第一章 表面预处理
表面处理前基体的表面状态和清洁程度将直接影响表面镀覆层的质量。基体的表面一般覆盖着氧化层、吸附层，黏附有油、锈等污物，如不能很好去除，将直接影响镀覆层与基体的结合强度以及镀覆层的结晶粗细、致密度、外观色泽、平整性等，使镀覆层产生鼓泡、起皮或剥落等缺陷，无法获得与基体结合良好、平滑光亮的镀覆层。通过表面预处理获得清洁的待加工表面是形成各种与基体结合牢固的镀覆层的先决条件。
表面预处理一般包括表面平整、除油、酸洗、活化等工序。
第一节 表面整平
一、机械方法
（1）喷砂
喷砂是用磨料喷射零件表面，达到进行清理或修饰加工的目的。喷砂所用的磨料有钢砂、氧化铝、石英砂、碳化硅等，使用最多的是石英砂。所用磨料的尺寸及使用的压缩空气压力依据工件材料选择，见表1.1-1。喷砂主要用于：
（2）清除零件表面的锈蚀、毛刺。
（3）一些不能用酸浸蚀法去除的氧化膜，或在去除氧化膜时容易引起过度侵蚀零件的表面预处理。
（4）一些在进行特殊无光泽电镀前，要获得均匀无光泽表面的零件。
（5）非金属零件表面处理前的机械粗化。
表1.1-1 喷砂所用砂砾尺寸和压缩空气压力
|
零件类型
|
砂砾尺寸（mm）
|
压缩空气压力（MPa）
|
|
厚度大于3mm的钢铁零件
厚度1mm～3mm的钢铁零件
薄壁及小型钢铁零件
厚度小于1mm的薄片及有螺纹的钢铁零件
黄铜零件
铝及铝合金零件
|
2.5～3.5
1.0～2.0
0.5～1.0
0.05～0.15
0.5～1.0
0.5以下
0.08～0.16
|
0.3～0.5
0.2～0.4
0.05～0.1
0.03～0.05
0.15～0.25
0.1～0.15
0.03～0.05
|
（二）磨光
磨光是用磨光轮或磨光带对工件表面进行加工，去掉工件表面的毛刺、氧化皮、锈蚀等表面缺陷，提高工件的平整度。
磨光轮是用棉布、特种纸、毛毡、呢绒或皮革制成的圆片叠在一起，外面包上皮革心再经压粘或缝合而成。磨光轮分为软轮和硬轮，材料硬、形状简单的工件用硬轮，材料软、形状复杂的工件用软轮磨光。磨光轮表面需粘结适宜的磨料，方法如下：
将骨胶或皮胶胶粒碾碎，用水浸泡6h～12h使其溶涨，加入一定比例的水，在水浴中加热至60℃～70℃，持续4h，用粘结机或手工方法在磨光轮上涂刷胶液，然后立即滚压所需型号的磨料。磨料事先应烘干，并将磨料与磨光轮预热到50℃～60℃。磨光轮滚压磨料于30℃～40℃干燥24h以上，再重复涂2～3层磨料。表1.1-2是粘结磨料时胶与水的比例。
表1.1-2 磨料粘结时胶与水的比例
|
磨料尺寸（mm）
磨料粒度（目）
|
0.750～0.495
24～36
|
0.425～0.256
46～60
|
0.191～0.150
80～100
|
0.128～0.101
120～150
|
0.08～0.050
180～280
|
|
胶（质量百分数）
水（质量百分数）
|
50
50
|
45～40
55～60
|
35～33
65～67
|
33～30
67～70
|
30～23
70～77
|
磨光带是由安装在电动机轴的接触轮带动，另一从动轮使其具有一定的张力，以便对零件进行磨光。磨光带由衬底、粘结剂和磨料三部分组成。衬底用1～3层不同类型的纸、布制成，粘结剂用合成树脂、骨胶或皮胶。
磨光轮或磨光带上的磨料根据要求选择，除表面状态较好或质量要求不高的零件可一次磨光外，一般采用磨料颗粒逐渐减小的多次磨光。表1.1-3是常见磨料的特性及用途，磨料的粒度可按表1.1-4选择。磨光的质量除取决于磨料的种类和粒度外，还与磨轮或磨光带的刚性和磨光速度有关。应根据工件材料的不同，选择适宜的磨光线速度，具体数值见表1.1-5。
表1.1-3 常见磨料特性与用途
|
序号
|
名称
|
主要成分
|
矿物硬度
|
韧性
|
结构形状
|
粒度（目）
|
外观
|
用途
|
|
1
|
人造金刚砂（碳化硅）
|
SiC
|
9.2
|
脆、易碎
|
尖锐
|
24～320
|
紫黑闪光晶粒
|
主要用于磨光低强度金属（如黄铜、青铜、铝等）、硬而脆的金属（如铸铁、碳化物工具钢、高强度钢）
|
|
2
|
人造刚玉
|
Al2O3
|
9.0
|
较韧
|
较圆
|
24～280
|
白至灰暗的晶粒
|
主要用于磨光有一定韧性的高强度金属（如淬火钢、可锻铸铁、锰青铜）
|
|
3
|
天然金刚砂（杂刚玉）
|
Al2O3
Fe2O3
其他
|
7～8
|
韧
|
圆柱
|
24～240
|
灰红至黑色砂粒
|
用于一般金属的磨光
|
|
4
|
石英砂
|
SiO2
|
7
|
韧
|
较圆
|
24～320
|
白至黄色砂粒
|
通用磨、抛光材料，也用于喷砂及滚光
|
|
5
|
硅藻土
|
SiO2
|
6～7
|
韧
|
较尖锐
|
240
|
白至灰红色粉末
|
通用磨、抛光材料
|
|
6
|
浮石
|
—
|
6
|
松脆
|
无定型
|
120～320
|
灰黄海绵块状或粉末
|
磨光、抛光软金属、木材、塑料、皮革等
|
表1.1-4 磨料粒度的选择
|
类型
|
磨料尺寸（mm）
磨料粒度（目）
|
用途
|
|
粗磨
|
1.700～0.850
12～20
|
磨削量大，除去厚的旧镀层、严重的锈蚀率
|
|
0.750～0.425
24～40
|
磨削量大，除去氧化皮、锈蚀、毛刺，磨光很粗糙的
|
|
中磨
|
0.300～0.191
50～80
|
磨削量中等，磨去粗磨后的磨痕
|
|
0.150～0.101
100～150
|
磨削量小，为精磨做准备
|
|
精磨
|
0.090～0.063
180～240
|
磨削量小，可得到比较平滑的表面
|
|
0.050～0.025
280～360
|
磨削量很小，为镜面抛光作准备
|
表1.1-5 不同材料磨光时磨料线速度与转速
|
材料类型
|
磨料线速度（m/s）
|
不同磨料直径（mm）时允许转速（r/min）
|
|
200
|
250
|
300
|
350
|
400
|
|
铸铁、钢、镍、铬铜及合金、银、锌铝及合金、铅、锡
|
18～30
14～18
10～14
|
2850
2400
1900
|
2300
1900
1530
|
1880
1500
1260
|
1620
1350
1090
|
1440
1190
960
|
（三）抛光
抛光通常都在电镀后进行，对镀层表面进行精加工，也可用于电镀前对基体表面进行预加工。机械抛光是用涂有抛光膏的抛光轮对工件表面进行加工。机械抛光是用涂有抛光膏的抛光轮对工件表面进行加工，降低制品的表面粗糙度值，使制品多的装饰外观。
抛光可分为粗抛、中抛与精抛几类。粗抛是用硬轮对经过或未经过磨光的表面进行抛光，有一定的磨削作用，能除去粗的磨痕。中抛是用较硬的抛光轮对经过粗抛的表面做进一步的加工，能除去粗抛留下的划痕，产生中等光亮的表面。精抛是用软轮抛光获得镜面光亮的表面，磨削作用很小。
机械抛光时，抛光轮上应涂抛光膏或抛光液，表1.1-6是抛光膏的类型与用途。抛光时的线速度比磨光时大些，表1.1-7是抛光轮的线速度与转速。
表1.1-6 抛光膏的类型与用途
|
类型
|
特点
|
用途
|
|
白抛光膏
|
用氧化钙、少量氯化镁及粘结剂制成，粒度小而不锐利，长期存放易风化变质
|
抛光较软的金属（铝、铜等）
和塑料，也用于精抛
|
|
红抛光膏
|
用氯化铁、氧化铝和粘结剂制成，硬度中等
|
抛光一般钢铁零件，对铝、铜零件做粗抛
|
|
绿抛光膏
|
用氧化铬、氧化铝和粘结剂制成，硬而锐利，磨削能力强
|
抛光硬质合金钢、镀铬层、不锈钢
|
表1.1-7 不同材料抛光时的抛光轮线速度与转速
|
材料类型
|
抛光轮线速度（m/s）
|
不同直径（mm）时的抛光轮转速
|
|
300
|
350
|
400
|
500
|
|
复杂形状钢件
简单形状钢件、铸铁、镍、铬
铜及合金、银
锌、铅、锡、铝及合金
|
20～25
30～35
20～30
18～25
|
1592
2228
1910
1592
|
1364
1910
1637
1364
|
1194
1671
1432
1194
|
955
1337
1146
955
|
（四）滚光
滚光是将零件放入盛有磨料和滚光溶液的滚筒中，借助滚筒的旋转，使零件与磨料、零件与零件相互摩擦达到清洗零件表面的目的。滚光可以除去零件表面的油污和氧化皮，使零件表面光泽。滚光可以全部或部分替代磨光、抛光，但只适用于大批量表面粗糙度要求不高的零件。
滚光常用的磨料有铁屑、石英砂、铁砂、皮革碎块、浮石、陶瓷片等。磨料尺寸一般应小于或等于零件的孔直径的三分之一。
滚光时，如零件表面有大量的油污和锈蚀，应先进行除油和侵蚀。当油污较少时，可加入碳酸钠、肥皂、皂荚粉等少量碱性物质或乳化剂一起进行滚光。零件表面有锈时可加入稀硫酸或稀盐酸，常用酸性滚光液组成和滚光时间如表1.1-8所示。当零件在酸性介质中滚光结束后，应立即将酸性液冲洗干净。
表2.1-8 酸洗滚光液的组成与工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
钢铁零件
|
铜及铜合金
|
锌及锌合金
|
|
硫酸（ml/L）
皂荚粉
六次甲基四胺
OP乳化剂
滚筒转速（r/min）
时间（h）
|
15～25
3～10
40～65
1～3
|
15～25
2～4
2～4
40～65
1～1.5
|
5～10
2～3
40～65
2～3
|
0.5～1
2～5
30～40
2～3
|
（五）刷光
刷光是使用刷光轮对零件表面进行加工的过程。刷光主要用于清除零件表面的氧化皮、锈蚀、残余油污、侵蚀残渣和毛刺，也用于在零件表面产生有一定规律的、细密的丝纹，起装饰作用。刷光轮常用金属丝、动物毛、天然或人造纤维制成。金属丝形状有直丝和波纹丝，波纹丝比直丝弹性大、使用寿命长。不同材料零件刷光所用金属丝直径见表1.1-9。刷光轮直径为130mm～150mm时，转速一般为1500r/min～1800 r/min。刷光基体金属时采用3% ～5%的碳酸钠或磷酸三钠稀溶液、肥皂水、石灰水等刷光液。刷光镀层时可用干净的自来水。
表1.1-9 金属刷光丝的选择
|
零件材料
|
刷光轮金属丝材料
|
金属丝直径（mm）
|
|
铸铁、钢、青铜
镍、铜
锌、锡、铜、黄铜镀层
银和银镀层
金和金镀层
|
钢
钢
黄铜、铜
黄铜
黄铜
|
0.05～0.4
0.15～0.25
0.15～0.2
0.1～0.15
0.07～0.1
|
二、电抛光
电抛光是将工件置于阳极，在特定的溶液中进行电解，工件表面凸起点比凹下点的电流密度高，溶解速度快，从而使表面得到整平。
（一）钢铁电抛光
1.钢铁电抛光溶液与工艺规范见表1.1-10所示。
表1.1-10 钢铁电抛光溶液与工艺规范
|
溶液组成（%）与工艺条件
|
碳钢、低合金钢、不锈钢
|
碳钢、合金钢、铸铁钢
|
不含铬的钢
|
碳钢、含锰、镍的模具钢
|
|
磷酸（H2PO4,85%）
硫酸（H2SO4,98%）
铬酐（CrO3）
|
65～80
15～20
5～6
|
66～70
12～14
|
58
31
|
60～62
18～22
|
|
葡萄糖（C6H12O6）
草酸（H2C2O4·2 H2O）
硫脲（CS(NH2)2）
乙二胺四乙酸二钠（EDTANa2·2 H2O）
水（H2O）
|
15～24
|
16～22
|
2
9
|
10～15
8～12
1
0～3
|
|
溶液密度（g/cm3）
温度（℃）
电流密度（A/dm2）
电压（V）
时间（min）
|
1.70～1.74
60～90
20～60
1～5
|
1.70～1.74
55～65
20～50
10～20
4～5
|
60～70
2.7～6.5
7～8.5
10
|
1.6～1.7
室温
10～25
10～30
|
2.不锈钢的电抛光
不锈钢电抛光溶液与工艺规范见表1.1-11和表1.1-12所示。
表1.1-11 不锈钢磷酸基电抛光溶液与工艺规范
|
溶液组成（%）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
磷酸（H2PO4,85%）
硫酸（H2SO4,98%）
铬酐（CrO3）
甘油（C3H3O3）
明胶
水（H2O）
|
50～60
20～30
15～20
|
40～45
34～37
3～4
17～20
|
11
36
10
25
18
|
560mL/L
400 mL/L
50g/L
7 g/L～8 g/L
|
|
溶液密度（g/cm3）
温度（℃）
电流密度（A/dm 2）
电压（V）
时间（min）
|
1.64～1.75
50～60
20～100
6～8
10
|
1.65
70～80
40～70
5～15
|
＞1.46
40～80
10～30
3～10
|
1.76～1.82
55～65
20～50
10～20
4～5
|
|
适用范围
|
适用于奥氏体不锈钢
|
适用于马氏体不锈钢，也可用于镍、铝
|
适用于不锈钢，溶液寿命长
|
适用于不锈钢，溶液寿命较长，抛光质量较好
|
表1.1-12 不锈钢其他类型的电抛光溶液与工艺规范
|
溶液组成（%）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
|
硫酸（H2SO4,98%）
甘油（C3H3O3）
柠檬酸（C6H8O7·H2O）
氟硼酸（HBF4,40%）
草酸（H2C2O4·2H2O）
水（H2O）
|
50
40
10
|
15～20
50～70
10～35
|
48
14
1
37
|
|
阳极材料
温度（℃）
电流密度（A/dm2）
时间
|
铅
80～90
30～100
3～10
|
铅
45～125
10～20
5～10
|
铜
48～85
10～50
3～7
|
（二）铜及其合金的电抛光
铜及铜合金磷酸基溶液电抛光工艺规范见表1.1-13所示。
表1.1-13 铜及铜合金磷酸基溶液电抛光工艺规范
|
溶液组成（mL/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
磷酸（H3PO4,85%）
硫酸（H2SO4,98%）
乳酸（C3H6O3，88%）
铬酐（CrO3）
乙醇（C2H5OH）
水（H2O）
|
700
300
|
765
15
200
|
420
60g
200
|
670
100
300
|
470
200
400
|
350
620
|
|
密度（g/cm3）
温度（℃）
电流密度（A/dm2）
电压（V）
时间（min）
|
1.55～1.60
20～40
8～25
-
20～50
|
-
18～30
15～50
-
5～8
|
1.60～1.62
20～40
30～50
-
1～3
|
-
20
10
2.0～2.2
15
|
-
20
10
2.0～2.2
15
|
-
20
2～7
2～5
10～15
|
|
适用范围
|
纯铜、黄铜、铝青铜、锡青铜、磷青铜以及含量低于3%的铁，铁硅或钴的青铜
|
纯铜及多种铜合金
|
纯铜、黄铜
|
纯铜、含锡量低于6%的铜合金
|
含锡量大于6%的铜合金
|
含铅达3%的铜合金
|
（三）铝及铝合金的电抛光
铝及其合金常用的电抛光溶液有碱性（表1.1-14）和磷酸基（表1.1-15）电抛光液两类。碱性抛光液用钢板作阴极，磷酸基抛光时阴极材料用不锈钢或铅。
表1.1-14 铝及铝合金碱性电抛光工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
碳酸钠（Na2CO3）
磷酸钠（Na2PO4·12H2O）
氢氧化钠（Na OH）
氟硅酸钠（Na2SiF6）
|
150
50
|
350～380
130～150
3～5
|
300
65
10
30
|
200
20
|
|
温度（℃）
电流密度（A/dm2）
电压（V）
时间（min）
|
80～90
3～5
12～15
5～8
|
94～98
8～12
12～25
6～10
|
70～90
2～8
3～8
|
85
2～5
10～12
|
表1.1-15 铝及铝合金磷酸基溶液电抛光工艺规范
|
溶液组成（%）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
磷酸（H3PO4,85%）
硫酸（H2SO4,98%）
铬酐（CrO3）
乙二醇（C2H6O2）
甘油（C3H3O3）
氢氟酸（HF,40%）
水（H2O）
|
86～88
14～12
达到密度值
|
60
20
20
|
60～70
30～50
6～8
4～7
|
43
43
3
11
|
36
36
4
24
|
400mL
60 mL
400 mL
140 mL
|
600 mL
400 mL
10 mL
|
75
7
15
3
|
|
密度（g/cm3）
温度（℃）
电流密度（A/dm2）
电压（V）
时间（min）
|
1.70～1.72
70～80
15～20
12～15
1～3
|
60～65
40
3
|
1.65～1.70
60～80
15～75
5～10
|
70～80
30～50
12～15
2～5
|
70～90
20～40
12～15
2～5
|
85～95
15～25
5～7
|
70～80
20～30
3～5
|
室温
≥8
12～15
5～10
|
|
适用性
|
适用于纯铝、铝镁合金、铝镁硅合金
|
适用于含3%铜、1.5%镁、1%镍、1%铁的铝合金
|
适用于纯铝、铝镁合金、铝铜合金
|
适用于纯铝、铝铜合金
|
适用于纯铝、铝镁合金、铝锰合金
|
适用于纯铝及多种铝合金
|
适用于纯铝及多种铝合金
|
适用于含硅的铝压铸件
|
（四）通用电解液
通用电解液电抛光的工艺规范见表1.1-16所示。
表1.1-16 通用电解液电抛光的工艺规范
|
序号
|
电解液成分和含量
|
温度（℃）
|
电压（V）
|
电流密度（A/dm2）
|
时间（min）
|
说明
|
|
1
|
磷酸（H3PO4,） 328g/L
铬酐（CrO3） 327g/L
硫酸（H2SO4,） 25g/L
硼酸（H3BO3） 8.3g/L
氢氟酸（HF） 33g/L
柠檬酸（C6H8O7·H2O） 12g/L
邻苯二甲酸酐（C2H4O3） 4.3 g/L
|
94
|
|
钢17～40
铁10～15
轻合金12～40
青铜18～24
铜 5～15
铅30～70
锌20～24
锡7～9
|
2～4
3.0～3.5
2
2.0～2.5
1.5
6
2.0～2.5
1.5～3.0
|
|
|
2
|
磷酸（H3PO，98%）86%～88%
铬酐（CrO3） 12%～14%
|
30～100
|
|
2～100
|
数分钟
|
可抛光钢铁、铜、黄铜、青铜、镍、铝、硬铝
|
|
3
|
乙醇 144mL
三氯化铝（AlCl3） 10g
氯化锌（ZnCl2） 45g
丁醇（C4H10O） 16 mL
水 32 mL
|
20
|
15～25
|
5～30
|
|
可用于下列任一方法对铝即铝合金、钴、镍、锡、钛、锌电抛光①抛光1min,热水洗，反复数次
②上下迅速移动阳极，持续3min～6min
|
|
4
|
硝酸（HNO3,65%） 100 mL
甲酸（CH3OH） 200 mL
|
20
|
40～50
|
100～200
|
0.5～1
|
可抛光铝、铜及铜合金、钢铁、镍及镍合金、锌。使用时应冷却，溶液有爆炸危险。若有侵蚀现象，可降低电流密度
|
三、化学抛光
化学抛光是在合适的溶液和工艺条件下，利用溶液对工件表面的侵蚀作用，使工件表面整平，获得比较光亮的表面。化学抛光主要用来对工件作装饰性加工。
（一）钢铁的化学抛光
普通钢铁的化学抛光效果并不理想，只能使光亮度有所提高，表1.1-17是普通钢铁化学抛光溶液组成与工艺规范。不锈钢化学抛光主要是提高其材料的表面粗糙度，其整平能力较差，表1.1-18是不锈钢化学抛光溶液组成与工艺规范。
表1.1-17 普通钢铁化学抛光工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
硝酸（HNO3,65%）
硫酸（H2SO4,98%）
磷酸（H3PO4,85%）
缩合磷酸（含P2O5,72%～75%）
盐酸（HCl,37%）
过氧化氢（H2O2,30%）
氟化氢铵（NH4HF2）
尿素[CO(NH2)2]
苯甲酸（C6H5COOH）
铬酐（CrO3）
酸性橙黄燃料燃料
OP-10乳化剂
|
130～140
100～110
50～60
5～10
2
|
70～80
20
20
1～1.5
0.05
|
0.5
230
50
20
0.2
|
0～10份
90～100份
|
100mL/L
300mL/L
600mL/L
5～10
|
|
PH
温度（℃）
时间（min）
|
-
70～75
2～5
|
1.1
15～30
0.5～2
|
2
15～40
0.5～2
|
-
180～250
数秒至数分
|
-
120～140
＜10
|
|
适用范围
|
铁素体钢
|
低碳钢、中碳钢
|
高碳钢
|
低碳钢、中碳钢、合金钢
|
表1.1-18 不锈钢化学抛光工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
硫酸（H2SO4,98%）
硝酸（HNO3,65%）
盐酸（HCl,37%）
磷酸（H3PO4,85%）
草酸（H2C2O4·2H2O）
氢氟酸（HF,40%）
聚乙二醇（M＞6000）
酸性橙黄燃料
OP-10乳化剂（mL/L）
磺基水杨酸（C7H6O6·2H2O）
烟酸（C6H5O2N）
六次甲基四胺（C6H12N4）
三乙醇胺（C6H15NO3）
苯丙咪唑（C10H6N2）
聚丙烯酰胺
乙醇（C2H5OH）
硫脲[CS(NH2)2]
|
100～110
60～65
40～50
5～10
2～3
|
45～55mL/L
45～55mL/L
150mL/L
35
3.5
3.5～4
|
132
60
25
2
|
65
250
40
10
3
|
260～270
70～80
30～40
5～10
2～3
2～10
|
180～200
5～10
6～10
10～15
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
70～85
2～5
|
90～95
1～3
|
＜40
3～10
|
80～90
3～5
|
55～65
5～6
|
50～60
3～5
|
|
适用范围
|
奥氏体不锈钢
|
较粗糙的奥氏体不锈钢零件
|
表面粗糙度较低的奥氏体不锈钢零件
|
低含碳量铬不锈钢
|
抛光效果好
|
（二）铝及其合金的化学抛光
铝及其合金的化学抛光溶液有磷酸基溶液（表1.1-19）和非磷酸基溶液（表1.1-20）两类。非磷酸基溶液抛光能力较差，主要用于改善机械抛光后零件的表面粗糙度。
表1.1-19 铝及铝合金磷酸基溶液化学抛光工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
磷酸（H3PO4,85%）
硫酸（H2SO4,98%）
硝酸（HNO3,65%）
冰乙酸（CH3COOH）
氢氟酸（HF,38%）
柠檬酸（C6H8O7·H2O）
硫酸铜[CuSO4·5H2O]
硫酸铵[(NH4)2SO4]
尿素[CO(NH2)2]
|
800
100
60
30
|
805
35
|
850
50
100
|
700
100
200g/L
|
750
70
40
|
500
400
100
|
440
60
48
0.2 g/L
44 g/L
31 g/L
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
90～110
1～2
|
～80
0.5～5
|
80～100
2～5
|
80～90
3～5
|
80～90
0.5
|
100～115
数分钟
|
100～120
2～3
|
|
适用范围
|
纯铝，含锌小于8%，含铜小于4%的铝锰锌合金和铝铜镁合金
|
含铝大于99.5%的纯铝，抛光能力差
|
表1.1-20 铝及铝合金非磷酸基溶液化学抛光工艺规范
|
配方号
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
溶液组成（g/L）
|
氢氧化钠 280
硝酸钠 230
亚硝酸钠 170
磷酸钠 110
硝酸铜 0.15
|
氢氧化钠 500
硝酸钠 300
氟化钾 30
磷酸钠 20
|
硝酸 130
氢氧化钠 160
硝酸铅 0.5
|
硝酸 25～50
氟化氢铵 60
铬酐 6
乙二醇 6
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
130～140
0.5～2.0
|
110～120
0.5～1.0
|
45～65
15～30s
|
93～98
4～5
|
第三节 除锈
一、除锈方法
除锈方法的分类见表1.3-1。
|
分 类
|
特 点
|
|
机械法
|
对表面锈层进行喷砂、研磨、滚光或擦光等机械处理，在工件表面得到整平的同时除去表面的锈层
|
|
化学法
|
用酸或碱溶液对工件表面进行侵蚀处理，使表面的锈层通过化学作用和侵蚀过程所产生氢气泡的机械剥离作用而被除去
|
|
电化学法
|
在酸或碱溶液中以工件作阳极进行电解剥离，或者由于阳极析出氢气而搅动溶液和不断更新工件表面侵蚀液而加速氧化皮除去的方法
|
二、化学除锈
化学除锈多采用酸性溶液，因而成为酸洗，又称为侵蚀。分为强侵蚀、光亮侵蚀、弱侵蚀；弱侵蚀又称为活化，其方法在下节介绍。
（一）钢铁件除锈
1.钢铁件化学除锈溶液及工艺规范N
钢铁件化学除锈溶液及工艺规范见表1.3-2所示。
表1.3-2 钢铁件除锈溶液及工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
一般碳钢、低合金钢件
|
经热处理后有厚氧化皮的钢件
|
有氧化皮的低碳钢件
|
有黑皮的钢铁件
|
铸铁
|
合金钢
|
侵蚀
|
光亮侵蚀
|
|
预浸
|
|
|
硫酸（H2SO4,d=1.84）
盐酸（HCl, d=1.19）
硝酸（HNO3, d=1.41）
氢氟酸（HF,40%）
六次甲基四胺
硫脲
若丁
磺化煤焦油（mL/L）
|
100～220
00～200
0～0.5
|
200（mL/L）
480（mL/L）
|
120～150
0.3～0.5
|
150～200
1～3
|
200～250
2～3
|
75%(质量)
25%（质量）
|
230
270
10
|
450
50
10
|
600～800
5～15
400～600
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
40～60
5～20
|
室温
≤60
|
50～75
≤60
|
30～40
|
30～50
|
室温
至氧化皮除尽
|
50～60
1
|
30～50
0.1
|
≤50
3s～10s
|
|
至氧化皮除尽
|
表1.3-3 钢铁工件电化学侵蚀溶液及工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
阳极电化学侵蚀
|
阴极电化学侵蚀
|
交流侵蚀
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
1
|
2
|
|
硫酸（H2SO4）
盐酸（HCl,）
氢氟酸（HF）
氯化钠（NaCl）
氯化亚铁（FeCl2）
硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）
二甲苯硫脲
|
200～250
|
10～20
20～30
3～5
|
150～250
30～50
|
100
50
|
320～380
0.15～0.3
|
100～150
|
40～50
25～30
20～22
|
120～150
|
|
温度（℃）
电流密度（A/dm2）
|
20～60
5～10
|
20～60
5～10
|
20～30
5～10
|
20～50
5～10
|
30～40
5～10
|
40～50
3～10
|
60～70
7～10
|
30～50
3～10
|
|
电极材料
|
用铁或铅作阴极
|
铅
|
|
|
|
时间（min）
|
10～20
|
10～30
|
10～20
|
5～15
|
1～10
|
10～15
|
|
4～8
|
3．不锈钢和耐热钢的除锈
热处理后的不锈钢和耐热钢，表面常附有一层致密的氧化皮。为有效去除氧化皮，除锈工序为：松动氧化皮（见表1.3-4）→侵蚀→（表1.3-5）→清除侵蚀残渣（表1.3-6）。
表1.3-4 不锈钢和耐热钢松动氧化皮侵蚀液与工艺条件
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
|
硝酸（HNO3, d=1.41）
氢氧化钠（NaOH）
硝酸钠（Na NO3）
|
100～150
|
600～800
250～350
|
600～800
|
|
温度（℃）
阳极电流密度（A/dm2）
时间（min）
|
室温
30～60
|
100～140
30～60
|
140～150
5～10
8～12
|
表1.3-5 不锈钢和耐热钢侵蚀液与工艺条件
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
硫酸（H2SO4,d=1.84）
盐酸（HCl, d=1.18）
硝酸（HNO3, d=1.41）
氢氟酸（HF,37%）
缓蚀剂
|
300～500
|
40～60
130～150
|
250～300
120～150
|
250～300
50～60
|
80～100
60～90
20～50
适量
|
60
130～150
2～5
适量
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
20～40
|
30～40
|
30～60
|
20～50
|
20～40
|
20～40
|
|
适用范围
|
对基体腐蚀缓慢，常用于预侵蚀
|
侵蚀效率高
|
对氧化皮有很强的溶解能力，对基体腐蚀小
|
用于精密零件的侵蚀
|
用于氧化皮较厚的不锈钢和耐热钢的侵蚀
|
|
适用于马氏体不锈钢
|
适用于奥氏体不锈钢
|
表1.3-6 清除不锈钢和耐热钢侵蚀残渣溶液组成与工艺条件
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
硝酸（HNO3, d=1.41）
双氧水（H2O2,30%）
氢氧化钠（NaOH）
铬酐（CrO2）
硫酸（H2SO4,d=1.84）
氯化钠（NaCl）
|
40～60
15～25
|
100～150
40～60
4～6
|
70～100
20～40
1～2
|
50～100
|
|
温度（℃）
阳极电流密度（A/dm2）
时间（min）
|
室温
0.5～1
|
室温
5～10
|
室温
2～10
|
70～90
2～5
5～15
|
（二）有色金属的除锈
1.铜及其合金的除锈
铜及其合金除锈时，一般先经预侵蚀除去表面黑色氧化皮，然后进行光亮侵蚀。表1.3-7是预侵蚀工艺规范，表1.3-8为光亮侵蚀工艺规范。
表1.3-7 铜及铜合金预侵蚀溶液及工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
|
硫酸（H2SO4）
盐酸（HCl）
温度（℃）
|
150～250
40～60
|
100～360
室温
|
200～300
100～120
80～100
|
|
适用范围
|
一般铜及铜合金零件
|
一般铜及铜合金零件
|
铍青铜
|
表1.3-8 铜及铜合金光亮侵蚀溶液组成及工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
硫酸（H2SO4）
盐酸（HCl）
硝酸（HNO3）
磷酸（H3PO4）
铬酐（CrO2）
醋酸（HAC）
氯化钠（NaCl）
重铬酸钾（K2Cr2O7）
温度（℃）
|
1份（V）
0.02份（V）
1份（V）
|
700～850
2～3
100～150
|
600～800
300～400
|
10%～15%
50%～60%
25%～40%
20～60
|
10～20
100～200
40～50
|
100
50
40～50
|
|
适用范围
|
一般铜合金
|
铜、黄铜
|
铜、黄铜、低锡青铜、磷青铜等
|
铜、黄铜、铜-锌-镍合金
|
铜、铍、青铜
|
薄壁铜材及合金
|
2.铝及其合金的侵蚀除锈
铝及其合金的侵蚀除锈溶液组成及工艺规范见表1.3-9。
表1.3-9 铝及铝合金零件侵蚀液的组成及工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
纯铝或含铜量高的铝合金
|
含镁多的铝合金
|
5
|
6
|
7
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
硫酸（H2SO4）
硝酸（HNO3）
氢氟酸（HF）
铬酐（CrO2）
氢氧化钠（NaOH）
水（H2O）
|
50%
|
10%～30%
1%～3%
89%～63%
|
15%
|
50g/L～200 g/L
|
350 g/L
65 g/L
|
400 g/L～800
|
75%
25%
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
|
室温
0.1～0.3
|
80～90
2～3
|
60～80
0.1～2
|
60～70
0.5～2
|
室温
3～5
|
室温
0.1～0.5
|
注:1.配方3侵蚀后再用50%硫酸浸5s～10s；
2.配方4用于铝及含铜、镍、锰、硅等合金零件的侵蚀，但由于使用这些配方易过腐蚀，精度要求高的零件应采用配方5，用此配方侵蚀不会减少零件的尺寸；
3.含铜、硅、镍、锰的铝合金零件经侵蚀后，用配方6出光；
4.含硅量＜10%的铝合金采用配方6出光。含硅量＞10%的铝合金最好采用50%HNO3和50%HF混合溶液出光。
3.镁及其合金侵蚀除锈
镁及其合金侵蚀除锈溶液组成及工艺规范见表1.3-10。
表1.3-10 镁及镁合金侵蚀液组成及工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
|
铬酐（CrO2）
硝酸（HNO3）
硝酸钠（NaNO3）
硝酸铁（Fe(NO3)3·9 H2O）
氟化钾（KF）
氢氟酸（HF,40%）(mL/L)
氢氧化钠（NaOH）
|
150～250
|
15～30
|
80～100
5～8
|
350～400
|
80～120
|
120
110
|
180
|
180
40
3.5
|
60
90
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
室温
8～12
|
室温
1～2
|
40～50
2～15
|
70～80
1～15
|
室温
数秒
|
室温
0.5～2
|
16～93
2～10
|
16～38
0.5～3
|
室温
0.3～1
|
|
适用范围
|
一般镁及镁合金侵蚀或去除旧氧化膜
|
铸造毛坯
|
消除变形镁合金表面润滑剂的燃烧残渣
|
去除旧氧化膜
|
含硅的镁合金
|
含铝高的镁合金
|
适用于精密零件
|
适用于一般零件
|
一般镁合金化学镀镍前的侵蚀
|
注：1.配方4除去旧氧化膜后，还需用5%～15%的铬酐溶液中和；
2.侵蚀后的零件，应迅速进行氧化处理或镀前浸金属处理，否则极易发生腐蚀；
3.在配方2溶液中浸蚀时，反应极为激烈，必须严格控制溶液的浓度、温度和侵蚀时间；硝酸浓度不得超过30mL/L，否则容易引起零件尺寸超差和起火；
4.侵蚀用挂具、盛具，最好用镁合金或铝镁合金制造，并用绝缘材料隔离挂具与零件以免电化学腐蚀。
4.锌、镉及其合金侵蚀除锈溶液组成及工艺规范见表1.3-11。
表1.3-11 锌、镉及其合金侵蚀液组成及工艺规范
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
一般侵蚀
|
光亮侵蚀
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
硫酸（H2SO4）
硝酸（HNO3）
铬酐（CrO2）
盐酸（HCl，37%）
硫酸钠（Na2SO4）
氢氧化钠（NaOH）
|
50 ～100
|
50～100
|
2～4
100～150
|
10～20
|
2～4(mL/L)
60～100(mL/L)
200～250
|
240～600
94(mL/L)
|
200～300
15～30
|
250
100(mL/L)
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
室温
＜1
|
60～70
＜1
|
室温
0.5～1
|
室温
＜1
|
室温
0.5～1
|
室温
|
|
室温
0.2～0.5
|
|
适用范围
|
锌、镉
|
锌
|
锌、镉
|
锌、镉
|
锌、镉
|
锌
|
锌
|
锌、镉
|
注：1.配方6零件浸渍1min并清洗，若表面有不鲜明的黄铜色泽，可在10%～20%的铬酐溶液中，于室温下浸渍1min去除；
2.配方7侵蚀后的黄膜在纯碱或8g/L的硫酸溶液中去除。
三、除锈-除油联合处理
选用合适的侵蚀剂或乳化剂，混合成一种溶液，零件表面的锈溶于侵蚀剂中，而油被乳化除去。表1.3-12是溶液配方与工艺条件。
表1.3-12 钢铁除锈-除油联合处理法溶液配方与工艺条件
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
硫酸（H2SO4,d=1.84）(mL/L)
盐酸（HCl, d=1.18）(mL/L)
OP-10乳化剂
硫脲
六次甲基四胺
十二烷基苯磺酸钠
|
300
100
20
30
|
950～960
35～45
1～2
|
185
5～7.5
5
|
250～300
9～10
5
|
120～160
2.5～5
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
10～40
5～10
|
80～95
除尽为止
|
50～60
除尽
|
60～65
除尽
|
50～60
除尽
|
四、工序间除锈
经过除油和侵蚀的工件表面活性较高，若不能立即进行表面处理或转入下道工序时，应进行防锈处理。表1.3-13是工序间防锈液的组成。表1.3-14是钢和铜及其合金钝化处理液的配方与工艺条件。
表1.3-13 工序间防锈液的配方及适用范围
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
亚硝酸钠（NaNO2）
碳酸钠（NaCO3）
甘油（CH3(OH)3）
六次甲基四胺[(CH2)6N4]
重铬酸钾（K2Cr2O7）
氢氧化钠（NaOH）
|
30～80
3～5
20～30
|
150～200
5～6
250～300
|
30～50
|
20～100
|
3～5
30～50
|
180～200
|
|
温度（℃）
|
室温
|
室温
|
室温
|
室温
|
室温
|
室温
|
|
使用方法及适用范围
|
钢铁零件全浸，如采用涂液法时，涂液后需烘干
|
钢铁零件全浸或涂液，涂液后可不进行烘干
|
全浸、钢铁零件短时间防锈
|
钢铁零件全浸防锈
|
铝、铜及其合金全浸防锈
|
钢铁零件全浸或涂液，涂液后可不进行烘干
|
表1.3-14 钢、铜和铜合金钝化液的配方及适用范围
|
溶液组成（g/L）与工艺条件
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
铬酐（CrO2）
磷酸（H3PO4）
重铬酸钾（K2Cr2O7）
硫酸（H2SO4）
氯化钠（NaCl）
|
3～5
3～5
|
15～30
|
100～150
8～12
0.5～1.5
|
50～100
|
|
温度（℃）
时间（min）
|
80～100
1～5
|
80～100
0.5～2
|
室温
10～15
|
70～90
2～5
|
|
适用范围
|
钢铁零件
|
钢铁零件
|
铜、黄铜
|
铜和铜合金
|
注：经配方1、2处理后的钢铁零件，不进行水洗，直接用压缩空气吹干，然后烘干，但在电镀前需进行若侵蚀，以除去钝化膜。
第四节 活化
工件经过除油和除锈操作后，在进行表面处理前，要进行活化处理，在弱侵蚀溶液中短时间侵蚀，通过轻微的腐蚀作用使工件表面活化，露出金属的结晶组织，以保证镀层与基体结合强度高。活化处理又称弱侵蚀，所用溶液浓度较稀，不会影响工件表面光洁程度。金属材料活化处理规范见表2.4-1.
表1.4-1 金属材料弱活化溶液及其处理规范
|
溶液组成（g/L）
与工艺条件
|
钢铁工件
|
铜及其合金
|
铝及其合金
|
锌及其合金
|
|
1
|
2
|
3
|
1
|
2
|
1
|
2
|
1
|
2
|
|
硫酸（H2SO4）
盐酸（HCl）
氰化钠（NaCN）
碳酸钾（K2CO3）
氢氧化钠（NaOH）
|
30～50
|
30～50
|
100
50
|
70～80
|
30～40
20～30
|
30～50
|
50～100
|
30～50
|
30～50
|
|
温度（℃）
阳极电流密度（A/d㎡）
时间（min）
|
室温
0.5～1
|
室温
0.5～1
|
室温
7～10
0.5～1
|
室温
0.5～1
|
室温
3～5
0.5～1
|
室温
0.5～1
|
室温
0.5～1
|
室温
0.5～1
|
室温
0.5～1
|
第二章 镀层性能检测
第一节 镀层厚度
一、 镀层厚度测量方法
金属镀层厚度的测量方法很多，根据在镀层厚度测定过程中基体材料是否损坏，分为有损检测和无损检测。
有损检测方法：金相显微镜法、电解法、化学溶解法。
无损检测方法：磁性法、涡流法、β射线法、荧光X射线、测微计测量法。
检测方法的选择要根据基体材料和表面镀层的特性、检测设备的局限性和检测精度的要求进行。
电镀生产线上通常选用无损检测方法进行测量，检测速度快，能满足电镀加工的一般厚度检测要求。
对于镀层厚度要求高或对所检测的数据有疑义时，可选择金相显微镜测量法。金相显微镜测量法通常作为镀层厚度检测仲裁方法。
各种覆盖层厚度测量的使用范围参见表2.1-1 ，各种测量方法可测厚度范围参见表2.1.2。（见另一个文档）
表2.1-1 各种覆盖层厚度测量方法的适用范围
|
 覆盖层
基体
|
铝及其合金
|
阳极氧
化层
|
镉
|
铬
|
铜
|
金
|
铅
|
镍
|
自催化
镀镍
|
钯
|
铑
|
银
|
锡
|
锡铅合金
|
釉瓷和搪瓷
|
锌
|
|
铝及其合金
|
－
|
E
|
BC
|
BC
|
BC
|
B
|
BC
|
BCM*
|
BC**E**
|
B
|
B
|
BC
|
BC
|
B***C***
|
E
|
BC
|
|
铜及其合金
|
－
|
E
|
BC
|
C
|
C(仅在
黄铜和
铍铜上)
|
B
|
BC
|
CM*
|
C**M*
|
B
|
B
|
BC
|
BC
|
B***C***
|
E
|
C
|
|
镁及其合金
|
－
|
E
|
X
|
B
|
B
|
B
|
B
|
BM*
|
B
|
B
|
B
|
B
|
B
|
B***
|
－
|
B
|
|
镍
|
－
|
－
|
BC
|
BC
|
C
|
B
|
BC
|
－
|
－
|
B
|
B
|
BC
|
BC
|
B***C***
|
－
|
C
|
|
镍钴铁合金
|
－
|
－
|
BM
|
M
|
M
|
BM
|
BCM
|
CM*
|
C**M*
|
BM
|
BM
|
BM
|
BM
|
B***C***M
|
－
|
BM
|
|
非金属
|
BE
|
－
|
BC
|
BC
|
Bc
|
B
|
BC
|
BCM*
|
BC**
|
B
|
B
|
BC
|
BC
|
B***C***
|
－
|
BC
|
|
银
|
－
|
－
|
－
|
B
|
B
|
B
|
BC
|
BM*
|
B
|
－
|
－
|
－
|
－
|
B***
|
E
|
B
|
|
钢（磁性）
|
BM
|
－
|
BCM
|
CM
|
Cm
|
BM
|
BCM
|
CM*
|
C**M*
|
BM
|
BM
|
BCM
|
BCM
|
B***C***M
|
M
|
BCM
|
|
钢（非磁性）
|
B
|
－
|
BC
|
C
|
C
|
B
|
BC
|
CM*
|
B**C**M*
|
B
|
B
|
BC
|
BC
|
B***C***
|
E
|
BC
|
|
钛
|
－
|
－
|
B
|
－
|
B
|
B
|
B
|
BM*
|
B
|
B
|
B
|
B
|
B
|
B***
|
－
|
B
|
|
锌及其合金
|
－
|
－
|
B
|
B
|
C
|
B
|
B
|
M*
|
－
|
B
|
B
|
B
|
B
|
B***
|
－
|
－
|
注：B-β射线反向散射仪；C-库仑仪；E-涡流仪；M-磁性仪。
*此方法对覆盖层导磁率变化敏感。
**此方法对覆盖层中磷或硼的含量变化敏感。
***此方法对合金的成分敏感。
表14.1-2 各种厚度测量方法的可测厚度范围
|
仪器类型
|
厚度范围（μm）
（测量误差应小于10%）
|
|
磁性仪，对于钢上的非磁性覆盖层
|
5～7500
|
|
磁性仪，对于镍覆盖层
|
1～125
|
|
涡流仪
|
5～2000
|
|
X射线光谱仪
|
0.25～65
|
|
β射线反向散射仪
|
0.1～100
|
|
光切显微镜
|
5～数百
|
|
库仑仪
|
0.25～100
|
|
金相显微镜
|
8～数百
|
|
轮廓仪
|
0.01～100
|
二、 金相显微镜法
（一）特点
此法是较早采用的光化学测厚性，采用光学显微镜测定垂直于试样表面截去的金相磨片上的镀层厚度，属有损检测范围。
金相显微镜检测精度高，可达到的最小误差约为±0.8μm，因此常作为金属镀层和氧化膜层厚度检测的仲裁测量。
（二）金相显微镜法检测的主要程序
1.试片加工
根据测量要求在关键部位之一处或多处选取试样，样品长度应不小于20mm，试验切取的截面积应垂直于待测镀层。为了防止检测试样变形、倒滑和脱层，试验至少涂以10μm厚的保护层，保护层的因孤独应与被测镀层的硬度相近，两者的颜色需有较好的对比度。为便于磨制，试验可用专用的固定夹具，也可用热固性塑料或热塑料进行镶嵌。试验磨制时所采用的压力应为被测镀层相适应的最小压力，保证镀层无变形、脱层等现象出现。
试验抛磨采用逐次变细的磨料，最后可用600粒度的磨料或更细的磨料。试验在磨制加工时，磨制方向与镀层截面成45°，每当磨料向较细粒度变换一次，磨制方向与前一次方向改变90°。
2.侵蚀
经磨制的试样一般可直接进行金相显微镜测厚。当镀层与基体材料界线不明确时，可将磨好的试片进行适当地化学侵蚀后进行金相显微镜测厚，表2.1-3列出截面显微镜测厚常用的侵蚀剂。
表2.1-3 镀层厚度测量常用侵蚀剂
|
成分
|
含量
|
用途
|
|
硝酸（HNO3,d=1.42）
乙醇(C2H5OH,95%)
|
5ML
95 ML
|
钢表面镀镍和镀铬，侵蚀钢基体
|
|
三氧化铁(FeCL3·6H2O)
盐酸(HCl,d=1.19)
乙醇(C2H5OH)
|
10g
2ML
98 ML
|
钢、铜及铜合金表面的金、铅、银、镍镀层
钢上铜镀层
侵蚀钢、铜及铜合金
|
|
硝酸(HNO3,d=1.42)
冰醋酸(CH3COOH)
|
50 ML
50 ML
|
钢、铜及铜合金表面多层镍
侵蚀镍
|
|
过流酸铵[(NH4)2S2O8]
氢氧化铵(NH4OH)
蒸馏水(H2O)
|
10g
2ML
90 ML
|
铜及铜合金表面锡镀层
侵蚀铜及铜合金
|
|
硝酸(HNO3,d=1.42)
氢氟酸（HF,d=1.14）
蒸馏水(H2O)
|
5 ML
2 ML
93 ML
|
铝及其合金表面镍和铜镀层
侵蚀铝及其合金
|
|
铬酐(CrO3)
硫酸钠(Na2SO4)
蒸馏水(H2O)
|
20g
1.5g
100 ML
|
镍基合金表面镍和铜镀层
钢上锌和镉镀层
侵蚀锌及其合金、镉
|
|
氢氟酸(HF,d=1.14)
蒸馏水(H2O)
|
2 ML
98 ML
|
铝及其合金表面氧化膜
侵蚀铝及其合金
|
|
氢氧化铵(NH4OH)
双氧水(H2O2,30%)
|
50 ML
50 ML
|
铜及其合金表面镍镀层
侵蚀铜及其合金
|
3.测量
测量可采用目镜观测，也可在投影面上或照片上测定。测量试样镀层厚度时，磨抛表面应尽可能与光轴垂直，视场直径一般不大于其本身的2/3，光栅孔径不大于物镜孔径的2/3.
测量前和测量后应有同一操作者对测量器进行标定。目镜测定重复标定，误差应小于1%，载物台测定的两条线的间距应在0.2μm或在0.1%以内。目测镜标定时，将测微计十字线交叉的一边调至待测片相重合，然后再与另一边相重合，而且每次测定都以同一方向旋动对准，消除回程间隙引起的误差。
测量时，在每一个测量上至少要测3次。仲裁测定时，每一个测量点上至少测10次。在测量值的统计时，至少在测量端面上测5个测量点，取平均值作为测量结果值。
三、磁性法
磁性法测厚仪测量厚度是广泛采用的无损测厚的方法之一，广泛应用于电镀生产线镀层厚度的在线检测。磁性法测量的应用主要局限于磁性基体上的非磁性镀层和磁性与非磁性集体上的镍镀层。
磁性法测厚根据其原理的不同，分为磁力法、场强法、矫顽力法和磁感应法。
磁感应法又称磁阻法，其灵敏度高，测量范围宽，测量准确度高，因而被广泛采用。才感应法的测量精度取决于仪器的设计，标准试样的选择和测量仪器的校准，磁感应法的测量精度一般在10%以内。磁性法测厚仪体积小，重量轻，便于携带，操作简单，测量速度快，测量结果精确度高。
（二）磁性法测厚注意事项
（1）每种磁性测厚仪对基体金属都有一个厚度的要求，如果基体金属厚度小于极限厚度，测定时应该用与试验材质相同的材料垫在下面。
（2）采用双极式探头的仪器时，基体金属的机械加工方向或材质的轧制方向对测量结果有影响。因此探头在校正和测量时的却向要一致，或将探头在相互成90°的方向进行测量，取平均值。
（3）测量时探头应垂直置于被测试试样表面。
（4）测量和铅合金镀层厚度时，探头表面易被镀层黏附，可在镀层表面涂上油膜，改善重现性。
（5）含磷量在8%以上的化学镀镍层是非磁性镀层，经热处理后产生磁性，因此应该在热处理前进行测量。需热处理后进行测量时，则仪器必须在经热处理的标准样品表面进行校正。
（6）镀层厚度检测应进行多点测量，然后用统计方法求出其厚度。
四、涡流法
涡流法是利用一个带有高频线圈的探头产生高频磁场，使置于探头下方的被测试试样内产生涡流效应。该法主要用于测量非导电膜层厚度和非导电集体上的单金属导电膜层厚度，在膜层和基体的电导率相差较大时也可测量非磁性导电膜层的厚度。现在普遍应用于铝及铝合金的阳极化膜层的厚度测量，非金属导体上铜箔的厚度测量。涡流法测厚的测量精度一般在±10%以内，厚度小于1μm的膜层测量精度偏低。
涡流法测厚时如果基体厚度达不到临界厚度，应在检测试块下垫上与被检测基体相同的金属衬垫。
涡流法测厚测量的膜厚范围宽，但是所选用的工作频率受所选用的基体材料和膜层种类的影响。另外试样的弯曲，表面粗糙度、边缘效应、测量时加在探头上的压力的变化都会影响到膜层的测量精度。
五.电解法
电解法是在精确限定膜层表面积的情况下，以恒定的电流将被试样品作为阳极置于专用电解液中进行电解。以电压的突然变化，确定电解终点。根据电解结时的耗电量计算表面膜层的厚度。此法不但可以进行但金属镀层、合金镀层的膜层厚度测量，还可以对多层电镀层、各层金属镀层的厚度进行连续测量。同样也可以对镀层镍镀层的厚度分别进行测量。电解法测厚的电解液见表2.1-4.
电解法测量简单，测量速度快，人为影响因素少，测量厚度范围宽，精度高，对8μm以内的镀层进行测量时，电解法可作为仲裁测量法。
可采用电极法进行测量的镀复层基体组合见表2.1-5
表2.1-4 电解法测厚用电解液
|
镀层
|
基体（或中间）金属
|
电解液组成
|
含量
|
|
锌
|
钢、铜、镍
|
氯化铵（NaCl）
|
100g/L
|
|
镉
|
钢、铜、镍、铝
|
碘化钾（KI）
碘溶液（I2,0.1mol/L）
|
100g/L
1ML/L
|
|
铜
|
钢、镍、铝
|
酒石酸钾钠（KnaC4H4O6·4H2O）
硝铵酸（NH4NO3）
|
80g/L
100g/L
|
|
锌
|
未经稀释的氟硅酸（H2SiF4）
|
最低浓度为
30%（重量比）
|
|
镍
|
钢、铜、铝
|
硝酸铵（NH4NO3）
硫氰酸钠（(NaCNS)
|
30g/L
30g/L
|
|
铬
|
钢、镍、铝
|
无水硫酸钠（Na2SO4）
|
100g/L
|
|
铜
|
盐酸（HCl，d=1.19）
|
175ML/L
|
|
银
|
钢、镍
|
硝酸钠（NaNO3）
硝酸(HNO3,d=1.42)
|
100g/L
4Ml/L
|
|
铜
|
硫氰酸钾（KCN3）
|
180g/L
|
|
锡
|
钢、铜、镍
|
盐酸（HCl,d=1.18）
|
175Ml/L
|
|
铝
|
无水硫酸钠（Na2S4）
|
100g/L
|
表2.1-5 电解法测厚的适用范围
|
覆盖层
|
基体
|
|
铝①
|
铜和铜合金
|
镍
|
Ni-Co-Fe合金（如Kovar）
|
银
|
钢
|
锌
|
非金属
|
|
镉
|
√
|
√
|
√
|
×
|
×
|
√
|
×
|
√
|
|
铬
|
√
|
√
|
√
|
×
|
×
|
√
|
×
|
√
|
|
铜
|
√
|
仅在黄铜和铍铜上
|
√
|
×
|
×
|
√
|
×
|
√
|
|
铅
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
√
|
×
|
√
|
|
镍
|
√
|
√
|
×
|
√
|
×
|
√
|
×
|
√
|
|
化学镀镍②
|
√
|
√
|
√
|
√
|
×
|
√
|
×
|
√
|
|
银
|
√
|
√
|
√
|
×
|
×
|
√
|
×
|
√
|
|
锡
|
√
|
√
|
√
|
×
|
×
|
√
|
×
|
√
|
|
锡-铅合金③
|
√
|
√
|
√
|
√
|
×
|
√
|
×
|
√
|
|
锌
|
√
|
√
|
√
|
×
|
×
|
√
|
×
|
√
|
注：①对与某些铝合金，可能难于检测电解池的电压变化。②这些覆盖层的磷或硼含量在一定限度内才能使用电解法。③本方法对合金组成敏感。
√表示能用本法测试的覆盖层和基体的组合。×表示不能用本法测试的覆盖层和基体的组合。
六、化学溶解法
化学溶解法是选用合适的腐蚀液，该腐蚀液只腐蚀膜层，不腐蚀基体。根据完成腐蚀过程所消耗的腐蚀液量或腐蚀所消耗的时间或腐蚀掉的镀膜层的质量计算出膜层的厚度。化学溶解法包括：点滴法、液流法和称重法。化学溶解法测量简单，但准确度低。
（一）点滴法
表2.1-6是点滴法测厚时使用的溶液；2.1-7是薄铬层厚度测定时的每秒厚度值；2.1-8是用点滴法测定镀层厚度时，一定温度下每秒时间内试液所溶解的镀层厚度hk(μm/s)。hk与溶解镀层所需时间的乘积即为镀层厚度。用内径1.5mm～2mm的滴管注入溶液，在测量过程中按规定镀层表面滴上一滴溶液，停留一定时间后用滤纸擦净，再滴入第二滴溶液，如此往复直到腐蚀至基体出现特征为止，可根据液滴的滴数，也可根据腐蚀的时间计算出膜层的厚度。 表2.1-6 点滴法测厚所用溶液
|
镀层
名称
|
基体
金属
|
溶液组成（g/L）
|
测量终点的特征
|
溶液在镀层
表面停留的
时间（s）
|
|
镍
|
钢、铜和铜合金
|
氯化铁（FeCl3·6H2O） 300
硫酸铜（CuSO4·5H2O） 100
|
铜表面呈现
玫瑰红色斑点，铜
和铜合金表面
呈现基体金属
|
30
|
|
铜
|
钢、镍
|
硝酸银（AgNO3） 44
|
钢表面呈现
黑色斑点，镍表
面呈现白色
斑点
|
30
|
|
锌、镉
|
钢、铜和铜合金
|
碘化钾（KI）
碘（I2）
|
呈现基体
金属
|
锌60
镉30
|
|
银
|
铜和铜合金
|
①碘化钾（KI） 400
碘（I2） 180
②硫代硫酸钠（g） 300
（Na2S2O3·5H2O）
蒸馏水（H2O）(ML) 1000
|
|
先60
后30
|
|
锡
|
钢、铜和铜合金
|
氯化铁（FeCl3·6H2O） 50
硫酸铜（CuSO4·5H2O） 20
盐酸(HCl,d=1.19)(ML) 150
|
钢表面呈现
玫瑰红色斑点，铜
表面呈现基体
金属
|
30
|
|
铬
|
钢、铜和铜合金及镍
|
盐酸(HCl,d=1.19)(ML) 100
蒸馏水（H2O）(ML) 300
|
呈现基体
金属
|
60
|
|
锡铅
合金
|
钢、铜和铜合金
|
氟硼酸（HBF4）(ML) 10
过氧化氢(H2O2,30%)(ML) 25
蒸馏水（H2O）(ML) 90
|
呈现基体
金属
|
30
|
表2.1-7 薄铬层厚度测定时的每秒厚度值
|
温度（℃）
|
厚度
（μm/s）
|
温 度
（℃）
|
厚度
（μm/s）
|
温度
（℃）
|
厚度
（μm/s）
|
|
10
|
0.0161
|
17
|
0.0188
|
24
|
0.0239
|
|
11
|
0.0164
|
18
|
0.0193
|
25
|
0.0249
|
|
12
|
0.0168
|
19
|
0.0198
|
26
|
0.0264
|
|
13
|
0.0172
|
20
|
0.0203
|
27
|
0.0274
|
|
14
|
0.0176
|
21
|
0.0211
|
28
|
0.0300
|
|
15
|
0.0180
|
22
|
0.0218
|
29
|
0.0325
|
|
16
|
0.0185
|
23
|
0.0226
|
30
|
0.0351
|
表2.1-8 点滴法测定镀层厚度时的hk(μm/s)
|
  
|
镍
|
铜
|
锌
|
锡铅合金
|
镉
|
铬
|
银
|
锡
|
|
含锡
39%～40%
|
含铅
51%～61%
|
|
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
|
0.55
0.57
0.59
0.61
0.63
0.65
0.67
0.69
0.70
0.71
0.72
0.73
0.74
0.75
|
0.79
0.81
0.83
0.85
0.87
0.89
0.93
0.97
1.01
1.05
1.08
1.11
1.14
1.16
1.18
1.20
1.21
1.23
1.24
1.25
|
0.78
0.82
0.87
0.91
0.96
1.01
1.05
1.09
1.14
1.18
1.24
1.27
1.32
1.36
1.40
1.45
1.52
1.59
1.66
1.73
|
－
－
0.68
0.70
0.72
0.73
0.75
0.77
0.79
0.81
0.83
0.84
0.86
0.88
0.90
0.92
0.94
0.96
0.97
0.99
|
－
－
0.53
0.54
0.55
0.56
0.57
0.57
0.58
0.58
0.59
0.60
0.60
0.61
0.62
0.63
0.63
0.64
0.65
0.65
|
在10℃～30℃的范围内均为
1.2
|
1.06
|
在18℃～25℃的范围内均为
1.10
|
在12℃～30℃的范围内均为
0.55
|
（二）液流法
液流法是点滴法的基础上进一步发展而来的，它增加了自动滴液和计时装置，其原理与点滴法相同。可根据溶解镀膜的时间计算出膜层的厚度。
液流法使用的溶液成分见表2.1-9，单位时间腐蚀的镀层厚度见表2.1-10。
表2.1-9 液流法使用的溶液成分
|
镀层
名称
|
基体金属
|
溶液组成（g/L）
|
测量终点的特征
|
|
锌
|
钢铁
|
硝酸铵（NH4NO3） 70
硫酸铜（CuSO4·5H2O） 7
盐酸（HCl,1mol/L）(Ml/L) 70
|
钢表面呈现
玫瑰红色斑点
|
|
镍
|
钢、铜和铜合金
|
氯化铁（FeCl3·6H2O） 300
硫酸铜（CuSO4·5H2O） 100
|
钢表面呈现
玫瑰红色斑点，铜和铜合金表面呈现基体金属
|
|
铜
|
钢、锌和锌合金、镍、铝及
硬铝
|
氯化铁（FeCl3·6H2O） 300
硫酸铜（CuSO4·5H2O） 100
|
钢表面呈现红色斑点，锌表面呈现黑色斑点，镍、铝表面呈现白色斑点
|
|
银
|
镍、铜和铜合金
|
碘化钾（KI） 250
碘（I2） 7.5
|
呈现底层金属
|
|
锡
|
钢、铜和铜合金
|
氯化铁（FeCl3·6H2O） 15
硫酸铜（CuSO4·5H2O） 30
盐酸（HCl,1mol/L）(Ml/L) 60
|
呈现玫瑰红色斑点
|
|
低锡青铜
|
钢铁
|
氯化铁（FeCl3·6H2O） 150
盐酸（HCl,d=1.19）(Ml/L) 150
冰醋酸（CH3COOH）(Ml/L) 250
三氯化锑（SbCl3）(L) 3
|
呈现黑色斑点
|
|
镉
|
钢、铜和铜合金
|
硝酸铵（NH4NO3） 1.75
盐酸（HCl,1mol/L）(Ml/L) 1.75
|
|
|
铬
|
钢、镍
|
盐酸（HCl,d=1.19）(Ml/L) 220
硫酸（H2SO4,d=1.84）(Ml/L) 100
硫酸铜（CuSO4·5H2O） 60
氯化铁（FeCl3·6H2O） 30
无水（乙醇）（C2H5OH）(ML/L)100
|
钢表面呈现玫瑰红色斑点，镍表面呈现白色斑点
|
|
锡铅合金
|
钢、铜和铜合金
|
硝酸（HNO3,d=1.4）(Ml/L) 200
双氧水（H2O2,30%）(Ml/L) 100
冰醋酸（CH3COOH）(Ml/L) 100
|
呈现基体金属
|
表2.1-10 单位时间腐蚀的镀层厚度（μm/s）
|
 镀层
温度（℃）
|
锌镀层
|
铜镀层
|
镍镀
层
|
锌镀
层
|
锡镀
层
|
铜锡合金
镀层（含锡10%左右）
|
镉镀层
|
黄铜
镀层
|
铬镀层
|
锡铅合金镀层
|
|
5
6
7
8
9
10
|
0.410
0.425
0.440
0.445
0.470
0.485
|
0.502
0.525
0.549
0.574
0.600
0.626
|
0.235
|
0.302
|
0.370
|
0.420
|
0.680
|
|
|
|
|
11
12
13
14
15
|
0.500
0.515
0.530
0.545
0.560
|
0.653
0.681
0.710
0.733
0.741
|
0.250
0.270
0.290
0.315
0.340
|
0.310
0.320
0.330
0.340
0.350
|
0.382
0.394
0.406
0.418
0.430
|
0.440
0.460
0.480
0.500
0.520
|
0.700
0.720
0.745
0.770
0.795
|
0.526
|
0.094
|
0.175
|
|
16
17
18
19
20
|
0.571
0.589
0.610
0.630
0.645
|
0.806
0.840
0.876
0.913
0.952
|
0.376
0.424
0.467
0.493
0.521
|
0.360
0.370
0.380
0.390
0.403
|
0.442
0.455
0.470
0.485
0.500
|
0.540
0.560
0.580
0.602
0.626
|
0.820
0.845
0.875
0.905
0.935
|
0.560
0.594
0.629
0.664
0.699
|
0.101
0.109
0.120
0.131
0.139
|
1.145
1.204
1.265
1.300
1.333
|
|
21
22
23
24
25
|
0.670
0.690
0.715
0.740
0.752
|
0.993
1.036
1.100
1.163
1.223
|
0.546
0.575
0.606
0.641
0.671
|
0.413
0.420
0.431
0.443
0.450
|
0.515
0.530
0.545
0.562
0.580
|
0.647
0.668
0.690
0.712
0.732
|
0.965
1.000
1.035
1.075
1.115
|
0.734
0.768
0.802
0.836
0.870
|
0.147
0.156
0.164
0.169
0.176
|
1.389
1.420
1.449
1.461
1.515
|
|
26
27
28
29
30
|
0.775
0.790
0.808
0.824
0.833
|
1.273
1.333
1.389
1.429
1.471
|
0.709
0.741
0.769
0.800
0.833
|
0.460
0.465
0.470
0.475
0.480
|
0.598
0.616
0.630
0.652
0.670
|
0.755
0.778
0.800
0.823
0.847
|
1.160
1.205
1.250
1.300
1.350
|
|
|
|
|
31
32
33
34
35
|
0.850
0.870
0.833
0.900
0.917
|
1.515
1.560
1.610
1.660
1.710
|
0.862
0.893
0.923
0.953
0.983
|
|
|
0.870
0.892
0.915
0.938
0.960
|
1.410
1.470
1.530
1.590
1.655
|
|
|
|
|
36
37
38
|
0.934
0.951
0.963
|
1.760
1.810
1.860
|
1.015
1.045
1.080
|
|
|
|
1.720
1.790
1.860
|
|
|
|
（三）腐蚀称重法
腐蚀称重法是在确定膜层试样面积的基础上，将试样置于专用的腐蚀液中，通过化学腐蚀或电解腐蚀，将膜层完全腐蚀为止。根据试样腐蚀前后的重量，计算出膜层的厚度。腐蚀称重法的溶液成分及操作条件见表2.1-11
表2.1-11 腐蚀称重法的溶液组成与工艺条件
|
镀层
|
基体金属
|
溶液组成（g/L）
|
工作温度
（℃）
|
|
锌、铬、锡
|
钢铁
|
盐酸（HCl,d=1.19）(ML)
三氧化二锑（Sb2O3）(g)
|
1000
20
|
温室
|
|
铜及铜合金
|
钢铁
|
铬酐（CrO3）
硫酸铵【(NH4)2SO4】
|
275
110
|
温室
|
|
镍
|
钢、铜和铜合金
|
硝酸（HNO3,70%）
|
－
|
温室
|
|
铬
|
镍、铜和铜合金
|
盐酸（HCl,d=1.19）
蒸馏水（H2O）
|
1（V）
1(V)
|
20～40
|
|
银
|
钢、铜和铜合金
|
硫酸（H2SO4,d=1.84）(ML)
硝酸铵（NH4NO3）(g)
|
1000
50
|
50
|
|
锡
|
铜和铜合金
|
盐酸（HCl,d=1.19）(ML)
硝酸铵（NH4NO3）(g)
蒸馏水（H2O）(ML/L)
|
10
20
100
|
温室
|
|
氧化膜
|
铝和铝合金
|
磷酸（H3PO4,d=1.71）
铬酐（CrO3）
|
52
20
|
90～100
|
第二节 镀层硬度
一、测量方法
膜层硬度指标反映了膜层抵抗外来挤压变形的能力，也可以说是膜层材料对塑性变形、硬物划伤、默算等的抵抗能力。它常作为耐磨性的一个重要指标。
在膜层硬度检测中，应尽量减小压痕的深度，压痕深度近似为t/10,t为镀层厚度，以消除基体材料对硬度测量值的影响，提高测量的精度。
鉴于电镀层和铝氧化膜层等表面镀复层的厚度一般较小（通常在几十微米以内），为了消除基体材料对镀复层硬度检测的影响，通常采用显微维氏或努氏硬度法测量硬度。
二、维氏显微硬度
维氏显微硬度测量使用两对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体压头。压力在试验力作用下压力试样镀层表面或剖面，保持一定时间后卸除试验力，在样品上获得正方形椎体压痕，测量压痕对角线长度，按14.2-1式计算或查表得到显微硬度值。
HV=0.1891
(2.2-1)
式中 HV——显微硬度值；
F——试验负荷（N）；
d——压痕对角线（mm）。
三、努氏硬度
努氏硬度使用的金刚石压头是对面角分别为172°30′和130°的四角棱锥，在试样上得到长短对角线比为7：1的棱形压痕，按14.2-2式计算或查表得到努氏显微硬度值。
HK=14.229×
(2.2-3)
式中 HK——努氏硬度值；
F——试验负荷（N）；
l——压痕长对角线长度（mm）。
四、镀层硬度测定注意事项
（一）试样
试样应经过除油、研磨和抛光处理，表面应无油污、平整和光滑。若测量断面硬度时，应按金相试样制备要求进行。尽量减小试样表面状态对测量精度的影响。
（二）硬度测量要求
1.维氏硬度
（1）压痕的每一个角与镀层的任一边的距离至少为对角线长度的一半。
（2）每一个压痕中，两条对角线长度值相差应小于5%。
（3）每一个压痕中，每条边的长度值相差应小于5%。
（4）镀层厚度应大于对角线平均长度的1.4倍。
2.努氏硬度
（1）软镀层（铝、铜、锌、镉、银等）的厚度应达到40μm。
（2）硬镀层（铬、镍、钴、铁和硬的贵金属及其合金等）应达到25μm。
（3）镀层厚度应达到压痕较长的对角线长度的0.35倍。
（三）负荷
在膜层厚度允许的条件下，应尽量选择较大的负荷，减少测量中的相对误差。要确保测量误差小于5%，压痕对角线长度应大于16μm。
通常情况下，测量硬度小于300HV的贵金属及其合金和薄的镀层硬度时，复合为0.245N。测定铝表面硬质阳极化膜层硬度时，复合为0.490N。测定硬度大于300HV的非贵金属材料负荷为0.981N。表2.2-1是测定不同金属镀层所用负荷的参考值。
表2.2-1 测定不同金属镀层所用负荷参考值
|
镀层类型
|
载荷（N）
|
镀层类型
|
载荷（N）
|
|
铅
|
0.05～0.07
|
镉
|
0.34～0.46
|
|
锡
|
0.09～0.1
|
锌
|
0.47～0.61
|
|
铝
|
0.18～0.32
|
铬
|
4～10
|
|
铜
|
0.32～0.94
|
镍
|
1.5～3.5
|
|
硬银
|
1～1.5
|
铝（硬质氧化膜）
|
1.5～3.5
|
施加负荷时要平稳、缓慢、无震动和冲击现象。压头压入速度为15μm/s～710μm/s，负荷保持时间为10s～15s。测定温度为23±5℃，必要时测定应在空调状态下进行。在同一试样相爱应在不同的部位至少进行5次有效测量，取平均值作为测量值。
第三节 镀层附着力
一、测量方法
基体材料上镀层附着力的评定方法很多，但都是定性检测方法，目前进行定量测定还存在着困难。表2.3-1是各种镀层附着力检测方法的使用范围。
表2.3-1 各种镀层附着力检测方法的使用范围
|
 覆盖层金属
附着强度试验
|
镉
|
铬
|
铜
|
镍
|
镍+铬
|
银
|
锡
|
锡-镍合金
|
锌
|
金
|
|
摩擦抛光
|
·
|
|
·
|
·
|
·
|
·
|
·
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钢球摩擦滚光
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剥离（焊接法）
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剥离（贴胶法）
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锉刀试验
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凿子试验
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划线、化格
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弯曲和缠绕
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磨锯试验
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拉伸试验
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热震试验
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深引（杯突）
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深引（突缘帽）
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喷丸
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阴极处理
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注：黑点“·”表示覆盖层所适用的试验方法。
二、摩擦法
（一）摩擦抛光法
在面积小于6cm2的平面镀层表面上，用一末端为半圆形的球形圆钢摩擦表面15s。摩擦时施加一定的压力，使镀层表面只有擦光面无切削现象，观察镀层表面有无出现长大的鼓泡，以判断镀层与基体附着力的情况。本实验方法只使用与较薄镀层在基体材料上的附着力的定性判断。
（二）摩擦滚光法
将试样放入装有3mm钢球的滚光机或振动滚光机内，并在其中加入皂液等润滑剂，根据对镀层结合力的妖气，选择转速或振动频率和时间。经此试验后，附着力不良的试验表面会出现鼓泡。本试验方法只适用于小零件表面镀层附着力的定性判断。
三、切割试验
将试件夹在钳台上，采用粗齿锉刀，有基体材料向镀层方向以大约45°角进行锉削，锉后观察锉口处，镀层与基体不得起皮或脱落。本实验只适合于较厚和较硬的镀层与基体材料附着力的定性检查。
（二）磨锯试验
采用砂轮机、磨床、钢手锯或锯床对镀件从基体向镀层方向进行膜削或切割，然后检查断面镀层与基体之间有无起泡或脱落现象。本方法只适用于镍、铬等硬脆镀层附着力的评判。
四、形变试验
（一）弯曲试验
（1）将试样沿着径向弯曲180°，然后采用5倍放大镜检查弯曲部位，镀层表面不允许有起皮、脱落现象。本方法只适用于附着力的定性判断。
（2）将试样夹在台钳中，反复弯曲直至基体与镀层一起断裂，观察断口处镀层的附着力情况，必要时可采哟个小刀挑撬镀层，镀层不应起皮、脱落；也可采用5倍放大镜观察断口。本方法只适用预薄片表面镀层的附着力的定性判断。
（二）缠绕试验
用于金属线材表面镀层的附着力检查。将φ1mm以下金属丝缠绕在直径为线材直径3倍的金属轴上，φ1mm以上的金属线材缠绕在直径与线材直径相同的金属轴上，绕成10～15个紧密靠近的线圈，用5倍的放大镜观察外部镀层的附着力，镀层不应起泡、脱落。
（三）拉伸试验
按机械性能试验时拉力棒的设计要求制取拉力棒，拉力棒的材质和热处理工艺应与实际镀件相同。在拉力棒表面镀取金属层，在拉力试验机上承受拉伸应力，直至断裂，用5倍放大镜观察断口出镀层与基体的结合情况，必要时可用小刀剥离检查。
（四）凿子试验
取以锐利的凿子，在镀层突出部位给予猛烈的锤击。如果镀层附着力好，则即使镀层可能破裂或击穿，镀层也不与基体分离。本方法只适用于基体材料表面镀层的附着力的判断，不适用于软镀层和薄镀层的附着力判断。
（五）深引试验
本实验在专用的压力试验机上进行，用特制的冲头冲压至基体和镀层一起变形，观察冲击部位镀层与基体的结合程度。本方法只适用于薄片试样与镀层附着力的定性判断，特别适用于较硬的镀层，如镍和铬镀层。本方法不适用于延伸性大的镀层和较薄的镀层的附着力的判断。
1.杯突试验
采用适当的液压装置，将一个直径为20mm的球状冲头以0.2mm/s～6mm/s的速度压入试样，一直压倒所需的深度为止，观察变形部位镀层的情况，附着力差的镀层，经几个毫米的变形镀层就会从基体表面剥离。
2.突缘帽试验
本实验装置采用一台普通压力试验机，配有一套用来冲压突缘帽的可调式模具，突缘直径为63.5mm，帽的直径为38mm，帽的深度在0～12.7mm之间可调。通常将试样到帽破裂时为止，深引后观察镀层表面有无脱落现象，从深引后未损部分的情况判断镀层的附着力。
五、剥离试验
1.焊接—剥离试验
取一块70mm×10mm×0.5mm的镀锌低碳钢带或镀锡黄铜片作为辅助试样，在距一端10mm处弯成直角，将短边平面焊到被检测试样镀层表面上，对长边施加一个垂直焊接面的拉力，直至辅助试片与被检测试样分离，若分离处不在被检测试样的镀层后基体之间，则镀层附着力好。本实验只适用于检验厚度小于125μm以下的镀层。
2.粘接—剥离试验
采用一种专用的纤维粘胶带附在镀层表面，粘胶带的附着强度值大约是每25mM宽度为8N，用一定重量的橡皮滚进行滚压，除去粘接面内的空气泡，间隔10s以后，用一垂直镀层的拉力剥离胶层后，镀层无剥离现象表面结合力好。
本实验方法特别适用于印制线路板上导体和触点的镀层与基体的结合强度，试验面积至少应有30mm2。
六。加热试验法
（一）热震试验
热震试验是利用基体金属和镀层之间在加温后突然聚冷的情况下膨胀系数的差别，观察镀层附着力的方法。对于易氧化的镀层或基体应在惰性气氛中或在适当的液体中间进行加温。热震试验的加热温度参见表2.3-2。
表2.3-2 镀层热震试验的加热温度
|
 覆盖金属
基体金属
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铬、镍、镍+铬、铜
锡-镍
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锡
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钢
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300℃
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150℃
|
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锌合金
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150℃
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150℃
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铜及铜合金
|
250℃
|
150℃
|
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铝及铝合金
|
220℃
|
150℃
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（二）冷热循环试验
冷热循环试验用于定性测定塑料制品表面的附着力，表14.3-3是冷热循环试验条件。
表2.3-3 冷热循环试验条件
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种类
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条件
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A循环
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上限温度75±2℃，下限温度20℃±5℃
|
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B循环
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上限温度75±2℃，下限温度-20℃±5℃
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C循环
|
上限温度75±2℃，下限温度-20℃±5℃
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试验采用先把零件加热到高端温度，保温1h，恢复到室温，再把零件转入到低端温度中，按规定反复循环数次后观察镀层表面状态。
经冷热循环试验后，观察镀层表面有无气泡裂纹和脱落现象以便确定镀层的附着力。
根据塑料种类的不同、使用环境的区别确定试验的循环种类和冷热循环次数。
七、塑料基体上电镀层附着力的定量测定
（一）塑料基体上镀层剥离强度的定量测定
试样为75mm×100mm的塑料板，在表面上镀覆40±4μm的镀铜层。用锋利的刀子沿100mm的长度方向，在距边25mm的位置切割铜镀层至基体，成25mm宽的铜片，用工具将一个端面的铜层轻轻地剥离到约15mm长。用专用夹具夹住铜片，用垂直于表面的力进行剥离，剥离速度为25mm/min，记录剥离力直到铜层剥离，取其平均值作为平均剥离力。剥离强度按以下公式计算：
Fr= Fp×
（2.3-1）
式中 Fr——剥离强度（N/cm）；
Fp—— 剥离力（N）；
h——切割铜层宽度（mm）。
（二）塑料基体上镀层拉脱强度的定量测定
取一平板塑料，表面镀覆30μm～40μm厚的铜层。另取一个截面积为10mm×10mm的铜柱或铝柱的截面胶在镀有铜的塑料平板上，沿铜柱或铝柱的边缘，用锋利的刀子将镀铜层切割至塑料基体。
用拉力试验机以垂直于镀层的力进行拉脱试验，直至镀铜层与塑料基体剥离，记录拉力值，并计算出拉脱强度。拉脱强度的计算公式如下：
FH=
(2.3-2)
式中 FH——拉脱强度（N/cm2）；
F——拉脱力（N）；
S——铜柱或铝柱的截面积（cm2）。
拉脱强度与剥离强度的关系如下：
FH=5.5Fr/δ3/4 （2.3.-3）
式中 Fr——剥离强度（N/cm）；
δ——被剥离金属镀层的厚度（cm）。
第四节 镀层的空隙率
空隙率通常指的是涂层的基体通道中单位面积上气孔的数目。在电镀层中通常指的空隙是单位面积上从镀层表面穿透至基体金属的细小孔道的数目。空隙率是镀层检测的一项重要的质量指标，它将影响到镀层的防渗碳、渗氮、碳-氮共渗有非常重要的作用。
空隙率的检测有化学腐蚀法、电图像法和渗透法，最常用的是化学腐蚀法和电图像法。
一、化学腐蚀法
（一）贴滤纸法
贴滤纸法试验检测溶液及检测条件见表2.4-1。
表2.4-1 试验检测溶液及检测条件
|
镀层种类
|
基体金属或下
层镀层金属
|
溶液组成（g/L）
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贴置时间
（min）
|
斑点特征
|
|
铬、镍-铬、铜-镍-铬
|
钢铁
|
铁氰化钾【K3Fe(CN)6】 10
氯化钠(NaCl) 30
氯化铵(NH4Cl) 60
|
10
|
①蓝色
点：孔隙直
至钢体
②红褐色
点：孔隙直
至铜基体或
铜镀层
③黄色
点：孔隙直
至镍镀层
④玫瑰红
色点：孔隙
直至铝基体
|
|
铬、镍-铬
|
铜及其合金
|
铁氰化钾【K3Fe(CN)6】 10
氯化钠(NaCl) 30
氯化铵NH4Cl) 60
|
10
|
|
镍
|
钢铁
|
铁氰化钾【K3Fe(CN)6】 10
氯化钠(NaCl) 20
|
5
|
|
铜及其合金
|
铁氰化钾【K3Fe(CN)6】 10
氯化钠(NaCl) 20
|
10
|
|
铜-镍、镍-铜-镍
|
钢铁
|
铁氰化钾【K3Fe(CN)6】 10
氯化钠(NaCl) 20
|
10
|
|
铜
|
钢铁
|
铁氰化钾【K3Fe(CN)6】 10
氯化钠(NaCl) 20
|
20
|
|
锡
|
钢铁
|
铁氰化钾【K3Fe(CN)6】 10
亚铁氰化钾【K3Fe(CN)6·3H2O】10
氯化钠(NaCl) 20
|
5
|
|
阴极性镀层
|
铝及其合金
|
铝试剂 3.5
氯化钠（NaCl) 10
|
10
|
注：除铝试剂为分析纯级外，其他试剂均为化学纯级。
试验检测步骤如下：
（1）将待检测试样或零件用有机溶剂清洗干净，使表面无油和其他影响检测结果的污染物，然后用蒸馏水或去离子水清洗干净，用无油清洁的压缩空气吹干表面或滤纸将表面的水分吸干。
（2）用干净的滤纸浸透专用空隙率检查溶液敷于待测样品或零件表面，滤纸和零件表面件间不能残留气泡，使浸有溶液的滤纸与待测产品或零件紧密贴合。
（3）在规定时间内不断地向滤纸上补加检测溶液，保持滤纸浸湿并浸透液体。
（4）达到规定时间后将滤纸放入干净的蒸馏水或去离子水中，将多余的检测溶液洗净，放在干净的玻璃板上干燥，察看滤纸表面的显色点数。
（5）根据显色点数按式中2.4-1计算试样或零件表面镀层的空隙率。空隙率检测可平行试样取其算术平均值作为最终测定结果。
孔隙率=
(点/ cm2) （2.4-1）
式中 N——孔隙显色斑点数；
S——被测试样或零件的被检测面积(cm2)。
（二）浸渍法
试样检测溶液及检测条件见表2.4-2
表14.4-2 试样检测溶液及检测条件
|
序号
|
镀层
|
基体金属或下
层镀层金属
|
溶液成分（g/L）
|
斑点特征
|
|
1
|
铜
镍
铜-镍、镍-铜
-镍-铬
镍-铬
铜-镍-铬
|
钢
钢、铜及其合金
钢
钢、铜及其合金
钢
|
铁氰化钾 10
氯化钠 15
白明胶 20
|
①蓝色点：孔隙直
至钢体
②红褐色点：孔隙
直至铜基体或铜镀层
③黄色点：孔隙直
至镍镀层
④玫瑰红色点：孔隙直至铝基体
|
|
2
|
阴极性镀层
|
铝及铝合金
|
铝试剂 3.5
氯化钠 150
白明胶 10
|
注：1、除铝试剂为分析纯级外，其他试剂为化学纯级。
2、溶液1配好后，应存放在棕色玻璃瓶中备用。
试验检测步骤如下：
（1）用有机溶剂将被检测试样或零件的表面清洗干净，使被检测试样或零件表面无油污和其他影响检测的污染物。用去离子水或蒸馏水清洗干净后，用干净无污染的压缩空气吹干表面或用滤纸吸干表面。
（2）将被检测试样或零件浸入专用检测液中，5min后取出，用滤纸吸取多余水分，晒干后观察显色斑点数。
（3）根据被检测试样或零件的面积，按式2.4-2计算空隙率。
孔隙率=
(点/ cm2) （2.4-2）
式中 N——孔隙显色斑点数；
S——被测试样或零件的被检测面积(cm2)。
（三）涂膏法
腐蚀膏的配方及检测条件见表2.4-3。
表2.4-3 腐蚀膏的配方及检测条件
|
膏剂序号
|
镀层
|
基体金属
|
检验膏成分
|
斑点颜色
|
|
1
|
所有阴极性镀层
|
钢
|
α－α联呲啶或邻
菲啰啉盐酸
二氧化钛
|
红色
|
|
2
|
除锡以外所有阴极性镀层
|
铜及铜合金
|
二苯基对二氨脲
乙酸
过流酸铵
甘油
二氧化钛
|
红-棕色
|
|
3
|
所有阴极性镀层
|
铝及铝合金
|
铝试剂
过氧化氢
二氧化钛
|
玫瑰色
|
试验检测步骤如下：
（1）将被检测试样或零件用有机溶剂清洗干净，使表面无油污和影响检测的其他污染物。
（2）用去离子水或蒸馏水清洗表面，随后用清洁无污染的压缩空气吹干或用干净滤纸擦干。
（3）在被检测表面涂覆专用腐蚀膏，5min～10min以后，观察腐蚀膏表面的显色斑点数。
（4）按式14.4-3计算空隙率。
孔隙率=
(点/ cm2) （2.4-3）
式中 N——孔隙显色斑点数；
S——被测试样或零件的被检测面积(cm2)。
二、电图像法
电图像法试验步骤如下：
（1）用有机溶剂清洗被检测试样或零件，使表面无油污和影响检测的其他污染物。
（2）用蒸馏水或去离子水清洗试样或零件。
（3）在专用的检测溶液中进行电解处理。
（4）取出试样或零件观察表面的显色斑点数。
（5）按式14.4-4计算孔隙率。
孔隙率=
(点/ cm2) （2.4-4）
式中 N——孔隙显色斑点数；
S——被测试样或零件的被检测面积(cm2)。
第五节 镀层耐蚀性
一、试验方法
镀层耐蚀性评判是镀层是否能够满足设计性能要求的重要指标，是设计人员选择电镀层材料和镀层厚度的重要依据。
镀层耐蚀性试验分为自然条件下的暴露试验和人工条件下的加速腐蚀试验。其中加速腐蚀试验包括：点滴试验、腐蚀膏试验、中性盐试验、醋酸盐雾试验、铜盐加速 盐雾试验、二氧化硫气体腐蚀试验、硫化氢气体腐蚀试验、硫代乙酰胺腐蚀试验、周期浸润试验、湿热箱试验、电解腐蚀试验。
各种试验方法都有局限性，试验方法的选择与设计要求、镀层种类和产品使用环境的恶劣程度有关。
二、户外暴露腐蚀试验
（一）试样
户外暴露腐蚀试验比较真实的反应了带有各种镀覆层的产品在自然大气环境下耐腐蚀性能的数据，给出了镀复层对于产品的有效保护期。户外暴晒腐蚀试样最好选择平板试样，按要求在表面制备镀复层。为减少试样边缘应数据误差，应尽可能加大被检测试样的面积，试样尺寸应大于50cm2(5cm×10cm)。
户外暴晒腐蚀试验也可选择零件或组、 部件进行试验，但对于所代表的产品应具有代表性。以零、部、组件进行实验时，其试验面积也应大于50cm2。面积不够时，应增加另加数量，以确保受试面积。
试验中，每批应取三组试样，以零件进行试验，面积不足50cm2时要按三组的要求相应增加零件数量。
在进行户外暴晒试验中，被检测试样旁应放置与覆层金属材料相同的金属标准试样，以便评价试样过程中的腐蚀条件。
（二）试验条件
暴晒试验条件尽可能与产品使用条件相似。暴晒方式包括：露天暴晒、半封闭暴晒和全封闭暴晒。
1.露天暴晒
暴晒试样（包括标准试样）应置于专用的框架上，框架的耐蚀性能应能满足暴晒要求，框架上试样的放置应与地平面成45°角，试片应面向南方，距地面高度约为0.8m～1m左右，架子附近的绿化应低于0.2m。
2.半封闭暴晒
试样放置在有屋顶的棚下，试样应垂直于地面放置或与垂直方向成15°或45°放置。试样不受阳光直接照射和雨淋，屋顶距地面高度应达到3m，四周空气流动通畅。
3.全封闭暴晒
在全封闭暴晒试验中，暴晒试验条件已基本不受外界环境的影响。
三、加速腐蚀试验
大气暴晒腐蚀试验虽然能较真实的反应镀层在使用过程中的耐蚀性能，但耗时长，在实际应用中受到了限制。加速腐蚀试验方法弥补了大气暴晒试验的不足，但是不能非常准确地范瑛出电镀产品在实际使用过程中的耐蚀性能。
（一）点滴试验
点滴试验通常用于钢铁件发蓝、磷化及铝合金氧化等膜层耐蚀性能评判。
钢铁件发蓝、磷化点滴试验溶液组成及工艺见表2.5-1，铜及铜合金钝化膜点滴试验见表2.5-2，铝及其合金阳极氧化膜点滴试验溶液组成及时间标准见表2.5-3、表2.5-4，镁及其合金阳极氧化膜点滴试验溶液组成及时间标准见表2.5-5、表2.5-6。
表2.5-1 钢铁件发蓝、磷化点滴试验溶液组成及工艺
|
转化膜
类别
|
试液成分
|
终点变化
|
合格标准
|
备注
|
|
氧化膜
|
1
|
2%硫酸铜溶液
|
试样表
面无变化
|
20s
|
允许在1cm2内有2～3个接触析出的红色
|
|
2
|
5%草酸溶液
|
试样表
面无明显
变化
|
1min为
合格;
1.5min
为良好
|
|
|
磷化膜
|
0.2mol/L硫酸铜
40Ml
10%氯化钠 20Ml
0.1moL/L硫酸铜
0.8ML
|
出现玫瑰红色斑点
|
3min以上
|
作为油漆底层的快速
磷化，冷磷化以30s为
合格
|
表2.5-2 铜及铜合金纯化膜点滴试验方法
|
转化膜类别
|
耐蚀性试验方法
|
|
铜及其合金钝化膜
|
用50%硝酸滴在试样表面，观察产生气泡的时间，以超过
6s者为合格
|
|
铜件钝化膜
|
用25%的氨水滴在试件表面，1min后用棉球擦干，以表
面不呈暗色者为合格
|
表2.5-3 铝及其合金阳极氧化膜点滴试验溶液组成
|
转化膜类别
|
试液成分
|
终点颜色
|
备注
|
|
铝及其合金
阳极氧化膜
|
盐酸（HCl,d=1.19） 25ML
重铬酸钾（K2Cr2O7） 3g
蒸馏水 75mL
|
液滴变为绿色
|
氧化封闭处理后3h内进
行试验
|
表2.5-4 铝及其合金阳极氧化膜点滴试验时间标准
|
阳极氧化使用的方法
|
材料
|
不同温度下点滴试验时间标准（min）
|
|
11℃～13℃
|
14℃～17℃
|
18℃～21℃
|
22℃～25℃
|
27℃～32℃
|
|
硫酸法
|
包铝材料（膜厚>10μm）
|
30
|
25
|
20
|
17
|
14
|
|
裸铝材料（膜厚5μm～8μm）
|
11
|
8
|
6
|
5
|
4
|
|
铬酸法
|
包铝材料
|
|
|
12
|
8
|
6
|
|
裸铝材料
|
|
|
4
|
3
|
2
|
|
瓷质阳极氧化法
|
XL104
|
10
|
8
|
5
|
4
|
3
|
|
LY12
|
10
|
8
|
5
|
3.5
|
2.5
|
表2.5-5 镁及其合金阳极氧化膜点滴试验溶液组成
|
转化膜类别
|
试液成分
|
终点颜色
|
备注
|
|
镁合金化学
氧化膜
|
1
|
1%氯化钠溶液与0.1%酚酞酒精溶液的混合液
|
液滴呈
现玫瑰
红色
|
|
|
2
|
高锰酸钾（KmnO4） 0.05g
硝酸（HNO3,d=1.42） 1mL
蒸馏水 10mL
|
液滴呈
现红色不
消失
|
到3min
时红色不
消失者为
合格
|
表2.5-6 镁及其合金阳极氧化膜点滴试验时间标准
|
合金牌号
|
在不同温度下点滴试验时间标准（min）
|
|
20℃
|
25℃
|
30℃
|
35℃
|
40℃
|
|
MB8
|
2
|
1.33
|
1.05
|
0.86
|
0.66
|
|
MB1
|
2
|
1.33
|
1.05
|
0.86
|
0.66
|
|
ZM5
|
1
|
0.66
|
0.58
|
0.43
|
0.33
|
点滴试验操作简单、速度快，主要用于生产线上镀复层耐蚀性的检查。点滴试验的操作步骤如下：先用有机溶剂清除被测试样或零件表面的油污和其他影响点滴式样的污染物，晒干后待测。再将点滴试验溶液滴在试样的表面或将试样置于点滴食盐溶液中，观察试样表面镀层变色时间，评判镀层的耐蚀性能。
（二）腐蚀膏试验（CORR）
腐蚀膏试验是将专用的腐蚀膏涂覆于被检测试样的表面，等腐蚀高干燥后，将涂覆有腐蚀膏的试片置于潮湿试验箱中进行试验，试验结束后，观察腐蚀膏表面的腐蚀点数，评判镀层耐蚀性。本方法主要适合于镍-铬镀层和铜-镍-铬镀层的耐蚀性评判。
腐蚀膏的成分及工作条件如下：
硝酸铜【Cu(NO3)2·3H2O】 0.035g
三氯化铁（FeCl3·6H2O） 0.165g
氯化铵（NH4Cl） 1.0g
蒸馏水 50mL
高岭土 30g
腐蚀膏试验的操作步骤：
（1）用有机溶剂清洗试样或零件，使试样或零件表面无油污和影响检测的其他污染物。
（2）在试样或零件表面涂覆专用的腐蚀膏，腐蚀膏的厚度月为0.08mm～0.2mm。在室温和相对湿度约为50%的条件下干燥1h。
（3）将干燥后的试样放置于温度为38±2℃，相对湿度为80%～90%，且无凝露的湿热试验箱中，16h为一周期。
（4）若设计要求腐蚀周期为一周期以上时，则用清水或海绵将表面的腐蚀膏清洗干净，按上述步骤重新进行腐蚀试验。
（5）试验结束后，可直接在腐蚀膏表面观察腐蚀点的大小和数量，为了能够较清晰地观察，可在除去腐蚀膏以后将试样置于中性盐雾条件下，暴露4h或在38℃相对湿度为100%的湿热箱中暴露24h，以显示腐蚀点。
（三）中性盐雾试验（NSS）
中心盐雾试验是加速腐蚀试验的一种方法，是在专用的盐雾箱中进行的。适用于钢铁件上的镀锌、镀铬、氧化和磷化等镀覆层的耐蚀性检验。
中心盐雾试验配制的盐水为5%的NaCl溶液，PH为6.5～7.2，箱中温度为385±2℃，，相对湿度为95%以上。
中性盐雾试验喷雾沉降为1Ml～2Ml/8cm2·h，收集的盐雾NaCl浓度应为5±1%，PH为6.5～7.2，喷嘴压强应为0.07Mpa～0.1Mpa。
中性盐雾试验的步骤：
（1）采用有机溶剂清洗试样表面，使试样表面无油污和其他对镀层具有腐蚀的物品。
（2）将试片置于盐雾箱中，试片受试面朝上与垂直线成15°～30°。
（3）按检验周期规定进行盐雾试验。
（4）取出试样用流动水轻轻冲洗或用海绵带水轻轻擦拭表面除去盐沉积物，然后在80℃～100℃干燥30min左右。
（5）对试样的腐蚀等级给给予评判。
（四）醋酸盐雾试验（ASS）
主要使用铜-镍-铬或镍-铬等装饰性镀层的耐蚀性试验，也适合于铝的阳极氧化膜的耐蚀性试验。试验用醋酸盐雾溶液采用化学纯冰醋酸配制，PH为3.0～3.1，喷雾收集液PH为3.2±0.1。
试验的其他要求与中性盐雾试验方法相同。
（五）铜盐加速醋酸盐雾试验（CASS）
主要适用于钢铁件和锌压铸件上铜=镍-铬或镍-铬装饰性镀层的耐蚀性试验，也适用于铝及铝合金阳极氧化膜的耐蚀性试验。
试验用盐溶液的配制方法如下：按中心盐雾试验方法配制NaCl溶液。在NaCl溶液中加入0.26±0.02g/L的化学纯氯化铜（CuCl2·2H2O）。用化学纯冰醋酸调节PH为3.0～3.1。
试验温度为50±1℃，喷雾收集液PH为3.2±0.1，其他要求与中心盐雾试验相同。
（六）二氧化硫试验法
适用于铜锡合金-铬、镍-铬、铜=镍-铬等装饰性镀层的耐蚀性评定，本方法可作为人工模拟的工业性大气加速腐蚀试验。
二氧化硫气体可直接用二氧化硫气体钢瓶，通过气体流量计定量供给。也可以配制成二氧化硫饱和水溶液的形式供给。试验条件为：
二氧化硫浓度 0.1%～1%
温度 42±1℃
湿度 94%～98%
二氧化硫试验法的操作步骤与中性盐雾试验法相同。
（七）硫化氢试验法
适用于铜及铜合金镀层和银及银合金镀层的抗变色试验。试验用硫化氢气体的供给为直接从实验箱中供给含硫化氢的空气，试验箱内温度为25±1℃，相对湿度75±5%。另外硫化氢的供给也可采用在硫化钠中加入硫酸提供硫化氢气体。试验条件为:
硫化氢浓度 0.4%～0.6%
温度 42±1℃
相对湿度 85%～95%
（八）电解腐蚀试验（EC）
1.试验方法
主要用于快速而准确地评判铬和锌合金铸件上的铜、镍、铬电沉积层的耐蚀性。试验是通过给定一个恒定的电流密度，在专用的电解液中透过的铬层的空隙和微裂纹对基体金属进行电解。电解60±2s以后放置于 专用的指示剂溶液中，根据特征反应观察腐蚀点，以次往复，直至达到规定的电解时间为止。镀层的耐蚀性有电解时间决定，出现腐蚀点所经历的电解时间越长，说明镀层的耐蚀性越高。
在规定的电解时间内镀层的耐蚀性还可用指示剂溶液来判断。为了较精确地获得耐蚀性数据，可将电解后试样的铬层退掉，用干涉显微镜测量镍层中腐蚀点的密度、半径腐蚀深度。
2.试验电解溶液
（1）鉴定钢基或锌基试验的腐蚀点所用电解溶液组成如下：
硝酸钠（NaNO3） 10.0g/L
氯化钠（NaCl） 1.3g/L
硝酸（HNO3,d=1.42） 5mL/L
槽液寿命：每升溶液通电量达900C时应更换溶液。
（2）鉴定铜基腐蚀点所用电解溶液组成如下：
硝酸钠（NaNO3） 10.0g/L
氯化钠（NaCl） 1.3g/L
硝酸（HNO3,d=1.42） 5mL/L
二氮杂菲(C12H8N2·HCl) 1g/L
槽液寿命：每升溶液通电量达200C时或从腐蚀点没有红色液流时，应更换溶液。
3.指示剂溶液
（1）鉴定电解后锌基试样的腐蚀点所用指示剂溶液组成如下：
冰醋酸（CH3COOH） 2mL/L
喹啉(C9H7N) 8mL/L
(2)鉴定电解后铜基试样的腐蚀点所用指示剂溶液组成如下：
冰醋酸（CH3COOH） 2mL/L
硫氰化钾（KCNS） 3g/L
过氧化氢(H2O2,30%) 3mL/L
槽液寿命：溶液用到看不清腐蚀点冒出红色液流时，应更换溶液。
4.试验操作步骤
（1）用绝缘漆或绝缘胶带将试片边缘角处和方面等非检测部位绝缘。
（2）用氧化镁浆擦拭被检测试样表面后，用清水洗使试样表面完全被水浸润。
（3）将试片置于电解液中通电电解，试片与甘汞电极的电位为0.3V，阳极（试片）电流密度不应大于3.3mA/cm2；如果阳极电流密度大于3.3mA/cm2时，可略微降低电压，确保阳极电流密度不大于3.3mA/cm2。
（4）通电周期为通电1min，断电2min。
（5）通电结束后，将试片清洗干净置于指示剂后观察。
（6）如果试样需要进行一个周期以上时，可重复进行电解 –指示剂溶液观察，以达到规定的时间为止。
（九）金属镀层腐蚀试验结果评价
对家属基体表面镀覆的印记性镀层，如钢基体上或锌压铸件及铝合金上的镍-铬、铜-镍-铬、铜-镍、铜锡合金-铬等镀层，经过大气暴晒试验，盐水喷雾试验，腐蚀膏试验，二氧化铝试验等，对所产生的各种不同的腐蚀结果，需作出保护性等级评定。评定方法如下：将透明的画有5mm×5mm方格的有机玻璃板或塑料薄膜覆盖在待测试镀层的主要表面上，这样镀层主要表面便被划分成若干方格，输出方格总数（N）。再检查腐蚀点所占格数（n）。若有10个或10个以上的腐蚀点包含在任何两个相邻的考核面积内，则此试样是局部腐蚀严重。或有任何腐蚀点占据面积大于2.5cm2都不能评级。
当计算n时，位于测试边缘的方格超过二分之一者，以一个方格计算，不到二分之一者则略去不计。
腐蚀率（%）=
式中 n——腐蚀点所占格数；
N——覆盖主要面积的总格数。
根据腐蚀率按表2.5-7评定级别，10级耐腐蚀性最好，级最差。
表2.5-7 腐蚀率评定级别
|
腐蚀（%）
|
评定级别
|
腐蚀率（%）
|
评定级别
|
|
0(无腐蚀点)
|
10
|
4～8
|
4
|
|
0～0.25
|
9
|
8～16
|
3
|
|
0.25～0.5
|
8
|
16～32
|
2
|
|
0.5～1
|
7
|
32～64
|
1
|
|
1～2
|
6
|
>64
|
0
|
|
2～4
|
5
|
|
|
第三章 环保与污染控制
第一节 表面处理工艺对环境的影响
在表面处理工艺中，会产生废水、废气、噪声等，对环境造成污染。其中在电镀、化学镀、化学转化等工艺中，采用了多种化学药品、表面活性剂等，产生有害气体和液体，它们对环境的影星如表3.1-1所示。
表3.1-1 常用电镀对生产环境产生的影响
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序号
|
电镀工艺
|
产生的有害物
|
对环境的影响及危害性
|
|
1
|
除油
|
含碱气体
和含碱液体
|
碱使水体pH发生变化。饮用水标准中pH的适用范围是7～8.5。在渔业水体中pH不应低于6或高于9.2，农业用水允许的pH在4.5～9.0之间
|
|
2
|
酸洗
|
含酸气体
和含酸液体
|
硫酸能刺激并腐蚀人体所有黏膜，引起上呼吸道灼伤及可能的肺部损害，侵蚀牙齿的珐琅质，对皮肤的腐蚀特别厉害
硝酸放出棕色烟雾会严重腐蚀人体皮肤和黏膜
盐酸对皮肤黏膜有刺激作用，可引起呼吸道炎症
酸使水体pH发生变化。若天然水体长期受酸污染，将使水质逐渐酸化，从而产生生态影响，pH低于5时，一般鱼类将会死亡
|
|
3
|
镀锌
|
废水中含锌
化合物
|
锌盐有腐蚀作用，能损伤胃肠、肾脏、心脏及血管，导致死亡。引用水中锌浓度为10mg/L～20mg/L时可引起癌症。浓度为0.01mg/L可使鱼类致死。含锌废水不宜灌溉农田
|
|
4
|
镀镉
|
废水中含镉
化合物
|
镉进入人体后，主要累积于肝、肾和脾脏内。能引起骨节变形、腰关节损伤，有时还会引起心血管病。镉浓度为0.1mg/L时对水体的自净作用有害。浓度0.2mg/L～1.1mg/L可使鱼类死亡
|
|
5
|
镀铬、铝
件铬酸
阳极
氧化
|
铬酸雾
废水中含三
价铬和六价铬
的化合物
|
铬中中毒时能使皮肤及呼吸系统溃疡，引起脑膜炎和肺癌。铬的化合物对水生物有致死作用，并能抑制水体的自净。特别是六价铬危害最大，浓度0.01mg/L就能使水生物死亡
|
|
6
|
镀镍
|
溶液蒸气
废水中含镍
化合物
|
镍中毒时引起皮炎、头痛、呕吐、肺出血、虚脱。有资料介绍镍可导致癌肿，主要是肺癌、胃癌和鼻癌
镍化合物为0.07mg/L～0.1mg/L时对水生物有毒害作用，镍浓度0.8mg/L时，对某些鱼类有致死作用。镍浓度1mg/L时可使燕麦出现枯黄，15.6mg/L～29.4mg/L时可使糖用甜菜、西红柿、白菜、土豆和燕麦作物的生长减慢
|
|
7
|
镀铜
|
废水中含铜
化合物
|
铜能抑制镁的作用，并有溶血作用，铜中毒时引起脑病、血尿、腹痛和意识不清等
铜对水生物毒性最大，浓度0.1mg/L～0.2mg/L可使鱼类致死。用含铜废水灌溉可使农作物枯死
水中含铜0.5mg/L时，有色和臭味
|
|
8
|
镀铅、镀
铅锡
合金
|
废水中含铅
化合物
|
如摄取铅量每日超过0.3mg～1.0mg，就可在人体内积累，引起贫血、神经炎、肾炎等症状
铅对鱼类的致死浓度为0.1mg/L～0.3mg/L，铅浓度为0.1mg/L时，可破环水体自净作用
|
|
氟化氢气体
|
吸入氟化氢气体会刺激鼻喉，引起炎症，肺有增殖性病变、氟骨症
|
|
9
|
氰化物电
镀（镀锌、镀铜、镀镉、镀银、镀金、镀
铜基合
金等）
|
废水中含氰
化合物
|
氰化物是剧毒物，一般人只要以次误用0.1mg/L左右的氰化物或氰化钾就会死亡
含氰废水有很大毒性，当水中氰含量达0.3mg/L～0.5mg/L时便可使鱼类致死，氰对其他水生物也具有毒性
|
|
含氰蒸气
|
吸入氰化氢气体可导致喉痒、头痛、头晕、恶心、呕吐。严重中毒时心神不安，呼吸困难、抽搐甚至停止呼吸
|
电镀过程中产生的废水按其来源大体分为前处理废水、底层漂洗废水、后处理废水及废镀液，废退镀液几类。
在前处理过程中，除油过程产生的清洗废水以及更新废液都是碱性废水，常含有油类及其他有机化合物。酸洗除锈过程中产生的废水一般酸度较高，含有重金属离子及少量有机添加剂。许多厂矿常将前处理的各种酸碱废水都排入同一定的游离酸，表17.1-2是前期废水的主要污染物组分。
表3.1-2 前期处理废水的主要组分（mg/L）
|
Ph
|
2～3
|
Zn
|
5～10
|
|
Fe
|
40～400
|
表面活性剂、油分等
|
少量
|
|
Cu
|
～50
|
COD
|
5～20
|
电镀过程中镀层漂洗水是重金属污染的主要来源，其中主要污染物如表17.1-3所示。
表3.1-3 镀层漂洗水中主要污染物
|
镀种
|
镀液名称
|
废水中金属离子（mg/L）
|
|
锌
|
氰化镀锌 吊镀
滚镀
|
20～50
200～400
|
|
氨三已酸镀锌 吊镀
滚镀
|
10～40
150～200
|
|
锌酸盐镀锌
|
5～20
|
|
镉
|
氨三乙酸镀镉 吊镀
|
10～30
100～200
|
|
滚镀
|
10～20
100～200
|
|
铜
|
氰化镀铜
焦磷酸盐镀铜
硫酸镀铜
HEDP镀铜
|
30～60
20～40
30～80
2～10
|
|
镍
|
普通镀镍
光亮镀镍
|
20～40
40～80
|
|
铬
|
普通镀铬
低铬镀铬
高铬镀铬
镀硬铬
|
50～150
20～50
150～300
100～150
|
|
锡
|
碱性镀锡
硫酸镀锡
|
20～100
20～60
|
|
氰化镀银
|
一般镀银
光亮镀银
|
10～40
20～60
|
|
铜锡合金
|
氰化镀铜锡合金
焦磷酸-锡酸盐镀铜锡合金
|
Cu 10～40
Sn 10～70
Cu 5～20
Sn 20～30
|
|
锌、镍、铁三元合金
|
|
Zn 10～40
Ni 3～10
|
镀层后处理的废水主要来自漂洗后的钝化等，不同工艺所产生的污染物浓度与成分差别较大。
电镀液、退镀液长期使用后主见失效，有时将槽液废弃一部分，补充锌溶液，有时需全部弃去。各种废镀液中重金属离子浓度较高，积累的杂质也很多，表3.1-4是几种电镀废液的主要组分。
表3.1-4 几种电镀废液的组分（g/L）
|
废液
|
Cr6+
|
Cr3+
|
Cu2+
|
Fe3+
|
Zn3+
|
Ni2+
|
CN-
|
|
镀铬废液
氰化镀铜废液
中铬钝化废液
电解退铜废液
|
90～120
8～40
180
|
3～20
1～5
10～20
|
1～5
60～70
40～50
|
2～20
<1
1～2
|
<3
1～10
|
<3
|
80～90
|
第二节 废水处理
一、含氰废水处理
氰化物有剧毒，含氰废水必须妥善处理已达到排放标准。常用的处理方法是化学处理法（碱性氯化法）。碱性氯化法是在碱性条件下，采用次氯酸钠、漂白粉、液氯等氯系氧化剂将氰化物破坏氯酸根的氧化作用。碱性氯化法破氰分为；两个阶段：第一阶段是将氰氧化成氰酸盐，此时破氰尚不彻底，称为不完全氧化；第二阶段是将氰酸盐进一步氧化分解成二氧化碳和氮气，称为完全氧化。
（一）不完全氧化
1.原理
氰化物在碱性条件下被氯氧化成氰酸盐的过程称为不完全氧化。其反应如下：
CN-+ClO-+H2O=CNCl+2OH-
CNCl+2OH-=CNO-+Cl-H2O
上述反应在任何PH条件下均能迅速完成。在酸性条件下，生成的剧毒物CNCl极易挥发而造成危害，PH小于8.5就有释放出CNCl的危险。在碱性条件下，只要有足够的氧化剂，CNCl会很快的水解转化成微毒的氰酸根CNO-，PH越高，转化越快。CNCl水解的速度取决于废水的PH、温度和有效氯的浓度。PH越高，水温越高，有效氯浓度越高则水解的速度越快。
2.工艺条件
（1）废水PH CNCl的水解速度随PH增大而加快。PH应控制在10～11，采用液氯做氧化剂时，PH控制在11～11.5.当CN-的浓度高于100Mg/L，PH最好控制在12～13。反应时间一般为20min～30min。
（2）氧化剂用量 简单氰化物（如NaCN、KCN）的理论投药量是固定的，而络合氰化物的理论投药量则随络合的金属和络合无的配位数而变，恰当的投药比通过试验确定。实际投药比如下：
简单氰化物：理论投药比 CN-:Cl2=1:2.73
实际投药比 CN-:Cl2=1:3～4
络合氰化物：理论投药比 CN-:Cl2=1:2.9～3.4
实际投药比 CN-:Cl2=1:3～4
（3）温度 废水温度一般控制在15℃～50℃为宜。在水温较低时可适当提高废水的PH 或延长反应时间。
（4）余氯 投药量过高会使出水中含氯量增加，一般宜控制在3mg/L～5 mg/L。
（5）搅拌 搅拌溶液有利于彻底破氰。
3.工艺流程
图3.2-1是间歇式不完全氧化处理工艺流程。使用于废水量较小（10m3/d～20m3/d）,废水浓度变化较大的情况。
（二）完全氧化
1.原理
不完全氧化法生成的氰酸盐毒性低，仅为氰的1‰，但CNO-易水解生成氨，造成氨的污染，并影响其他金属离子的处理。完全氧化是在不完全氧化处理后，再将生成的氰酸根CNO-进一步氧化成N2和 CO2，清除氰酸盐的污染。反应如下：
2NaCNO+3HOCl=2CO2+N2+2NaCl+HCl+H2O
在不完全氧化中残留的氯化氢，会被进一步氧化破坏：
2CNCl+3HOCl+H2O=2CO2+N2+5HCl
2.工艺参数
（1）PH 完全氧化工艺的关键在于控制反应的PH。PH≥8使，反应很慢，PH在8.5～9时，反应时间为30min。PH＞12时，反应停止。通常PH控制在6.0～7.0之间，考虑到重金属氢氧化物的沉淀除去，一般PH应控制在7.5～8.0为宜。PH不能太低，否则氰酸根会水解生成氨，并与次氯酸生成有毒的氯氨，调节废水的PH用稀硫酸而不用盐酸，防止发生副反应。一般完全氧化第一阶段PH控制在10～11，时间为10min～15min，第二阶段PH为7.5～8.0，时间为10min～15min。
（2）投药量 完全氧化处理是在不完全氧化处理的基础上进行的，处理过程可以连续，但所需药量必须按两个处理阶段分别计算投加，因为氯酸的氧化作用强烈，无持久性，如一次投加，则多余的活性氯不完全氧化后即丧失了活性。这不但浪费药剂，还增加了水的余氯量。表3.2-1给出了设计投药量。
表3.2-1 含氟废水处理投药量
|
氰化物类型
|
投药阶段
|
理论投药比
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实际投药比
|
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简单氰化物
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不完全氧化
完全氧化
|
1：2.73
1：4.10
|
1:3～4
1:4
|
|
结合氰化物
|
不完全氧化
完全氧化
|
1：2.9～3.4
1:4.10
|
1:3～4
1:4
|
（3）工艺流程 完全氧化多采用连续式处理，图3.2-2是连续式完全氧化工艺流程图。
二、含铬废水处理
含铬废水中以六价铬离子的毒性最强，三价铬次之，二价铬和铬本身毒性很小或无毒。处理含铬废水的方法主要有化学还原法、电解法、离子交换法、钡盐沉淀法等。
（一）化学还原法
含铬废水中的铬主要以六价形式存在。六价铬离子水溶性好，无论在酸性或碱性溶液中都不能形成沉淀。化学还原法的基本原理是在酸性条件下，使用还原剂将溶液中的六价铬还原成三价铬，然后调整溶液的PH，在碱性条件生成三价铬沉淀，达到除铬的目的。常用的还原剂有亚硫酸盐、硫酸亚铁、二氧化硫、水合肼、硫代硫酸盐和铁屑等。
1.亚硫酸盐还原法
用亚硫酸氢钠、亚硫酸或焦亚硫酸钠作为还原剂，在酸性条件下使废水中的六价铬还原成三价铬，其反应为：
2H2Cr2O7+6NaHSO3+3H2SO4=2Cr2(SO4)3+3Na2SO4+8H2O
H2Cr2O7+3NaHSO3+3H2SO4=Cr2(SO4)3+3Na2SO4+4H2O
2H2Cr2O7+3NaHSO3+3H2SO4=2Cr2(SO4)3+3Na2SO4+5H2O
然后调整PH，形成氢氧化铬沉淀，反应为
Cr2(SO4)3+6NaOH=2Cr(OH)3↓+3Na2SO4
亚硫酸盐还原法的工艺参数控制如下：
（1）废水中六价铬浓度一般控制在100Mg/L～1000Mg/L。
（2）用酸调整废水PH为2.5～3，如果CrO3浓度＞0.5g/L,还原PH要求为1.还原反应后要求PH保持在3左右。
（3）还原剂用量如表3.2-2所示。
表3.2-2 亚硫酸盐与六价铬的投药比（质量）
|
亚硫酸盐种类
|
理论值
|
实际使用值
|
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Cr6+:NaHSO3
Cr6+:Na2SO3
Cr6+:Na2S2O5
|
1：3
1：3.6
1：2.74
|
1：4～5
1: 4～5
1:3.5～4
|
（4）还原反应时间为20min～30min。
（5）废水加减形成氢氧化铬沉淀时PH控制在7～8。
（6）加减形成氢氧化铬反应时间为15min～20min。
（7）沉淀剂可用石灰、碳酸钠或氢氧化钠，常用浓度为20%的NaOH。
亚硫酸盐还原法处理含铬废水一般采用间歇式处理流程，如图3.2-3所示。
2.硫酸亚铁还原法
硫酸亚铁主要是亚铁离子起还原作用，废水在反应池中先用硫酸调至酸性，再投加硫酸亚铁溶液，使六价铬还原为三价铬，然后投加石灰乳，调节PH至8～9,进入沉淀池分离。
硫酸亚铁法的主要工艺参数为：
（1）废水中六价铬浓度为50mg/L～100mg/L。
（2）还原时废水PH=1～3，用硫酸调节。
（3）硫酸亚铁的用量与废水中Cr6+的弄固定有关，Cr6+浓度越低投料比越大，具体数值见表3.2-3。
表3.2-3 硫酸亚铁的投料比（质量）
|
废水中Cr6+浓度（mg/L）
|
<25
|
25～50
|
50～100
|
>100
|
|
投料Cr6+:FeSO4·7H2O
|
1：40～50
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1：35～40
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1：35
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1：30
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（4）中和沉淀PH=7～9。
（5）中和剂石灰的用量为：Cr6+：Ca(OH)2=1:8～15。
（6）反应时间不小于30min。
（7）用压缩空气搅拌可使废水与药剂充分混合。
图3.2-4 是硫酸亚铁法的工艺流程。
（二）电解法
用铁板作阳极，在直流电作用下铁阳极不断溶解生成铁离子，在酸性条件下亚铁离子将六价铬离子还原成三价铬离子。由于电解过程中阴极上析出氢气，使废水逐渐有酸性变为碱性，PH与4.0～6.5升高至7～8，在弱碱性和中性介质中，铁离子和铬离子生成氢氧化物沉淀。依据该原理可制造电解净化器，这是把电解沉淀、过滤及电源组成一体的净化器。
三、镀镍废水处理
镍是贵重金属，常采用离子交换法处理镀液组成分以硫酸镍、氯化镍为主的镀暗镍和镀光亮镍的清洗废水。废水中镍主要以Ni2+形式存在，Ni2+与阳离子交换树脂上的钠离子进行交换而被除去，从而使废水得到净化。废水中存在的其他阳离子也同时被阳离子交换树脂除去。当阳离子交换树脂吸附饱和后，需进行再生处理，利用再生剂中的阳离子（如H+或Na+）浓度占绝对优势的情况，将阳离子交换树脂上的镍和其他阳离子洗脱下来，使阳离子交换树脂恢复其交换能力。
离子交换处理镀镍废水工艺流程最常用的是双阳柱全饱和工艺，如图3.2-5所示。所处理废水中镍离子含量一般在50mg/L～200mg/L.由于Ca2+的交换势Ni2+比大，在用离子交换法处理是，要求镀镍漂洗水尽量使用去离子水，以减少Ca2+、Mg2+等杂质。
图3.2-5 双阳柱全饱和离子交换处理镀镍废水工艺流程
四、酸碱废水的处理
酸、碱废水指镀前预处理工序中的去油、酸洗中排出的废水，当预处理量较大时，这部分废水可单独处理。将酸碱废水合并进入调节池，进行自然中和，自然中和后废水一般呈酸性，还需进行投药中和过滤中和处理。
（一）投药中和处理
投药中和处理任何浓度的酸、碱废水，常用的碱性中和剂有石灰石、白云石、石灰、电石渣、炉灰渣、氢氧化钠、碳酸钠。中和剂量见表3.2-4和表
3.2-5.实际用量约为理论量的1.2～1.5倍。
表3.2-4 中和1Kg酸或盐所需中和的理论量（Kg）
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酸式盐
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CaO
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Ca(OH)2
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CaCO3
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NaOH
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Na2CO3
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CaCO3·MgCO3
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H2SO4
H2SO3
HNO3
HCl
HF(29mol/L)
H3PO4
FeSO4
CuSO4
FeCl2
|
0.57
0.68
0.445
0.77
0.70
0.86
0.37
0.376
0.44
|
0.755
0.9
0.59
1.01
0.93
1.13
0.487
0.463
0.58
|
1.03
1.22
0.795
1.37
1.25
1.53
0.658
0.626
0.79
|
0.816
0.975
0.635
1.10
1.0
1.22
0.526
0.551
0.63
|
1.08
1.29
0.84
1.45
1.33
1.62
0.7
0.664
0.835
|
0.94
1.12
0.732
1.29
1.41
0.605
0.576
0.725
|
表3.2-5 沉淀1kg重金属所需碱中和剂的理论投加量（Kg）
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重金属
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CaO
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Ca(OH2)
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NaOH
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Na2CO3
|
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Fe2+
Fe3+
Cu
Ni
Cr
Zn
|
1.0
1.5
0.88
0.96
1.62
0.86
|
1.34
2.01
1.16
1.26
2.13
1.14
|
1.44
2.16
1.26
1.36
2.31
1.22
|
1.90
2.85
1.68
1.81
3.07
1.62
|
中和处理可采用间歇式或连续式，图3.2-6是中和处理流程，连续式处理时应安装自动检测PH和投药的装置。
酸碱废水往往会有许多金属离子，如铁、锌、铜、铝等，各种金属离子在一定的PH时能生成氧化物沉淀。表3.2-6是去除金属离子的最佳PH范围。
图3.2-6 含酸废水中和处理流程
表3.2-6 金属氢氧化物沉淀析出的PH范围
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金属离子
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pH
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残留浓度（mg/L）
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沉淀开始溶解pH
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沉淀溶解完成pH
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Al3+
Cd2+
Cr2+
Cu2+
Fe2+
Fe3+
Mn2+
Ni2+
Pb2+
Sn2+
Zn2+
|
5.5～8
>10.5
7～9
7～14
5～12
9～12
10～14
>9
9～9.5
5～8
9～10.5
|
<3
<0.1
<2
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
|
7.8
12.0
13.5
10.0
10.0
10.0
|
10.8
15.0
13.0
13.5
13.0
|
（二）过滤中和处理
对含金属离子不多，含酸浓度低（硫酸小于2g/L,盐酸、硝酸小于20g/L）的酸性废水，可以采用过滤中和处理法。废水中含有的油类物质、悬浮物等杂质需进行预处理后再进入中和滤池，否则易堵塞滤层。滤料采用碳酸钙含量不小于75%的石灰石，过滤中和后的废水用曝气或其他方法除去水中CO2并沉淀去渣。
过滤中和池目前使用较多的是恒滤速升流膨胀中和池以及在此基础上改进的变滤流程。过滤柱上下直径一样，滤速恒定。用石灰石作滤料时，滤速一般为60m/h～80m/h，滤料粒径为0.5mm～3mm，滤料层厚1m～1.2m，滤料层膨胀率采用50%左右。处理后出水PH一般在5左右，滤池总高度3m～5m。
当废水中含铁量较高时，滤料表面和滤料层中会形成氢氧化铁沉淀物，需定期反冲洗，将滤料层积累的氢氧化铁、硫酸钙以及石灰石反应后剩下的杂质冲走，添补新料。一般每天冲洗2～3次，每次冲洗5min左右，反冲洗时，流速可增加到100m/h以上。
第三节 废气净化
在电镀的许多过程中，会产生大量废气。如酸性、除油过程中产生的酸碱废气；镀铬过程中的铬酸废气；铜及合金、铝及合金的化学抛光、不良镀铜层和镀镍层的化学退除过程中产生的氮氧废气；氰化物电镀过程中产生的氰化物废气等等。这些废气在排入大气前，必须进行净化处理，否则将会污染空气，造成公害。
一、铬酸废气的净化
铬酸具有比重较大、易于凝聚的特点，酸雾废气在流动的空气中自然冷凝成雾滴，他们互相碰撞而凝聚成较大的液滴，利用这以原理设计了网格式铬酸回收器。回收器有立式和卧式。立式回收器的气流为下进上出，出口方向可在旋转90°方位做任何选择。卧式回收器的气流方向是右进左出，气流方向不能颠倒。回收器的净化效率为98%～99%，表17.3-1是回收器性能。
表3.3-1 网络式铬酸废气净化回收器性能
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型号
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L2/W2
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L3/W3
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L4/W4
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L6/W6
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W8
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W12
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W16
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额定风量（m3/h）
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2000
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3000
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40000
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6000
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8000
|
12000
|
16000
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使用风量（m3/h）
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1600～2400
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2400～3600
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3200～4800
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4800～7200
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6400～9600
|
9600～14400
|
12800～19600
|
净化回收器的箱体由硬聚氯乙烯板制成。回收器的关键是过滤器，由8～12层开有菱形网孔的硬聚氯乙烯塑料网板纵横交错地平铺叠成，每层板网厚0.5mm。菱形网孔板可用普通塑料窗纱代替，但净化效率稍低。
当含有铬酸颗粒的空气进入净化回收器的下箱体和主箱体时，空气流速降低，已经因相互碰撞而变大的液滴在重力作用下从空气中分离出来。当铬酸废气经过网格时，被分散而经过许多狭窄弯曲的通道，提高了相互碰撞的机会而更容易凝聚。在吸附和重力作用下，细小的铬酸雾滴附着在网格表面，不断凝聚变大，从网格上降落下来。分离出来的铬酸沿排液管流入集液箱，净化后的空气经风机排出。
净化回收器安装，底部必须保持水平，应高出地面30cm以上。回收器的风道应全部采用硬聚氯乙烯塑料，为防止硬聚氯乙烯过早老化，净化器不宜安装在烈日暴晒处，净化器内凝聚下来的铬酸必须畅通的流出。为此集液管不能直通大气，每个回收器应带液封管，过滤网格应定期清洗，防止阻塞。
二、酸雾净化设备
酸雾常采用液体中和的方法进行净化处理，使用的装置有喷淋塔、填料塔、湍球塔、筛板塔等。如表3.3-2所示。
表3.3-2 酸雾净化塔
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名称
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结构及工作原理
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喷
淋
塔
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喷淋塔是一种结构最简单的湿法吸收设备，废气从塔下部进入，自下向上流通。吸收剂从上向下分几层喷淋，进行净化洗涤。喷淋的液滴应大小适中，在塔上部可设S型挡水板以抑制水雾排出塔外。气体在喷淋塔横断面上的平均流速一般为0.5m/h～1.5m/h,液气比0.6L/m3～1.0L/m3,压力损失100pa～200pa
喷淋塔吸收率低，仅适用于有害气体浓度低、处理气体量不大的情况
|
|
填
料
塔
|
在空塔内设置一至三层塑料网板托架，网板上堆放填料。在每层填料上方设溶液喷嘴，即成为填料塔。放入填料后，可以增大气液接触面积，吸收剂自塔顶向下喷淋，沿填料表面下降加湿填料，气体沿填料的间隙上升，在填料表面气液接触，进行吸收
填料塔所用的填料有瓷质小环、鞍形和波纹填料、空心塑料花球等类型。空塔速度0.5m/s～1.5m/s,液气比1L/m3～10L/m3,每米填料层的阻力一般W为400Pa～600Pa
|
|
湍
球
塔
|
湍球塔内设有开孔率较大的筛板，筛板上放置一定说量的轻质小球。气流通过筛板时，小球在其中湍动旋转，相互碰撞。吸收剂自上向下喷淋加湿小球表面，由于气、液、固互相接触，小球表面的液膜不断更新，提高了吸收效率。小球用聚乙烯或聚丙烯制造
湍球塔的空塔速度一般为2m/s～6m/s，每段塔的阻力约为400Pa～1600Pa
|
|
筛
板
塔
|
塔内设有几层筛板，气体自下而上经筛孔进入筛板上的液层，通过气体的鼓泡进行吸收。筛板上的开孔率一般为10%～18%，筛孔上吸收液厚度一般为30mm左右，筛板上设有溢流堰以使液层厚度保持均匀。气液在筛板上交叉流动，提高了吸收效率
筛板塔的空塔速度一般取1.0m/s～3.5m/s，空塔速度1.0m/s时的阻力约为200Pa, 空塔速度3.5m/s时的阻力约为1000Pa +
.
|
三、氮氧化物的净化处理
氮氧化物（NOx）包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化氮（N2O3）、四氧化氮(N2O4)、五氧化氮（N2O5)。这些氧化物中，常温下能单独存在的主要是NO2和N2O4。
氮氧化物中对人体危害较大的主要是NO2、N2O4和NO。NO2是一种棕红色有窒息性臭味的气体，具有强烈的刺激性，毒性比NO大3～4倍，N2O4毒性与NO2相似。氮氧化物俗称：“黄龙”，在用硝酸或含有较高浓度硝酸的混合液中进行酸洗、退镀或化学抛光时产生。表3.3-3是废气中NO的主要净化方法。
表3.3-3 废气中NOX主要净化方法
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净化方法
|
要点
|
|
催化
还原法
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非选择行催
化还原法
|
用CH4、H2、CO或其他燃料气体作还原剂与NOX进行催化还原反应；废气中的氧参加反应，放热量大
|
|
选择性催化
还原法
|
用NH3作还原剂将NOX催化还原为N2；废气中的氧很少与NH3反应，放热量小
|
|
液
体
吸
收
法
|
水吸收法
|
用水作吸收剂对NOX进行物理吸收与化学吸收；可回收NOX，但消耗动力较大
|
|
稀硝酸吸
收法
|
用稀硝酸作吸收剂对NOX进行物理吸收与化学吸收；可回收NOX，但消耗动力较大
|
|
碱性溶液吸
收法
|
用NaOH、Na2CO3、Ca(OH)2、NH4OH等碱性溶液作吸收剂对NOX进行化学吸收，对含NO较多的NOX废气则净化效率低
|
|
氧化-吸收法
|
对含NO较多的NOX废气用浓HNO3、O2、NaClO2、KmnO4等作氧化剂，先将NO部分氧化为NO2，然后再用碱溶液吸收，使净化效率提高
|
|
吸收-还原法
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将NOX吸收到溶液中，与（NH4）2SO3、NH4HSO3、Na2SO3等还原剂反应，NOX被还原为N2，其净化效果比碱溶液吸收法好
|
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吸附法
|
用活性碳、丝光沸石、分子筛、泥煤、风化煤等吸收废气中的NOX
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（一）活性炭吸附法
活性炭吸附氮氧化物的机理是依靠吸附剂与吸附质之间的分子运动力、化学键力与静电引力，形成物理吸附、化学吸附和交换吸附。物理吸附存在于活性炭的表面，化学吸附需要在高温条件下才能解析，使饱和状态下的活性炭活化。交换吸附聚集在吸附剂表面带电点上，吸附过程中伴随着等量的离子交换。上述三种机制中，物理吸附是主要的。
选用活性炭时一个采用孔径稍大于NOx分子直径的活性炭。活性炭啊对NOx的吸附量随温度的升高而下降。由于活性炭对强极性水分子也具有良好吸附作用，在高温高湿情况下水分子能取代已吸附的NOx分子，因此可用蒸汽加温或沸水煮的方法使吸附饱和的活性炭脱附再生。
活性炭的再生工艺如下：
（1）将吸附氮的活性炭放在10%～20%氢氧化钠溶液中浸入泡，同时搅拌，把二氧化氮析出来。
（2）水洗，PH在7～8之间。
（3）用10%～20%的硫酸溶液浸泡1h，进行活化。
（4）水洗至PH达6～7之间。
（5）将活性炭放在封闭容器中，通入170kPa～200kPa绝对大气压的蒸汽，烘干1d～2d。
（二）氢氧化钠吸收法
一般使用5%以下的氢氧化钠水溶液进行吸收，一氧化氮只被该水溶液略微吸收。当氢氧化钠水溶液的浓度超过5%时，吸收效率降低。当氢氧化钠溶液浓度低于1%时，吸收效率急剧下降，需更换新液。氢氧化钠吸收的过程包括：
(1)一氧化氮与二氧化氮生成三氧化二氮，然后向液面扩散。
（2）三氧化氮溶于水生成亚硝酸。
（3）生成的亚硝酸与氢氧化钠发生中和反应。
(三)氢氧化钠、双氧水、硫化钠吸收法
将三个填料她串联，第一级塔的吸收液为氢氧化钠，第二级塔加入双氧水氧化剂，把一氧化氮氧化成二氧化氮，第三级塔用硫化钠作为还原剂。三级吸收率在94%以上。
（四）氨、碱两级吸收
氨中和气相反应可在碱液吸收前的风道中进行，也可在专门的气相反应塔中进行。为加速反应应设置旋流装置，起搅拌作用。吸收塔常采用填料塔。为防止氨及NOx泄露，宜采用负压反应和吸收，即将排风机设在系统的最后面。
四、其他含酸废气的净化
（一）硫酸废气净化
由于硫酸溶解度较大，且挥发性小，可采用简单的水吸收，用填料塔或筛板塔。也可采用稀氢氧化钠溶液或氨溶液进行中和处理。
碱性溶液中和酸反应，应设沉淀箱沉淀渣滓，净液通过溢流循环使用。当碱液的PH达到8～9使，需更换新的碱液。
（二）氯化氢废气的净化
氯化氢无色，极易溶解于水，氯化氢在水中的溶解度随着其分压的升高而增大，随着温度上升而减少。水的温度愈低吸收率愈高。常用水或1%以下的稀氢氧化钠溶液吸收氯化氢废气。
（三）氰化物废气的净化
含氰化物废气一般可采用硫酸亚铁或氯系氧化剂吸收。用0.1%～0.7%的硫酸亚铁水溶液在空塔中作喷淋吸收，当流速为1.5m/s～1.81.5m/s，洗涤3s～4s时，净化效率可达98%。
用次氯酸钠水溶液洗手时，最终生成H2、NH3和CO2。
吸收液宜用氢氧化钠将PH调至弱酸性。