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第三章第四节 电镀添加的添加与控制
浏览: 发布日期:2020-05-19
        关于镀槽添加剂,主要分为初级光亮剂、次级光亮剂、辅助剂、湿润剂几类,主要成为为高分子有机物,可以统称为“有机添加剂”。
添加剂在标准范围及适当的比例范围,可以有效提高镀层的致密度、延展性、深镀能力、填平性及装饰性能。但是添加剂控制过程经常出现比例失调的问题,同时添加剂在电镀过程以及停产的过程,都会分解,产生分解产物,这类分解产物变成影响镀层性能的有机杂质,引起镀液恶化,这是困扰电镀技术管理的常见问题。
        关于电镀添加剂控制,很多资深技术人士按照“少加、勤加”原则进行添加,这是一个非常好的指引。但是这是一个“定性描述”,不是一个“定量描述”,只能够引导我们如何做,不能够明确具体要做到什么样的程度才是最好。因此,现场对于添加剂的控制,还应该有更加量化的添加管理手段。
      (一)搞好电镀企业添加剂管理,我们先了解生产现场添加剂管理的一些问题。
        在很多电镀企业经常发生添加剂过量的情形。为何很多电镀企业经常发生“添加剂过量与不足”的问题?为何现在很多电镀线都设计有“添加剂自动添加装置”,已经实现连续添加,但是还是在发生添加剂过量?一系列的添加剂控制问题成为困扰众多电镀企业质量管理的主要问题!
造成这样的结果主要问题还是管理问题,主要原因在于以下几个方面:
       1、缺乏先进的管理观念
        很多电镀工程师对经验依赖性强,没有从现场的“定性管理”转变为“定量管理”。现场工程师缺乏有效的数据分析措施和严格的管理,没有在企业内部建立起一套完善的制度,没有对过去的数据进行分析和统计,也没有对添加剂消耗和产品电镀实际面积进一步关联起来。现场添加剂控制没有控制的中心线,添加剂的管控也处于依据电镀产品外观质量和工程师自身经验,作为添加剂添加调整的最终判定标准,这是电镀添加剂管理的初级阶段。很多企业主依靠少数具有多年现场经验的工程师进行管理,企业对现场工程师的依赖性很强,现场管理始终处于“感知——行动”的问题处理型管理阶段。
        2、缺少分析手段
        现场缺少严格的试片、化验分析手段,特别是一些具有一定实际经验的工程师,更加不注重试片、化验分析,而是依据产品质量状况来判定添加剂的情况,这样管理很不科学,同时也无法及时发现问题的前兆并及时进行纠正。作为一个严谨的现场管理者,我们更加应该建立起一套非常严谨的现场分析方法和手段,避免依靠经验来管理的不科学的管理方式。
        3、没有数据化,缺少总结
        现场配置有“自动添加装置”,自动添加系统的添加依据——“千安小时消耗量”以及定期的“适量调整量”,二者相辅相成、互为补充,更加有利于减小镀液添加剂的波动幅度,有利于稳定维护生产。但是很多企业没有对数据进行有效的分析,无法形成比较适合的“千安小时消耗量”,也就无法准确的总结出生产实际的“控制中心线数据”。另一方面,生产过程是一个动态的过程,管理者没有辅助以“日常试片调整”来判定添加剂的实际状态,也没有根据实际产量变化进行适时微调,因此使用“自动添加系统”更容易引起添加剂失调,因此自动添加装置也弃之不用。
        4、现场违反技术要求
         部分企业考虑到成本的因素,阳极金属补加很不规范和及时,电镀线总是要到阳极消耗完毕之后才补加,生产过程中阳极很多时候处于缺乏状态,镀液中主盐成分的含量也非常低,而且变化大。因此电镀时总是在槽电压非常高的状态下电镀,添加剂消耗量远远超过正常生产消耗量,结果发生添加剂失调,同时镀液内部有机物积累增多,电镀工艺稳定更无从谈起。而且,添加剂失调与有机物过量共同影响电镀质量,更影响现场技术人员的判断。
        5、 设备设计不合理
        现场打气设计不合理,电镀溶液总是利用最大的打气来实现搅拌。空气搅拌是添加剂分解的一个关键因素,实际生产中有30%左右的添加剂消耗是因为打气造成,因此,现场有经验的工程师需要调整好现场的空气搅拌的强度,合适即可。建议电镀企业尽量使用溶液循环的方式实现搅拌作用,减少添加剂因为打气搅拌的分解消耗,降低电镀成本。
        6、电镀线设计本身不合理
        很多电镀企业在设计电镀线时,总是在顾虑硬件投资成本,投资预算不符合基本设计远离。设计工艺时,所有的工艺槽的处理时间都采用下限,而生产效率则采用上限。在这样的思路下设计出来的电镀线,不出问题是不可能的!在这样设计的电镀线工作的技术管理人员一定有以下实际感受:
a) 为了达到光亮度不得不将光剂控制在上限范围,一不小心就过量。
b) 为了将效率提升起来,而且达到一定的厚度,生产时不得不将电压调整到最高,光亮剂分解非常快,而且总是厚度不达标。
c) 电镀线的添加剂控制范围非常小,稍微多一点就过量,稍微少一点,就不光亮。
d) 电镀线无法预见什么时候会出问题,现场管理无章可循。
        很多小企业发生添加剂过量的问题,与添加剂自身质量的稳定性也有很大的关系,很多小的添加剂供应商生产的添加剂很不稳定,主要表现在以下几个方面:
1). 添加剂的原料稳定性比较差,每个批次可能存在差异,因此生产出的每批添加剂也存在差异,影响现场管理者的控制经验。
2). 添加剂生产商的每个批次产量小,生产不具备连续性,不同批次间的添加剂差异影响着现场管理者的控制。
3). 一些关键原料垄断在国际大企业的手中,小型添加剂生产企业无法获得高质量、稳定的添加剂中间体原料供应,难以生产出与大企业同样品质的添加剂。
        因此,电镀企业在选择添加剂供应商要非常严谨,它非常关键的影响着生产过程的稳定性。同时也希望国内添加剂企业尽可能选择稳定、优质的中间体,加强生产过程管理,减小不同批次添加剂之间的差异,持续稳定的提供优质的添加剂,逐渐缩小与跨国公司添加剂质量的差距,逐步建立起国内知名添加剂生产企业。这里也希望我们一些国内企业主动支持国内的知名品牌,更多的了解国内添加剂的特点,其实添加剂质量的差异已经非常小,能否使用好与适合生产需要,关键一点在于对产品优点和不足之处的了解程度,优点可以进一步发挥,不足之处可以通过管理来避免和消除。
       (二)为了进一步控制好电镀工艺的添加剂,笔者依据自己的实际经验提供后续的管理方法,供大家参考。
        首先,电镀企业需要逐步建立起电镀线添加剂控制中心线,以指导电镀现场作业人员的现场作业。要分析出控制中心线,我们必须分析出我们日常控制中的添加剂的“正常消耗”与“异常消耗”,然后分开分析和统计,计算出合理的中心线。很多企业有建立起正常消耗数据,但是没有异常消耗数据,因此每次经过大处理之后,总是不能够快速的恢复正常,或者处理后总是要经过几天的调整才能够达到最佳状态,这对于质量稳定和生产稳定都很不利。因此本节专门就如何管理添加剂“正常消耗”与“异常消耗”问题,提供一些技术管理手段,供大家参考。具体请参考“表 1”、“表 2”。
        表1:电镀线正常光剂消耗统计
表 3-11:   月 电镀  线 生产光剂消耗记录表
镀槽 光剂名称 1 2 3 4 5 6 7 8 26 27 28 29 30 31 总计 平均
酸铜 MU                                  
A                                  
B                                  
湿润剂                                  
半光镍 m-901                                  
m-902                                  
M-903                                  
m-904                                  
NP-A                                  
全光镍 A-5                                  
SA-1                                  
SM-6                                  
Zn-2                                  
Y-19                                  
Cr-843                                  
硫酸                                  
生产时间H                                  
生产数量                                  
 
    
 
表2:电镀线异常光剂消耗统计

   月     电镀     线溶液处理光剂消耗记录表
镀槽 光剂名称 1 2 3 4 5 6 7 8 26 27 28 29 30 31 总计 平均
酸铜 MU                                  
A                                  
B                                  
湿润剂                                  
处理方式                                  
半光镍 m-901                                  
m-902                                  
M-903                                  
m-904                                  
NP-A                                  
处理方式                                  
全光镍 A-5                                  
SA-1                                  
SM-6                                  
Zn-2                                  
Y-19                                  
处理方式                                  
 
        关于添加剂的维护,从上面的两个记录表格,通过一段时间的统计,就可以掌握很多有用的信息。记录和分析是现场技术管理必要的工作,缺乏记录和分析的管理是混乱的管理。
        这里,笔者总结出一些添加剂管理的具体做法,供大家参考;
        首先,统计出“正常消耗量”与“异常消耗量”。一般的电镀企业只需要依据上述的方式,针对不同的电镀槽添加剂消耗逐月统计,在经过一年左右的数据分析之后,完全可以建立起每一种电镀添加剂的消耗情况,并总结出正常生产添加的“控制中心线”和异常处理后的“平均添加控制量”。这样可以逐渐建立起一套完善的管控措施和添加剂管理标准,减少、甚至消除添加剂失调的问题,让我们真正的实现电镀管理从“感知——应对”向“预见——行动”的电镀管理的跨越。一个稳定的生产企业和生产过程,现场工程师有更多的时间实现电镀改善和提升的工作,把更多的精力转向“节能减排”的重要方面。
        其次,电镀添加剂控制要有严谨科学的定量分析方法。一般的电镀企业都没有能力对添加剂、COD等进行分析,但是,一般的添加剂供应商是有能力进行分析的,企业可以与添加剂供应商建立起长期、稳定的售后服务关系,每月对于添加剂进行一次定量的测试分析,并建立含量管控趋势表,对日常维护有一定准确的数据管控,有利于保证添加剂在工艺要求的范围内。而实际很多企业缺乏这样的管理意识,没有针对添加剂进行定期分析,对于某些成分完全依靠现场经验进行控制,结果很容易出现添加剂过量的情形。这就发生行业内流行的一句话——“A多了加B,B多了加活性炭”的说法,这是很多企业对于添加剂维护的真实写照。笔者也曾经遇到过一个企业,在维护光亮镍槽,由于走位不好,电镀技术主管不断的向镍槽添加柔软剂和走位剂,结果将全光镍的柔软剂添加到20ml/l以上,最后没有办法,只好将溶液稀释才恢复正常。
        第三、建立起定期的霍尔槽(HULL-CELL )实验分析。虽然试片分析不能够直接反应添加剂的含量,这种试验方法只是介于定量与定性之间的一种分析手段,但是试片可以反映出我们在产品上看不到的问题,这种手段对预防问题是很有帮助的。通过定期的试片分析,可以判定添加剂的状态、有机物的状态、金属杂质的状态,适时调整车间对于添加剂的维护和控制量,避免过量或者不足的情形发生。
        第四、现场添加剂控制要“专人专管”。对于现场添加剂控制,一定要严格管理,现场添加剂添加一定要专人管理、专人添加,避免出现混乱的情况。
        第五定期活性炭处理非常必要。活性炭处理与弱电解是电镀日常维护的必要措施,超过一定范围的添加剂对于镀液稳定来说,也是有机杂质;生产与维护过程添加剂的分解产物也属于有机杂质;生产过程带入的有机杂质与油污也属于有机杂质,并且这些物质积累到一定程度,超过了镀液的杂质容忍范围,就会引发电镀问题,因此定期的活性炭处理是有效控制有机杂质在一定范围的必要手段。至于金属杂质控制则需要每天清槽,将掉落的工件及时清理,放置工件在镀液中溶解形成金属杂质,反而对于连续电解也并不一定非常需要,因为电镀过程本身就是一个电解的过程,正常状态下完全可以避免金属杂质的积累。
        最后,工艺设计要合理,工艺处理时间一定要足够。这也是最重要的一条。很多企业在设计电镀线时,考虑投资非常精明,工艺时间短到极限。这是很多电镀企业无法电镀出高品质的致命根源所在。中国很多的五金、卫浴电镀企业在设计镀镍槽时,几乎大家都按照1um/min的电镀效率来设计,因此笔者看到很多环形电镀线镀镍在8~12臂左右,镀镍时间大约在5-6min左右, 结果实际生产过程中怎么也达不到设计的理想状况。笔者有幸了解到一些西方国家的电镀工艺流程,他们镀镍时间至少15~20min 以上,他们对于产品镀镍层厚度的要求也是与我们相同的标准。他们电镀线正常工作电流比我们要低很多,这样的条件下施镀,镀层无论从致密度、结晶细致程度、厚度的均匀性都非常好,而且电镀维护成本也并不高。
        很多企业在设计电镀线时,已经将自动添加作为一种维持添加剂稳定的添加方式,将添加剂添加与“千安*小时”关联起来,这样对于维持电镀溶液中的添加剂均衡是很有帮助的,对于避免添加剂过量也是有帮助的。但是很多企业使用不成功,归根结底在于缺乏管理和分析。
要使用好“自动添加装置”,必须做好以下工作:
a) 设置“自动添加”必须设置“千安小时计”,通过“千安小时计”传输的信号来控制“自动添加装置”的工作;
b) 自动添加装置只针对一些随时需要补加的添加剂成分,比如镀镍的光亮剂,而对于湿润剂、柔软剂等成分还是采用人工定期添加。
c) 安排专人对自动添加系统进行跟踪,了解使用的相关参数和特点:计量泵流量调节最佳值、添加剂日常消耗量、添加剂稀释比例、试片分析自动添加结果、供应商提供的添加剂控制范围和实际使用范围等数据,总结出自动添加装置的使用特性。
d) 建立起自动添加装置的使用维护标准,作为现场日常使用的规范,并组织培训和教育,让现场维护人员转变过去的维护观念,确保现场操作者能够正确使用。
e) 结合试片分析和产品实际质量情况,定期修正自动添加装置的流量控制,让自动添加装置更加有效和适用。
        当然,通过现场对于自动添加装置使用,可以逐步转变现场维护人员对于现场维护的观念。为了进一步实现电镀添加剂更加稳定和良好,现场管理者可以采用该方式对一些不经常添加的成分进行分析,将这些组分也逐步细分成为日常添加或者每天补加,让各种成分更加均衡和协调,从而更进一步提升电镀品质。