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电镀学科研究现状和发展趋势 电镀学科研究现状和发展趋势 李家柱北京蓝丽佳美化工科技中心 蒋胜利北京东坝电镀厂 一.引言 金属电沉积，是通过电解方法在固体表面上获得金属沉积层的过程，目的是改变固体材料的表面特征，或制造特定成分和性能的金属表面层或材料。电镀是金属电沉积的重要的应用领域，电镀的主要目的是为零件或材料表面提供防护层或改变基底材料的表面特性。电镀可以改变外观，提高耐腐蚀性能，抗磨损，降低摩擦系数，增加硬度，提供特殊的磁、电、光和热等表面特性及其他的物理性能等，甚至可以修复磨损和加工报废的零件等。 电镀是高端技术和现代工业体系不可缺少的组成部分，在航空、航天、电子、兵器、通讯、计算机、石油、化工、造船、五金工具和机械制造等行业中得到了广泛的应用。它的应用提高了产品的抗腐蚀、耐磨损和装饰性能，赋予了许多工业产品特别是电子产品的特殊功能，电镀方法也常常被用来制备许多重要的工业材料和零部件，例如高密度集成电路，纳米金属粉、火箭燃烧室、波导管等。电镀大幅度的增加了产品的附加值，在我国国民经济的发展中起着十分重要的作用。 电镀是非常古老的工业，早在18世纪，就已经出现了初期的电镀生产。电镀为各种工业产品提供了防护性、装饰性和功能性镀层，在国民经济各个行业具有不可替代的作用。电镀工业的问题是在生产过程中不可避免的对环境产生污染。电镀工业的初期，由于不重视电镀废水、废气和废物的处理，造成了很大的环境问题。污染水源、毒化土壤，危害居民的身体健康。自上个世纪60年代以后，各国政府逐渐开始重视环境保护。我国党和政府提出了可持续发展的战略方针，高度重视保护环境和人民的身体健康。在全国范围内开展了电镀的清洁生产评审工作，按照政府规定的万元产值能源利用率、材料利用率和节水的指标等对企业进行清洁生产的审核，达到标准的准许进行生产，对于没有达到要求的限期进行整改，限期没有达到要求的停产或取消许可证。我国的电镀工业正在向着节能减排,实现清洁生产的方向发展。 二.电镀技术从重污染的电镀工艺向轻污染到基本无污染的方向发展 随着环境污染对全球气候和环境的影响越来越明显,世界各国对产品的环保要求也越来越严。2003年1月23日欧盟通过了《关于在电子和电气设备中限制使用某种危险物》的指令,即ROHS指令和《关于报废电子电气设备》的指令,即WEEE指令,旨在大规模减少废物中存在的有毒物质。这两个指令覆盖了十大类电子和电气产品,对整个世界产业链,包括原材料、零配件、表面处理加工、组装及产品制造业带来了前所未有的巨大冲击。 WEEE指令从2005年8月13日起正式实施,要求电子和电气设备的生产者承担回收处理的责任。ROHS指令从2006年7月1日起正式实施,要求电子和电气设备中限制使用含有铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯(PBB)和多溴联苯醚(PBDE)等六种有害物质。 我国政府相继颁布了清洁生产法和中华人民共和国电镀污染物排放标准，开展对于电镀企业的清洁生产审核，严格控制电镀工业对于环境的污染。 我国电镀工程上采用新的环保型电镀新技术应对保护环境的要求和清洁生产的审核,提高能源和材料的利用率,降低对环境的污染。 1.三价铬钝化工艺 电镀锌是电镀工业领域占最大比例的镀种。镀锌后为了提高镀层的抗腐蚀性能，一般都要进行钝化。长期以来，人们都是采用六价铬为主要成分的钝化溶液进行钝化。六价铬钝化膜的六价铬的含量非常高,有些高达0.5mg/dm2其余为多达60%的三价铬盐和用于染色与提高耐蚀性能的氧化物和无机物。这种钝化膜含有水合物，具有良好的自愈能力，钝化膜对镀锌和锌合金镀层有很好的保护性能。但是，钝化膜含有严重污染环境的六价铬。为此国际上自本世纪初开始限制或者禁止使用六价铬钝化工艺。我国科研工作者自上世纪末到本世纪初，一直在开展三价铬钝化取代六价铬钝化的工艺研究，第一代三价铬钝化代替六价铬钝化的工艺通过提高活性成分的浓度，提高温度，结合使用各种抑制剂，再通过硅酸盐和聚合物的后处理，达到了汽车工业的需要。第二代三价铬钝化工艺通过添加金属盐和弱有机酸增加了钝化膜的厚度，较大的提高了钝化膜的耐腐蚀性能。第三代三价铬钝化，采用三价铬氧化物和高性能表面活性抑制剂例如二氧化硅、纳米粒子等的有机结合，三价铬的沉积量达到0.3-0.3mg/dm2,二氧化硅的沉积量达到0.5-1mg/dm2,厚度可以达到400nm以上。由铬的氧化物和胶体共同作用形成的三价铬钝化膜的耐蚀性能更好得多。三价铬钝化工艺已经在国内得到了比较普遍的应用，处理过的产品例如钕铁硼永磁体和汽车配件等，符合欧盟的规定，大批量出口到欧洲、北美和日本等国。 2.三价铬电镀技术 六价铬镀铬是电镀行业中应用最广泛的镀种之一，量大面广，钢铁、铝、塑料、铜合金和锌基合金压铸件上都要镀装饰铬，功能电镀(硬铬)的电镀工件包括液压汽缸和柱塞、曲