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电镀原理  

2008-03-03 20:10:37|  分类: 化工工艺与设备 |  标签: |举报 |字号 订阅

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真空溅镀原理
主要利用辉光放电(glow
      discharge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(target)表面,
      靶材的原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜。溅镀薄膜的性质、均匀度都比蒸镀薄膜来的好,但是镀膜速度却比蒸镀慢很多。新型的溅镀设备几乎都使用强力磁铁将电子成螺旋状运动以加速靶材周围的氩气离子化,
      造成靶与氩气离子间的撞击机率增加,
      提高溅镀速率。一般金属镀膜大都采用直流溅镀,而不导电的陶磁材料则使用RF交流溅镀,基本的原理是在真空中利用辉光放电(glow
      discharge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(target)表面,电浆中的阳离子会加速冲向作为被溅镀材的负电极表面,这个冲击将使靶材的物质飞出而沉积在基板上形成薄膜。一般来说,利用溅镀制程进行薄膜披覆有几项特点:(1)金属、合金或绝缘物均可做成薄膜材料。(2)再适当的设定条件下可将多元复杂的靶材制作出同一组成的薄膜。(3)利用放电气氛中加入氧或其它的活性气体,可以制作靶材物质与气体分子的混合物或化合物。(4)靶材输入电流及溅射时间可以控制,容易得到高精度的膜厚。(5)较其它制程利于生产大面积的均一薄膜。(6)溅射粒子几不受重力影响,靶材与基板位置可自由安排。(7)基板与膜的附着强度是一般蒸镀膜的10倍以上,且由于溅射粒子带有高能量,在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密的薄膜,同时此高能量使基板只要较低的温度即可得到结晶膜。(8)薄膜形成初期成核密度高,可生产10nm以下的极薄连续膜。(9)靶材的寿命长,可长时间自动化连续生产。(10)靶材可制作成各种形状,配合机台的特殊设计做更好的控制及最有效率的生产。

真空电镀】的做法现在是一种比较流行的做法,做出来的产品金属感强,亮度高.而相对其他的镀膜法来说,成本较低,对环境的污染小,现在为各行业广泛采用.s9H7D8W.d5PhE

  一般【真空电镀】的做法是在素材上先喷一层底漆,再做电镀,然后再上面.由于素材是塑料件,在注塑时会残留空气泡,有机气体,而在放置时会吸入空气中的水分.另外,由于塑料表面不够平整,直接电镀的工件表面不光滑,光泽低,金属感差,并且会出现气泡,水泡等不良状况.喷上一层底漆以后,会形成一个光滑平整的表面,并且杜绝了塑料本身存在的气泡水泡的产生,使得电镀的效果得以展现.$O3S^_"V'y

  【真空电镀】是将工件装入电镀室内,然后将室内空气抽走,达到一定的真空度后,将室内的钨丝通电加热.当达到一定的温度后,钨丝上所放置的金属丝融化,进而气化,然后随着室内工件的转动均匀的沉积在工件表面,形成金属膜. 一般常见的电镀用金属有铝.镍.铜等等,但由于熔点.工艺控制等方面的原因,镀铝成为最流行的做法.

  【镀膜】完成后,由于金属膜比较容易氧化而导致光泽降低易划伤等问题的产生,所以在镀膜层上面再喷上一层面漆来完成对镀膜的保护.并且在面漆中可添加染料来达到装饰性的效果.涂料,配方, 华润,立邦,BYK,BASF,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料;^Jd%b3| Zi

  早期的【真空电镀底漆】以热塑性的涂料为主,但一般需要长达2~3个小时的烘烤而使得产能大大的降低.所以在UV涂料开发出来后,这种涂料被迅速的淘汰.现在只有在一些小工厂为了考虑成本的前提下,还有少量的使用.而现在【真空电镀】的主流是UV涂料,具有施工方便,生产效率高,能耗低,污染小等各种优势.

简单来说,电镀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沉积一金属或合金层。

我们以硫酸铜镀浴作例子:

硫酸铜镀液主要有硫酸铜、硫酸和水,甚至也有其它添加剂。硫酸铜是铜离子(Cu2+)的来源,当溶解于水中会离解出铜离子,铜离子会在阴极(工件)还原(得到电子)沈积成金属铜。这个沉积过程会受镀浴的状况如铜离子浓度、酸碱度(pH)、温度、搅拌、电流、添加剂等影响。

阴极主要反应 : Cu2+(aq) + 2e- → Cu (s)

电镀过程浴中的铜离子浓度因消耗而下降,影响沉积过程。面对这个问题,可以两个方法解决:1.在浴中添加硫酸铜;2.用铜作阳极。添加硫酸铜方法比较麻烦,又要分析又要计算。用铜作阳极比较简单。阳极的作用主要是导体,将电路回路接通。但铜作阳极还有另一功能,是氧化(失去电子)溶解成铜离子,补充铜离子的消耗。

阳极主要反应 : Cu (s) → Cu2+(aq) + 2e-

由于整个镀液主要有水,也会发生水电解产生氢气(在阴极)和氧气(在阳极)的副反应

阴极副反应 : 2H3O+(aq) + 2e- → H2(g) + 2H2O(l)

阳极副反应 : 6H2O(l) → O2(g) + 4H3O+(aq) + 4e-

结果,工件的表面上覆盖了一层金属铜。这是一个典型镀浴的机理,但实际的情况是十分复杂。自催化镀及浸渍镀

电镀

    是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

    电镀的原理与电解精炼铜的原理是一致的。电镀时,一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液;把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连,作为阴极;用镀层金属作为阳极,与直流电源正极相连。通入低压直流电,阳极金属溶解在溶液中成为阳离子,移向阴极,这些离子在阴极获得电子被还原成金属,覆盖在需要电镀的金属制品上。

    电铸

    大致可分为三类,即装饰性电镀(以镀镍-铬、金、银为代表)、防护性电铸(以镀锌为代表)和功能电镀(以镀硬铬为代表电铸是利用电镀法来制造产品的功能电镀之一。

    据称电铸始于1838年。当时,苏联的Jacoli在石膏母型上涂敷石腊,通过石墨使其表面具有导电性,然后表面镀铜,镀后脱模,以此制成铜的复制品。日本昭和初年,京都市工业研究所和大板造币司等单位就已积极开展了在石膏母型上铸铜,在绝缘体上电镀等方面的研究,并制作了许多精美的金属工艺品。但是,以石膏或腊等作为母型模进行电铸时,不仅制造技艺要求高、操作麻烦,而且母型易破损,难以制出精致的复制品,所以电铸的应用范围十分有限。

    后来,由于塑料母型材料的问世以及电镀水平的提高,电铸技术也得到很大发展,并广泛应用于制造那些采用其它方法不能制造的或加工有困难的急需产品。特别是最近几年,由于电铸用于制造宇航或原子能的某些零件,它已作为一种尖端加工技术而为人们所瞩目。(此外通过电镀使金属与金属相结合的所谓“电结合技术”也进行了研究。这种电结合的金属不会因热而改变金属材质的机械性能和物理性。

    电泳涂装

    是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法。电泳涂装的原理发明于是20世纪30年代末,但开发这一技术并获得工业应用是在1963年以后,电泳涂装是近30年来发展起来的一种特殊涂膜形成方法,是对水性涂料最具有实际意义的施工工艺。具有水溶性、无毒、易于自动化控制等特点,迅速在汽车、建材、五金、家电等行业得到广泛的应用

电泳涂装是把工件和对应的电极放入水溶性涂料中,接上电源后,依靠电场所产生的物理化学作用,使涂料中的树脂、颜填料在以被涂物为电极的表面上均匀析出沉积形成不溶于水的漆膜的一种涂装方法。电泳涂装是一个极为复杂的电化学反应过程,其中至少包括电泳、电沉积、电渗、电解四个过程。电泳涂装按沉积性能可分为阳极电泳(工件是阳极,涂料是阴离子型)和阴极电泳(工件是阴极,涂料是阳离子型);按电源可分为直流电泳和交流电泳;按工艺方法又有定电压和定电流法。目前在工业上较为广泛采用的是直流电源定电压法的阳极电泳。

    溅镀

    原理主要利用辉光放电(glowdis-charge)将氩气(Ar)离子撞击靶(tar-get)表面,靶材的原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜。溅镀薄膜的性质、均匀度都比蒸镀薄膜来的好,但是镀膜速度却比蒸镀慢很多。新型的溅镀设备几乎都使用强力磁铁将电子成螺旋状运动以加速靶材周围的氩气离子化,造成靶与氩气离子间的撞击机率增加,提高溅镀速率。一般金属镀膜大都采用直流溅镀,而不导电的陶磁材料则使用RF交流溅镀,基本的原理是在真空中利用辉光放电(glowdis-charge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(tar-get)表面,电浆中的阳离子会加速冲向作为被溅镀材的负电极表面,这个冲击将使靶材的物质飞出而沉积在基板上形成薄膜。

    一般来说,利用溅镀制程进行薄膜披覆有几项特点:

2)再适当的设定条件下可将多元复杂的靶材制作出同一组成的薄膜。
(3)利用放电气氛中加入氧或其它的活性气体,可以制作靶材物质与气体分子的混合物或化合物。
(4)靶材输入电流及溅射时间可以控制,容易得到高精度的膜厚。
(5)较其它制程利于生产大面积的均一薄膜。
(6)溅射粒子几不受重力影响,靶材与基板位置可自由安排。
(7)基板与膜的附着强度是一般蒸镀膜的10倍以上,且由于溅射粒子带有高能量,在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密的薄膜,同时此高能量使基板只要较低的温度即可得到结晶膜。
(8)薄膜形成初期成核密度高,可生产10nm以下的极薄连续膜。
(9)靶材的寿命长,可长时间自动化连续生产。
(10)靶材可制作成各种形状,配合机台的特殊设计做更好的控制及最有效率的生产。

    阳极处理

    一种电解过程,提供镀层金属的金属片作用有如阳极,电解液通常为镀着金属的离子溶液,被镀物作用则有如阴极。阳极与阴极间输入电压后,吸引电解液中的金属离子游至阴极,还原后即镀着其上。同时阳极的金属再溶解,提供电解液更多的金属离子。某些情况下使用不溶性阳极,电镀时需添加新群电解液补充镀着金属离子。

    一般铝合金很容易氧化,氧化层虽有一定钝化作用,但长期曝露之结果,氧化层仍会剥落,丧失保护作用,因此阳极处理的目的即利用其易氧化之特性,藉电化学方法控制氧化层之生成,以防止铝材进一步氧化,同时增加表面的机械性质。

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