无氰电镀工艺研究与应用探讨

王惠

摘 要：由于各种技術的持续进步，无氰电镀研究不断深入，其工艺也在不断完善，有力推动了行业进步，促进了国家经济发展。但是无氰电镀电镀工艺还存在一些问题需要解决。基于此，本文简要介绍了无氰电镀工艺研究现状，探讨了当前无氰电镀工艺的应用，提出了解决无氰电镀工艺不足的一些途径，以供行业参考。

关键词：无氰电镀;电镀工艺;工艺研究;工艺应用

氰化物是电镀工艺中使用的原料，被各个国家广泛使用。但是氰化物毒性很强，仅仅5毫克就可以致人死亡，而且一旦中毒无药可解。传统的电镀工艺使用的电镀液中的氰化物含量在十几克到一百多克之间，而电镀工作槽中的电镀液在几十升到上万升不等，导致电镀工艺排出的废水中含有氰根，会污染环境，威胁人的身体健康。因此，当前各国家陆续出台了相应的有氰电镀工艺排放标准，并积极推动新型无氰电镀工艺研究，目的是最终取代有氰电镀工艺，这就是研究无氰电镀工艺的意义所在。

1无氰电镀工艺研究现状

到目前为止，国内无氰电镀工艺研究与应用已经持续三十多年，而且在二十世纪七十年代达到一个顶峰，也获得了很多研究成果。如当前广泛应用的锌酸盐镀锌，HEDP镀铜等。当时有一部分无氰电镀工艺还没有完善就被应用于实际生产，最终被淘汰。时间来到二十世纪八、九十年代，无氰电镀工艺研究有迎来一波高峰。在我国工业转型升级的背景下，有氰电镀工艺使用量猛增，给我国环境带来很大的威胁，而且传统电镀工艺所需的氰化物的生产、储运、使用各环节的安全要求很严格，稍有疏忽就可能造成重大安全事故。国家制定严格的氰化物安全管理制度，其中也包括积极研究无氰电镀工艺，以淘汰有氰电镀工艺。基于此，本文针对当前无氰电镀工艺的研究与应用现状进行了简单介绍，以供行业内参考。

2无氰电镀工艺的应用现状

2.1无氰浸锌

浸锌工艺所用的溶液原先是不含氰的，随着铝合金基材的持续创新，特别是硅含量很高的铝合金基材的出现导致原有的浸锌溶液已经不适用，因此采用了含氰浸锌液。而纯铝和硅含量不高的铝合金基础材料的浸锌工艺可以采用无氰化物处理。无氰浸锌电镀工艺生产的产品的锉刀结合力测试、弯曲结合力测试结果与传统工艺生产的产品大体相当，但热震结合力不如后者，其主要原因在于合金化。在合金浸锌电镀工艺中，镍对成核步骤产生影响，铜影响镀层与基体的结合力，铁减少锌晶粒尺寸，同时和铝发生微量置换反应，与锌生成锌–铁合金。有氰化物浸锌电镀工艺的合金化最佳，因为氰化物可以有效控制铜的析出，诱导镍析出。而常规的无氰浸锌工艺中无法有效控制铜的析出，导致析出的铜与其他金属形成合金，而镍的析出不足甚至无法析出，影响合金效果，最终影响结合力。因此，要到达有氰浸锌的合金效果就必须有效控制铜的析出和镍的析出。

2.2无氰镀铜

通常无氰镀铜工艺用于预镀环节。根据铜体系pH可以将无氰镀铜工艺分为酸性预镀铜、碱性预镀铜。前者只适用钢铁件的预镀。根据铜离子价态可以将无氰镀铜分为2价无氰预镀铜、1价铜无氰镀铜。后者的基本原理是模拟含氰化物的预镀铜，但其镀液非常不稳定，需频繁添加还原剂还原，而且镀层光亮度不足。后者的研究应用主要集中在焦磷酸盐无氰镀铜、HEDP有机多膦酸盐无氰镀铜两种，焦磷酸盐无氰镀铜不适用钢铁、铝合金、锌合金预镀，但能通过添加带巯基的有机物来增加镀层的光亮度，填平性能较好，大致和添加了光亮剂的有氰预镀铜性能一致。HEDP无氰镀铜适用于钢铁件预镀，也能用于铝合金预镀铜，但获得的镀层光亮度很差，需要添加氧化剂，如二氧化硒等增加光亮度，填平性能差，而且如果添加过多的氧化剂会降低镀层的牢固性。

2.3无氰镀锌

酸性氯化钾镀锌是一种非常成熟的无氰镀锌工艺，具有光亮度高、电流效率高，镀液制作使用简便、废水易处理的优点，但也存在一些不足，因为添加物会影响到镀层的韧性，使镀层更脆，尤其是在添加了过多的光亮剂时更加明显，往往会发生镀层脱落的问题，而且高低区镀层厚度差异较大。碱性无氰镀锌工艺应用广泛，常被用于挂镀。现在国家也出台政策禁用含氰化物的镀锌工艺。传统的含氰化物镀锌液可由碱性无氰镀锌液取代，从而节省因此重新开槽的成本，同时减少环节污染。但是碱性无氰镀锌电流效率不高，需要更加严格的前处理工艺，维护比较复杂。

2.4无氰镀铜锡合金

铜锡合金抗腐蚀性能优良，硬度比铜更高，被广泛用于钱币铸造、矿机防腐等方面。现阶段，铜锡合金电镀依然采用含氰化物的电镀工艺。无氰铜锡合金研究集中在焦磷酸盐、柠檬酸盐这两种，无论哪种其与有氰铜锡合金电镀的主要不同在于合金化方式不同，合金化要求的电流密度有差异。有氰铜锡合金镀液在合金化过程中出现电流密度区从低到高延伸的现象，而无氰铜锡合金镀液恰恰相反，即在高电流密度区合金更容易。但有氰铜锡合金镀液中合金需要的电流密度范围依然更大。此外，有氰、无氰的镀铜锡合金颜色不同，前者获得的铜锡合金镀层较白，后者则呈现乌亮;前者获得的镀层光亮度更好。

2.5无氰镀黄铜或仿金

目前尚未有无氰黄铜或仿金工艺应用于实践的报道。因为引用难度非常大。本身电镀黄铜应用就不多，集中在轮胎钢丝电镀方面，目的是增强钢丝、轮胎的粘合度。而仿金则引用比较广泛，可用于首饰、装饰品、汽车配件的电镀。目前的无氰黄铜或仿金工艺的电流密度范围很小，不符合生产要求。而且无氰黄铜工艺还存在溶液不稳定、阳极溶解，颜色差异交较大的问题。

2.6无氰镀银镀金

镀银镀金现阶段还是主要采用有氰电镀工艺。美国在二十世纪九十年代就发布了一系列无氰镀银专利，以有机胺为配位剂。无氰镀银体系包括硫代硫酸钠镀银、丁二酰亚胺镀银、咪唑磺基水杨酸镀银、烟酸镀银、乙内酰脲镀银、亚氨基二磺酸铵镀银等。氰化镀银的电流密度范围更宽，允许最高电流密度可达3A/dm2，而无氰镀银只有1A/dm2。

3 无氰电镀工艺研究目标和问题解决途径

无氰电镀工艺研究的重点还是镀锌、镀铜。到目前为止锌酸盐镀锌工艺已经很完善，其镀层质量、工艺成本能很好地满足生产要求。但碱性镀铜工艺还有待完善。无氰镀金、无氰镀银是当前需重点解决的问题，因为成本高，研发难度加大，但是在IT行业镀金、镀银工艺非常重要，但是目前无氰镀金、无氰镀银新工艺还没能完全取代传统的镀金、镀银工艺。无氰电镀工艺问题的解决途径主要包括以下几个方面：（1）企业、机构之间应该联合推动电化学、电镀工艺方面的研究，争取早日获得研究成果，得到更多成熟的无氰电镀工艺。（2）加大推广力度，由国家引导，专家指导，循序渐进地用成熟无氰电镀工艺取代有氰电镀，如无氰镀锌工艺取代有氰镀锌等。（3）积极引进国外先进的无氰电镀技术。

结束语

参考文献：

[1]周忠东， 陶金如， 董校岐， et al. 基于无氰电镀工艺的研究现状及解决问题的途径研究[J]. 化工管理， 000（009）：114.

[2]卢俊峰. 基于DMH为配位剂的无氰电镀银工艺及电沉积行为研究[D]. 哈尔滨工业大学， 2007.

[3]何敏敏. 金—铜—钯合金的无氰电镀工艺及其成核机理[D]. 大连理工大学， 2013.

[4]安百会. 铝及铝合金无氰浸锌工艺研究[D]. 山东大学， 2009.