1、一： 塑胶产品电镀工艺(水电镀与真空电镀)简介塑胶产品电镀工艺简介：常见的塑胶产品电镀工艺有两种：水电镀和真空离子镀。1、水电镀:一般适用于 ABS 料、ABS+PC 料的产品。主要工艺是将需电镀的产品放入化学电镀液中进行电镀。根据客户的不同需要，可镀成不同的颜色，与高光银色、亚银色、灰银色。因为电镀后的产品其导电性显著增强，对于某些需绝缘的部件怎么办？办法有两种：其一，在需绝缘的部位涂上绝缘油，该部位在电镀时就不会被电镀到，从而达到绝缘效果！当然，涂了绝缘油的部位会变黑，就不适宜作为外观面了。其二，在需电镀的部位用特殊的胶纸贴住，保护起来，同样达到绝缘的效果。2、真空离子镀，又称真空镀膜：一
2、般适用范围较广，如 ABS 料、ABS+PC 料、PC 料的产品。同时因其工艺流程复杂、环境、设备要求高，单价比水电镀昂贵。现对其工艺流程作简要介绍：产品表面清洁、去静电-喷底漆-烘烤底漆-真空镀膜-喷面漆-烘烤面漆-包装。真空电镀可分为一般真空电镀、UV 真空电镀、真空电镀特殊；工艺有蒸镀、溅镀、枪色等。3、两种工艺的区别：水电镀因工艺较简单，从设备到环境得要求均没有真空离子镀苛刻，从而被广泛应用。在东莞很容易找到此类的供应商。而真空电镀优秀供应商在东莞、深圳两地不是很多，至少俺目前没有太多此类供应商信息。但，水电镀有个弱点，只能镀 ABS 料和 ABS+PC 料（此料镀的效果也不是很理想）
3、。而 ABS 料耐温只有80,这使得它的应用范围被限制了。而，真空电镀可达 200左右，这对使用在高温的部件就可以进行电镀处理了。像风嘴、风嘴环使用 PC 料，这些部件均要求耐 130的高温。另，一般要求耐高温的部件，做真空电镀都要在最后喷一层 UV 油，这样使得产品表面即有光泽、有耐高温、同时又保证附着力。4、两种工艺的优缺点：A、简单来说，如真空电镀不过 UV 油，其附着力很差，无法过百格 TEST，而水电镀的明显好于真空电镀！因此，为保证真空电镀的附着力，均需后续进行特殊的喷涂处理,成本当然高些。B、水电镀颜色较单调，一般只有亮银和亚银等少数几种，对于闪银、魔幻蓝、裂纹、水滴银等五花八门
4、的七彩色就无能为力了。而，真空电镀可以解决七彩色的问题。C、 水电镀一般的镀层材质采用“六价铬”，这是非环保材料。对于“六价铬”有如下的要求：欧盟： 76/769/EEC：禁止使用； 94/62/EC：P 時,金屬被氧化 ,失去電子,溶解成金屬離子於溶液中,因此 金屬電極本體接收電子而帶負電。 (2) PP 時,金屬陽離子得到電子被還元沉積於金屬電極表面上, 金屬電極本身供給電子,因此金屬電極帶正電 (3) P=P 時,沒有產生任何變化 設金屬與溶液的界面所形成的電極電位為 E,當 1 mole 金屬溶入於 溶液中,則界面所通過的電量為 nF , n 為金屬陽離子之價數,即電子之 轉移數,F
5、為法拉第常數,此時所作功等於 nFE,也等於下式: n F E= ? ppVdp=RT ? pp dp/p=-RTln P/P E=RT/nF ln P/P 即金屬陽離子之活度(activity)為 aMn+活度係數為 K,則 P= KaMn+於是 E= - RT/nF ln p/KaMn+ =- RT/nF ln P/K +RT/nF ln aMn+ E 在標準狀態時,即 aMn+=1,稱為標準電極電位 E ,即 E0=- RT/ nF ln P/K + RT/nF ln 1 =-RT/nF ln P/R 所以純金屬的電極電位用上列式子表示: 非純金屬電位則為: E=E0+RT/Nf ln
6、aMn+ / aM 式中為 aM 為不純金屬之活度 2.4.4.4 電極電位在熱力學的表示法電極反應是由氧化反應及還原反應所組成. 例如 Cu ? Cu+2e- 還原狀態 氧化狀態 可用下列二式表示之 : o Cu(R) Cu+2e- o 氧化反應 o Cu? Cu+2e- o 還原反應 例 1: 氧電極反應之電位 1/2O2+H2O+2e-? 2OH- 例 2: 氯化汞電極反應之電位 Hg2+2+2e-? 2 Hg E=E0- RT/nF ln aHg(s) /aHg2+2 例 3: 氫電極反應之電位 1/2H2(g) ? H+e- E=E0-RT/F ln aH+/aH21/2(g) 2.
7、4.4.5 電極電位之意義 (1)電解電位分類為三種: M/M+n 即金屬含有該金屬離子的相接觸有二種形式:? 金屬與溶液間之水大於金屬陽離子 M+n 與電子的結合力,則金屬會溶解失去電子形式 金屬陽離子與水結合成為 M+n? xH2O,此時金屬電極獲得額外電子,故帶負電這類金屬電極稱之陰電性,如 Mg.Zn.及 Fe 等浸入酸鹽類水溶液 時產生此種電極電位 Mt M(aq)+n+ ne- 金屬與溶液的水親合力小於金屬離子 M+n 與電子結合力時,金屬離子會游向金屬電極得到電子而沉積 在金屬電極上,於是金屬電極帶正電,溶液帶負電 o (2)金屬 M 與難溶性的鹽 MX 相接觸 ,同時 MX 又
8、與陰離子之 KX 相接觸,即(M x MX,KX) 如 化汞電極(Hg2Cl2) o (3)不溶性金屬,如 Pt,與含有氧化或還元系離子的溶液相接觸,例如 Pt x Fe+ .FE+或 Pt x Cr+2,Cr+3 等 o 2.4.4.6 界面電性二重層 在金屬與溶液的界面處帶電粒子與表面電荷形成的吸附層， 偶極子的排列層以及 擴散層等三層所組合的區域稱之為界面 電性二重層。 2.4.4.7 液間電位差（liquid junction potential） 又稱之為擴散電位差(diffusion potential)，係由陰離子與陽 離子之移動度不同而形 成之電位差，通常溶液之濃度差愈大 ，陰
9、陽離子移動度差愈大，則液間電位差愈大。 2.4.4.8 過電壓（overvoltage) 當電流通過時，由於電極的溶解、離子化、放電、及擴 散等過程中有一些阻 礙，必須加額外的電壓來克服，這些 阻礙使電流通過，這種額外電壓消除阻礙者稱之 為過電壓。此種現象稱之為極化(polarization)。此時陰極、陽極實際電 位與平衡電位之 差即為陰極過電壓、陽極過電壓。過電壓可分下列四種： 1.活化能過電壓（activiation overvoltage） 任何反應，不論吸熱或放熱反應皆有最低能障需克服 ，此能障稱為活化能，在電 解反應需要額外電壓來克服活化能阻礙，此額外電壓之活化能過電壓，可用 Ta
10、fel 公式 表示： g act=a+b log i b 為係數，i 為電流， g act 為活化能過電壓其電流 i 愈大 g act 愈大，電鍍中 g act 佔很小一部份，幾乎可以忽略，除非電流密度很大。 氫過電壓（hydrogen overvoltage），在酸性水溶液中陰極反應產生 H 2 氣體，此額外之電壓稱氫過電壓，即 g H2=Ei-Eeq=Ei-Eeq 式中 g H2=氫過電壓 Ei=實際電壓 Eeq=平衡電壓 在電鍍時由於氫過電壓的原因使氫氣較少產生，而使許多金屬 可以在水溶液中電鍍。 例如鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛。 2.濃度過電壓（concentration overvo
11、ltage）當電流變大，電極表面附近反應物質的補充速度及反應生成物 逸散之速度不夠 快，必須加上額外之電壓，以消除此阻礙，此額外 電壓稱濃度過電壓。在電鍍時可增 加溫度即增加擴散速率，增加濃 度，攪拌或陰極移動可減少濃度過電壓，電流密度因 而提高，電鍍的 速率也可增加。3.溶液電阻過電壓（solution resistance overvoltage） 溶液的電阻產生 IR 電壓降，所以需要額外的電壓 IR 來克服此電 阻使電流通過，此 額外電壓 IR 稱之溶液電阻過電壓。在電鍍時可增加溶液導電度，提高溫度以減少此電阻 過電壓，有時此 IR 形成熱量太多會使鍍液溫度一直上升，造成鍍液蒸發損失需
12、冷卻或補 充 液。4.電極鈍態膜過電壓（passivity overvoltage） 電解過程，在電極表面會形成一層鈍態膜，如 A1 的氧化物膜 ，錯離子形成之阻力 膜，此等膜具有電阻需要額外電壓加以克服 ，此種額外電壓稱之為鈍態膜過電壓。 2.4.4.9 分解電壓（decomposition potential） 電壓愈大，電流愈大，反應速率也愈大，其電壓與電流的關係如圖所示。 E 點之電壓稱之分解電壓，亦稱之實際分解電壓(praticaldecomposition potential)，然而要 產生電流 I 所需之電壓為： o EI=E0+g TOTAL g TOTAL= g c + g
13、a + g conc. + IR E0=Ec-Ea 式中: o E0=平衡電動勢 Ec=陰極可逆電極電位 o Ea=陽極可逆電極電位 o g c=陰極過電壓 o g a=陽極過電壓 o g conc.= 濃度過電壓 o I=電流強度 o R=電阻 例:硫酸鋅鍍鋅使用鋅做陽極，攪拌良好，則產生電流 I 所需之電壓為 EI=E0+g a+g c+g conc+IR EI=g a+g c+IR 因 Ea=Ec ? E0=0 又因攪拌良好 ? g conc=0 例:鎳鹽水溶液使用鎳做陽極，電極面積 10c，以 10 -2Amp/c進行鍍鎳。 g c 0.445 0.065logI g a 0.3750
14、.045logI ，內電阻 R300 ，攪拌良好所需之電壓為若干？ 解： EI=g c+g a+IR =0.445+0.65log(0.01*10)+0.375+0.045log(0.01*10)+(0.01*10)*300 =30.71volt 2.4.5 界面物理化學表面處理過程中，金屬會與水或液體接觸，例如水洗、 酸浸、電鍍、塗裝、琺瑯 等。要使金屬與液體作用，需金 屬表面完全浸濕接觸，若不能完全接觸，則表面處理 將不 完全，無法達到表面處理的目的。所以金屬與液體接觸以 介面物理化學性質對表 面處理有十分重要的意義。2.4.5.1 表面張力及界面張力液體表面的分子在表面上方沒有引力，處於
15、不安定狀態稱之自由表面，故具有 力，此力稱之為表面張力。液 體之表面張力大小因液體的種類和溫度而異，溫度愈高 表面張力愈小，到沸點時因表面分子氣化自由表面消失，故張力變為零。液體和固體 與別的液體交接的面也有如表 面張力之作用力，稱之界面張力。 2.4.5.2 界面活性劑溶液中加入某種物質，能使其表回張力立即減小，具 有此種性質的物質稱之為界 面活性劑。表面處理過程如 洗淨、脫脂、酸洗等界面活性劑被廣泛應用對表面處理 之 光澤化、平滑化，均一化都有相當幫助。2.4.6 材料性質 表面處理工作人員必須對材料特性充份了解，表面處 理的材料大多是金屬，所以 首先要知道各種金屬的一般 性質。例如色澤、
16、比重、比熱、溶點、降伏點、抗拉強 度 、延展性、硬度、導電度等。 2.5 電鍍基礎 電鍍的基本構成元素及工場設備 電鍍使用之電流電鍍溶液 金屬陽極與金屬陰極陽極袋 電鍍架電鍍前的處理 電鍍工場設備電鍍控制條件及影響因素 鍍浴淨化鍍層要求項目 鍍層缺陷電鍍技藝 金屬腐蝕2.5.1 電鍍的基本構成元素 外部電路，包含有交流電源、整流器、導線、可變電阻、電流計、電壓計。 陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。 電鍍液(bath solution)。 陽極(anode) 。 鍍槽( plating tank ) 加熱或是冷卻器(heating or colling coil )。 2.5.1.1
17、 鍍槽構造,其典型鍍槽見圖: 2.5.1.2 電鍍工場設備 一個電鍍工場必須配備下列各項設備： 防酸之地板及水溝。 糟及預備糟。 攪拌器。 整流器或發電機。 導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具。 安培表、伏特表、安培小時表、電阻表。 泵、過濾器及橡皮管。 電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備。 操作用之上下架桌子。 檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器。 通風及排氣設備。2.5.2 電鍍使用之電流 在電鍍中，一般都僅使用直流電流。交流電流 因在反向電流時金屬沈積又再被 溶解所以交流電流無法電沈積金屬。直流電源是用直流發電機或交流電源經整流器產 生。直流電流是電子向一個方向流通，所以可以電沈積金屬。但
18、在有些特殊情況會使 用交流電流或其他種特殊電流，用來改 善陽極溶解消除鈍態膜、鍍層光層、降低鍍層 內應力、鍍層分佈、或是用於電解清洗等。 2.5.3 電鍍溶液，又稱鍍浴（plating bath） 電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其他化學物之導電溶液，用來電沈積金屬。其主 要類別可分酸性、中性及鹹性電鍍溶液。強酸鍍浴是 pH 值低於的溶液 ，通常是金屬 鹽加酸之溶液，例如硫酸銅溶液。弱酸 鍍浴是 pH 值在 25.5 之間鍍浴，例如鎳鍍浴。 鹹性鍍浴其 pH 值超過之溶液，例如氰化物鍍浴、錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍 浴。 2.5.3.1 鍍浴的成份及其功能 1. 金屬鹽：提供金屬離子之來源如硫酸
19、銅。可分單鹽、鹽，及錯鹽。 例如：單鹽：CuSO 4；NiSO 4 複鹽：NiSO 4；(NH 4)2SO4 醋鹽：Na 2Cu(CN)3 2. 導電鹽：提供導電度，如硫酸鹽、氯鹽，可降低能量花費、鍍液熱蒸發損失，尤其是滾桶電鍍更需優良導電溶液。 3. 陽極溶解助劑。陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金屬離，則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。 4. 緩衝劑，電鍍條件通常有一定 pH 值範圍，防止 pH 值變動加緩衝劑，尤其是中性鍍浴(pH58)，pH 值控制更為重要。5. 錯合劑，很多情況，錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良，防止置換沈積，如鐵上鍍銅，則需用錯合劑，或是合 金電鍍用錯合劑使不同之合金屬
20、電位拉近才能同時沈積得到合金鍍層。 6. 安定劑，鍍浴有些會因某些作用，產生金屬鹽沈澱，鍍浴壽命減短，為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安定劑。 7. 鍍層性質改良添加劑，例如小孔防止劑、硬度調節劑、澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。8. 潤濕劑(wetting agent)，一般為界面活性劑又稱去孔劑。 2.5.3.2 鍍浴的準備 將所需的電鍍化學品放入在預備糟內與水溶解。 去除雜質。 用過濾器清除浮懸固體，倒入一個清潔電鍍槽內。 鍍浴調整，如 pH 值、溫度、表面張力、光澤劑等。 用低電流電解法去除雜質。 2.5.3.3 鍍浴的維持 定期的或經常的分析鍍浴成份，用化學分析法或 Hull 試驗
21、(Hull cell test)。 維持鍍浴在操作範圍成份，添加各種藥品。 去除鍍浴可能被污染的來源。 定期淨化鍍液，去除累積雜質。 用低電流密度電解法間歇的或連續的減低無機物污染。 間歇或連續的過濾鍍浴浮懸雜質。 經常檢查鍍件、查看缺點。 2.5.4 金屬陽極 金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極，溶解性陽極用於電鍍上是為補充溶液中電鍍所消耗的金屬離子，是用一種金屬或合金鑄成、 滾成、或沖製成不同形狀裝入陽極籃(anode basket)內。陽極電流密度必須適當，電流密 度太高會形成鈍態膜，因而使陽極溶解太慢或停 止溶解，形成不溶解陽極，產生氧氣，消耗鍍液金屬離子而必 須補充金屬鹽。為了減小陽極電流密度，可多放些陽極， 或用波形陽極 增加面積，或降低電壓。在酸性鍍浴可以 用增加攪拌、增高鍍浴溫度、增加氯離子濃度、降低 pH 來提高陽極容許電流密而鹼性鍍浴可用增加攪拌、增加自由氰化物(free cyanide)的濃度，升高鍍浴溫度或升高 pH 值，也可將某種物質加入陽
