1.背景
镀件在电镀或化学镀过程中,由于各种原因造成镀层质量不好,出现各种缺陷,如结晶粗糙或不均、起泡、色泽不好、发暗,有些镀层发现有裂纹、针孔或斑点等。当镀层存在缺陷时,应该将镀层退除、重新再镀,以获得良好的镀层质量。常用的镀层退除方法有化学退除法、电解退除法、机械退除法。
2.化学法退镀简介
2.1 化学法退镀概念 SHAPE \* MERGEFORMAT
化学法退镀机理比较成熟。主要是通过强氧化剂或酸来溶解度层金属,对于Cu/Ni/Cr镀层的退镀,化学法一般分步进行,先用稀盐酸将铬层溶解,然后用浓硝酸氧化法将镍和铜溶解。
传统的化学法脱除Cu/Ni镀层主要有两类:浓硝酸( 加氯化钠) 氧化法和硝基化合物( 防染盐)法。浓硝酸法成本较低,退除速率快,但产生大量的氮氧化物气体,而且容易导致基体金属过腐蚀;防染盐即间硝基苯磺酸钠,虽然对基体无腐蚀,但需高温退除,时间长,效率低; 而且若与剧毒物质氰化钠同时使用,操作不当,危害也很严重。
化学法退镀铬层,常用的是常温下与稀盐酸反应。但是由于挂具结构复杂,形状各异,即使退除镀层时不断搅拌,总有退除不干净的部位,尤其是一些凹坑、拐角处。
2.2.化学法退镀机理
化学法退镀机理比较成熟。主要是通过强氧化剂或酸来溶解镀层金属,对于Cu/Ni/Cr 镀层的退镀,化学法一般分步进行,先用稀盐酸将铬层溶解,然后用浓硝酸氧化法将镍和铜溶解,其反应机理文献中都有论述。为了防止铁基体的过腐蚀,通常引入六次甲基四胺、乙二胺、硫脲等作为缓蚀剂。
防染盐法的反应机理很复杂: 第一步是硝基(NO2)还原为亚硝基(NO),这一步通常是比较缓慢的,因为反应过程伴随着相当高的活化电位。第二步还原反应是迅速的,反应过程中伴随着较低的活化过电位,还原的过程是由亚硝基还原成羟胺基) NH2OH+ 。随后的步骤则取决于退镀液是酸性还是碱性 。
2.3 化学退镀液的组成
化学退镀液主要由氧化剂、络合剂、促溶剂、缓蚀剂和表面活性剂等组成。传统的混合硝酸法虽然退速快,毒性较低,但产生大量有害的NOx气体,俗称(黄龙),稍有不慎就会导致基体过腐蚀; 氰化法则存在污染严重的问题,其退除过程中产生的HCN气体不仅污染大气,还严重危害操作人员的健康,且氰化法退液中含CN- ,不经处理不允许排放,对高浓度氰化钠废液进行处理极其昂贵,且稍有疏忽,便会导致公害。
目前我国在S-防染剂(间硝基苯磺酸钠)为主要成分,加乙二胺、柠檬酸为辅助成分的额化学退镍方面,研究及应用较多,其主要原理是基于:2RNO2+3Ni+3H2O+9N2H-CH2-CH2-NH2
RNO=NR+3Ni(NH2-CH2-CH2-NH2)3+6OH-
其中,乙二胺不仅是镍的稳定络合剂,对基体铁也有良好的吸附缓释性,而柠檬酸(作为络合剂)的添加,可提高退镀速率。铁剂缓蚀剂多以有机胺类化合物为主,如:六次亚甲基四胺、亚硝基二丁胺、尿素、硫脲等,脂类的报道较少。
3. 应用案例
3.1 传统硝酸型化学退镀液
3.1.1锡镍合金退镀液配方 SHAPE \* MERGEFORMAT
组成 | 投料量 | 成分作用 |
硝酸(工业级) | 300~350mL/L |
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盐酸(工业级) | 15~20mL/L |
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六次亚甲基四胺 | 35~45g/L | 缓蚀剂 |
水 | 加至1L |
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3.1.2 快速锡铅合金退镀液
组成 | 投料量 | 成分作用 |
氟化氢铵 | 150~220g/L | 腐蚀剂 |
过氧化氢 | 20~50g/L | 氧化剂 |
柠檬酸 | 30~45 /L | 络合剂 |
水 | 加至1L |
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3.2除镍剂配方
目前的除镍剂主要由氧化剂、络合剂、促进剂、抑制剂和表面活性剂等组成。在除钢上镍层时,与碱性溶液联合使用;在除铜、黄铜上镍层时、与酸性溶液联合使用。但是除镍剂正在向中性溶液方向发展,因为后处理比较方便,这也是今后主要的研究方向。
3.2.1碱性除镍剂:
组成 | 投料量 | 成分作用 |
间硝基苯磺酸钠 | 55~70 g /L | 防染剂 |
氰化钠 | 120~180 g/L | / |
氢氧化钠 | 0~25 g/L | / |
水 | 加至1L |
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槽液温度: 60~80℃ |
3.2.2 胺型
组成 | 投料量 | 成分作用 |
硝基芳香族化合物 | 30~40g /L | 防染剂 |
NH4OH(28%) | 0.2~0.5g/L | / |
(NH4)2SO4 | 100~120g/L | / |
水 | 加至1L |
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槽液温度: 10~80℃ |
3.2.3氰型配方1
组成 | 投料量 | 成分作用 |
间硝基苯磺酸钠 | 80~100g /L | 防染剂 |
单乙醇胺 | 35~45g /L | 缓蚀剂 |
甘氨酸 | 30~40g/L | 配位剂 |
硫代硫酸钠 | 4~6g /L | / |
十二烷基硫酸钠 | 0~0.5 g /L | 表面活性剂 |
水 | 加至1L |
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氰型配方2
组成 | 投料量 | 成分作用 |
间硝基苯磺酸钠 | 80~90g /L | 防染剂 |
乙二胺 | 120~140mL/L | 缓蚀剂 |
柠檬酸 | 85~95g /L | 腐蚀剂 |
铜试剂 | 0~0.1g /L | 络合剂 |
葡萄糖酸内酯 | 0.1~0.3g /L |
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水 | 加至1L |
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氰型配方3
组成 | 投料量 | 成分作用 |
间硝基苯磺酸钠 | 50~60g /L | 防染剂 |
乙二胺 | 70~80g /L | 缓蚀剂 |
磷酸 | 75~95g /L | 氧化剂 |
氨水 | 0~60mL/L | PH调节剂 |
DDTC | 0.3~1g /L | / |
水 | 加至1L |
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此配方适用于镀镍不合格品的处理及含镍镀层工件的返修,从而使不合格的镀镍层重新获得良好的镀层质量。磷酸与磷酸根具有良好的表面分散性,除垢性和光洁性,因而可用作金属表面处理的辅助成分。与传统的乙二胺-柠檬酸相比,此体系在成本,溶液维护和退镀光洁性方面有一定的优势。
3.2.4常见化学退除溶液配制
1)甲醛盐酸溶液:于6mol/L盐 SHAPE \* MERGEFORMAT
2)乌洛托品盐酸溶液:于6mol/L盐酸500ml中加入六次甲基四胺1.5g;
3)三氯化锑盐酸溶液 :于12mol/L盐酸100mL中加入三氯化锑4g;
4)高硫酸铵剂氨水溶液 :于15%的高硫酸铵及25%的氨水;
5)氯化亚锡盐酸溶液 :氯化亚锡10g溶于100mL12mol/L盐酸中;
4.常见电镀添加剂
无机添加剂(如镀铜用的镉盐)和有机添加剂(如镀镍用的香豆素等)、络合剂、光亮剂、表面活性剂、整平剂、应力消除剂、除杂剂和润湿剂、
有明显表面活性类光亮剂(十二醇硫酸醋钠(K-12)、十六烷基三甲基甜菜碱(Am)、聚氧乙烯(n)十二醇醚(n=15~20)、聚氧乙烯(n)壬基酚醚(n=10或21)、聚氧乙烯((n)蓖麻油、聚氧乙烯(n)、二癸撑三胺(N)有表面活性的光亮剂、电镀用表面活性剂(琥珀酸二辛酷磺酸钠系(Aerosol)、脂肪醇硫酸醋盐系列(Duponol)、支链脂肪醇硫酸酯盐系列(Tergitol)、烷基芳基磺酸盐系列(Nacconol)、烷基萘磺酸盐系列(Alkanol)、烷基芳基酚醚硫酸酯盐系列(Triton720)、脂肪醇聚氧乙烯醚系列(Tri-tonNE)、壬基酚聚氧乙烯醚系列(TritonN)、)镀锌液、氰化铜电镀液、镀镍液用、镀铬液用
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