連續(xù)電鍍技術(shù)教材
連續(xù)電鍍技術(shù)教材 第一章. 電鍍概論 第二章.電流密度 第三章.電鍍計(jì)算 第四章.電鍍實(shí)務(wù) 第五章.電鍍不良對(duì)策 第六章.鍍層檢驗(yàn) 第七章.電鍍藥水管理 第八章.電鍍技術(shù)策略 第九章.鍍層的腐蝕與防腐 第一章．電鍍概論 電鍍定義：電鍍?yōu)殡娊忮兘饘俜ǖ暮?jiǎn)稱。電鍍是將鍍件（制品），浸于含有欲鍍上金屬 離子的藥水中并接通陰極，藥水的另一端放置適當(dāng)陽(yáng)極（可溶性或不可溶性），通以直 流電后，鍍件的表面即析出一層金屬薄膜的方法。 電鍍的基本五要素： 1.陰極：被鍍物，指各種接插件端子。 2.陽(yáng)極：若是可溶性陽(yáng)極，則為欲鍍金屬。若是不可溶性陽(yáng)極，大部分為貴金屬（白金 ，氧化銥）. 3.電鍍藥水：含有欲鍍金屬離子的電鍍藥水。 4.電鍍槽：可承受，儲(chǔ)存電鍍藥水的槽體，一般考慮強(qiáng)度，耐蝕，耐溫等因素。 5.整流器：提供直流電源的設(shè)備。 電鍍目的：電鍍除了要求美觀外，依各種電鍍需求而有不同的目的。 1.鍍銅：打底用，增進(jìn)電鍍層附著能力，及抗蝕能力。 2.鍍鎳：打底用，增進(jìn)抗蝕能力。 3.鍍金：改善導(dǎo)電接觸阻抗，增進(jìn)信號(hào)傳輸。 4.鍍鈀鎳：改善導(dǎo)電接觸阻抗，增進(jìn)信號(hào)傳輸，耐磨性比金佳。 5.鍍錫鉛：增進(jìn)焊接能力，快被其他替物取代。 電鍍流程：一般銅合金底材如下（未含水洗工程） 1.脫脂：通常同時(shí)使用堿性預(yù)備脫脂及電解脫脂。 2.活化：使用稀硫酸或相關(guān)的混合酸。 3.鍍鎳：使用硫酸鎳系及氨基磺酸鎳系。 4.鍍鈀鎳：目前皆為氨系。 5.鍍金：有金鈷，金鎳，金鐵，一般使用金鈷系最多。 6.鍍錫鉛：烷基磺酸系。 7.干燥：使用熱風(fēng)循環(huán)烘干。 8.封孔處理：有使用水溶型及溶劑型兩種。 電鍍藥水組成； 1.純水：總不純物至少要低于5ppm。 2.金屬鹽：提供欲鍍金屬離子。 3.陽(yáng)極解離助劑：增進(jìn)及平衡陽(yáng)極解離速率。 4.導(dǎo)電鹽：增進(jìn)藥水導(dǎo)電度。 5.添加劑：緩沖劑，光澤劑，平滑劑，柔軟劑，濕潤(rùn)劑，抑制劑。 電鍍條件： 1.電流密度：?jiǎn)挝浑婂兠娣e下所承受的電流，通常電流密度越高膜厚越厚，但是過高時(shí) 鍍層會(huì)燒焦粗燥。 2.電鍍位置：鍍件在藥水中位置，與陽(yáng)極相對(duì)位置，會(huì)影響膜厚分布。 3.攪拌狀況：攪拌效果越好，電鍍效率越高，有空氣，水流，陰極擺動(dòng)等攪拌方式。 4.電流波形：通常濾波度越好，鍍層組織越均一。 5.鍍液溫度：鍍金約50~60，鍍鎳約50~60，鍍錫鉛約18~22，鍍鈀鎳約45~55。 6鍍液PH值：鍍金約4.0~4.8 ，鍍鎳約3.8~4.4，鍍鈀鎳約8.0~8.5， 7.鍍液比重：基本上比重低，藥水導(dǎo)電差，電鍍效率差。 電鍍厚度：在現(xiàn)在電子連接器端子的電鍍厚度的表示法有a .u``.微英寸，b. um,微米, 1 um約等于40u``. 1.Tin—Lead Alloy Plating :錫鉛合金電鍍 作為焊接用途,一般膜厚在100~150u``最多. 2.Nickel Plating　鎳電鍍 現(xiàn)在電子連接器皆以打底(underplating)，故在５０u``以上為一般規(guī)格，較低的規(guī)格為 ３０u``，(可能考慮到折彎或者成本) 3.Gold Plating 金電鍍 為昂貴的電鍍加工,故一般電子業(yè)在選用規(guī)格時(shí),考慮到其實(shí)用環(huán)境、使用對(duì)象,制造成本 ,若需通過一般強(qiáng)腐蝕實(shí)驗(yàn)必須在50u``以上 . 鍍層檢驗(yàn): 1.外觀檢驗(yàn):目視法,放大鏡(4~10倍) 2.膜厚測(cè)試:X-RAY熒光膜厚儀. 3.密著實(shí)驗(yàn):折彎法,膠帶法或兩者并用. 4.焊錫實(shí)驗(yàn):沾錫法,一般95%以上沾錫面積均勻平滑即可. 5.水蒸氣老化實(shí)驗(yàn):測(cè)試是否變色或腐蝕斑點(diǎn),及后續(xù)的可焊性. 6.抗變色實(shí)驗(yàn):使用烤箱烘烤法,是否變色或者脫皮. 7.耐腐蝕實(shí)驗(yàn):鹽水噴霧實(shí)驗(yàn),硝酸實(shí)驗(yàn),二氧化硫?qū)嶒?yàn),硫化氫實(shí)驗(yàn)等. 第二章 電流密度 電流密度的定義: 即電極單位面積所通過的安培數(shù),一般以A/dm3 表示.電流密度在電鍍操作上是很重要的參數(shù),如鍍層的性質(zhì),鍍層的分布,電流效率等,都 有很大的關(guān)系.電流密度有分為陽(yáng)極電流密度和陰極電流密度,一般計(jì)算陰極電流密度比 較多. 電流密度的計(jì)算: 平均電流密度(ASD)===電鍍槽通電的安培數(shù)(Amp)/電鍍面積(dm2) 在連續(xù)電鍍端子中,計(jì)算陰極電流密度時(shí),必須先知道電鍍槽長(zhǎng)及單支端子電鍍面積,然后 再算出渡槽中的總電鍍面積. 例:有一連續(xù)端子電鍍機(jī),鎳槽槽長(zhǎng)1.5米,欲鍍一種端子,端子之間距為2.54毫米,每支端 子電鍍面積為50mm2,今開電流50 Amp,請(qǐng)問平均電流密度為多少? 1.電鍍槽中端子數(shù)量==1.5×1000/2.54==590支 2.電鍍槽中電鍍面積==590×50==29500 mm2==2.95dm3 3.平均電流密度==50/2.95==16.95ASD 電流密度與電鍍面積: 相同(或同成分)的電流下,電鍍面積越小,其電流密度越大,電鍍面積越大,其電流密度越 小.如下圖,若開100安培電流,A區(qū)所承受的電流密度可能會(huì)是B區(qū)的兩倍. 電流密度與陰陽(yáng)極距離: 由于端子外表結(jié)構(gòu)不一規(guī)則狀,在共同的電流下,端子離陽(yáng)極距離較近的部位稱為局部高 電流區(qū)(b),離陽(yáng)極距離較遠(yuǎn)的部位稱為局部低電流區(qū)(a). 電流密度與哈氏槽試驗(yàn): 每一種電鍍藥水都有一定的電流密度操作范圍,大致上可以從哈氏槽試驗(yàn)結(jié)果看出來 ,因?yàn)楣喜鄣年?yáng)極面與陰極面之間并非平行面,離陽(yáng)極面較近的陰極端其電流密度比離 陽(yáng)極面遠(yuǎn)者大,因此,可以比較高電流密度部分與低電流密度部分的電鍍狀況. 電流密度與電鍍子槽: 端子在浸鍍時(shí),由于端子導(dǎo)電處是在電鍍子槽兩端外部,所以陰極(端子)電子流是從子槽 兩端往槽中傳輸?shù)?而造成在電鍍子槽內(nèi)兩端的端子所承受的電流(高電流區(qū)),遠(yuǎn)大于子 槽中間處端子所承受的電流(低電流區(qū)). 電流密度與端子在電鍍槽中的位置: 由于在電鍍槽子槽中的陽(yáng)極是固定的,且陽(yáng)極高度遠(yuǎn)大于端子高度,所以陰極(端子)在鍍 槽中經(jīng)常會(huì)有局部位置承受高電流群. 第三章， 電鍍計(jì)算 產(chǎn)能計(jì)算： 產(chǎn)能=產(chǎn)速 /端子間距 產(chǎn)能（KPCS/HR）=60L/P（L：產(chǎn)速（米/分），P：端子間距MM） 舉例：生產(chǎn)某一種端子。端子間距為5。0MM，產(chǎn)速為20米/分，請(qǐng)問產(chǎn)能？ 產(chǎn)能（KPCS/ Hr）=60×20/5=240KPCS/Hr 耗金計(jì)算：黃金電鍍（或鈀電鍍）因使用不溶解性陽(yáng)極（如白金太綱），故渡液中消耗 只金屬離子無法自行補(bǔ)給。需依賴添加方式補(bǔ)充。一般黃金是以金鹽（金氰化鉀）PGC來 補(bǔ)充，而鈀金屬是以鈀鹽（如氯化銨鈀。硝酸銨鈀或氯化鈀）來補(bǔ)充。 本段將添加量計(jì)算公式簡(jiǎn)化為： 金屬消耗量（g）=0.000254AZD（D：為金屬密度g/cm3） |①黃金消耗量（g）=0.049AZ（黃金密度19.3g/cm3） | |PGC消耗量(g)=0.0072AZ | |②鈀金屬消耗量(g)=0.00305AZ(鈀金屬密度為12.0g/cm3） | |③銀金屬消耗量(g)=0.02667AZ（ 銀金屬密度為10.5 g/cm3） | | | |A：為電鍍面積 Z：為電鍍厚度 | 理論上 1PGC含金量為0.6837g，但實(shí)際上制造出1Gpgc，含金量約在0.682g 之譜。 舉例：有一連續(xù)端子電鍍機(jī)，欲生產(chǎn)一種端子10000支，電鍍黃金全面3u``，每支端子 電鍍面積為50mm2，實(shí)際電鍍出平均厚度為3.5u``， 請(qǐng)問需補(bǔ)充多少gPGC？ ①10000支總面積=10000×50=500000 mm2=50dm2 ②耗純金量=0.0049AZ==0.0049×50×3.5==0.8575g ③耗PGC量==0.8575/0.682==1.26g 或耗PGC量==0.0072AZ==0.0072×50×3.5==1.26g 陰極電鍍效率計(jì)算：一般計(jì)算陰極電鍍效率（指平均效率）的方法有兩種，如下： 陰極電鍍效率E==實(shí)際平均電鍍厚度Z`/理論電鍍厚度Z 舉例：假設(shè)電鍍鎳金屬，理論電鍍厚度為162u``，而實(shí)際所測(cè)厚度為150u``，請(qǐng)問陰極 電鍍效率？ E==Z`/ Z==150/162==92.6% 一般鎳的陰極電鍍效率都在90%以上，90/10錫鉛的陰極電鍍效率約在80%以上，黃金電鍍 則視藥水金屬離子含量多寡而有很大的差異。若無法達(dá)到應(yīng)有的陰極電鍍效率，則可以 從攪拌能力的提升或檢查電鍍藥水的組成。 電鍍時(shí)間的計(jì)算： 電鍍時(shí)間（分）==電鍍子槽總長(zhǎng)度（米）/ 產(chǎn)速（米/分） 例：某一連續(xù)電鍍?cè)O(shè)備，每一個(gè)鍍鎳子槽長(zhǎng)為1.0米，共有五個(gè)，生產(chǎn)速度為10米/ 分，請(qǐng)問電鍍時(shí)間為多少？ 電鍍時(shí)間（分）==1.0×5/10==0.5（分） 理論厚度的計(jì)算：由法拉第兩大定律導(dǎo)出下列公式： 理論厚度Z（u``）==2.448CTM/ ND （Z厚度，T時(shí)間，M原子量，N電荷數(shù)，D密度，C電流密度） 舉例：鎳密度8.9g/cm3，電荷數(shù)2，原子量58.69，試問鎳電鍍理論厚度？ Z==2.448 CTM/ ND ==2.448CT×58.69 /2×8.9 ==8.07CT 若電流密度為1Amp/ dm2（1ASD），電鍍時(shí)間為一分鐘，則理論厚度 Z==8.07×1×1==8.07u`` | | |金理論厚度==24.98CT（密度19.3，分子量196.9665，電荷數(shù)1） | |銅理論厚度==8.74 CT（密度8.9，分子量63.546，電荷數(shù)2） | |銀理論厚度==25.15 CT（密度10.5，分子量107.868，電荷數(shù)1） | |鈀理論厚度==10.85 CT（密度12.00，分子量106.42，電荷數(shù)2） | |80/20鈀鎳?yán)碚摵穸?=10.42 CT（密度11.38，分子量96.874，電荷 | |數(shù)2） | |90/10錫鉛理論厚度==20.28 | |CT（密度7.713，分子量127.8，電荷數(shù)2） | 綜合計(jì)算A： 假設(shè)電鍍一批D-25P- 10SnPb端子，數(shù)量為20萬支，生產(chǎn)速度為20M/分，每個(gè)鎳槽鎳電流為50 Amp，金電流為 4 Amp，錫鉛電流為40 Amp，實(shí)際電鍍所測(cè)出厚度鎳為43u``，金為11.5u``，錫鉛為150u``，每個(gè)電鍍槽長(zhǎng)皆為 2米，鎳槽3個(gè)，金槽2個(gè)，錫鉛槽3個(gè)，每支端子鍍鎳面積為82平方毫米，鍍金面積為20 平方毫米，鍍錫鉛面積為46平方毫米，每支端子間距為0.6毫米，請(qǐng)問：1.20萬只端子， 須多久可以完成？2.總耗金量為多少g？，換算PGC為多少g？，3.每個(gè)鎳，金，錫鉛槽電 流密度各為多少？4.每個(gè)鎳，金，錫鉛電鍍效率為多少？ 解答：1. 20萬支端子總長(zhǎng)度==200000×6==1200000==1200M 20萬支端子耗時(shí)==1200/ 20 ==60分==1Hr 2. 20萬支端子總面積==200000×20==4000000mm2==400dm2 20萬支端子耗純金量==0.0049AZ==0.0049×400×11.5==22.54g 20萬支端子耗PGC量==22.54 / 0.681==33.1g 3. 每個(gè)鎳槽電鍍面積==2×1000×82 / 6==27333.33mm2==2.73dm2 每個(gè)鎳槽電流密度==50 /2.73 ==18.32ASD 每個(gè)金槽電鍍面積==2×1000×20 / 6==6666.667mm2==0.67dm2 每個(gè)鎳槽電流密度==4 /0.67 ==5.97ASD 每個(gè)錫鉛槽電鍍面積==2×1000×46 / 6==15333.33mm2==1.53dm2 每個(gè)鎳槽電流密度==40 /1.53 ==26.14ASD 4. 鎳電鍍時(shí)間==3×2 /20==0.3分 鎳?yán)碚摵穸?=8.07CT==8.07×18.32×0.3==44.35 鎳電鍍效率==43 /44.35 ==97% 金電鍍時(shí)間==2×2 /20==0.2分 金理論厚度==24.98CT==24.98×5.97×0.2==29.83 金電鍍效率==11.5/29.83 ==38.6% 錫鉛電鍍時(shí)間==3×2 /20==0.3分 錫鉛理論厚度==20.28CT==20.28×26.14×0.3==159 錫鉛電鍍效率==150/159 ==94.3% 綜合計(jì)算B： 今有一客戶委托電鍍加工一端子，數(shù)量總為5000K，其電鍍規(guī)格為鎳50u``，金GF，錫 鉛為100u``。 1.設(shè)定厚度各為：鎳60u``，金1.3u``，錫鉛120u``。 2.假設(shè)效率各為：鎳90%，金20%，錫鉛80%。 3.可使用電流密度范圍各為：鎳設(shè)定15ASD，金0~10ASD，錫鉛2~30ASD。 4.電鍍槽長(zhǎng)各為：鎳6米，金2米，錫鉛6米。 5.端子間距為2.54mm。 6.單支電鍍面積各為：金15mm2，鎳54mm2，錫鉛29mm2。 請(qǐng)問：1.產(chǎn)速為多少？ 2.需要多少時(shí)間才能生產(chǎn)完畢？（不包含開關(guān)機(jī)時(shí)間） 3.鎳電流各為多少安培？ 4.金，錫鉛電流密度及電流各為多少？ 解答： 1.鎳效率==鎳設(shè)定膜厚 / 鎳?yán)碚撃ず?0.9==60 /Z Z=67u``（鎳?yán)碚撃ず瘢?鎳?yán)碚撃ず?=8.074CT 67==8.074×15×T T==0.553分（電鍍時(shí)間） 鎳電鍍時(shí)間==鎳電鍍槽長(zhǎng) / 產(chǎn)速 0.553 = 6 /V V=10.85米 /分（產(chǎn)速） 2.完成時(shí)間==總量×0.001×端子間距 /產(chǎn)速 t==5000000×0.001×2.54 /10.85==1170.5分 1170.5 /60==19.5Hr（完成時(shí)間） 3.鎳電鍍總面積==鎳電鍍槽長(zhǎng) / 端子間距×單支鎳電鍍面積 M=6×1000 /2.54 ×54 ==127559mm2==12.7559dm2 鎳電流密度==鎳電流 /鎳電鍍總面積 15==A /12.7559 A==191安培 4.金效率==金設(shè)定膜厚 /金理論膜厚 0.2==1.3 /Z Z=6.5u``（金理論膜厚） 金電鍍時(shí)間==金電鍍槽長(zhǎng) /產(chǎn)速 T=2 /10.85==0.1843分 金理論膜厚==24.98CT 6.5==24.98×C×0.1843 C==1.412ASD（電流密度） 金電鍍總面積==金電鍍槽長(zhǎng) /端子間距×單支金電鍍面積 M=2×1000 /2.54 ×15 ==11811mm2==1.1811dm2 金電流密度==金電流 /金電鍍總面積 1.412==A /1.1811 A==1.67安培 錫鉛效率 ==錫鉛設(shè)定膜厚 /錫鉛理論膜厚 0.8==120 /Z Z==150u``（錫鉛理論膜厚） 錫鉛電鍍時(shí)間==錫鉛電鍍槽長(zhǎng) /產(chǎn)速 T= 6/10.85==0.553分 錫鉛理論膜厚==20.28CT 150==20.28×C×0....
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