模具表面的电镀技术分析

优胜编程龚老师

模具表面的电镀技术分析：



电镀技术是一种用电化学方法在基体（金属或非金属）表面沉积金属或金属化处理的技术。它能使均匀溶解在溶液中的金属离子，有序地在溶液（即镀液）中和基体表面接触获得电子、还原成金属原子并沉积在基体表面，形成宏观金属层——镀层。
电镀技术包括了技术原理、结合和镀覆工艺、镀液和设备等基本要素。经过近200年的发展史，现代的电镀技术已是一类综合应用了当代科学技术成就、十分重要的表面工程技术，具有非常宽广、深入的应用领域。

一.电镀层分类
电镀的目的是：改善材料的外观，提高材料的各种物理化学性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、光学性能等。镀层一般为几微米到几十微米厚。
镀层种类很多，按使用性能分类，可分为：
①防护性镀层，例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层，作为耐大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。
②防护-装饰性镀层，例如Cu-Ni-Cr镀层等，既有装饰性，又有防护性。
③装饰性镀层，例如Au及CH-Zn仿金镀层、黑铬、黑镍镀层等。
④耐磨和减磨镀层，例如硬铬、松孔镀、Ni-SiC、Ni-石墨、Ni-PTFE复合镀层等。
⑤电性能镀层，例如Au、Ag镀层等，既有高的导电率，又可防氧化，避免增加接触电阻。
⑥磁性能镀层，例如软磁性能镀层有Ni-Fe、Fe-Co镀层；硬磁性能有Co-P、Co-Ni、Co-Ni-P等。
⑦可焊性镀层，例如Sn–Pb、Cu、Sn、Ag等镀层，可改善元件可焊性，在电子工业中广泛应用。
⑧耐热镀层，例如Ni-W、Ni、Cr镀层，熔点高，耐高温。
⑨修复用镀层，一些造价较高的易磨损件，或加工超差件，采用电镀修复尺寸，可节约成本，延长使用寿命，例如可电镀Ni、Cr、Fe层进行修复。
电镀硬铬和硬镍是我国塑料模具表面处理的传统技术，是用电化学方法在经过镜面加工的模具表面沉积薄层金属或合金的一种湿式镀覆。由于该技术可在接近室温的条件下进行，模具自身的性能几乎不受影响，也不必担心变形，同时电镀层的摩擦系数低，而显微硬度可高达800HV，因此，它可用于提高普通塑料模的耐磨性。但其镀层孔隙较大，耐蚀性不高，并具有尖端效应，模具沟槽、深孔处无法处理。因此，它不适用于某些多孔、多凹槽、形状复杂及耐蚀性要求较高的塑料模具。

二.电镀的基本原理
电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融盐。当直流电通过两电极及两极间含金属离子的电解液时，金属离子在阴极上还原沉积成镀层，而阳极氧化将金属转移为离子。
金属离子按如下步骤沉积：
①传递步骤
液相中的反应粒子（金属水化离子或配合离子）向阴极表面传递的步骤，有电迁移、扩散及对流三种不同方式。
②前置化学步骤
研究表明，直接参加阴极电化学还原反应的金属离子往往不是金属离子在电解液中的主要存在形式。在还原之前，离子在阴极附近或表面发生化学转化，然后才能放电还原为金属。
③电荷转移步骤
反应粒子在阴极表面得到电子，形成吸附原子或吸附离子的过程称为电荷转移步骤，又称为电化学步骤，是电荷从阴极表面转移到反应粒子的过程，这是电沉积过程的重要步骤。
④结晶步骤
吸附原子通过表面扩散，到达生长点而进入晶格，或吸附原子相互碰撞形成新的晶核并长大成晶体。
金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实现电沉积。但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其他离子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。所以，金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢还原电位的相对大小。若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析出氢，金属沉积极少。金属离子还原析出的可能性是获得镀层的首要条件，而要获得质量优良的镀层，还要有合理的镀液组成和合理的工艺控制。
电镀层的质量体现于它的物理化学性能、力学性能、组织特征、表面特征、孔隙率、结合力和残余内应力等方面。这些特性除取决于镀层金属的本性外，还受到镀液、电镀规范、基体金属及前处理工艺等的影响。