普象-让好设计发光

大家过年好，这周再更一篇，把电镀学习总结一下。

终于到金属镀膜外观结构件最常见的镀膜工艺 – 电镀工艺。

电镀的历史

1800 年，意大利布鲁纳特利发表镀银论文；

1805 年，布鲁纳特利提出镀金；

1840 年，英国埃尔金顿申请了氰化镀银的专利，并开始应用于生产；

1840 年，雅可比申请酸性镀铜的专利，并于 1843 年应用于生产；

1840 年，博特杰提出镀镍；

1915 年，采用酸性硫酸锌工艺对钢带进行镀锌处理；

1917 年，普洛克特提出氰化镀锌工艺；

1923-24 年，芬克、埃尔德里奇提出镀铬工业方法。

同时电镀的金属材料也从、从单一金属、二元金属、三元合金，逐步发展至复合材料。基体材料也从传统的钢铁、铜及其合金，扩展到轻金属、锌基合金压铸件，再到塑料、陶瓷等非金属材料。这使得电镀的应用场景得到了极大的拓展。

电镀的应用

因为这个镀膜要用到电解液，所以业界里也经常叫“水镀”。因为它制程设备简单，工艺流程容错性高，成本低廉，所以在外观结构件大量应用。以汽车行业应用最为常见，如下图：

（感谢@注塑爱好者的图片）

电解原理

电镀本质上是利用了金属的氧化还原反应。

电解原理：经过通电，在阴极上发生金属离子的还原反应，将金属或者合金沉积到外观件表面，形成均匀、致密、结合力好的金属层的过程。

具体如下：

1.        工件在阴极：金属离子得到电子 → 变成金属原子 → 沉积在表面

M+e−→M

这一步是还原反应。

2.        阳极（金属板）：

金属原子失去电子 → 变成离子进入溶液

这一步是氧化反应。

电镀原理图如下：

电解液是电镀的核心材料。一般电解液组成包括如下：

比如，普通镀镍的电解液成分和功能如下：

镀层的质量影响维度

衡量镀层质量的维度有6个：

1.        外观：色泽、亮度、起泡、烧伤、粗糙度、脱皮等

2.        厚度：镀层的平均厚度、厚度均匀性

3.        结合力：镀层与外观结构件的结合力

4.        氢脆：如果外观结构件是金属，则可能会因为电镀过程中吸入氢产生脆性断裂

5.        硬度：镀层的硬度

6.        耐磨性：镀层耐磨损能力

而影响镀层的微观因素一般如下5个：

1.        温度： 温度太低，结晶粗大 → 镀层发暗、粗糙、容易烧焦；温度太高，光亮剂消耗快 → 容易雾状、不光亮、发花；

2.        电流密度：电流密度过大，镀层会粗糙、烧焦、起皮等； 电流密度过小，镀层会镀得慢、镀层不均匀，发暗。

3.        镀液pH值：pH 过低：镀层发暗、疏松、针孔。pH 过高：镀层脆、起皮、烧焦、边缘发黑。

4.        电镀时间：电镀时间直接决定镀层的厚度。时间太短（镀层不足），外观表面不均匀，有露底、发花现象，同时耐腐蚀、耐磨性极差，稍微有点摩擦或腐蚀，基体就坏了；时间太长（镀层过厚），外观表面容易出现起泡、起皮、脱落。因为膜层太厚，内应力累积，附着力下降，对于精密零件的尺寸会超标，装不上去。

5.        添加剂：添加剂可使镀层结晶细致、光亮平整，提高分散能力与电流密度范围，改善内应力和结合力；用量必须适当，不足则效果差，过量易导致镀层脆、应力大、起皮。

塑料电镀的常用材料

我们工业设计师经常需要考虑的是，如何用塑料件来做电镀件。

众所周知，绝大部分塑料不仅不能导电，而且还是很好的绝缘体。那么塑料怎么能电镀呢?其实塑料电镀并不是直接在塑料制件上进行电镀，而是先将塑料制件表面进行金属化处理，即在不通电的情况下，给塑料制件表面涂一层导电的金属薄膜，使塑料制件具有一定的导电能力，然后再进行电镀。

有的塑料与金属层的结合力很差，没有实用价值;有些塑料与金属镀层的某些物理性质如膨胀系数相差过大，在高温差环境中难以保证其使用性能。

目前用于电镀最多的是ABS，其次是PP。另外PSF、PC、PTFE等也有成功电镀的方法，但难度较大。

Cu-Ni-Cr 电镀流程

电镀可以制作大尺寸的零件，所以在汽车行业里使用广泛法。

汽车行业塑料电镀主要以 Cu-Ni-Cr 电镀为主，主要的工艺流程为:除油-化学粗化-还原-胶体钯活化-解胶-预镀镍-酸性光亮镀铜-半光亮镍-光亮镍-微孔镀镍-镀铬-烘干”。

基本上分为：前处理、电镀、后处理；

（一）  前处理

1、 上件：要装挂在中低电流区，使用不锈钢或钛挂点。

2、 粗化：增加电镀的附着力，这个过程要用三价铬。

3、 中和：将粗化槽中带出的六价铬去除。

4、 胶体钯活化：使敏化层的锡离子还原钯离子，在塑料表面形成一层均匀的钯催化晶核，这是化学镀铜 / 镍的 “种子层”。

5、 化学镀镍/预镀镍：在钯晶核的催化下，镀液中的镍离子被还原成金属镍，在塑料表面形成一层连续、导电的金属薄层，使塑料具备导电性，为后续的电镀打下基础。

6、 化学镀粗铜：镀一层薄薄的粗铜层，制造更多的导电表面，防止烧焦，提高挂具触点的导电性：

（二）  电镀

1.        镀酸性光亮镀铜：电镀一层较厚的铜层，提高镀层的平整度和覆盖能力，同时为后续镍层提供良好的基底。

2.        镀半光亮镍：沉积一层结晶细致、内应力低的镍层，作为底层，提高整体镀层的平整性和耐腐蚀性。

3.        镀光亮镍：提供镜面般的光亮外观，同时进一步提高耐腐蚀性

4.        镀微孔镍层/封口镍：提高耐腐蚀性。

5.        镀铬：在最外层镀上一层极薄的铬层，提供极高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，同时赋予镀层蓝白色的金属光泽。

（三）  后处理

1.        回收与清洗：工件出槽后，先在回收槽中浸洗，回收带出的镀液，再经多道清水彻底清洗，去除表面残留的镀液和盐分。

2.        干燥：用热风或离心甩干等方式快速干燥工件，防止残留水分导致镀层生锈或产生水印。

3.        检验与包装：对镀层的外观、厚度、结合力、耐腐蚀性等进行检测，合格后进行包装，防止在运输和存储过程中受损。

Cu-Ni-Cr 电镀每层明细及厚度

电镀层相比较PVD一个很大的不同就是电镀层厚度（~50um）远大于PVD（~5um），所以它的耐磨性很强，甚至可以用来补偿注塑缩水，修复机加工偏小。具体每层及厚度如下图：

什么情况下用电镀

为了更好地理解和应用电镀和PVD，我从外观、性能、尺寸、结构、成本、精度进行了对比，如下图：

总结如下：

 1.    要大尺寸、超长件、深孔内壁、导电屏蔽、补尺寸 → 必须电镀

2.    要环保、多色彩、高端质感、小件外观 → 优先 PVD

3.    要极致镜面、耐磨、耐盐雾、低成本大批量 → 电镀更强

至此，金属镀膜的工艺我都重新学习整理了。下一步需要到具体的项目和工厂端做进一步理解和应用了。但是对于ID设计师在做设计时，应该是可以满足大部分场景了。欢迎电镀大佬指正。

 下一篇回归到正常的CMF推测了。

感谢电镀大佬分享的材料如下：

ABS、PP、PA、PC等汽车常用塑料的电镀工艺 - 注塑爱好者的文章 - 知乎

https://zhuanlan.zhihu.com/p/695266280

《电镀生产工艺流程》，赵燕华

https://wenku.baidu.com/view/d087ce8f74232f60ddccda38376baf1ffd4fe39c.html?fr=income8-doc-search&_wkts_=1771035101807&wkQuery=%E7%94%B5%E9%95%80%E5%9F%B9%E8%AE%AD%E8%AF%BE%E4%BB%B6

https://wenku.baidu.com/view/8a578cf6c9aedd3383c4bb4cf7ec4afe05a1b134.html?fr=income6-doc-search&_wkts_=1770965292752&wkQuery=%E7%94%B5%E9%95%80%E5%9F%B9%E8%AE%AD%E8%AF%BE%E4%BB%B6

https://wenku.baidu.com/view/585824826b0203d8ce2f0066f5335a8102d2669b.html?fr=income2-doc-search&_wkts_=1771030879707&wkQuery=%E5%A1%91%E6%96%99%E7%94%B5%E9%95%80&svcp_stk=1_GCJZ_X4H81dDT-mGi-g0wIzNp3vQI260SaYJXKZOICWmNNYXtQc6fC9oXYDJ4ySajsEctbH7sWhVRip9qkaMkXJmDDrcIZQqe7LSBh6xy0npuu_7jhvr6m4FG2WR9znJHmd2BhkkhJyzFz9P-CKOwMLhWgsVvltYIyKxsJkwPRFCbrdT09JJQrveMRwy4To9OcUnBzuPyJ2N_rlt1DLNxA%3D%3D

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