实现LED支架镀银生产线优质低耗(11)——再论电流密度的适用.doc

实现LED支架镀银生产线优质低耗（11）
再论电流密度的适用

本集是（3）集的补充和深入。
电流密度的适用，是取得良好镀层的重要外加条件。要做到适用，除了要了解适用的重要性之外，还应熟知影响电流密度的各种因素，并且做到联系各种因素，综合分析，才能较准确选定，达到适用。
一、影响电流密度的因素
直接影响电流密度的因素有：电镀金属的本性；镀液类型；镀液组分及其浓度，包括主盐、附加盐、添加剂、络合物等成份的含量；镀液温度；PH值；搅拌力度等。其中电镀金属的本性和镀液组分是根本性因素，它决定了该金属能否电镀，用怎样的工艺（包括电流密度范围）才能取得良好的镀层。镀液的类型就是由金属的本性决定的。有的金属离子（如金属镍）在单盐镀液中就能取得良好镀层，有的金属（如银）则需在络合物镀液中才能取得良好镀层。由于在生产线上，各镀种，和镀液类型都已有明确规定，而且各电镀种类，添加剂供应商都详细提供了工艺配方和工艺条件，所以工艺操作人员只要联系本企业的实际情况，灵活执行，一般情况下，就能取得良好电镀产品。工艺配方与各工艺条件都有一定的范围。我们在具体选取上，要做到相互对应相互联系，相互协调。不可以把浓度选取在上限，而把电流密度选取在下限，反之也不可以把浓度选取在下限，而把电流密度选取在上限。笔者在以前各集，对直接影响电流密度的因素已经有过论述，现在再集中在一起简述之。
1、在其它条件不变下，在一定范围内，电流密度可以而且应当随镀液浓度的增加而加大，反之亦反之。
2、在其它条件如常，在一定范围内，电流密度随温度的升高可以而且应当加大，反之亦反之。
3、在其它条件不变，在一定范围内电流密度随PH值升高必须相应降低，反之亦反之。
4、在其它条件不变下，在一定范围内提高卷带走速，电流密度必须相应提高；在其它条件不变下，加大镀液循环力度（包括缩短镀槽长度，或者加大循环泵效率），电流密度可以相应提高。
5、在其它条件不变下，选择适当的附加盐，并适当添加到镀液中，可以相应提高电流密度。
6、在其它条件不变下，在一定范围内，提高络合物镀液的络合物含量，可以而且应当提高电流密度。
7、添加剂影响到电镀过程各个方面，一旦使用不当，单靠调整电流密度不能解决问题。例如：电镀酸铜时，若由于B剂过低，镀件高电流区极易烧焦。在中等电流密度下，就可能出现烧焦的故障，其时我们不能靠降低电流来排除故障，而只能靠调整添加剂含量来排除。有的添加剂能均匀地提高整个阴极的电阻，降低电化学反应速度，有的则能比较多地降低高电流区的电阻，从而使得镀层比较均匀，而且比较致密。
以上种种，都是能明显而又直接影响电流密度的因素。除此而外，还有简接影响电流密度的因素。包括：
1、镀槽宽度过小。一条生产线上，往往有多条卷带通道。若宽度不够，使得阴阳极之间的距离过短，造成电力线分布严重不匀，这不但会影响镀层的均匀，而且会缩小电流密度上下限的差值。业内有人主张极间距应不小于15cm。根据我们生产线的实际情况，笔者主张极间距应不小于10cm。这样既便于提高设备利用率，又不至于严重影响产品质量。
另外，宽度不够，造成镀液溶积，与阴极面积之比过小，电镀时，电流密度就不可以较大地操作。例如：酸铜电镀时，每升镀液的通电量就不能长时间大于0.5A/秒，否则就会影响镀液的电化学性能。
2、可溶性阳极与阴极的面积比：阴极电化学反应，实际上也受制于阳极过程。若阳极钝化，则电镀就不能正常进行。若阳极面积过小，在恒电流作业条件下，则槽电压逐渐升高，溶液浓度逐渐降低，均镀能力下降，电流密度范围下限上升，上限下降，产品质量难以稳定。在恒电压作业条件下，阳极面积过小，阴极实际电流密度下降，也极易造成电镀故障。一般说来，能保持溶液镀层金属离子含量恒定，其时可溶性阳极面积就是适当的。在保持溶液浓度恒定的前提下，为了保持适中的槽电压，可以联合使用不溶性阳极。
3、阴极的几何形状，对电流密度的选择影响极大。在千方百计改善镀液电化学性能的前提下，只有通过长期实践，才能较适中地选定合适的电流密度，从而确保阴极凸处和阴极凹处的电流密度都在合理的范围之内。另外，阴极表面粗糙度大，其实际面积会比表观面积大很多。在电流密度的选择上一定要充分予以重视。当然，对于几何形状过分复杂，表面过于粗糙的镀件，即使最优良的镀液，也无法取得连续、均匀、平滑的镀层。一般说来，几何形状复杂的零件，参照供应商提供的电流密度范围，电流密度不能取近上限作业，据笔者的经验，取中等或中上为佳。
二、极限电流密度与临界电流密度
使阴极高电流区，界面金属离子趋向于零，刚刚出现烧焦镀层时的电流密度，叫做极限电流密度。使阴极低电流区，一般是深凹处，开始出现电沉积，产生镀层的电流密度，叫做临界电流密度。极限电流密度与临界电流密度的比值越大，覆盖能力越好，而且电流密度可适用的范围就越宽泛，工艺人员就越好操作。实际上极限电流密度与临界电流密度，主要是由镀液性能和阴极几何形状及表面质量共同决定的。工艺人员在实际操作时，所使用的电流密度总是小于极限电流密度，而大于临界电流密度。而且工艺人员总是千方百计，通过调整镀液成分，并选择适当的添加剂，来尽可能提高极限电流密度。
三、瞬时大电流
指短时间使用比正常电流大得多的电流。一般在阴极表层金属与镀层金属不同时，在刚开始电镀时使用。尤其是氢在阴极表层金属上的过电位小于镀层金属上的过电位时，为了取得优质镀层，常采用瞬时大电流。生产线上，有镍上镀铜，也有铜上镀镍的镀种，这是比较好的组合过度镀层，若采用正常电流，也能取得较好镀层。在生产线上，一般有多只光亮酸铜镀槽，也有多只光亮镍镀槽，所以在起始第一电镀槽，采用瞬时大电流，对提高电镀质量也是有利的 。由于生产线是自动化连续作业，所以应注意以下几点：①第一只镀槽与后面的镀槽，要在下面共用一只镀液缸。②尽可能增加第一槽的可溶性阳极面积，并经常清洗阳极袋。确保在大电流条件下，槽电压不至过高（酸铜槽电压不大于2.5，光镍槽电压不大于6）。操作时，仪表显示电压可以略高于槽电压，因为有外电路压降。③时间5-7秒。如果时间过长，可把第一槽长度缩短。④加大搅拌力度。由于全线各槽卷带速度是统一的，所以只能通过加大槽内溶液循环速度来增加搅拌力度。最好的办法是缩短镀槽，那怕短到电镀时间只有3秒也是好的。当然也可以通过提高循环泵的效率，来加强镀液循环。
四、冲击电流
指在电镀开始的瞬间对电镀零件施加比正常电流密度高出几倍的电流密度，在很短的时间内，使零件表面全部镀上一层镀层，然后再迅速恢复到正常电流密度的过程。它的特点是结合力好，均镀性好，平整度好。它需用特定的镀液，并针对特定的镀件才使用。生产线上，在正镀银之前就可以使用。LED支架形状比较复杂，且氰化光亮镀银虽然结晶细致，孔隙少，反光性能强。耐蚀性、耐磨性、可焊性好，但光亮镀银液整平性差。所以在光亮镍之后，在具有一定整平度的基础上，可用冲击镍（全氯化物镀镍液），冲击银（高络合剂、低银含量溶液）来进一步提高整平度和结合力。生产线空间较短的企业，在光亮镍之后，可以不必予镀冲击镍，直接用冲击电流予镀银（AgCN1.5-2.5g/L，KCN90-120g/L，Jk1.8-3A/dm2，时间5-8秒），冲击电镀之后，必须迅速恢复正常电流。因此用冲击电流瞬时予镀银之后，不必冲洗，快速进入正镀银，迅速用正常电流正镀银。有的企业，用多只镀槽小电流予镀银，予镀时间在20秒以上。笔者认为，第一只予镀槽可采用冲击电流，这样结合力和整平度都会有所提高。

李耀南
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2015年3月11日
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