工艺参数对镀镉层厚度的影响研究

翟敏 安浩

摘 要：本文通过溶液浓度、电流密度、电镀时间等方面研究镀层厚度与电镀工艺参数之间的关系，结果表明：当槽液中各组分达到某个最佳范围时，零件镉层厚度比较均匀；随着电流密度的增大，电镀时间的增长，镀层厚度先增大后几乎不变，但是鍍层外观粗糙，有局部烧焦的现象。

关键词：能量参数 镀层厚度 研究分析

中图分类号：V250 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0018-02

航空类产品对抗腐蚀要求较高，电镀镉层是主要的抗海洋大气腐蚀镀层，镀层不易开裂剥落，因此在航空，航海及国防工业中得到了广泛的应用。在海洋和高温大气环境中，镉镀层对钢铁是阳极性镀层，并且氰化镀镉溶液具有较大的阴极极化作用，从氰化镀镉溶液中得到的镀层平滑、细致。含有光亮剂的氰化镀镉溶液可获得光亮镀层，其孔隙率小，耐蚀性高，主要用于抗拉轻度低的结构钢零件中。

目前西飞公司在表面处理生产中采用了氰化镀镉工艺，任务量非常大，溶液的消耗很快，在生产过程中很容易出现镀镉层的厚度不均匀、镀层质量较差等问题。为了解决这种情况，本文通过赫尔槽试验并采用正交实验的方法，综合评定优化了各组份的最佳范围，以及电镀时采用的电流密度、电镀时间等工艺参数并对各影响因素进行了系统的分析，找出影响镀镉层厚度的因素。

1 试验

1.1 溶液浓度对镀层厚度的影响

氰化镀镉槽液由氰化钠、氧化镉、氢氧化钠和光亮剂四种组份组成，氰化钠在镀液中是络合剂，除了与氧化镉作用生成络盐外，在溶液中保持一定量的游离氰化物能保证阳极的正常溶解，补充镉离子的消耗，稳定溶液并提高阴极极化作用，改善溶液的分散能力。氧化镉是电镀液的主盐，在其他条件相同时，阴极电流密度范围随镉含量的降低而降低。氢氧化钠在电镀液中是导电盐，一是防止主盐和络合剂的水解；二是增加溶液的导电能力，有益于提高溶液的分散能力，改善镀层组织，使镀层光亮，细致。

在电流密度为1.5A/dm2，电镀时间为25min，我们通过控制其中三种组份含量不变，逐渐改变其中一种组份含量的镀液进行赫尔槽试验。通过测量试片镀层厚度，最终将多次试验结果进行正交，得出各组份的最佳含量范围。以此为基础我们做了大量的工艺试验，最终得到了电镀镉溶液各组份镀层厚度影响的关系图（见图1）。

氰化物含量过低，镀层均镀能力差，阳极容易钝化，不易溶解，过高会降低允许的阴极电流密度范围的上限制和阴极电流效率，阴极附近析出大量气泡，镉镀层难以析出，对分散能力和沉积速度均有不良影响。较高的镉含量能提高允许的阴极电流密度范围上限值，镉含量过高时，会降低阴极极化作用，使镀层结晶粗大，镀液的均镀能力下降。氢氧化钠含量过高，电流效率降低，电解液碱度增大，镀层发暗并带黑条纹，容易起泡；氢氧化钠含量过低，电解液导电性差，沉积层分布不均匀。氢氧化钠在规定范围内可增加电解液的导电性，防止游离氰化物的水解，提高游离氰化物的相对含量。

1.2 电流密度以及电镀时间对镀层厚度的影响

电沉积过程中，电镀时间过短往往因为电镀不充分而导致平均沉积速率很小，电镀时间过长镀液中有效成分大量消耗平均沉积速率也不理想，因此选择一个合适的电镀时间可以有效利用电镀液，也可以生成表面粗糙度低的镀层。

电流密度增加可以加快阴极阳离子的还原，成核速度逐渐增加，晶界逐渐模糊；但电流密度过大时阳离子容易集中在高电流密度区域，被还原金属来不及扩散，在高密度区域快速生长导致晶粒之间界面明显，表面不平整。故选择合适的电流密度对电镀膜层的质量影响比较大。

不同电流密度条件下零件电镀膜层的厚度不同，由于原始记录采用的电流密度为1.5A/dm2、以及3A/dm2电镀时间又各异，所以固定电镀时间为18min，通过改变电流密度，测量镀层厚度，最终得出电流密度与镀层厚度的关系图如图2所示。

由图2可以看出，随着电流密度以及电镀时间的增长，镀镉层厚度先增大后基本保持不变，但是镀层质量变差，镀层粗糙并且局部烧焦。所以为了满足实际生产要求，需要找出优化的电流密度以及电镀时间，结果如表1所示。

2 结论

（1）通过单因素和正交实验研究，找到光亮氰化镀镉液的最佳控制点，最终确定了氰化镀镉液维护控制在氰化钠：110～120g/L，氧化镉：28～30g/L，氢氧化钠：15～17g/L，光亮剂：1.2%（初配时）时，零件镉层厚度比较均匀。（2）随着电流密度的增大，电镀时间的增长，镀层厚度先增大后几乎不变，但是镀层外观粗糙，有局部烧焦的现象。所以选择合适的电流密度以及电镀时间至关重要。

参考文献

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