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曾祥德
（成都市新都高新电镀环保工程研究所 成都 610500）
［摘　要］介绍镀层质量故障排除的看、听、想、干四字法步骤，列举锌铁合金电镀常见故障实例的分析排除；指出有的故障之间有着内在联系不能忽视，强调看(观察)与干(试验)是故障排除的关键。
［关键词］锌铁合金 电镀 镀层质量故障
0　概　述
    电镀过程中出现镀层质量故障是经常的，但有不可避免与可以避免之分。前者导致的因素较多且复杂，如电源设备的缺相短路或部件损坏，又如原辅材料质量的差异等，有时难以查出，这是不可避免的客观因素，可说是“防不胜防”。后者是忽视工艺规范与操作规程引起，这是可以避免的人为因素，只要将规范、规程落在实处，就可以将镀层质量故障“防患于未然”。在生产实践中，许多故障的产生，总是后者多于前者。
    镀层质量故障的出现，导致的因素较多，只有从因素中找出主要因素，才能有效排除。对不是常在生产现场的专业工程技术人员来说，尤为重要。笔者在大半生的电镀技术生涯中，对镀层质量故障的排除实践，总结为看、听、想、干四字法。看：观察故障工件表面状态，观察基体金属有无缺陷，观察生产现场实际操作；听：对操作人员有关故障情况的介绍与看法，与库管人员介绍化工原料领用情况，要仔细听一听；想：将看到、听到的综合起来分析，找出故障主要因素；干：取镀液在小槽作故障重现试验，直到故障排除，将处理方法告知操作者如何去除。
    在排除系列镀层质量故障中，有两例典型，终身难忘。一是人为导致的复杂故障，二是对一次镀液故障起死回生的排除。
    2003年秋，四川某厂为生产需要，收购了某企业的电镀车间，需配2500L亮镍液方能满足生产需要，邀请笔者配制。到中午未配完，决定下午再配。当继续往槽内加硫酸镍时，笔者在旁突然发现，溶液色泽比上午深得多，警觉性油然而生，于是用精密试纸测溶液pH值，竟低到1.5。是水质还是硫酸镍引起?测试自来水pH正常，取少量硫酸镍用自来水溶解后测pH也正常，表明溶液出现问题是加入强酸物质所致。将老板请来现场，告知事故情况。现场看到，原Cu／Cu／Ni／Cr镀槽溶液蒸发所剩过半，只有将酸铜与亮铬液加入，才会大幅度降低pH值，同时还查看用过的盐酸、硝酸旧液。最后将事故锁定在硝酸液、酸铜液和铬酸液。经分析，可能午休有人翻窗进入所为。
    配槽停止，取出5L新液小槽试验。加入计量光亮剂，加温至60℃，挂工件五件，以大电流电解，使NO3-生成氮氧化物析出去除。电解至天黑，镀层灰黑，排除NO3-污染，又用小电流电解去除铜杂质。换5件工件，3件铜挂勾，2件不导电的塑料挂勾，电解至次日8时观察，导电的镀层仍灰黑，不导电的出现置换铜层，尤如刚出铜槽那样光亮，表明溶液的铜盐不少，电解效果太差，改用去铜剂处理过滤后试镀，虽无置换铜反应，但镀层还是发黑，还有析氢现象。阴极电流效率仍很低，考虑铬污染较多，于是以连二亚硫酸钠(保险粉)的处理方法去除铬杂质，反复三次才完全去除，亮镍液恢复正常，才将小槽试验转为大槽处理，这起人为复杂故障整整用了一周时间才处理过来。
    查明故障，系原电镀车间一位技术较好的操作工，认为新老板会请他配槽，结果是外地老师傅。制造事故目的，是老师傅处理不了时，便自告奋勇来解决，达到新老板招用他的目的。因此，趁配槽午休无人，翻窗进入，将酸铜液和铬酸液倒入还嫌不够，又将存放己久的铬酐桶盖打开，将未用完的铬酐取出部分倒入。事后老板将这一情况告诉了我。这是从事电镀技术数十年的首次出现人为事故的排除，因而难忘。
    记得上世纪80年代中期，一次应邀参加石家庄电镀技术交流会后，一个参会的乡镇电镀厂请我随她去厂帮助处理一下酸铜出现的问题。在现场看到，正镀椅架，电镀椅是当年的时尚，发现椅架低电流区光亮度低，帮助解决后，在车间院里发现大塑料槽内有镀镍溶液约2000L以上，询问得知是存放二年之久的报废亮镍液。告知是当时配出的亮镍液，不知为什么镀出的椅架发黑，找不出原因，请来电镀师傅也未解决，只好又另配新液。分析可能硫酸镍中残留的NO-3较多所致，因制作硫酸镍需硝酸作催化剂。我让找个小塑料桶装上废液带回去试一试，回厂后用大电流电解去除NO3-后，将排除方法写信告之，他们照此排除重新投入生产后，热情洋溢地来信表示感谢，对此起死回生的事故排除，深感欣慰。
    在新近14年多的氯化物锌铁合金电镀实践中，排除不少镀层质量故障，现将常见并可避免而又未能避免的故障，整理成文，以供参考。
1　故障实例
1.1　镀层光亮度差
    锌铁合金镀层是全光亮的，电镀时出现光亮度差是常见的，导致因素也较少，主要是光亮剂消耗减少所致，适量补加即可提高光亮度，如效果不佳，再继续补加，光亮剂一旦加入过量，还会引出其它散障，只要注意少加勤加，故障便可消除。
    除此，主盐或导电盐的浓度，也会影响镀层光亮度。最好先分析含量按分析调整，否则考虑其它因素。无分析条件用赫尔槽试验也比较准确，试片能看到光亮度差，适当补加主盐或导电盐便能提高光亮度。
    另外，镀层光亮度差还反应在阴极电流密度低，适当提高电流密度，故障便可消除。
    镀液杂质多，能影响镀层光亮度；光亮剂中含有隐敝铜、铅杂质成份，出现杂质多光亮度降低的情况很少，一旦出现，溶液显浑，伴有镀层粗糙，这是鉴别杂质导致光亮度降低的有效方法，净化溶液去除。
1.2　镀层发花
    电镀时工件出现发花亦即花斑，是常见的镀层质量故障。导致花斑因素较多，需要区别对待。
一是基体缺陷，有腐蚀斑痕，这些部位形成的镀层就会发花，严重时形不成镀层，此故障非电镀所能解决的。
二是工件上的油污或锈迹未去净，这些部位的镀层就会发花或脱皮，或形不成镀层，只要加强除油去锈，便能避免发生，这是常见故障出现频率最高的，望能引起重视。
三是工件酸浸蚀后清洗不净便入镀槽，残留酸滞留工件处就会发花，加强清洗便能消除。
四是工件镀后清洗不净便去钝化，镀液残留处的钝化膜就易发花，加强清洗可去除。
五是添加剂末稀释，进入镀液来不及溶解扩散便呈乳状色，致使镀层发花。添加剂要稀释，在搅拌中加入便能避免。
六是工件挂得过密，相互遮盖处镀层无光亮度，呈阴阳面的发花状，减少工件便能避免。
七是阳极与阳极间距超过300mm的空间，使电力线分布不到两个阳极间空隙处，出现阴阳面的雾白花状，保持阳极间距300mm，便无此现象产生。
八是阳极铜挂钩与极杠接触不好，工件局部导电不良处易发花，移动阳极，使其导电，故障消除。
九是阳极长度不够，工件超过阳极长度，超过之处电力线达不到，也易出现雾状花斑。
1.3　镀层发雾、发灰或发黑
    电镀过程中，镀层出现发雾、发灰或发黑的质量故障，主要反应在低电流密度区，导致的因素较多，这也是发生频率较高的故障，有下述因素影响：
一是主盐浓度过高或过低都容易出现。过高，沉积速度快，镀层光亮度好，电流大高区也不烧焦，但低电流区镀层发雾、发灰或发黑；过低，除此之外，沉积速度，光亮度也降低。为此分析主盐含量调整，也可作赫尔槽试验，调整切忌盲目添加主盐，稍有不慎，故障难除。
二是导电盐低，低电流区镀层除雾、发灰、发黑外，电压偏高，电流开不大，稍大，高电流区镀层烧焦，且光亮度较低。按含量分析调整或赫尔槽试验均可排除。
三是柔软剂，本工艺称开缸剂含量低，分散能力与深镀能力降低，对此也有的称走位性能差，这时低电流区镀层就会雾、灰、黑。判断准确，适当补加便可消除否则，考虑其它因素。
四是镀液异金属与有机杂质多时，低电流区镀层也易导致雾、灰、黑。如果是铜、铅杂质，添加剂中对它有隐蔽功能，不需处理，一般都是添加剂分解物过多所致，这时溶液有些发浑，需加入活性炭过滤去除。
    低电流区镀层的雾气灰、黑故障，电镀时出现的频率高，主要出在导电盐与开缸剂含量偏低所致，只要适量补加即可消除，补加无效果，应考虑其它因素，切忌多加，否则故障更为严重。
2.4　镀层起泡脱皮
    镀层起泡脱皮的因素比较简单，多数情况是工件上的油污未除净，油污处电镀时，不是起泡就是脱皮；工件锈斑未去净，也要出现起泡脱皮，这类故障是镀层与基体结合力不良所致，问题出在镀前处理，只要加强除油酸洗，入镀槽前注意检查一下工件，便可去除。
    还有一种情况，过量加入光亮剂，也容易引起镀层与基体结合力不良而产生脆性，镀层出现粉末脱落，工件镀后钝化干燥温度过高，镀层也易出现粉末状脱落，原因还是溶液中光亮剂偏高所致。
    影响镀层与基体结合不良的两种故障反应，均易鉴别，处理也简便，前者加强除油去锈工序的检查就可避免，后者对添加剂的补加采取勤加少加就可去除。
2.5　镀层粗糙
    就镀层粗糙故障而言，因素较多，主要有下述几种：
一是镀层粗糙是溶液中固体微粒杂质较多所致，主要来自阳极溶解产生不溶性物质，称之为阳极泥渣与添加剂的有机分解物，以活性炭处理过滤效果最好，因活性炭既能吸附有机物，还可吸附其它固体微粒。
二是在锌铁合金溶液中，镀层粗糙Fe3+增多时也易出现。Fe3+是从主盐Fe2+氧化生成的。在氧化反应过程中，溶液中H+因消耗而减少，pH则相对上升，pH随之升高，Fe3+从胶体态生成不溶性氢氧化物的固体微粒，吸附于镀层则出现粗糙。因Fe3+多的粗糙，必然伴随的是溶液显浑，呈微棕黄色，严重时则是砖红色，这时能以0.5~1g/L的还原剂加入能将Fe3+还原为Fe2+，溶液恢复清澈，故障消除。
三是添加剂(载体光亮剂)含量过低，不仅镀层粗糙而且疏松，发灰、发黑。此时将开缸剂按新配槽的1/2计量补加，镀层故障不仅消除，而且光亮度显著提高。
四是阳极铜杠与阴极铜杠相对的距离太近，致使锌板(阳极)与挂具(阴极)之间的距离不够150mm以上。电镀时由于电流强度大，电力线较为集中，因而镀层出现粗糙，遇上这种情况，只能改变挂具设计，使之适应。
五是主盐氯化锌含量过高，虽然沉积速度快，镀层光亮度好，电流大也不烧焦，但出现镀层粗糙，如果降低电流，仍然粗糙，溶液不显浑状，则是主盐浓度过高所致，另外也可通过含量分析来判断。一旦是只能适量稀释溶液相应补加导电盐与光亮剂来排除。
2.6　镀层烧焦
    镀层出现烧焦故障，一般都反应在高电流密度区部位。形成因素来自镀液组分比例失调与操作不当两个方面。
一是导电盐含量低，影响到镀液导电性能，致使分散能力与深镀能力下降，反应在低电流密度区，就是镀层发雾、发灰或发黑，与主盐含量高相同，不同之处，主盐浓度高，沉积速度快，光亮度好，高电流区也不烧焦，导电盐浓度低与此相反，沉积速度慢，光亮度差，电流稍大时，高电流区镀层烧焦，这是由于溶液导电性降低，电阻增大，电压偏高，电流开不大，稍大高区镀层烧焦。从而便可确定导电盐偏低，适当加入导电盐，故障排除。
二是阴极电流密度失控，也易出现高电流区镀层烧焦。这多产生在硅整流电源不能恒压恒流所致，大多出现在交流电源的突发上。这是不可避免的一时现象，很快就会恢复正常电流，另一种情况是操作不当，开大电流所致，只要适当降低电流便可消除。
三是工件带电出槽，也就是出槽不关闭电源，带电工件出槽时，碰上锌板之处烧焦发黑，部位不定，碰在那，烧黑出在那，只要关闭电源工件再出槽，便无此故障发生。
2.7　溶液显浑或显微棕色或砖红色的故障
    锌铁合金电镀溶液有时显浑或呈微棕色，严重时呈砖红色是不可避免的，这是溶液中铁盐Fe2+氧化Fe3+，最终导致镀层粗糙的结果。本条是叙述在氧化过程中的溶液状态，将镀层粗糙消除在萌芽期，避免Fe3+大量生成后对镀层质量的危害。
    当镀液显浑时，有两种可能，一是导电盐浓度高，适量补加水后，搅拌均匀，显浑的溶液立即恢复清澈；二是加入后仍然显浑，是Fe2+氧化Fe3+进程中的胶体状态而使溶液显浑，进而呈微棕红色。这时将0.5g／L还原剂用水溶解后加入溶液，Fe3+还原为Fe2+后，溶液恢复清澈。
    Fe2+是本工艺的辅助主盐，有它才能提高镀层防护性能，但易氧化Fe3+，使镀层粗糙， 这与其它因素所致不同，故单列叙述。
2.8　镀层的针孔条纹
    锌铁合金镀层出现的针孔与条纹故障时而同时出现，时而又单一出现，导致因素较为简单，主要在添加剂上。
    属于添加剂所致，有两种情况：一是镀层特别光亮，二是镀层亮度很差，前者是光亮剂过多，后者是载体光亮剂过少。前者在溶液中光亮剂过多，加水稀释不见效时，镀锌工艺常用双氧水去除，不仅将光亮剂氧化分解，连溶液中的铁杂质一并氧化过滤去除，锌铁合金工艺却忌用双氧水或高锰酸钾之类的强氧化剂去除，只能用大剂量(5～7g／L)粉状活性炭处理过滤去除，这既耽误生产，又加大成本，因此只要掌握光亮剂勤加少加，就可避免此故障，后者载体光亮剂过低，少量逐步补加至故障去除，切不可加得过量，否则“物极必反”。本工艺载体光亮剂融入开缸剂中，只要补加，便可消除。
    由于针孔细小，不易看见，稍有忽视便难发现。条纹状似气流，主要电流较大，开缸剂过低，析氢量较大时出现条纹气流，多在高电流密度区部位较多，其它部位有时也有，适当降低电流密度便可消除。
    针孔与条纹还出现在pH值过高上。氯化物锌铁合金是弱酸性溶液，由于Fe2+铁盐易氧化成Fe3+杂质，在氧化过程中，pH值随之上升，这是因为氧化时，溶液H+(氢离子)在消耗减少，OH-氢氧根离子在增多，也就是说，溶液酸度降低，逐步趋向碱化，当pH上升至5以上时，生成氢氧化物，形成针孔或条纹，这是单金属镀锌所没有的。
2.9　镀层发黄，严重时发黑
    锌铁合金镀层高电流区发黄、发黑，主要出在后处理的出光液中。本工艺出光液的硝酸浓度是0.1％~0.3％，比镀锌出光的硝酸浓度低10倍，微量硝酸起不了出光作用，只是对镀层表面的一层极薄有机膜清洗去除，保持镀层与钝化膜的良好强合力。因镀层中含有铁，高电流区较多，硝酸浓度超过0.6％时就易发黄，达到2％时镀层发黑。如果显黄，将出光时间缩短到：1~2s即可，发黄色泽较深时，可更换新出光液。
2.10　彩钝化膜色泽异常
    锌铁合金镀层彩钝化的正常是彩色鲜艳均匀悦目，如色泽异常，即高电流区部位镀层钝化膜色泽比其它部位偏深形成反差，色泽越深反差越大，即从偏绿到深绿、墨绿，甚至发黑。这是在电镀时所用电流较大，如2.0~2.5A／dm2左右，高电流区镀层含铁量增多所致。因此，电镀出槽前3~5min，电流降至1A／dm2左右，色差故障消除。
3　如何判断造成故障的真正因素？
    电镀生产中出现的镀层质量故障，多种多样，导致因素也各不相同，在面临众多因素导致的故障，要准确做出判断，找出主要因素，必须认真思考和仔细分析，从中找出最关键之处，必要时小试验证后再排除，方保万无一失。
    在生产实践中，尽管所见的众多故障里，其产生因素也较复杂，归结起来有两类情况，一是相同故障，不同因素，二是不同故障有相同因素之处，前者常见，后者不多见，当二者出现在一起时，稍有忽视便会判断失误。比如低电流区镀层出现发灰、发雾、发黑，偶尔又出现镀层粗糙。在分析导致因素时，对前者主要是主盐高或导电盐低才会出现，其次是添加剂中开缸剂偏低也易出现。后者主要是溶液杂质多时出现，其次是阴阳极距离近，150mm以内，因电流强度大，电力线集中所致。但开缸剂含量严重短缺时也会在灰黑故障中出现镀层粗糙，如果是生产经验丰富的操作者，立刻会意识到是载体光亮剂问题。
    在光亮镀层的光亮剂中，一般都有A和B剂之分，作用各异，装饰电镀的亮镍光亮剂，A剂传统称为初级光亮剂，B剂称次级光亮剂，前者后来更名为柔软剂或走位剂，后者去掉次级二字为光亮剂，钾盐镀锌与锌铁合金光亮添加剂中，A级为开缸剂，现也有改称柔软剂的，B剂为光亮剂，A剂的主要成份是载体光亮剂，主要对光亮剂中的主光亮成份起着增溶与促进光亮作用，它是某些表面活性剂组合浓缩而成，它比光亮剂用量在配槽时加入较多， 日常生产用量很少，只有镀层中严重缺乏载体成份时，这时不但会出现雾灰黑故障，而且还是粗糙疏松的，生产时偶然出现这种局面，缺乏经验的会措手无策。因此对不同故障出现某一相同因素时，必须重视，千万不能忽视，这是故障排除需要注意之处。
4　结 语
    综上所述，纵观故障因素大多来自生产过程中偏离了工艺规范与操作规程所致。因此，不仅要增强规范与规程意识，而且要切切实实地付诸行动，能坚持作到这点，许多镀层故障就可“防患于未然”。
    作者简介：曾祥德，(1931年—)男，四川内江人，大学毕业，高级工程师，从事电镀技术50余年，联系电话：13330989354

摘自：《江苏表面工程》

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