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电镀缎面镍操作方法的改进

日期:2019-01-23  浏览:93次  文字:【】【】【

电镀缎面镍操作方法的改进

孙承根

一、缎面镍的起源和应用

    缎面镍早期也称麻面镍,后来人们认为这个名称太俗,不雅,还是认为改成国外的“SATIN”镍,也即现在多称的柔光的“缎面镍”。

在国内,这种镀层最早起源于上世纪八十年代。一种对光线漫反射、不炫目的柔和光泽表面镀镍层异军突起,引起人们广泛的重视并得到极大的应用和发展。在装饰性电镀领域,柔和的金色、银色、枪色和铬色等外观雅致靓丽,别具风韵。如果把这两种不同色泽的镀层互配或上述一种色泽柔光与光泽镀层相结合,这样的色调更为新颖,层次更为丰富,将更有整体感和立体感。

下面介绍几种缎面珍珠镍的工艺流程:

第一步:工件常规前处理——镀底层<镀铜或镀镍>——镀缎面镍

                    镀金色——罩光涂料——金珍珠色

第二步:缎面镍层上{度银色——罩光涂料——银珍珠色

                    镀枪色——罩光涂料——黑珍珠色

                    镀  铬——白珍珠色

在这里,一个工件,先镀缎面镍,再镀一层金色,银色,枪色或铬色,再上一层透明光亮的涂料,就成了光线朦胧变幻,色泽华丽的金珍珠色、银珍珠色、黑珍珠色或白珍珠色,真是美不胜收。

这里有两点需指出:

其一,这里的罩光涂料,目前企业采用电泳涂饰的较多,特别是加色浆的涂饰应用较多,仿金层加仿金色浆涂料的外观仿金层,可以和真金属相媲美,不相上下,完全可以以假乱真。这种工艺,在一些小商品中被广泛引用。

其二,要达到这些美不胜收的色泽和效果的基础,就是需要一种稳定缎状镍电镀工艺,否则难以做到。

二、缎面镍电镀生产工艺

柔光镀层应用最多的是电镀缎面镍。

获取缎面镍常用的方法有两种。一种是在镀镍溶液中加入一定量的固体微粒,这种微粒常采用二氧化硅和碳酸钡等,粒径小于5微米。为了使微粒能均匀地悬浮在镀镍液中,通常需要强烈的空气搅拌。当镀层厚度达到5微米以上时,就能得到缎状外观的镀层。另一种方法是在镀镍溶液中加入某些低浊点的表面活性剂,这种活性剂在室温下溶解,镀液澄清,当把镀液温度升高至40—50℃时,超过表面活性剂的浊点,镀液中就布满微细乳状液滴,同样当镀层厚度达到5—10微米时,就能得到绸缎状的镍层。这是目前获得缎状镍的最主要、最广泛的方法。

国内外很多资料在介绍这些工艺时都说,在采用这种方法时,如国内的ST添加剂,为了使乳化效果稳定,每小时需要把一部分(约1/3~1/8)的镀液取出,冷却至20℃以下,使微粒粒径变小,再通过过滤除掉固体杂质,加温到工作温度再返回到镀槽内使用。这种镀槽不能采用空气搅拌,只能采用阴极移动。国内由上海长征电镀厂生产供应的ST-1和ST-2添加剂的缎状镍生产工艺,获得的镍层表面粒感比较大、比较粗糙,也难以在自动线上采用,时间一长,也难以获得均匀的镍层。笔者常见到一些手工操作者为了避免大粒径镀层,或为了使镀层更细致均匀一些,都普遍采用二镀二洗的方法,即先在这种镀液中镀1-2分钟(时间不能长,否则不均匀),取出挂具在回收槽中清洗一下,再回到镀槽中镀一次,而且还把这种操作当做一种“绝活”或“绝技”。坦率地讲,这种方法获得的镀层是比较均匀一些,但认真一分析,这种二镀二洗的方法,槽液带出量翻了一倍,损耗也增大了一倍。这种方法只能在手动线上采用,自动线上是无法采用的。另一种方法,目前国内采用比较多的是“百达信”的缎状镍添加剂——PBN添加剂,这种添加剂获得的缎状镍层的哑度和均匀细腻度要比ST添加剂要明显好一些,不少外资企业也使用这种添加剂。它的工作条件比较特别,它是采用磁力泵循环镀液,要求达到使镀液8个循环/小时。但它的镀层在高电流区往往还比较粗糙,镀层粒径不够均匀,镀液也常常失调。

两种添加剂工艺情况对比

 

ST添加剂

PBN添加剂

Niso4·7H2O

320—350    

380—420      g/l

Nicl2·6H2O

30—40      

50—70         g/l

H3BO3

40—45      

30—40          g/l

ST-1

6—7        

PBN-A  0.5-1.5  ml/l

ST-2

0.6—0.7    

PBN-B  25-40   ml/l

 

 

PBN-C   8-10    ml/l

PH

4.4—5.2

4.6—5

TemP

50—60℃

55—60℃

DK

3—5  A/dm

4—6  A/dm

Time

5—10min

﹥5 min

移动情况

 

阴极移动加

溶液槽外冷却

阴极移动加磁力泵槽液

循环  8次/h

三、缎状镍电镀生产中问题的提出:

    时间倒述到2000年,笔者受聘在昆山一家日资企业担当电镀车间技术顾问。这家日资企业的老板在日本就是开电镀厂的,很多产品在两边做的是一样的,电镀的镀种相同,工艺也一样。在苏州的这家企业日常管理是一位女老总负责,也有人称她为女强人。她对人比较挑剔,在苏州昆山的几年中曾先后聘请过好几位上海、苏州地界上的电镀方面的老同志,笔者过去时,已经是第六位了。

这家企业的电镀车间就有一只缎状镍电镀槽,采用的是百达信的缎状镍PBN添加剂。在使用的几年中一直不稳定,一旦镀液失调,很难调整到位,为了继续生产,只好把这些失调的槽液,放到室外,重配新溶液。这些镀液都是微粒粗大、不均匀,同时溶液也无法调整,只好放在室外。到笔者进这家企业时,外面已经存放了5—6槽这样失调的溶液。面对这样,车间操作人员一脸无奈,添加剂供应商也提不出什么解决的方法,企业老板更没什么主张,只好默认。

2000年时,苏州地区在使用外来电镀添加剂方面还刚刚起步,都没有什么使用经验,更谈不上什么熟练。笔者进这家日资企业,面对这种情况,压力也比较大,说穿了,一切都需从头学起,从头干起。就拿这个缎状镍电镀工艺来说,面对这样一个局面,只能使尽全力,先维持生产,再慢慢改进。对于这样一个生产工艺,笔者花了整整半个月的时间,根据供应商提供的条件,逐个逐条地进行了霍尔(HULL)槽试验,有了不少的进展,但在生产中没有什么突破性的进展。

然而真是事有凑巧,由于连续生产,有一天缎状镍槽上用于搅拌的磁力泵坏了,车间里又没有同型号的备用件,一时无法生产。但由于生产任务女老总又催得很紧,怎么办,真急人,在车间里团团转的时候,突然看到一台过滤机,它上面不是有一台磁力泵吗?,但它的流量比较大,能不能先借用一下,心中无底。它的流量也明显地超出了供应商提供的操作范围,干好了,女老总不会表扬你,出了问题,挨骂的我是第一个。怎么办,只能先瞒着她,硬着头皮偷偷地试了一下。

在缎状镍槽上装上这只大功率的磁力泵,开启后,镀液呈现强型的翻滚状,当其它条件都具备时,放下了第一挂具,同时,我心中已是七上八下,忐忑不安。5分钟到了,出槽。清洗后观看工件表面,没有发现有什么明显的不一样,相反感觉镀层更加细腻均匀了。当天也没敢多言,心想一个工艺一时半会不能说明什么,要长久稳定才算工艺,当天也没告诉这位女老总,生怕她有什么骂人话。

就这样又连续生产了个把月,还真没有发现什么问题。相反,好像这个工艺越来越顺手。与此同时,又把报废在室外的槽液经适当的处理后又重新回加到缎状镍槽中添加使用,均没发现有什么不好的症状,在以后的两年中,缎状镍再也没发生过失调现象。就这样,一个新的生产工艺就这样诞生了。

其实,一个生产工艺稳定了,应该找出其中的原因和原理。任何工艺,必须做到“做法上行得进,原理上讲得通”。这个次序还不能颠倒,那么这种现象又是一种什么原理呢?

四、原理的探讨

    不管是ST系列添加剂,还是PBN添加剂,应该说它们都是一些低浊点的表面活性剂,当镀液中的其它条件不变,而温度在50℃时,它们在镀液中都会变成乳状液滴,在电流的作用下,在工件阴极表面进行不断的吸附和脱附,当吸附时,其工件表面在吸附的地方瞬间不导电,就会形成一个个麻点、针孔,由于表面为活性剂不断的吸附和脱附,就形成了一层又一层,层层叠叠,均匀的连续不断的麻点层。所以在早期人们又俗称其为“麻面镍”。但这种工艺的电流密度较大,工件的高电流区和低电流区的吸附强度是不一样的,常常会在高电流区吸附强、脱附弱,因而在高区形成一些比较大的麻点。给人一种不均匀不舒服的感觉。就这点来说,这两种添加剂都存在这种弊端。使用ST添加剂时,需要槽外加一小冷却槽,每小时需要把槽液的1/3槽液打到小槽冷至室温后再返回电镀槽,它的主要作用是这种ST添加剂形成的微粒,高温时粒径增大,低温时粒径较小。这种添加剂在低档产品用的较多,一些操作师傅为了减少这种不均匀的现象,常常采用二镀二清的方法。采用百达信PBN添加剂的大部是沿海一带地方的电镀企业,也有不少外资企业。它的工艺条件需要阴极移动和磁力泵搅拌,其搅拌力度是镀液的8个循环/小时。这两种方法在生产中都有人采用,但都没有真正解决好镀层的均匀性。所以也不可能在自动线上采用。当时,这个企业的日本老板还拿了一些在日本做的同类产品给我们看,那些镀缎状镍的产品,在工件的高电流区也有很大麻点,也就是说,它在日本本土的电镀厂区里也没有解决好这个问题。

笔者是在一次偶然的时候,在采用PBN添加剂的缎状镍的槽上使用了一个大功率的离心磁力泵,它的作用是使镀液的20个循环/小时。为此,也试了几只不同强度的磁力泵,一般要15个循环/小时以上,工件才能获得比较均匀的镀层。

可以这样说,这种镀面镍生产工艺也需要一种强烈的镀液搅拌,而这种搅拌是不能采用空气搅拌,阴极移动也根本不够,而唯一的只能采用溶液高速循环。当镀液高速循环时,溶液中的表面活性剂微粒的粒径大小比较一致。这样在电流作用下,镀液中的表面活性剂的细微乳状液粒在工件表面的吸附和脱附更为均匀。从而使镀层上麻面肉眼看上去更加均匀一致,这样也就使这一生产工艺更加稳定,虽然这一数据是在偶然中发现的,但这种做法是对这种工艺的一种极大的优化和提升。也就不需要一大槽电镀、一小槽冷却的做法,也不需要工件二镀二清洗的做法。它的发现,大大简化了工艺操作,完全可以在自动线上采用,因而也大大开拓了这种工艺的使用范围。另外,由于加大了循环强度,当槽液温度上升到65℃时,也没有发现微粒增大、不均匀的现象,看来温度不是什么不均匀的主要原因。

五、镀状镍工艺控制要点:

    1、槽液中总镍离子<总Ni2+>必须控制在95g/l左右。

    2、系阴极移动和溶液高速循环,其强度应在20次循环/小时,以保证镀层的均匀性。

3、千万不能采用空气搅拌。

4、前道镀液中的表面活性剂,特别是镀镍槽中的表面活性剂,不管是高泡的还是低泡的都必须清洗干净,决不能带到缎面镍槽中,否则镀层表面会产生亮点和暗点。

5、油污也不能带入镀槽。

6、缎状镍槽中使用的光亮剂就是光亮镍中的初级光亮剂,如果要亮一些,可以多加一些;但如果后面还要加镀铬层,那么就应该少加一些,否则镀铬很困难。

六、新工艺的证实:

    生产实践是新工艺最好的验证。

1、新工艺稳定后,才向当时的日企女老总汇报。他们是搞经营的,注重的是结果。其实,此时她也有所察觉,说这段时间缎状镍产品质量比较稳定,没有出现以前那种大起大落不稳定的现象,还问怎么回事。当把这一做法告诉她后,她有所觉悟,并汇报给了日本的老板,日本的大老板有一次来苏州他的企业时对笔者说,镀的产品质量比他在日本镀的好。这样,这个工艺的改进就得到了日本老板的认可。

2、百达信添加剂供应商说,他们的PBN添加剂在其他一些企业使用时也出现过类似的问题,也愁无法解决。当他们知道这家日资企业使用他们的缎状镍PBN添加剂现在的生产状况比较稳定时,也不清楚什么原因,曾三番五次、明里暗里来询问笔者。笔者认为他们是商人,眼中只认钱,只认结果,所以当时也没有和他们多说什么,只说每小时8次循环的力度可能不够。

3、国内ST添加剂供应商也曾平派两个人到这家企业观看,他们在车间的工作现场,只看到车间工人在忙碌,也没有看出个所以然。

4、在以后十多年的岁月里,笔者也曾到不少电镀厂参观,他们的电镀车间中的缎面镍也普遍存在镀层不均匀的问题,作为朋友,笔者通常都是先到车间看一下镀槽的容积,然后算一下磁力泵的功率,几乎百分之百地帮他们解决了这一问题,共有十多家。

5、有一次,一个朋友对笔者说,他厂里有一只500升的缎面镍槽,生产状况还可以。后来因为生产的需要,将镀槽扩大了一倍即1000升,一直做不好,并一再告诉笔者什么都没有变,问什么原因。笔者告诉他,你500升槽时使用的磁力泵只适合在500升槽上使用,而你现在是1000升了,还用那只磁力泵,显然是小了。磁力泵应增大一倍,或使用二台以前的磁力泵。他们听了建议后,更换了磁力泵,工艺也随即稳定了。

6、几年前一位浙江丽水的朋友向笔者反映,他电镀车间的缎面镍一直做不好,他们使用的百达信PBN添加剂,几位老师傅都是从广东招来的,就是做不好零件。笔者到这个车间看后,这个缎面镍槽在600升,车间里没什么大功率的磁力泵,只有过滤机,笔者建议他们在同一槽中采用二台过滤机,把滤芯拿掉。开启后,试镀的第一槽零件这些老师傅都比较满意,并告诉笔者,他们在广东时也没有镀出过这样质量的产品。

7、ST添加剂是国产的,价格比较低,通常在国内的制笔行业使用的较多,所谓的“两镀两洗”操作法,也是这些操作师傅发明的。不少企业听了笔者的建议后,不但一次镀好,劳动强度也大大降低,生产成本也跟着降低一半,而且镀层质量普遍比以前提高,均匀和细腻多了。

这种加大磁力泵循环的工作条件,不管是采用PBN添加剂,还是ST添加剂都适用,不但生产工艺稳定,成本降低,劳动强度也降低,而且产品质量也大幅提高。可以这样说,这是缎面镍生产工艺控制中的一种突破。

七、结束语

    这个问题的提出,看上去只是一个工艺操作条件的改变。但它却实实在在地影响了这个工艺的稳定应用。应该说,这个问题说大不大,说小不小。

复旦大学着名电化学老师郁祖湛前几年在解释电镀的原理时,在前面特别强调地加上了一句,电镀是一种应用性、实用性非常强的电化学加工工艺。他特别强调了电镀技术在生产实践中的重要性。实践出真知。也倒使笔者想到了另一件事。早些年,人们在试用焦磷酸盐镀铜工艺时,特别是当初试镀时,总有些不放心,常把靠近槽边的挂具拎起来看看,再放下去。而到整体出槽时,常常发现有的挂具上的工件铜镀层比较暗,而有的挂具上的工件表面铜镀层呈半光泽,当时不知何因。后来查明,那些镀层呈半光泽的挂具是在电镀过程中拎起来看过几次的,而那些镀层暗淡是在电镀过程中没有拿出来看过。从这一点,人们受到了启迪,焦磷酸盐镀铜时的电源,应该采用间息电流或半波电流,铜层才能获得比较紧密的半光泽镀层。

电镀工艺面广量大,涉及的学科很多,到目前为止,还没有一个人说自己什么工艺都掌握。任何人只能说力争做得更好,永远没有最好,否则科学技术就无法进一步发展了。就目前已出版的电镀工艺书中,那些一人写一章的,也即一人写一个镀种的,相对来说这种书比较严谨,而有些书一人写一本,什么工艺都有,书中常常错误百出。不少老师傅干了一辈子表面处理,他手中确有不少绝活,我们后人应该很好地向他们学习,并应该进行科学地总结。电镀工艺是一门工科,我们这些搞电镀的人应该经常记住,搞的任何工艺应该在做法上行得通,理论上讲得通。对于任何新东西,不论国内还是国外,一定要坚持一学二用三改进,这样才能使我们在工作中不断创新,不断进取。不但要做电镀的大国,更要成电镀的强国。

笔者有时想,当年在日资企业,那位女老总是一位做实事的女强人。如果不是她对工作那么执着,我们也许不可能那么快地做好工艺。事情过去二十年了,笔者一点也不记怨与她,相反很感谢她。正是在那个年代,那个时刻,有这样一个极好的机会比较早地接触和学习了这些新工艺、新材料和新知识。同时也做了不少有益的实事。缎面镍电镀生产工艺的改进只是其中的一件事。