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塑料电镀常见故障分析及改善对策(续)

十一、镀层与塑料结合力不好

1、除油不良

A、故障分析

在塑料成型过程中,一般模具上加脱模剂;在周转过程中又会黏附各种油污物质以及在后工序的抛光中黏附的抛光膏等等,都妨碍了硫酸-铬酸型粗化液对塑料表面的粗化,达不到亲水性和粗化的要求,使粗化不均匀,严重影响塑料与镀层的结合力。

常用的除油方法有有机溶剂除油和碱性除油。碱性除油液的组成与钢铁件碱性除油液相似,碱性除油液不能用于酚醛塑料等不耐碱的材料,除油液的温度不宜过高,否则容易引起制品变形。

B、改善对策

合理选择除油工艺,严格标准作业,保证除油效果。

2、注塑成型条件不当

A、故障分析

塑料零件的成型工艺对镀层的结合力影响很大。判别其好坏的方法是在24℃土3℃的温度下用冰醋酸浸泡2min,然后水洗干燥,如果这时工件表面产生白色粉末或是产生裂纹则这样的塑料内应力很大,结合力不好,一般来说产生白粉时,多数不能通过循环试验,产生裂纹时,多数不能通过剥离试验。该异常往往发生在零件相同的部位,多数零件都有类似现象。

附:塑料零件内应力的检查

①冰醋酸浸渍法

将零件完全浸入24℃士3℃的冰醋酸中30s,取出后立即清洗,然后晒干检査表面,若有细小致密的裂纹,说明此处有应力存在。裂纹越多,应力越大。重复上述操作,在冰醋酸中浸2min,再检查零件,若有深入塑料的裂纹,说明此处有很高的内应力。裂纹越严重,内应力越大。

②溶剂浸渍法

将零件完全浸入21℃土2℃的甲乙酮和丙酮的混合溶剂中15s,取出后立即甩干,依上法检查。

B、改善对策

除应力方法:

A、在60~75℃的温度下加热2~4h以消除应力。

B、在25%(体积)的丙酮中浸泡30min去除应力。

改善成型工艺,加强镀前应力检查,确保受镀工件的产品质量

3、化学粗化液配方不适当

A、故障分析

为了增加镀层与基体材料的结合力,一般均需对基体材料表面进行粗化处理。粗化的目的是使非金属基体表面呈现微观粗糙,增大镀层与基体的接触面积,通过粗化使塑料表面的微观几何形状和聚合分子的化学本质得到改变,形成极性基,从而使塑料表面由疏水性变成亲水性;同时,粗化后塑料表面形成许多均匀的小凹坑,使镀层镶嵌进去,像“揿钮”或“铆钉”那样使镀层与塑料基体牢固结合。在ABS塑料电镀中,常用的化学粗化液是硫酸-铬酐型,当铬酐与硫酸的比例不恰当时,粗化液对塑料表面的丁二烯树脂没有氧化腐蚀作用,不能形成凹坑,因此金属层与塑料没有结合的基础。在这种情况下,光是改善腐蚀液温度和腐蚀时间也不能奏效。

B、改善对策

合理选择粗化工艺,严格标准作业;同时要注意三价铬的积累,三价铬不超20g/L为最佳。

4、粗化不够充分或过度

A、故障分析

粗化是影响结合力的关键因素。粗化不够充分产生的结合力不好较多地出现在零件的凹面上,若将镀层剥离,则这些部位的塑料表面通常比较光滑,而粗化过度造成的结合力不好较多地出现在零件的尖端和边缘,剥去镀层后这些部位呈现出粗糙的外观。常用的检验方法是将粗化过的零件放在太阳光下或放在烘箱中干燥,若干燥后的表面发白,零件的尖端和边缘出现细粉状的黄白色物质,这种粉状物用手能揩去,则表明这些零件已粗化过度(或老化),应降低粗化温度或缩短粗化时间。假如干燥后的表面只有少数部位发白大部分表面仍是塑料的本色,则表面粗化不够充分,应提高粗化温度或延长粗化时间。粗化温度和时间是相关的,温度过低达不到粗化效果,延长时间也不行,粗化温度多数控制在65~70℃,粗化的时间根据零件的成分和大小决定,一般在5~15min,PC含量越高,粗化时间要更长。如果没有把握,最好进行小试验,分批在不同的粗化温度和时间下进行试验,再根据试验结果,确定工艺标准。

B、改善对策

严格工艺规范和工艺参数。

十二、工件变形

1、粗化液温度过高

A、故障分析

在正常生产条件下,工件是不会变形的,发生塑料变形的原因主要有三种:热变形、压变形、同时存在热变形和压变形。在ABS塑料的电镀工艺流程中,粗化液的温度(60~70℃)是エ艺中的最高温度,假如温度控制失误,操作不小心,将粗化液加温过高的话,就容易使厚度较溥或面积较大的工件发生变形。

B、改善对策

根据塑料的变形温度,合理设置粗化液的温度并恒温控制,防止塑料工件变形。

2、压力导致工件变形

A、故障分析

塑料工件较轻,在粗化或除油过程中,全部都浮在液面上,要用压板加压,使工件浸没于粗化液中才能起到粗化作用,如果温度过高,压板压得太久,或压板压得不恰当等都会使工件变形。

B、改善对策

经常翻动零件,不使工件叠压或长久受压。

3、挂钩的支点不对称

A、故障分析

挂钩的支点要对称设置,并保持相同的张力,若挂具张力不平衡,在经过高温工序时,会产生变形,冷却后变形会固定下来。

B、改善对策

挂具在设计和制作时,不要使工件某一个方向受力太大,可以加大支点接触面以减少支点张力。

4、严格控制各工序温度

严格按各工序的工艺参数,加强管理,不要超过规定的温度(主要控制温度的工序有粗化,光亮镍、铬,烘箱等)。

5、电镀挂具的挂钩弹性过强

A、故障分析

塑料工件较轻,在电镀过程中,仅依靠工件自身重力不能保证电镀产品的质量甚至不导电,无镀层沉积。因此在电镀挂具设计时,只能依靠挂钩的弹性将工件绷紧或夹紧,如果挂钩的弹性过强,容易造成工件变形。

B、改善对策

合理设计挂具和工艺参数

附:塑料零件外形设计的原则

①零件表面应平滑,不要求镜面光泽的地方,尽可能做成梨点状或压花纹,以便于粗化,提高镀层附着力,并掩盖小的缺陷和伤痕。

②不应有盲孔,如必须有时,其深度应为它的直径的1/3~1/2,槽或孔之间的距离不要太近,其边缘都应倒圆。

③零件应有足够的强度,壁厚最好大于3mm,最薄不小于1.9mm。

④不应有锐边、尖角和锯齿形,若必须有时,其边缘应尽量倒圆。

⑤尽量避免大面积平面。

⑥尽量不用金属镶嵌件。若必须有时,应选用铝来制作。镶嵌件周围的塑料应有足够的厚度,并且要倒圆。

⑦零件上尽可能留出几个装挂的位置,以便获得良好的均匀镀层,装挂位

置应设计在不影响外观的部位,并注意防止零件变形。

十三、化学镍层上有黑色粉末

1、温度过高

 A、故障分析

镀液温度是影响化学镀镍沉积速度最重要的因素之一。沉积速度几乎是随温度呈指数地增大,为取得高的沉积速度,许多镀液都尽可能使用较高的温度。酸性镀液pH=4~5范围内,工作温度低于70℃,则反应实际上已不能进行,一般保持在85~90℃。碱性镀液可以用稍低的温度(45℃以下)工作,通常只能在活化过的非导体表面上产生薄的镀层,再用电镀方法加厚。但是镀液温度也不能太高,温度过高,常会沉积太快而失控,一般温度升高10℃,沉积速度加快一倍,就会使镍离子的自催化反应速度过快,使镍的结晶粗糙、疏松。这样得到的是结合力差的黑色粉末镍,同时也会导致亚磷酸盐迅速增加,这些都将触发镀液的自分解,在已分解了的化学镀镍液镀镍,必然得到黑色粉末状的镀层。温度升高,镀速快,镀层中含磷量下降,镀层的应力和孔隙率增加,耐蚀性能降低,因此,在实际生产中,必须保持镀液工作温度的相对稳定(变化在土2℃

内),因沉积层中镍含量随温度而变化,温度波动幅度大,就会产生分层的片状沉积。另外,加热一定要均匀,特别要防止局部过热。

B、改善对策

降低镀液温度至标准值。若镀液已自分解则需更换。

2、pH值过高

 A、故障分析

镀液的pH值对化学镀镍过程的影响如下:

①当pH值增大时,沉积速度随之提高:反之沉积速度减慢

②当pH值增大时,所得沉积层含磷量降低

③增大pH值会降低次磷酸盐还原剂的利用率,此时,相当一部分还原剂消耗于析氢

④对于酸性化学镀镍液,当pH值增大时,亚磷酸盐的溶解度降低,亚磷酸镍沉淀析出将有触发镀液自然分解的危险。如果pH值继续提高,那么,次磷酸盐氧化成亚磷酸盐的反应将由催化反应(仅在催化表面上进行的反应)转化为自发性的均相反应(反应在镀液本体内部可进行,不需要在催化表面进行)

H2PO2OHHPO32H2

这时镀液很快就分解而失效。

化学镀镍与化学镀铜一样,沉积速度随溶液的pH值升高而加快,pH值过高,反应过分剧烈,溶液容易分解而不稳定,镍离子的自催化反应速度过快,使镍的沉积粗糙、疏松,得到的是黑色粉末状的镀层,结合力差;pH值过低,沉积速度很慢,甚至得不到镀层。在正常的反应过程中,随着镍-磷的沉积,H+不断生成,镀液的pH值不断下降,因此,必须及时调整pH值,使pH值的波动范围控制在土0.2范围之内,如果pH值过高,可用硫酸调低。

B、改善对策

用5%的稀硫酸调整pH值至标准值。

3、镍盐含量过高

A、故障分析

镍盐是镀液的主要成分,一般随镍盐含量升高,沉积速度加快,但镍盐含量过高,速度过快易失控,镀液发生自分解,使溶液产生固体颗粒,这些微粒夹入镀层中,造成镀层上有黑色粉末。另外,镍盐含量过高,若柠檬酸盐含量过低,在碱性溶液中,镍盐会形成氢氧化物沉淀,从而使溶液浑浊,导致沉积层粗糙。

B、改善对策

稀释镀液,分析调整镀液成分

4、次磷酸钠含量过高

A、故障分析

次磷酸钠是镍的还原剂,在络合剂比例适当的条件下,随着次磷酸钠浓度的增加,镍的沉积速度增大,在生产中控制它与镍盐浓度的摩尔比小于4。若次磷酸钠含量过高,反应剧烈,镀层色暗,镀液易分解而不稳定;含量过低,镍的沉积慢,氢容易析出而产生气流。

B、改善对策

稀释镀液,分析调整镀液成分

5、化学镀镍液被污染

A、故障分析

采用胶体钯活化的工艺,如果将活化液带入化学镀镍液,就会引起化学镀液的分解,在已分解了的化学镀镍液中进行化学镀镍,必然得到黑色粉末状的镍层。

B、改善对策

更换化学镀镍液

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