浸蚀

网络No1 2013-10-15

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1 概况

从电镀零件表面清除金属氧化物的过程。浸蚀包括一般浸蚀和弱浸蚀。一般浸蚀可除去金属零件表面上的氧化皮和锈蚀物。弱浸蚀可除去预处理中产生的薄氧化膜。它是电镀前的最后一道工序，目的是使表面金属活化。浸蚀溶液要根据金属的性质，零件表面的状况及电镀要求而定。通常浸蚀液中主要含有某些无机酸作浸蚀剂(etchant)，如硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸、磷酸等，常用的主要是一些无机酸，有些有机酸也用于某些特殊的场合。有时也采用混合酸或在酸溶液中加入缓蚀剂等物质。除化学浸蚀外，也可采用电化学浸蚀。

所谓的浸浊就是酸洗．它要求将欲镀零件表面的锈皮、氧化膜去除干净，以裸露出基体金属干净的表面，以利于电镀上结合力良好的金属镀层。它是电镀工序中紧排在脱指后的第二道重要工序。关系到电镀质量的好坏。

根据欲镀金属表面的原始状态及所要求镀层表面粗糙度的高低，浸蚀分为一般浸蚀、强浸蚀和光亮浸蚀三种。 ^[1]

2 常用金属和合金的浸蚀

一、钢铁零件的浸蚀

钢铁是易氧化和腐蚀的金属。钢铁表面常见的氧化物有氧化亚铁(Fe0，灰色)、三氧化二铁(Fe2O3赤色)、含水三氧化二铁(Fe2O3·H2O，橙黄色)和四氧化三铁(Fe3O4，蓝黑色)等，其氧化物外层结构以Fe2O3为主，较疏松，内层多为Fe0，氧化层由外向内越来越紧密。以上几种氧化物成分中，氧化亚铁和含水三氧化二铁易溶于酸，三氧化二铁和四氧化三铁则难溶于硫酸和室温下的盐酸，但当基体金属被溶解时，由于氢的析出，三氧化二铁和四氧化三铁可以借助于氢原子还原成容易与酸起作用的物质而被溶解，或借助氢气泡的机械作用而被剥落。钢铁零件浸蚀后，表面往往留有浸蚀残渣，其主要成分是磁性氧化铁(Fe3O4)的晶粒以及金属的碳化物。

去除钢铁表面的锈与黑皮，主要应用硫酸和盐酸。铁的氧化物与酸起反应生成可溶于水的盐类和水，反应如下：

同时铁也会与酸作用析出氢气

氢的析出能把高价铁还原成低价铁，有利于氧化物的溶解和难溶黑皮的机械剥落，其反应为

钢铁零件电镀前的浸蚀程序是：一般浸蚀-光亮浸蚀(或强浸蚀)-去除浸蚀残渣-弱浸蚀。其工艺规范介绍如下：

1．一般钢铁零件的浸蚀工艺规范

一般钢铁零件的化学浸蚀，浸蚀后去接触铜、消除浸蚀残渣及电化学浸蚀工艺规范，分别列于表2—3—1、表2—3—2、表2—3—3。

表2—3—1钢铁零件化学浸蚀工艺规范

表2—3—2 化学浸蚀后去接触铜、消除浸蚀残渣工艺规范

表2—3—3 钢铁零件的电化学浸蚀工艺规范

2．经热处理的薄壁钢件和硅钢片的清理浸蚀工艺

(1)薄壁钢件清理浸蚀工艺。苛性钠高锰酸钾去厚氧化皮工艺规范：

氢氧化钠(NaOH) 70g/L～100g/L 温度 80℃～l00℃

高锰酸钾(K2Mn04) 70g/L～100g/L 时间 8min～20min至除尽

浸蚀漂洗工艺规范

盐酸(HC1，37%) 160g/L～220g/L 温度室温

时间 2min～5min

(2)电炉热处理硅钢片的清洗浸蚀工艺。第一步去氧化皮工艺规范：

氢氧化钠(NaOH) 650g/L 温度 l30℃～140℃

亚硝酸钠(NaN02) 250g/L 时间 10min～20min

第二步强浸蚀工艺规范：

氢氟酸(HF，40%) 74mlML 海鸥洗涤剂 5mL/L～18mL/L

硝酸(HN03，65%) 70mL/L 水(H2O) 余量(海鸥洗涤剂按高限配，水为205mL)盐酸(HC1，37%) 633mL/L 时间数秒至浸蚀均匀无锈

第三步出光工艺：

铬酐(Cr03) 90g/L

硫酸(H2S04) 30mL/L

时间数秒

最后用酒精脱水吹干。

3．钢铁零件的工序间防锈

经浸蚀后的零件，表面活性很高，很容易生锈腐蚀。如因某些原因浸蚀后不能立即进行电镀或进入下道工序时，应在下列配方中进行工序间防锈处理。

(1)亚硝酸钠(NaN02) 30g/L～80g/L 温度室温

碳酸钠(Na2C03) 3g/L～5g/L 使用方法全浸。如用涂液法涂后需进行干燥

六次甲基四胺[(cH2)6N4] 20g/L～30g/L

(2)亚硝酸钠(NaN02) 150g/L-200g/L 温度室温

碳酸钠(N2C03) 5g/L～6g/L 使用方法全浸或涂液，涂液后可不进行干燥甘油(C3H5(OH)3) 250g/L～300g/L

(3)碳酸钠(N2C03) 3C1g/L～50g/L 温度室温

使用方法全浸，短时间防锈

(4)氢氧化钠 20g/L～100g/L温度室温～80℃

使用方法全浸防锈

(5)亚硝酸钠(NaN02) 180g/L～200g/L 温度室温，

碳酸钠(N2C03) 3g/L～5g/L 使用方法全浸或涂液，涂液后可不进行干燥

钢铁零件也可按下列工艺进行钝化处理，以达到工序间防锈。

(1)铬酐(Cr03) 3g/L～5g/L 温度 80℃～100℃

磷酸(H3P04) 3g/L～5g/L 时间 1min～5min

(2)磷酸(H3P04) 15g/L～30g/L

温度 80℃～l00℃

时间 0．5min～2min

钝化后不进行水洗，直接吹干、烘干，镀前需进行弱浸蚀，以除去钝化膜。

二、不锈钢和耐热钢的浸蚀

经过热处理的不锈钢和耐热钢；表面往往附有一层致密难溶的氧化皮；这层氧化皮中含有大量的氧化铬、氧化镍和十分难溶的氧化铁铬(Fe0·Cr203)，为了有效地去除这些氧化物并尽量减少基体金属腐蚀，不锈钢和耐热钢的浸蚀往往要经过以下程序：浸蚀(通常包括预浸蚀和光泽浸蚀)以及清除浸蚀残渣等。

1．松动氧化皮

松动氧化皮，主要是借助氧化剂的作用，使低价铬铁等氧化物，转变为高价化合物，转变过程中，氧化物的结构发生变化，附着力降低。然后通过骤然冷却，使氧化皮受震动和内应力的作用，而纷纷脱落。松动氧化皮时，基体金属很少受腐蚀。其工艺规范见表2—3—4。

表2—3—4 不锈钢、耐热钢松动氧化皮的工艺规范

2．浸蚀

不锈钢和耐热钢的浸蚀溶液，主要有以下类型：

(1)盐酸型。以盐酸为主的浸蚀液，有时也加入硫酸，以提高其浸蚀能力。这类溶液成分简单，对基体金属腐蚀得比较缓慢，但溶液需要加热，浸蚀后留在零件表面上的残渣较多。这类溶液多用于零件的预浸蚀。。

(2)盐酸-硝酸型。这类溶液对氧化皮和基体金属都有很强的溶解能力，浸蚀后的零件表面比较光亮、洁净，但控制不当时，容易出现过腐蚀现象。

(3)硝酸-氢氟酸型。这类溶液对氧化皮有较强的溶解能力和一定的松动能力，对基体的腐蚀速度则比盐酸-硝酸型溶液低得多，浸蚀后的零件表面残渣较少，但其最大的缺点是氢氟酸有毒，在使用时必须搞好通风、防护和污水处理。

(4)盐酸-氢氟酸-硝酸型。这类溶液有较宽的工作范围，适当调整三种酸的浓度，就可以得到浸蚀型、抛光型等多种性能的溶液。这种溶液的缺点是有毒，抛光型溶液对焊缝容易引起过腐蚀。

(5)高铁盐型。这类溶液对基体金属有一定的保护作用，浸蚀过程进行得比较缓和，浸蚀后的表面质量较高，其缺点是对于厚氧化皮浸蚀能力较弱。

不锈钢和耐热钢的浸蚀工艺规范，列于表2—3—5。3．清除零件表面上的浸蚀残渣(挂灰)

不锈钢和耐热钢的浸蚀残渣，可以用强氧化剂型溶液清除，或在碱溶液中进行阳极电解清除。其工艺规范见表2—3—6。

经过光亮浸蚀或浸蚀后表面洁净的零件，可不进行清除浸蚀残渣工序。

4．钝化、活化处理

不锈钢经浸蚀后，很快便会在表面形成一层薄而透明的氧化膜，如作为保护膜层，则在浸蚀后应进行钝化处理，以获得更致密、耐蚀的钝化膜。如需进行电镀其他金属，则在浸蚀后应进行弱腐蚀活化处理，以保证电镀层有足够的附着力。获取钝化膜有化学钝化和电解钝化等方法。其工艺规范如表2—3—7所列。

表2-3-5 不锈钢和耐热钢的浸蚀工艺规范

表2—3—6 不锈钢和耐热钢清除浸蚀残渣工艺规范

表2—3—7不锈钢化学、电化学钝化处理工艺规范

保证镀层有一般附着力的活化方法有浸渍活化、阴极活化、同时活化与预镀等方法。其工艺规范如表2—3—8、表2—3—9和表2—3—10所列。

表2—3—8 不锈钢浸渍活化工艺规范

表2—3—9不锈钢阴极活化工艺规范

表2—3—10不锈钢同时活化与预镀工艺规范

能保证镀层附着力优良的活化方法有单独进行活化与预镀、镀锌活化等。其工艺规范如表2—3—11所列。

表2—3—11 不锈钢分别活化与预镀的工艺规范

这种方法预镀镍后不用清洗，立即放人pH值为l．5～2．0的硫酸盐镀镍槽或高氯酸盐镀镍槽进行电镀，镀镍所用的阳极含硫量不得超过0．01%。

镀锌活化法的原理是在不锈钢上镀一层薄锌，在还原性酸中，锌层与基材构成微电池，锌层被溶解，而在不锈钢基材上析出氢，氢对表面的氧化膜起还原活化作用。镀锌活化法的浸蚀工艺是：经机械加工的无氧化皮的零件在500mL/L HC1中浸5min～10min，氧化层较厚时在HC1中加入适量的HF和H2S04、H3P04，并酌情延长时间。浸蚀工艺也可在表2—3—5中选用适当的配方。

三、铜及铜合金零件的浸蚀

铜及铜合金零件的浸蚀，通常由预浸蚀(也称无光浸蚀、一般浸蚀)和光亮浸蚀组成，有时也进行弱浸蚀。当零件表面氧化膜较薄或从光亮浸蚀到电镀工序间隔时间很短时，也可不进行预浸蚀或弱浸蚀。

有些铜零件只要求光亮表面，而不需电镀。这类铜及铜合金零件的化学浸蚀往往就是化学抛光。浸蚀后的零件，为防止变色和加强抗蚀性能，应进行钝化处理。

铜及铜合金浸蚀液的主要成分是浓硫酸、浓硝酸和盐酸。这三种酸都能和铜的氧化膜发生反应：．

酸与氧化膜的反应比较平静。但当氧化膜溶解后酸就与铜起反应，这时反应剧烈。但这种反应是铜与具有氧化性的酸的反应，放出的不是氢气，而是大量棕色刺鼻的二氧化氮和有窒息性的二氧化硫气体。其反应为

浸蚀铜合金时，各种酸与合金内各种成分的反应速度是不同的，只有各种金属成分的溶解速度符合它们在合金中的含量时，则所用各种酸的浓度比才是正确的。

当浸蚀黄铜时，合金中铜和锌两种金属的溶解速度与酸的浓度关系是：当硝酸和硫酸浓度一定时，母及其氧化物的溶解速度随HC1含量增高而上升，而铜的溶解速度却稍有降低。当硫酸和盐酸浓度一定时，随着HN03浓度的增大，铜及其氧化物的溶解速度迅速上升，且大量冒出黄烟，而锌的溶解速度却几乎保持不变。在硫酸中，铜和锌的溶解速度较之在HN03、HC1中要小些。但其另一作用是析出的CuS04结晶能使HN03游离出来，从而延长了溶液的使用寿命。

上述分析可见，浸蚀黄铜的溶液中三种酸的配比要适当，特别要严格控制盐酸和硝酸的含量。浸蚀时，若溶液中盐酸不足时，浸蚀后黄铜表面呈淡黄色；当盐酸过多时，浸蚀后的黄铜表面会出现棕褐色的斑点。当溶液中的HN03含量过高时，浸蚀后的黄铜表面发灰，反之发红。

当浸蚀铸造的铜合金时，为了除去裹夹的砂粒，要在浸蚀液中添加一定量的氢氟酸。

当浸蚀青铜时，可不加H2S04，因为锡在盐酸中溶解较快，但浸蚀液中硝酸的浓度应该高一些。这是因为锡在较浓的硝酸中才能较快地溶解。

对于薄壁铜及铜合金零件，为防止过腐蚀而报废，通常都不使用浓的HN03和HC1进行浸蚀，而是采用不太浓的硫酸，在适当高一点的温度下浸蚀。此时铜的氧化物能很好地溶解，而铜的溶解却很缓慢。有时也加入一些铬酸(或铬酸盐)把低价铜的氧化物氧化成Cu0，促使表面更均匀地溶解。铜及铜合金化学浸蚀工艺规范列于表2—3—l2。

表2—3—12 铜及铜合金化学浸蚀工艺规范

铜及铜合金低温除油，无硝酸、铬酸浸蚀工艺。其组成和工艺规范列于表2—3—13。

表2—3—13 铜及铜合金无硝酸、铬酸浸蚀工艺规范

铜及铜合金光亮浸蚀为最后一道工序时，浸亮后应立即进行钝化处理，防止变色和增强抗蚀性能。铜及铜合金钝化工艺规范列于表2—3—14。

表2—3—14铜及铜合金钝化工艺规范

铜及铜合金浸蚀后若不能进入电镀或其他工序时，可浸入碳酸钠含量3%～5%，重铬酸钾30g/L～50g/L的溶液中于室温到80℃的温度下进行防锈处理。

四、铝及铝合金零件的浸蚀

铝是两性金属，可在碱和酸两种溶液中进行浸蚀。

(1)铝及铝合金碱液浸蚀的工艺规范，列于表2—3—15。

表2—3—15 铝及铝合金碱液浸蚀工艺规范

(2)铝及铝合金酸液浸蚀的工艺规范，列于表2—3—16。

表2—3—16铝及铝合金酸浸蚀工艺规范