀界同仁在选择整流电源、解决电镀故障、提高电镀质量方面引起足够重视。

 

 

1 整流器的基本原理及类型

1.1 传统硅整流器

硅整流器使用历史长,技术成熟,目前是整流器主流产品。

1.1.1 整流电路。工业生产中一般采用三相调压器调压,50Hz三相工频变压器降压的普通硅整流器。各种整流电路获得的均是脉动直流电,不是纯直流,或多或少地含有交流成分。为了比较脉动成份的多少,可用纹波系数来表示,其含义为交流成份在直流成分中占的百分比,其数值越小,交流成份越少,越接近纯直流。

各种整流电路的波动系数不同。其由大到小的次序为:三相半波整流、三相全波桥式整流或带平衡电抗器的六相双反星形整流。其中后者工作时整流元件并联导通,波形最为平滑,整流效率较高,工作也较为可靠,时最为常用的一种。

为了获得低纹波输出,则必须采用滤波或其它特殊措施。利用电容、电感贮能元件进行滤波,是将脉动直流转变为较为平滑的直流的常用措施。但实际生产中,除试验用的小型整流器之外,工业生产基本上不进行滤波。特殊情况可使用大电感。电容在低电压、大电流情况下不适用于滤波。电容滤波,对工频整流只适合于非常小功率的整流电源。例如输出10A的单相全波整流器,要达到低纹波输出,其滤波电容要达0.1F以上。随着频率的提高,所需电容量减小。

可控硅利用改变可控硅管导通角来调整输出平均直流大小的普通可控硅整流器,可控硅管输出的是间断脉冲波,其纹波系数的受导通角控制,输出纹波系数大于普通硅整流电路。特别是在使用电流低于额定电流较大的情况下,输出波形脉动系数更大。

1.1.2.整流元件类型

整流元件即通常所说的二极管。由于整流器所有的输出电流都要经过整流元件,因此,可以说是整流器的心脏。整流元件分为硅整流元件和可控硅整流元件二种。镀铬整流器主要使用硅整流元件。虽然可控硅技术已有了长足的发展,且在电镀上应用也日趋增多,但笔者还是推荐使用硅整流器。其原因主要是波形问题。可控硅整流是采用控制整流元件导通时间与截止时间长短来控制电流的。整流器满负荷使用时波形好。但输出电流较小时电流波形变差。电流越小,波形越差。而硅整流器输出电流大小对波形几乎无影响。

1.2 开关电源

目前一种新型电镀电源设备-高频开关电源。它兼有硅整流器的波形平滑性优点及可控硅整流器的调压方便的优点,电流效率最高(可达90%以上),体积最小,是大有前途的整流器。目前制造技术已解决了功率问题,数千安培至上万安培的大功率开关电源已进入生产实用阶段。

开关电源其频率已达音频,通过滤波实现低纹波输出更为简便易行。而且稳流、稳压等功能更易实现。

1.3 脉冲电源设备

随着电力电子科学技术的发展,电镀整流器正在由单一功能向多功能发展。由于脉冲电源主要是由嵌入式单片计算机等进行控制,因此,除实现脉冲输出之外,一般具备多种控制功能。

1.3.1.自动稳流稳压。传统硅整流器电流或电压无法自动稳定,随电网电压的波动而波动。而脉冲电源则拥有高精度的自动调节功能。如电网三相电压波动达上百伏时,脉冲电源输出电压可以几乎不变。脉冲电源的自动调节功能一般具有二种模式:

第一,恒电流限压模式。当电镀工艺参数,如零件面积、温度、浓度、酸碱度等工艺条件发生改变时,常规整流器电流会发生波动。而恒电流模式下,输出电流自动恒定在设定值不发生改变。这对需精确计算硬铬厚度情况下是很有用的。采用恒流模式时的限压功能目的是保护设备不被烧坏。

第二,恒电压限流模式。当电镀工艺参数发生改变时,输出电压自动恒定在设定值不发生改变。这种模式硬铬电镀不常使用,但对于铝氧化着色则大有作用。

1.3.2 多段式运行模式。铝阳极氧化或硬铬电镀时,往往需要进行反向电解、大电流冲击、阶梯送电等操作。传统电源只能靠手工实现。而具有多段式运行模式的脉冲电源则只需提前设定,生产时可自动按顺序进行自动调节。这一功能对硬铬电镀是非常有用的。目前国产脉冲电源已达到三段式运行,每一段时间可在0~255秒内调节设定。

1.3.3 双向脉冲功能。正负脉冲频率、占空比、正反向输出时间均可独立调节,使用灵活、方便。配合硬铬电镀工艺,可获得不同物理性能的镀层。

1.3.4 直流叠加功能。输出正反向脉冲电流的同时,由同一台电源叠加输出一纯直流成分,更拓宽了脉冲电源的使用范围及用途。

近几年来,国产多功能脉冲电源技术已趋于成熟,其中脉冲波形垂直程度,波形平稳程度、稳定性、抗干扰性等指标达到甚至超过了国外水平。

直流电源波形对电镀质量有突出的影响,例如:高频率定脉宽高频稳压/稳流脉冲电源电镀时会产生特殊效应,这也是普通直流电源电镀无法达到的效果,有些现象还不能用常规电化学理论来加以解释。而直流波形对电镀沉积的影响目前还难以从理论上进行预测,只能通过大量的试验来作相对比较,筛选出适宜的波形。

2 电镀电源对电镀工艺的影响

2.1 镀铬

各类电镀工艺中,镀铬是受电源波形影响最大的镀种之一。镀铬必须采用低纹波直流电源,否则光亮范围窄,镀层易发花、发灰,这一点已为不少人认同,但实践中仍有因对其认识不足,往往由于纹波系数过大影响套铬质量而束手无策的事时有发生。因此,电镀电源的选择就更显重要。

对于经常使用反向电解的电镀硬铬生产,需要电源极性换向装置。简单的方法是使用手动换向开关。由于电流很大,开关通、断时会形成较大的电火花,开关很容易损坏。将触点浸入变压器油中可以延长使用寿命。可控硅整流器实现换向比较容易,由于是无触点换向,不会产生火花腐蚀。如电流变化不大时,可考虑使用可控硅极换向装置。

电源波形对镀铬的影响较大。而且往往容易被操作者忽视。如某厂小件镀装饰铬,覆盖能力非常差,反复调整镀液中硫酸与铬酐的比值,仍无效。经现场查验,采用1000A老式可控硅整流器,且平均电流仅200A左右,负荷率很低,显然输出纹波系数太大。换接一台双反星形输出的硅整流器,镀铬即转为正常。另有某厂镀铬上午生产正常,下午即出现装饰铬局部发灰,无法生产,怀疑镀液故障,反复加硫酸、碳酸钡调整一两天,均无法解决。分析原因,镀液成分不可能突变,怀疑硅整流管有损坏造成波形残缺而增大纹波。用钳形电流表测定各整流管电流,发现断路2支,更换新管后,故障消除。

镀微裂纹硬铬,输出纹波过大时,裂纹不细密且分布不均匀。

采用脉冲电镀铬,也可得到优良的镀层。研究表明,当采用工艺条件为:频率1000Hz,占空比通:断=1/5,平均电流密度40A/dm2,30度温度,获得的镀铬层耐磨性提高三倍;耐腐蚀性提高5倍。

2.2 光亮酸性镀铜

一般情况下,光亮镀铜都有一个规律:从赫尔槽试片上看,阴极电流密度越大的地方,镀层光亮整平性越好;电流密度越低,光亮整平性越差。试图扩展低电流密度区光亮范围,始终是电镀工作者不断追求的目标。需要从光亮剂、工艺配方与工艺条件、设备等多方面入手。光亮酸性镀铜是迄今光亮整平性最好的镀种之一。但在实践中,采用同样的配方、工艺条件,使用相同的光亮剂,得到的光亮整平性与光亮范围,却可能出现较大差异。究其原因,与所用直流电源输出纹波系数大小有很大关系。据有关资料,二十多年前,国内在开发MN系列光亮酸性镀铜添加剂时就已证实。规律是:输出纹波系数越小,镀层光亮整平性越好,光亮电流密度范围越宽。而且,纹波越小,光亮剂的用量也会越小。遗憾的是时至今日并未引起电镀工艺技术人员的重视。

2.3 半光亮和光亮镀镍

通常情况下,光亮镀镍对整流输出纹波系数要求没有镀铬和光亮酸性镀铜那样高,但也确实需要采用普通低纹波输出直流电源,才能确保光亮镀镍层质量,且能保证后续套铬的质量。如某厂使用的调压器式六相双反星形带平衡电抗器的老式硅整流器,质量一致较好。后改用12V普通可控硅整流器,大电流使用时效果还可以,但在小电流输出时就很不理想,镀层出现发花、发灰等钝化现象,使用18V普通可控硅电源,效果更差,致使后续套铬频频出现质量问题,要指出的是,套铬电源没有问题。开始时只是在镀镍液和光亮剂上找原因,做试验,一直不得其解,最后查到是否是电源引起,换用波纹系数较小的开关电源,问题一下子就解决了,效果一直很好,后续镀铬也一直不再发生类似质量问题。

研究表明,采用脉冲电源镀镍同样可提高镀层孔隙率,延展性,硬度,降低镀层内应力,并提高镀液分散能力。不加光亮剂,或只加直流电镀时1/100的光亮剂,可获得光亮镀层。金属镀层的尺寸也达到了钠米晶级。因此,在当前镍价上涨,而脉冲整流器价格下降时期,考察选用脉冲电镀还是很有必要的。

2.4 硫酸盐酸性镀锡

硫酸盐光亮酸性镀锡本身就是不易镀好的镀种,其原因是大生产中易引入杂质且不好处理(包括四价锡离子)、允许温度范围窄,目前光亮剂多数不理想,可供选择的中间体远不如镀亮镍的多,因而镀层光亮范围很不易调宽。另一个不太引人重视的是,该工艺也要求采用低纹波系数直流电源,否则会出现与光亮酸性镀铜相类似的故障。不重视电镀整流电源的选择,有时会造成雪上加霜。

国外有公司对不加光亮剂的脉冲镀锡做过研究,发现采用占空比25%-30%,频率1000-10000Hz的波形,可得到亚钠米镀层晶体。这种晶体对于镀层提高耐热蚀、熔融锡浸润性等性能是非常重要的。

2.5 电泳涂装。

电泳涂漆时若直流纹波系数大,也会增加涂层孔隙率,涂层与基体的结合力也下降、抗盐雾试验不易过关。因此,该工艺也要求采用低纹波系数直流电源。由于电泳涂漆的特殊性,对电流电源还有一些特殊要求。例如:

(1)整机应具有软启动功能;

(2)电源应具有定时自动关机报警的功能。这是由于槽电压已超过人体安全电压,因而在手工操作时,易产生触电事故。

2.6 贵金属电镀

很早以来,脉冲电镀在贵金属方面就已获得了成功应用。目前在贵金属工业生产中仍有大量的应用。之所以成功,纠其原因,主要是贵金属电镀规模普遍偏小,脉冲电源设备已与解决。而普通重金属电镀,大功率脉冲电源设备,无论从制造方面,还是价格上,均难以推广。

2.7 电镀合金及复合电镀

合金电沉积的难点:一是保持镀层中合金成份比例无明显波动,二是在宽的电流密度范围内合金成份比例一致。采用低纹波系数直流电源,有利于提高镀层质量。

同样,使用脉冲电镀也可得到高品质的镀层。铜锡、钴镍、镍钨等工艺使用脉冲电镀已进行了详尽的研究。但目前应用尚少。

2.8 铝氧化。

采用脉冲氧化比普通直流氧化具有明显的优势。氧化膜层硬度,厚度,速率等方面性能显著提高。在军工等制品方面已得到较多的应用。

3 其它应注意的问题。

3.1 镀液温升问题

纹波系数大的直流电源及脉冲电源往往会加快温升。从理论上分析,这是由于任何非纯直流与正弦波,都能分解为纯直流与一次、二次、三次、多次谐波。纹波系数越大,其谐波分量也越大。一般情况下,交流谐波对直流电沉积无贡献,但却能产生大量欧姆热,加快了镀液温升。可见,采用定脉宽高频稳压/稳流脉冲电源和低纹波系数直流电源,有利于降低镀液温升。特别是氯化物镀锌和锌酸盐镀锌夏天最头痛的问题之一是镀液温升(特别是滚镀)过快,加大添加剂消耗量,恶化镀液、镀层性能。采用平滑直流有利于将低镀槽温度。

3.2 整流器负荷率对文波系数的影响。

工作电流越接近整流器的额定电流,波形越平滑。特别是可控硅整流电源更为明显。选择整流器时应根据工艺要求选取额定输出电源电压接近最大需求值,避免使用中产生“大马拉小车”现象,保证整流电源输出纹波系数始终保持在较低值。

整流电源由于因整流管有损坏而造成缺相运行。对于三相电镀电源二言,虽然某一相电出现故障,但此时的整流器输出电流波形却只相当于单项,三减一不等于二,等于一。因此,为保持其良好性能,应经常进行维护、检修。最好能备有一台示波器及时查看输出直流波形。

4结束语

必须充分重视直流电源波形对电镀质量的影响。采用低纹波电源或功能性脉冲电源能改善电镀质量。电镀生产中应注意电镀整流器的正确选用

 

 

抛光常见疵病产生原因及克服方法

产生原因

    1)抛光粉粒度不均匀或混有大颗粒机械杂质

    2)工房环境不洁净

    3)抛光材料(抛光胶或聚胺脂及粘贴胶等)不洁

    4)擦布不洁及操作者带入灰尘

    5)精细磨遗留划痕未抛掉或清洗不彻底

    6)检查光圈工件或样板不干净、方法不当

    7)抛光材料(抛光胶或聚胺脂)偏硬、使用时间长

    表面起硬壳或边缘有干硬堆积物

    8)抛光模与镜盘不吻合

    9)辅助工序(下盘、清洗、周转、保护漆未干等)造成

    克服方法

    1)选用粒度均匀和与玻璃材料对应抛光粉

    2)做好“5S”工作

    3)保管好所需用品

    4)擦布清洗保管及操作者穿戴好工作服和帽子

    5)应自检

    6)正确使用样板

    7)选用合适抛光材料(抛光胶或聚胺脂),周期更换,对改或修刮抛光模

    8)对改或修刮、重新制作抛光模

    9)按各辅助工序操作规程加工

    

    麻点:

    产生原因

    1)精细磨、抛光时间不够

    2)精细磨面立不均匀或中间与边缘相差大

    3)有粗划痕抛断后的残迹

    4)方形或长方形细磨后塌角

    5)零件在镜盘上由于加工造成走动

    6)精细磨面形误差太大,尤其是偏高,易造成边缘抛光不充分

    7)抛光模加工时间过长或抛光液使用时间长而影响抛光效率

    克服方法

    1)精细磨应除去上道粗砂眼,抛光时间应足够

    2)精细磨光圈匹配得当,应从边缘向中间加工

    3)发现后应作出标识单独摆放或重抛

    4)用开槽平模细模、添加砂要均匀

    5)选用适当的粘结胶,

控制工序温度和镜盘忽冷忽热,粘结胶厚度应符合标准

    6)精细磨各道光圈匹配应严格按工艺操作指导卡操作

    7)更换抛光皮及抛光液的各项指标(比重、PH值等)周期性管理

    印迹

    1)抛光模与镜盘吻合不好出现油斑痕迹

    2)玻璃化学稳定性不好

    3)水珠、抛光液、口水沫等未及时擦拭干净

    印子多产生于化学稳定性较差的玻璃,添加剂的作用主要是在稳定抛光液PH值的同时也增加了镜片表面残留的一些憎水性物质,增强镜片的耐水性.除添加剂外还应尽量减少加工过程中热量的产出.

    克服方法

    1)选用合适的抛光胶,修刮或对改(聚胺脂)抛光模使之吻合

    2)抛光中产生的印迹可以选用适当的添加剂;而完工后产生的印迹可以保护漆

    3)避免对着工件讲话,如下盘擦不干,应擦净,对化学稳定性不好玻璃还应烘干

    光圈变形

    1)粘结胶粘结力不适

    2)光圈未稳定既下盘

    3)刚性盘加工时,刚盘使用时间较长未检测(沉孔脏或变形)

    4)刚性盘加工时被加工工件外圆偏大,上盘方法不当等

    克服方法

    1)光圈变形主要发生在较薄的零件或不规则的零件,应采用适当的上盘方法

    2)应按工件大小给予一定的光圈稳定时间

    3)刚盘定期进行检测和修正

    4)严格按工艺和上盘操作规程加工

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