电镀工艺基础和废水处理技术 40页

'电镀工艺基础及废水处理技术Preparedby:HenneyTongRevision:1Date:2009-5-292009年6月4日星期四 电镀工艺基础及废水处理技术I.电镀基本原理与概念II.卷对卷电镀工艺介绍III.废水处理技术2009年6月4日星期四page2 I.电镀基本原理与概念电镀的定义电镀的目的电镀池介绍电镀层的分类金属腐蚀金属电化学腐蚀的三大要素防止或延缓金属电化学腐蚀的方法镀层的性能介绍2009年6月4日星期四page3 I.电镀基本原理与概念电镀的定义国标GB/T3138—1995对电镀做了明确的定义：电镀——利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。电镀的目的一般是改变表面的特性，以提供改善外观、耐介质腐蚀、抗磨损以及其它特殊性能，或这些性能的综合，但有时电镀也仅用来改变零件的尺寸。2009年6月4日星期四page4 I.电镀基本原理与概念电镀池介绍简单地说，电镀是指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体例如金属的表面上沉积一层金属或合金层的过程。以镀铜电解池为例，用CuSO作电解质溶液，被镀金属接电源负4极，纯铜接电源正极。通电后，作为阳极的金属铜以离子状态进入镀液，并不断向阴极迁移，最后在阴极上得到电子还原为金属铜，逐渐形成金属铜镀层。阴极发生反应：铜离子(Cu2+)+2电子(e-)=铜(Cu)阳极发生反应：铜(Cu)-2电子(e-)=铜离子(Cu2+)2009年6月4日星期四page5 I.电镀基本原理与概念电镀层的分类（依据性能的不同划分）（1）防护性镀层；（2）防护—装饰性镀层；（3）耐磨和减磨镀层；SnAu（4）电性能镀层；Ni（5）可焊性镀层；Cu（6）耐热镀层；（7）修复用镀层；（8）以及一些其它特殊功能性要求的镀层。2009年6月4日星期四page6 I.电镀基本原理与概念金属腐蚀金属与周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起的金属破坏叫做金属腐蚀。金属遭受腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，甚至不能使用。金属电化学腐蚀的三大要素(1)金属电位差(贱金属，电位低；贵金属，电位高）(2)腐蚀回路(3)腐蚀介质腐蚀回路镍金属铜金属防止或延缓金属电化学腐蚀的方法（电位高,被还原）（电位低,被氧化）Cu(1)施加防护层(电镀、涂料、防锈油等）(2)氧(钝)化处理腐蚀介质(3)使用贵金属或提高金属抗腐蚀能力(4)阴极保护(牺牲阳极保护)(5)缓蚀剂(6)改善周边环境腐蚀原电池2009年6月4日星期四page7 I.电镀基本原理与概念镀层的性能介绍1.镀镍：作为连接器端子的打底电镀，可以提供良好的防护性能、附着性能、耐磨性能和外观，能有效地阻碍腐蚀物的扩散。一般要求40~150u”。相对于铜底材而言，它是一种阴极性镀层，一旦有破损，将会加速铜材的腐蚀。2.镀金：镀金层具有延展性好、耐高温、接触电阻低、导电性能良好、易于焊接、耐腐蚀性强、抗变色能力强等特性。因此镀金工艺在电子、首饰、钟表等行业被广泛应用。目前TEGuangdong采用金钴合金电镀，金含量≥99.7%，属于硬金的范畴，Hv在160-220之间，具有良好的耐磨性。3.钯镍：钯镍合金镀被用来部分取代金镀层。钯含量为70%~90%的鈀镍合金镀层上面再加镀一层薄金，其主要性能已达到或接近硬金镀层的性能，同硬金相比具有更强的耐磨性，又由于价格低廉，可以作为硬金的取代镀种。2009年6月4日星期四page8 I.电镀基本原理与概念镀层的性能介绍4.纯锡：纯锡镀层具有化学稳定性高、导电性好、易钎焊、无毒等优点，为连接器元件提供可靠的焊接性。2006年7月1日欧盟电器与电子设备所含有毒物质限制指令（RoHS）的实施，纯锡的电镀工艺被广泛的应用于电子行业。5.锡铅：锡铅电镀在全球已沿用了100多年，随着当前无铅化的进程，它将逐步被纯锡或锡的其它合金所代替。当然，纯锡电镀和锡的其它合金在性能上仍不及锡铅合金稳定和可靠。2009年6月4日星期四page9 II.卷对卷电镀工艺介绍电镀液的组成部分卷对卷电镀线的工艺流程电镀的前处理---脱脂电镀的前处理---活化镀镍工艺镀金工艺电镀的后处理各工序之间的清洗2009年6月4日星期四page10 II.卷对卷电镀工艺介绍-电镀液的组成部分1.主盐：是指沉积金属的盐类，如镀金液中的氰化金钾、镀锡中的甲基磺酸锡及镀镍溶液中的氨基磺酸镍等。它们提供电镀所必需的金属离子，以单盐或络合物的形式存在。2.络合剂：络合剂作为配体与金属离子形成络合物，改变了镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极过程，有利于结晶细致，改善镀层质量。常用的络合剂如镀金用的氰化物和柠檬酸，钯镍电镀使用的氨（NH），镀镍用的氨基3磺酸，镀锡用的甲基磺酸等。3.导电盐：为了提高电镀溶液的导电能力、降低槽端电压、提高工艺电流密度，需加入导电能力较强的物质，如镀金溶液中的柠檬酸盐，镀镍溶液中的氯化镍等。导电盐一般不参加电极反应。2009年6月4日星期四page11 II.卷对卷电镀工艺介绍-电镀液的组成部分4.缓冲剂：在镀液中加入适当的缓冲剂，使镀液有自行调节pH值的能力，保持溶液的稳定性，如镀镍溶液中的硼酸，镀金溶液中的柠檬酸。缓冲剂要有足够的数量才有较好的效果。5.阳极活化剂：在电镀过程中金属离子是不断消耗的，一般采用可溶性阳极通过电解来补充溶液中的金属离子，保持镀液成分平衡。加入活化剂能维持阳极处于活化状态，不发生钝化，溶解正常。如氨基磺酸镀镍溶液中氯化镍。6.添加剂：添加剂是用来改善镀液性能提高镀层质量的，主要为有机化合物，加入量很少，一般只有几克范围，但效果非常明显。添加剂所起的作用包括：细化晶粒作用、光亮作用、整平作用和润湿作用等，另外有些添加剂还可以提高镀层硬度和降低镀层应力等。2009年6月4日星期四page12 II.卷对卷电镀工艺介绍-卷对卷电镀线的工艺流程贮料塔接料台脱脂清洗活化清洗镀镍清洗钯镍活化清洗镀钯镍清洗放料机转向台贮料塔润滑油烘干热水洗清洗金封孔清洗镀锡锡前活化清洗剥金清洗镀金主驱动收料机2009年6月4日星期四page13 II.卷对卷电镀工艺介绍-电镀的前处理：脱脂1.脱脂的目的脱脂也称为除油，是为了除去金属材料表面粘附的油污和脏物，使镀层与基体材料结合牢固，保证电镀质量。2.脱脂的分类*有机溶剂脱脂*化学脱脂*电化学脱脂*超声波脱脂*微生物化学脱脂3.脱脂的作用原理*皂化作用机理*乳化作用机理*气泡作用机理*超声波空穴作用*微生物降解作用4.脱脂液的主要成份和工艺条件*碱类：NaOH,NaCO,NaPO,NaSiO,焦磷酸盐233423*乳化剂和渗透剂等表面活性剂*60~70℃，搅拌2009年6月4日星期四page14 II.卷对卷电镀工艺介绍-电镀的前处理：活化1.活化的目的在酸性物质的作用下，除去金属表面轻微锈蚀产物或氧化膜，露出新鲜的基体金属颗粒，使镀层与基体材料结合牢固，保证电镀质量。2.活化的机理CuO+2H+Cu2++HO2Cu(OH)+2H+Cu2++2HO223.活化液的主要成份和工艺条件*酸类：盐酸、硫酸或它们的混合酸，浓度<=10%*常温，搅拌2009年6月4日星期四page15 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺1.镍镀层的性质•电位比较高，化学稳定性好，能抵抗水、大气和碱的侵蚀•有强烈的钝化能力，钝化后的电位更高•能有效阻止腐蚀产物的迁移，尤其是横向迁移•作为底层，适合于其它电镀层的附着•硬度较高，Hv400~600•在大气中容易失去金属光泽2009年6月4日星期四page16 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺2.镀镍的机理•阴极反应Ni2++2e→Ni（有效反应）2H++2e→H↑（副反应）2•阳极反应Ni－2e→Ni2+（有效反应）2HO－4e→4H+＋O↑（副反应）222009年6月4日星期四page17 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺3.镀镍溶液的配制氨基磺酸镍镀液配方：开缸配比值氨基磺酸镍浓缩液（180克/公升镍金属）450ml/公升氯化镍8克/公升硼酸35克/公升NIKALMP-200添加剂(1)6毫升/公升NIKALSC湿润剂(2)3毫升/公升(1)NIKALMP-200添加剂是含初级和次级光亮剂的混合物，令镀层光亮且结晶细致；(2)NIKALSC是能产生良好延展性镀层的添加剂。2009年6月4日星期四page18 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺4.镀镍液的操作规范参数操作范围最佳值镍金属总量60-100克/公升80克/公升硼酸35-50克/公升35克/公升氯离子0-5克/公升*3.5克/公升酸碱值3.2-4.03.6温度50-65℃60℃搅拌强烈的溶液搅拌阴极电流密度5-30安培/平方分米15安培/平方分米阳极置于钛蓝中的含硫镍冠阳极(1)每1000A.H的通电量可添加NIKALMP-20040ml，NIKALSC20ml；(2)若要调低酸碱值，可添加20%氨基磺酸。2009年6月4日星期四page19 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺5.镀镍液中各成份的作用•主盐：氨基磺酸镍，提供镀镍所需的Ni离子•阳极活化剂：氯化镍，保证阳极正常溶解，防止阳极钝化。不宜太高。•缓冲剂：硼酸，将镀液的酸度维持在一定范围之内。含量应高。•添加剂：NIKALMP-200，增加镀层的光亮性。含量不宜太高。•润湿剂：NIKALSC，减少或克服镀层出现的针孔、麻点等疵病，产生良好的延展性。2009年6月4日星期四page20 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺6.镀镍工艺条件的影响•pH值：pH应控制在3.2~4.0为宜。太高，镀层粗糙变脆，也易产生麻点和毛刺；太低，镀层颜色发暗或难以沉积。•温度：操作温度一般维持在50~65℃为宜。温度低，电镀速度慢；温度高，有利于提高电镀速度，改善深镀能力。但太高，会促使盐类水解，设备变形。•电流密度：一般以5~30ASD为宜，太高容易造成局部电流密度过大而烧焦。随着浓度、温度的提高和搅拌强度的加大，电流密度可以相应增加。•搅拌：搅拌对于电镀十分重要，能有效地降低浓差极化，提高电镀速度；也有利于阴极表面产生的少量氢气很快逸出，减少可能出现的针孔、麻点。•镍阳极：使用含硫的活性镍阳极。硫能使阳极溶解均匀，即使在没有氯化物的镀液中，也能使阳极效率接近100％。但这种镍阳极需使用阳极袋，并经常清洗。2009年6月4日星期四page21 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺7.镀镍溶液中杂质的影响•铁杂质：允许极限含量是0.01g/L。超出该值会使镀层的孔隙率上升，脆性增大，出现针孔、粗糙、龟裂等故障。•铜杂质：允许极限含量是0.01g/L。超过允许含量时，镀层粗糙成黑色甚至海绵状，耐蚀性能变差。•锌杂质：允许极限含量为0.02g/L。超过允许含量时，镀层内应力增加，镀层光亮而脆，更高的锌杂质含量会使镀层发黑或出现黑色条纹，还常有针孔发生。•硝酸根杂质：对镀镍溶液十分有害，显著降低阴极电流效率；使镀层发脆、发黑，甚至整个阴极表面镀不上镀层。•有机杂质：有机杂质含量较高时将使镀层出现雾状、发暗、发花、变脆，出现针孔，产生桔皮状镀层等。2009年6月4日星期四page22 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀镍工艺8.镀液维护应注意的问题•选择高质量的氨基磺酸镍、氯化镍和硼酸至关重要。必要时通过赫尔槽试验对来料进行检验。•定期分析镀液中的主盐和辅盐成分，并及时给以补充，以保持镀液成分稳定。•及时检查和调整镀液的pH值，一般每12小时至少检查调整一次。•添加剂和润湿剂一般根据安培小时数进行补充，添加量需斟酌控制。•在日常生产中不停地通过过滤机进行炭处理或棉芯处理，并同时进行弱电解处理，以除去有机杂质、铜杂质和微小颗粒。•每隔一段时间(如1个月至半年不等)对镀液进行大处理，包括化学、电化学或机械过滤的方法，将溶液中的金属杂质和有机杂质彻底地清理一次，相当于镀液的再生。2009年6月4日星期四page23 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀金工艺1.镀金层的性质•电位很高，化学稳定性很好，不溶于普通酸，只溶于王水；耐蚀性强，有良好的抗变色能力•接触电阻低（接触电阻4~7毫欧），导电导热性好•易于焊接和耐高温•多孔性的镀层表面，尤其在15microinch以下，多孔性迅速增加•硬度较低，耐磨性差，需加入适量的镍、钴等少量重金属以形成硬金镀层2009年6月4日星期四page24 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀金工艺2.镀金的机理•溶液中氰化金钾K[Au(CN)]发生解离，产生氰金络离子：2K[Au(CN)]K+＋[Au(CN)]－22•在阴极：金氰络离子直接还原沉积[Au(CN)]－＋e→Au＋2CN－2•在阳极：有氧的析出4OH－－4e→2HO+O222009年6月4日星期四page25 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀金工艺3.镀金溶液的配制氰化物镀金液配方：开缸配比值氰化金钾（含68.28%纯金）17.5克/公升开缸光亮剂(钴)EC10533180毫升/公升开缸盐EC105471.5公斤/公升开缸添加剂EC3677100毫升/公升(1)Engold2010C(HS)MakeupPackEC1076含有（EC10547开缸盐1袋、EC10533开缸光亮剂（钴）1瓶、EC3677开缸添加剂1瓶）；每一套开缸包可以配10L镀液。(2)添加顺序为:EC10547开缸盐→EC10533开缸光亮剂（钴）→EC3677开缸添加剂→氰化金钾（含68.28%纯金）2009年6月4日星期四page26 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀金工艺4.氰化物镀金液的操作规范单位范围最佳金浓度g/l6-1512钴浓度g/l0.7-1.10.9添加剂浓度g/l0.4-0.60.5平衡盐浓度g/l20-4530PH值-4.2-4.94.7比重Be10-2013温度℃30-6055电流密度ASD1-60搅拌强烈的机械搅拌阳极白金钛网或IrO钛网且面积比阳极：阴极=2：122009年6月4日星期四page27 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀金工艺5.氰化物镀金液中各成份的作用•氰化金钾：简称金盐，提供镀金所需的金离子，是镀液的主盐。含量太低，会引起镀层色泽浅淡，有时镀层易烧焦；提高金盐含量有利于镀层光泽。•钴：镀金溶液中的钴随金共沉积，可以提高镀层硬度、耐磨性，也起到光亮剂和调整镀层色调的作用。•平衡盐：主要成分为草酸钾KCO.HO，它能有效防止Co(Ⅲ)的生成。其2242含量过低会引起外观和功能问题；过多则会引起金镀层偏黄、发红。•柠檬酸：起导电盐的作用，又是金离子的辅助络合剂，同时还可以调节溶液的pH值，稳定氰化物镀金溶液，还可使镀层结晶细致光亮。•有机添加剂：用以提高金属光泽，使结晶致密均匀。但是它会降低电镀效率，故应根据光亮范围及电镀速度保持其浓度的平衡。2009年6月4日星期四page28 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀金工艺6.镀金工艺条件的影响•pH值：影响镀液中络合物的形成，一般控制在4.5-5.0之间。pH值降低，效率降低，镀层中钴含量增加，应力增大pH值升高，效率升高，镀层中钴含量降低，镀层发雾•比重：保持溶液的比重在13Be左右，可获得良好的导电率及电流效率。比重太低，阴极效率会降低，镀层分布变差。比重过高，镀液因浓稠而使搅拌效果下降，进而降低电镀速度。•电流密度：一般以1~50ASD为宜，太高容易镀层粗糙烧焦。随着浓度、温度的提高和搅拌强度的加大，电流密度可以相应增加。2009年6月4日星期四page29 II.卷对卷电镀工艺介绍-镀金工艺6.镀金工艺条件的影响•温度：一般保持在45-60℃之间。其作用体现在以下几个方面：温度升高，效率增加，钴含量降低，镀层发雾；温度降低，效率降低，钴含量升高，镀层应力大；较高的温度还会造成镀液组分的氧化分解，缩短镀液的寿命•阳极：阳极可采用不溶解的铂，或镀铂的钛合金，或涂覆IrO的钛合金。2铂镀层的厚度应在2.5微米以上，IrO涂层厚度一般在10微米以上。阳2极的面积应确保为阴极的2倍以上。•杂质：镀金液应避免铜、银、砷、铅等金属离子和有机物等杂质带入，因为这些杂质过量时会影响镀层外观和结构，降低镀层的可焊性和导电性。含大量氯离子还会降低镀层的结合力。2009年6月4日星期四page30 II.卷对卷电镀工艺介绍-电镀的后处理电镀的后处理作为电镀的辅助手段可提高和保持镀层的性能，卷对卷电镀的后处理包括以下几种：•纯锡的防变色处理：提高纯锡的防变色能力，尤其防止和解决纯锡在回流焊中因高温引起的聚锡和变色问题。•金镀层的封孔处理：使用水溶性封孔剂，封闭金镀层的微小孔隙，提高金镀层的耐腐蚀能力（硝酸孔隙率试验）、防变色能力（回流焊测试）、润滑性和耐磨性。•中和：碱性溶液，中和从镀锡工艺带出的酸性物质，防止酸性物质对镀层的腐蚀。泰科电子现在一般不采用。•热水洗：通过热膨胀的原理封闭镀层中的孔隙，改善孔隙率，提高抗腐蚀能力。同时有效清除镀层表面残留的化学物质。•烘干：通过高温鼓风吹干镀层表面的水分，防止腐蚀。•涂覆润滑油：油性封孔剂，作用与水性封孔剂相似，但功效更强。2009年6月4日星期四page31 II.卷对卷电镀工艺介绍-各工序之间的清洗•每一道电镀工序之后必须对端子进行清洗，以防止上一道工序的药水带入下一道工序中，造成药水污染。•清洗过程一般包括三道逆流水洗，每道水洗后面再加一道气洗。•水洗使用DI水，气洗使用无油压缩空气。•优点：防止污染更有效；节约DI水；减少药水带出；减少废水处理压力。2009年6月4日星期四page32 III.废水处理技术电镀废水的来源电镀废水的危害电镀废水处理后的排放标准电镀废水处理方法概述电镀废水处理工艺流程纯水制造的工艺流程2009年6月4日星期四page33 III.废水处理技术-电镀废水的来源•各工序之间的漂洗水•镀液过滤或沉淀后的残留药水•报废的电镀药水•清洗工夹具和电镀阳极后的排放水•纯水制造系统的反洗水•电镀车间的“跑、冒、滴、漏”•化验用水2009年6月4日星期四page34 III.废水处理技术-电镀废水的危害•氰化物：极毒物质，在酸性条件下变成剧毒的氢氰酸。0.1g的氰化物足以致人死。含氰废水能使鱼类致死，使农作物减产。•铅和铅化合物：对人体是有害元素，铅主要损害骨骼造血系统和神经系统。水体中的铅会引起鱼类、水生物中毒至死亡。•镍和镍化合物：进入人体后存在于脊髓、脑和五脏中，抑制酶系统；对皮肤刺激性强，引起镍皮炎。•铜和铜化合物：引起皮炎和湿疹，水体中的铜会造成农作物生长不良，对水生生物的毒性也很大。•酸、碱及其盐类：有较强的腐蚀性，会腐蚀管道和地下构筑物。对鱼类生长造成障碍；作为灌溉用水会改变土壤性质，危及农作物。•有机化合物：电镀工艺中使用的添加剂、光亮剂具有一定的毒性，危害人体及水体生物；水体中有机物含量过高造成微生物繁殖过胜。引起水中缺氧，致使水体动植物死亡。2009年6月4日星期四page35 III.废水处理技术-电镀废水处理后的排放标准2009年6月4日星期四page36 III.废水处理技术-电镀废水处理方法概述1.化学法▪化学还原法▪电化学腐蚀法▪铁氧体法▪碱性氯化法▪中和法▪化学沉淀法2.物理化学法▪离子交换法▪电解法▪活性炭吸附法3.物理法▪蒸发浓缩法▪晶析法▪膜分离法4组合法以上几种方法的组合，如泰科电子的废水处理工艺中，包括中和法、化学沉淀法、离子交换法和微生物技术等多种方法。2009年6月4日星期四page37 III.废水处理技术-电镀废水处理工艺流程2009年6月4日星期四page38 III.废水处理技术-纯水制造工艺流程2009年6月4日星期四page39 电镀工艺基础及废水处理技术2009年6月4日星期四page40'