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叶金堆

中共党员 ,学术型企业家、宏正创始人、总裁。国家清洁生产审核师,中国电子电镀专家委员会副主任委员,上海电子电镀专家委员会副主任委员,福建表面工程行业协会理事会副理事长,福建省汽车工业协会理事,长泰高新技术企业协会副会长,《电镀与精饰》期刊编委。

1983-1990年就读于厦门大学化学系,获得电化学学士、硕士学位。1990年-1993年在经济特区三家大型外资企业任电镀技术工程师。1993年从贵金属电镀配方迈开了宏正事业的第一步,开创了宏正的辉煌事业,发展成为今天的多元化、集团化的高新技术企业。叶金堆先生是我国工业界的唯一代表应邀参加2008年9月联合国环境规划署关于持久性有机污染物(即POPs)的《斯德哥尔摩尔公约》修订研讨会。是“漳州市第一批优秀人才”。

专家论点
厦门市宏正化工有限公司
叶金堆
摘要  221具有高光亮、低脆性、耐温性强,深镀能力好,抗杂能力强,镀层厚度非常均匀,大大节省锌锭的耗量,降低锌锭成本。碱性无氰与三价铬配套使用,膜层耐蚀性更高。2311锌铁合金在不同电流密度、温度下铁含量稳定在0.3-0.7%。
关键词  碱性无氰镀锌;锌铁; 三价铬钝化;高耐蚀;低脆性;
前  言
碱性无氰镀锌不含氰化物,锌金属浓度低,有利于三废治理,因此无氰镀锌的应用范围越来越大[1]。目前市场上普遍产品是国内传统DE和DPE型及国外产品。国内产品具有高光亮,但脆性大,耐温性及深镀能力差,分散能力也差;国外产品耐温性强,深镀能力好,但镀层光亮度一般。针对以上两类产品的特点,宏正公司研究出了221工艺。221工艺性能达国外水平,同时光亮度不低于国内产品。221碱性无氰镀锌与三价铬钝化配套使用,镀层耐蚀性、环保性、外观达到甚至超过出口欧盟电子及汽配行业要求。
1. 试验方法
1.1赫尔槽试验
采用赫尔槽试验装置,取镀液250ml进行测试。
1.2光亮度的测试
比较相同电流密度下的镀层光亮度。
1.3分散能力的测试
采用赫尔槽试片法,用测厚仪测出a、b两点的镀层厚度,通过公式计算分散能力:TP=a/b。
式中:
TP—分散能力
a—距离高电流区2.5cm处镀层厚度(电流区6A/dm2)。
b—距离高电流区7.5cm处镀层厚度 (电流区1A/dm2)。
1.4深镀能力的测试
采用管内插片法。CP%=镀层厚度/总长度×100%,每种工艺测试三根,每根量取镀层的正反面。
1.5镀层结合力与脆性试验
1.5.1热震法:把电镀完后的工件置于烘箱中,在200±10℃下恒温60分钟后,立即取出放入冷水中骤冷。观察镀层是否有起泡、脱落现象。
1.5.2弯曲法:把电镀完后的试片任意弯曲,观察镀层是否有脱落。
 
1.       6镀层抗杂能力强
在赫尔槽试验中加入除油剂,比较0.2A试片膜层光亮度与光亮范围.
1.7钝化膜结合力
将工件电镀一段时间,出光后钝化,观察钝化层外观,并通过胶带与橡皮擦测试钝化层结合力。
1.8中性盐雾试验
分别电镀酸锌与碱锌,同样经271三价铬黑色钝化,然后根据GB/T10125-1997进行中性盐雾试验测试.
1.9锌铁合金含量:
用紫外可见分光光剂计测试.
2. 试验结果与分析
2.1  赫尔槽试验
2.1.1光亮范围:通过赫尔槽试片比较光亮范围,试验结果见表1。
从表1可知,221镀层达镜面光亮,范围宽,特别是低电流区镀层仍达普通光亮;国外传统工艺镀层光亮范围较宽,但光亮度低;DPE工艺镀层光亮度好,但光亮范围较窄。
2.1.2操作范围
221产品操作范围广。赫尔槽6A电流时镀层不出现烧焦现象,0.2A电流时镀层也能光亮。
2.1.3耐温性
在50℃下通过赫尔槽试片来比较镀较的光亮度与光亮范围,试验结果见表2。
 
由表2可看出,221耐温性最好,在50℃下镀层仍达镜面光亮;国外传统C工艺虽较好,但是镀层亮度较差;国外传统J工艺耐温性较差,在50℃下镀层已经发雾,没有光亮;DPE工艺在50℃下也基本没有亮度。
 
2.3  分散能力
采用赫尔槽试片法,测试分散能力,TP=a/b。试验结果见表3。
 
由表3可以看出,国外传统C工艺与221工艺相当,分散能力最好;其次是国外传统J工艺,DPE工艺分散能力较差,不过以上无氰锌工艺的分散能力均远胜于氰化镀锌。
2.4  锌锭耗量比较
221工艺与传统工艺锌锭使用比计算公式推导:
已知:
221工艺:低区厚度L221=8um,高区厚度H221=12um,则分散能力TP=1.5。
传统工艺:低区厚度L=8um,高区厚度H传统 =24um,则分散能力TP=3.0。
可见:当传统工艺分散能力为3,而221工艺分散能力为1.5时,电镀同样产能的工件,若传统工艺需要1吨锌锭,则采用221工艺只需0.625吨锌锭,可大大节省锌锭成本。
2.5  深镀能力
试验结果见表4。
2.6镀液抗杂能力
  在镀液中直接加入除油剂,结果见表5.
由表6、图3可看出,221工艺的结合力最好,镀层厚度20um在200℃下恒温烘烤1h后立即取出放入冷水中骤冷,镀层不起泡、不脱皮;221工艺脆性低,镀层柔软,镀层厚度20um时进行任意弯曲后,镀层不出现裂痕及脱落;国外工艺结合力也较好;DPE工艺的结合力最差,镀层厚度20um热震后镀层起泡。  
2.8膜层结合力:
在同等条件下,比较酸锌与碱锌膜层结合力的区别。具体结果见表6。
(a)221碱性无氰锌钝化271三价黑钝;(b)921酸锌+271三价黑钝
从图4可看出,221碱性无氰锌的耐蚀性明显高于酸性镀锌。
3. 锌铁合金
锌合金的关键是镀层的合金含量要稳定,否则镀层的耐蚀性就不稳定。影响合金含量稳定性最大因素是槽液的温度与电流密度。传统工艺要求温度波动为2,当温度>30℃时镀层铁含量超过0.7%;电流密度<1A/dm2时镀层铁含量超过0.7%,电流密度>4 A/dm2时镀层铁含量低于0.3%。
         
从图5可以看出:2311锌铁合金在温度25-40℃,电流密度0.1-12A/dm2镀层的铁含量都保持在0.3-0.7%,因此2311锌铁合金的镀层铁含量十分稳定。
5.  碱性无氰锌的生产应用
221工艺已广泛应用于电子器材、汽配等行业,并且取得很好的效果。碱性无氰镀锌的主盐成份控制非常关键,若直接以锌锭为阳极,很容易使镀液中的主盐成份失调,影响生产。所以在生产中以铁板为阳极,锌通过溶锌槽来补充。当槽液中锌的成份下降时,通过泵将溶锌槽的镀液抽至镀锌槽中,过量的镀液又溢流至溶锌槽中。
6.结  论
221工艺具有以下特点:
(1)       高分散能力,镀层厚薄非常均匀:高电流区(6A/dm2)与低电流区(1A/dm2)镀层厚度比为1.2-1.4(一般产品为2.0-3.0),从而大大节省了锌的耗量,降低了锌锭成本。
(2)       高光亮:镀层达镜面水平,可与光亮酸性锌相媲美。
(3)       高柔软:镀层20um时可进行任意弯曲;在200℃下恒温烘烤60分钟后立即浸入冷水中骤冷,镀层无起泡现象。
(4)       耐高温:镀液温度50℃时,镀层仍达镜面光亮。
(5)       深镀能力:胜于氰化镀锌。
(6)       抗杂能力:抗杂能力强。
(7)       膜层结合力:碱性无氰锌的膜层结合力比酸锌牢固。
(8)       耐蚀性:碱性无氰锌的膜层耐蚀性比酸性镀锌好。
(9)       221光剂已应用于实际生产中,由于其高光亮性、高分散能力等特点,在电子器材方面已取得明显的效果。
2311碱性锌铁合金的操作范围宽,槽温在25-40℃,电流密度0.1-12A/dm2 条件下,镀层的铁含量都稳定在0.3-0.7%。
 
 
参考文献
[1] 陈亚,等.现代实用电镀技术.北京:国防工业出版社,2003.88-90.
[2] 张允诚,等.电镀手册(第2版).北京:国防工业出版社,1997.232-238.
[3] 全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会.覆盖层标准应用手册.北京中国标准出版社1999ISBN7-5066-1908-3.
[4] 左正勋,马冲,等.碱性无氰镀锌光亮剂的研制.材料保护,2003.36(8):67-68.
[5] 左正忠,侯润香,等.氰化镀锌与无氰镀锌通用光亮剂的研究.材料保护,1997.30.(5):1-3. 刘建军,三价铬钝化技术及其最新进展,电镀与环保2002,Vol 22(6),22.
[6]沈品华、屠振密,电镀锌及锌合金,机械工业出版社.
[7]陈锦红等,镀锌层三价铬钝化的研究进展,材料保护2004,37(11):32-34.
[8]碱性镀锌及三价铬钝化工艺,材料保护2004,36(9):226-227.
 
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