关于镀层及镀层厚度的问题,涉及多个方面,包括镀层检测与试验、镀层检测与试验、厚度标准以及在实际应用中的考虑因素等,以下是对这些问题的综合回答:
01、镀层的检测与试验有哪些
对于电镀层,除了外观,还有许多性能需要检测,基本上可以分为两大类,一类是物理性能的检测或试验,这些检测包括结合力试验、厚度检测、孔隙率测定、显微硬度测试、镀层内应力测试、镀层脆性测试、氢脆性测试以及一些特殊要求的功能性测试,比如焊接性能、导电性能、绝缘性能(氧化膜)等。另有一个大类则是防护性能的测试,包括各种抗腐蚀性能的测试和三防性能测试,比如各种盐雾试验、腐蚀膏试验、腐蚀气体试验、人工汗试验、室外暴露试验、环境试验等。
02、镀层质量好坏的评定
评定镀层质量的好坏由于不同的设计要求而有不同的评定标准。但是对于所有的镀层都有一个基本的评判标准,那就是结合力和基本外观质量。镀层结合力是所有镀层必须合格的最基本 的标准,任何镀层如果在主要工作面出现起泡、脱皮等结合力不良,即为不合格。同样,如果表面镀层的色泽不均匀、发花、水渍严重,或出现边角粗糙等表面光洁不良,也是不合格产品。因此评定镀层质量好坏首先是结合力情况和表面基本状态,然后才是相关的功能指标,这些指标的评定要依据相关标准进行,以便根据标准做出评定。评定的标准也可以是双方约定的指标,包括实物样本。
03、装饰性镀层的质量标准
装饰性镀层是以表面外观为主要质量指标的镀层,所以表面的装饰性是质量检测的重要项目,但绝不是只限于表面的光亮度或装饰性,而是包括光亮度在内,涉及镀层的表面均匀度、镀层厚度、抗变色性能等。因为装饰性镀层要保持交付后和使用中的装饰性能,所以并不是只对交付检验时的表面外观进行检测通过就完事了,而是要对其抗蚀性等进行检测,符合设计要求才能通过。因此,装饰性镀层的质量标准包括保持装饰性的质量指标,也就是抗变色性能、抗腐蚀性能、耐磨性能等多项表面指标。企业、行业和国家都对镀层的质量制定了相应的标准,比如对于装饰镀铬,就有国家标准G8/T 12600《金属覆盖层镍+铬电镀层》,对镀层的质量做出了全面的要求。
04、如何检测镀层外观
镀层外观是所有电镀层质量检测最受关注的指标,尤其是对于非专业人士,只能从外观来判断镀层的好坏。并且任何一种镀层,不论是装饰性镀层还是功能性镀层,其外观都是要达到电镀层基本的外观要求才能进行进一步的测试。所以,外观成了电镀质量检测的首先要过的第一关。
05、什么是主要表面
主要表面是指设计和实际使用中制件承担产品主要功能的部位,这些部位或有装饰要求,或有强度要求,或有其他功能性要求,在电镀过程中和电镀完成后,这些表面的镀层既要符合一般镀层的通用要求,又要符合设计所指定的功能要求。主要表面出现任何不合格,这件制品即为不合格。
06、什么是非工作面
非工作面是相对主要表面的一个概念,因此也可以叫做非主要表面。是指制件中不直接承担设计所要求的性能的部位,通常是制件的背面、内表面、复杂结构的过渡性表面或主要表面的过渡性表面等。这些部位的镀层只要符合镀层的通用要求即可,有时还可以放宽一些要求,以降低生产成本和节约资源,如果对非主要表面也要求与主要表面一样符合设计的要求,会增加电镀加工的难度和增加资源的消耗,这在工业生产中是不可取的。
07、什么是工艺允许缺陷
工艺允许的缺陷是指由于电镀工艺的限制,在电镀加工过程中出现的不可克服的缺陷,在一定的范围内,不作为不合格的判定依据。工艺允许的缺陷往往是由于镀件结构复杂和电镀工艺技术的限制而难以完全消除的缺陷,比如深孔内可以允许一定孔深内没有镀层,或规定孔口向内的一定距离内有镀层即为合格等。但是工艺允许的缺陷以不损失产品的使用功能为前提,是在不影响产品性能前提下的让步接收。并且要将消除和减少这种缺陷作为工艺改进的目标。
08、什么是镀层结合力
镀层结合力是电镀性能所有指标中最重要的指标,那么镀层与基体材料之间的结合力是一种什么力呢?至今都没有很确定的理论解释。这是因为基体材料有很多种,镀层金属也有很多种,同一种基体上的不同镀层,结合力的性质会有所不同,不同基体上的同一种镀层,也会有不同的结合力,因此很难有一个定论。比如钢铁表面的镀层和有色金属表面的镀层与轻金属表面的镀层和非金属表面镀层的结合力,就有明显的区别。而同样是酸性铜镀层,在钢铁表面和铜合金表面的结合力,也会有明显的不同。这说明在不同的场合,镀层结合力会以不同的力为其主要的结合方式。
09、检测镀层结合力的方法有哪些
用于检测镀层结合力的方法有弯曲法、锉边法、划痕法、冷热循环法、粘接拉力法和模拉法等,但常用的是弯曲法。将待测的试片制成长100mm、宽25mm、厚1mm的长方形,然后按需要测试的镀种和工艺进行电镀,清洗干燥后在台钳上以R=4mm的角度让试片反复弯曲180°,直至断裂。裂口处镀层无脱落为结合力良好。在电镀现场简易的方法是对片状制件用手直接进行反复弯曲,看断裂处有无镀层脱落。
10、镀层结合力的定量表示方法
由于定量测量镀层结合力比较复杂,平时用来测试镀层结合力的方法都是定性的方法,但是为了获得量方面的数据以进行比较和改进电镀工艺及操作条件,有时还是需要进行定量或半定量的结合力测试。根据所用的方法不同,所用的定量表示的方式和单位也有所不同。最常用的是单位面积上的镀层与基体之间的力,单位是kg/cm²(1kg/cm²—0.1MPa)或kg/mm²(1kg/mm²=9.8MPa)。只有当所用的方法完全一样时,这种结合力的量值和单位才有进行比较的意义。对于结合力较弱而可以用拉剥法进行测量时,这时所用的单位是以剥离一定宽度(通常是1cm)的镀层的垂直拉力来代表结合力,这时的单位就是kg/cm,这是非金属上电镀常用的结合力测试法所用的单位。
11、方格结合力实验法
方格结合力试验方法是涂料结合力试验中常用的方法,但也可以用到镀层和镀层表面有机膜的结合力试验。这种方法是用直尺和小刀在待测表面以一定宽度(通常是1~2mm)先划出相互平行的11条直线,深度要求划断表面层而达到基体或底镀层。然后再以同样的距离与之垂直地划11条线,构成100个小方格。用宽胶带均匀地粘住这些方格,然后拔起胶带,看有多少方格内的镀层或膜层被粘脱,按所占100格的比率来表示脱落率,从而可以半定量地表示膜层的结合力。便于进行比较。这时的数据只是一种结合力的间接表达方式,不是结合力本身的力学参数。
12、热震试验
热震试验也叫热冲击试验、高低温循环试验,是检测镀层结合力的又一种试验方法,常用在特殊材料的电镀结合力上,比如铝上电镀、锌合金材料电镀、塑料电镀等。这种试验是将试样在一定温差的环境中进行温度的交变试验,检测镀层经过这种不同温度环境的变化后结合力的变化情况。所取温度的差值根据材料的耐热性不同而有所不同。比如塑料上电镀的热震试验,高温就不应超过80℃,低温则可以是0℃或更低。对于有色金属材料,除了考虑材料的耐受力外,还要结合产品的使用环境来设计热震的温度范围,有时会在低至-40℃和高达230℃的环境进行热冲击试验。有些特殊环境使用的产品,则有更高的温度冲击试验要求,比如在发动机环境工作的制件,在往返大气层的航天器外部的制件等,需要更高温度的考验。
13、更简便的结合力实验方法
在电镀生产现场,有时需要即时了解所获得镀层的结合力情况,以便采取措施对工艺进行调整。这时可以采用简便的方法测试镀层结合力。一是划痕法,用小刀在镀层表面纵横交错地划若干条线,要划至基体金属材料。交叉格子内的镀层如果有脱落,则表示结合力有问题。
14、什么是镀层脆性
镀层脆性是镀层金属组织发生改变而使镀层变脆的一种特性。大家知道,一般情况下,大多数金属的韧性和延展性是比较好的。但是在特殊的条件下,金属也会发生改变,使韧性和延展性下降,脆性增加。由电镀方法获得的金属镀层,不同程度都存在着脆性,这是因为电沉积法获得的金属组织的结构与冶金法获得的金属组织的结构是有所不同的。镀层的金属结晶是一层一层生长并且每层都有可能因为电流分布或其他还原产物的介入而发生一些结晶改变,这些改变不仅增加了镀层的内应力,也减少了晶面的平滑度,表现在宏观上就使镀层的脆性增加。
15、镀层脆性的测定方法
镀层脆性是影响镀层质量的一个重要指标,特别是在各种电镀添加剂应用越来越多的情况下,镀层的脆性问题更加突出。因此对镀层的脆性进行检测,以保证镀层质量和找到降低脆性的方案和开发低脆性镀层是很重要的工作。
16、杯突实验
杯突法是测试镀层脆性的方法之一,它是在杯突测试仪上进行的测试方法。所谓杯突,就是给被测试件加外力的冲头的形状是一个杯状突起。与冲头对应的外模则是一个比冲头直径大一些的圆孔。试片在受压成型过程中会向圆孔内凹下去一个与冲头一样的杯状坑,直至镀层产生开裂为终点。以这个坑的深度(mm)来表示脆性的程度。坑越深,表示镀层的脆性越小。采用杯突法测试镀层脆性,一般需要制作专门的试片,来模拟实际电沉积物的脆性。不同厚度或大小的试片选用不同的冲头和外模的直径。它们的关系见表1所列。
表1 杯突法试片厚度与冲头直径的关系
17、镀层内应力
镀层内应力是金属电沉积过程中由于操作条件和镀液组成的影响,使金属电结晶过程中对应结晶长大过程中的受力而出现的一种平衡力。由于不是受外力引起的应力,所以称为内应力。镀层内应力是镀层性能的一项重要指标,测量镀层内应力对于了解电沉积层的力学性能有重要参考价值。。
18、如何测定镀层内应力
镀层内应力测试现在已经有多种仪器可以进行。这些测试方法所依据的原理是在薄金属片上进行单面电镀后,由于镀层的不同内应力而使试片发生变形而弯曲,再根据试片弯曲的程度等参数来计算出相应的内应力。一种可供现场管理的实用测试方法是条形阴极法。取长×宽×厚为200mm×10mm×0.15mm的纯铜试片,经过退火处理以消除机加工产生的内应力。小心进行除油和酸洗后,将试片的一个面进行绝缘处理,然后在被测试镀液内,让试片受镀面竖直地平行于阳极,按被测镀液的工艺要求进行电镀。完成电镀后,对试片进行小心清洗和低温干燥后,根据其变形情况来判断镀层产生内应力的情况。
式中,σ-镀层内应力,MPa;
20、螺旋收缩仪法
螺旋收缩仪法是一种经典的测试镀层内应力的方法。这种方法是利用螺旋形金属片试样在电镀前后其曲率半径发生变化进行测试。
测试的方法是将符合一定规格要求的螺旋形不锈钢带经表面清洗、干燥后,将螺旋内壁涂上绝缘漆,称重。然后将这种螺旋带的一端固定在螺旋收缩仪上,另一端为自由端。再将这种连接有测试仪的螺旋试样浸入镀液进行电镀。
21、简单测定镀层内应力的方法
22、耐磨性试验
23、落砂实验法
落砂试验是检测镀层耐磨性能的一种试验方法。这种方法是让有研磨作用的砂粒从一定高度落下冲击镀层或其他涂覆层的表面,直至基体材料露出为终点,记下到终点的时间,以此表示和比较镀层的耐磨性能。落砂试验的装置如图1所示。
图1 落砂试验法的装置示意
24、磨损实验法
25、材料的硬度及镀层硬度的检测
26、如何检测表面膜的硬度
27、影响镀层厚度的因素
镀层的质量影响整个电镀产品的质量,为了确保镀层的质量和性能,我们需要严格控制滚镀过程中的各项参数和条件,并对镀层厚度进行定期测量和监控。
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