對電鍍工業(yè)發(fā)展前景的思考

 眾所周知，電鍍是制造業(yè)的基礎(chǔ)加工工藝，它隨著制造業(yè)的興衰而起伏。這幾年來電鍍工業(yè)發(fā)生了不少變化:如鍍層的結(jié)構(gòu)、基材的種類、電鍍的方式都有不少改變。市場也開發(fā)出眾多新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備。從2009至2012年smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海全電子電鍍及表面處理學(xué)術(shù)年會及2013海峽兩岸電子電鍍及表面處理學(xué)術(shù)交流會上匯集了全電鍍界大部分研發(fā)的新成果。下面是我就業(yè)界新的研發(fā)動態(tài)引發(fā)對電鍍工業(yè)發(fā)展前景的思考。

    電鍍工業(yè)的發(fā)展前景

    近年來由于環(huán)保的要求日益嚴(yán)格，電鍍小企業(yè)關(guān)停并轉(zhuǎn)。企業(yè)數(shù)量也大幅減少,引起一股憂慮，電鍍工業(yè)是否真是夕陽工業(yè)，即將被淘汰？我想就此問題發(fā)表一些不成熟的看法，作為一家之言供大家參考。為討論上述問題，有必要對電鍍工業(yè)涉及的范圍作一界定。

    傳統(tǒng)的電鍍定義電鍍技術(shù)又稱為電沉積，是在直流電源的作用下，在電解質(zhì)溶液中由陽極和陰極構(gòu)成的回路，使溶液中的金屬離子沉積在陰極鍍件表面的過程。以上定義我們認(rèn)為過于簡單，不能全面反映當(dāng)今電鍍工業(yè)的全貌，我們提出以下建議：

    建議的電鍍定義電鍍是在液相中在電子導(dǎo)體與離子導(dǎo)體界面上通過電化學(xué)反應(yīng)在電子導(dǎo)體上形成金屬及各類化合物固態(tài)膜的過程。

    由此定義看出,其特點(diǎn)一是液相過程，二是電化學(xué)過程，因而電鍍不僅包括陰極電沉積過程，也包括陽極氧化的陽極過程，而且也涉及無電解的化學(xué)鍍、轉(zhuǎn)化膜的形成過程；從材料看，不僅可有金屬和合金，也可有半導(dǎo)體、導(dǎo)電高分子等一切無機(jī)、有機(jī)化合物。

    以上定義可以比較確切反映電鍍工業(yè)涵蓋的范圍，也可與其他表面處理技術(shù)如熱噴涂、滲鍍、真空鍍、油漆涂裝等工藝加以區(qū)分。這是一家之言，歡迎討論。

    電鍍工業(yè)會被淘汰嗎？

    電鍍是制造業(yè)的基礎(chǔ)工藝。由于電化學(xué)加工所特有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，不僅無法完全取代，而且在電子、鋼鐵等領(lǐng)域還不斷有新的突破。如芯片中的銅互聯(lián)、先進(jìn)封裝中的通孔電鍍；在鋼鐵行業(yè)中的鍍Sn、鍍Zn、鍍Cr；手機(jī)中天線電鍍、LED框架電鍍、鋁鎂輕合金的表面加工等。

    根據(jù)我們的觀察，電鍍技術(shù)的應(yīng)用熱點(diǎn)正在由機(jī)械、輕工等行業(yè)向電子、鋼鐵行業(yè)擴(kuò)展轉(zhuǎn)移；由單純防護(hù)性裝飾鍍層向功能性鍍層轉(zhuǎn)移；也正由相對分散向逐漸整合轉(zhuǎn)移，技術(shù)水平也正從粗放型向精密型發(fā)展。

    可以毫不夸張地說，沒有電鍍就沒有特征尺寸90納米以下的集成電路及其3D封裝產(chǎn)業(yè)；沒有電鍍就沒有全球年產(chǎn)600多億美元（中占40%以上)的印制電路板產(chǎn)業(yè)；也沒有豐富多彩的智能手機(jī)(一臺手機(jī)中有近百零件需要電鍍）,更沒有形形式式價(jià)廉物美的日用品。

    電鍍工業(yè)看來還有著廣闊的應(yīng)用前景，只是熱點(diǎn)的領(lǐng)域有所變化。企業(yè)數(shù)量可能會大幅減少，但產(chǎn)值、利潤不一定會下降。先進(jìn)制造業(yè)必然會推動先進(jìn)的電鍍業(yè)。這是由電鍍技術(shù)的特點(diǎn)所決定的，電鍍是制造業(yè)不可或缺的基礎(chǔ)工藝技術(shù)。

    電鍍技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢

    優(yōu)勢：1)電鍍技術(shù)可將鍍層控制在納米級，從理論上講可為原子級別。2)可在不同基材表面上定點(diǎn)提供各種功能特性如：可焊性、導(dǎo)電性、低接觸電阻、高耐磨性、高耐蝕性、電磁屏蔽、殺菌功能等等。3)常溫常壓下工作。4)投資相對不大。

    劣勢：1)對環(huán)境有一定污染，但可以做到有效控制。

    電鍍技術(shù)的優(yōu)勢若干例證(汽車工業(yè))

    1)芯片電鍍由于集成電路中連線向納米級發(fā)展，原來真空鍍鋁工藝不能滿足需求，改用

    大馬士革結(jié)構(gòu)后，由電鍍銅來完成使線寬從90納米向25納米以下發(fā)展；

    2)芯片三維高密度封裝也要由通孔電鍍銅來實(shí)現(xiàn)；

    3)smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海有一家封裝廠，需擴(kuò)建多條鍍Sn生產(chǎn)線，年預(yù)計(jì)可創(chuàng)利潤10億美元以上;

    4)寶鋼原有鍍Sn機(jī)組，鍍Zn，ZnNi機(jī)組,這幾年生產(chǎn)產(chǎn)值可觀，近又增加了鋼板鍍Cr 機(jī)組；

    5)大量新的技術(shù)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，如印制電子，物聯(lián)網(wǎng)，MEMS,HBLED都離不開電鍍技術(shù)；

    6)電鍍與真空鍍相結(jié)合，開拓了不少新應(yīng)用領(lǐng)域，如電磁屏蔽布、2-FCL等；

    7)3G基站的建設(shè)、飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展、鋁材導(dǎo)電氧化、陽極氧化的市場規(guī)模也將是非常

    可觀。

    電鍍及表面處理技術(shù)研發(fā)中幾個(gè)新熱點(diǎn)和突破:

    1.電鍍技術(shù)在染料敏化太陽能電池中的一些應(yīng)用。

    2013海峽兩岸電子電鍍會議上臺灣清華大學(xué)和大同大學(xué)教授在關(guān)于太陽能電池的研究動態(tài)的兩篇報(bào)告：《結(jié)合表面改質(zhì)與奈米鉑觸媒并應(yīng)用于染料敏化太陽電池之對電極量產(chǎn)制程開發(fā)》以及《Pt-and TCO-free flexible counter electrodes for dye-sensitizedsolar cells》中開創(chuàng)了兩階段浸鍍法（two-step dip-coating）制作納米島狀Pt對電極并成功用于玻璃基板染料敏化太陽能電池之對電極：本方法不僅鉑使用量極低且制程簡單，更具有優(yōu)異的催化性能及耐久度，是染料敏化太陽能電池對電極技術(shù)中，具有競爭性的一種。

    2.超臨界流體在表處理中的應(yīng)用

    超臨界流體是指溫度與壓力均超過臨界點(diǎn)的一種特殊狀態(tài)，特別是超臨界二氧化碳流體，公認(rèn)是一種綠色的溶劑，在其中可獲得性能優(yōu)越的金屬鍍層，在前處理方面也有極好的效果。當(dāng)它與離子液體聯(lián)合應(yīng)用時(shí)可以大為拓寬其在金屬電沉積方面的應(yīng)用范圍。smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海大學(xué)鄢浩副教授在這方面做過不少開創(chuàng)性工作。

    3.離子液體中電沉積

    離子液體即在室溫或近室溫溫度下呈液態(tài)的完全由離子構(gòu)成的物質(zhì)。從電沉積角度看兼?zhèn)涓邷乇蝴}的水溶液的優(yōu)點(diǎn)?？梢藻兂鏊芤褐袩o法單獨(dú)直接析出的金屬，如Al、Ti、W、Mo。smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海交大郭興伍教授課題組發(fā)表的---《氯化膽堿-尿素離子液體中Zn的電沉積行為及其在AZ91D鎂合金上的電鍍研究》指出此體系不吸水---很有發(fā)展前景;哈爾濱工業(yè)大學(xué)安茂忠課題組也有多篇有關(guān)論文發(fā)表;smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海大學(xué)周尉副教授也在開展研究工作。

    4.硅烷復(fù)合稀土轉(zhuǎn)化膜技術(shù)以及雙層膜技術(shù)有重大突破

    硅烷復(fù)合稀土轉(zhuǎn)化膜技術(shù)是一項(xiàng)環(huán)保并有可能取代傳統(tǒng)的鉻酸鹽和磷酸鹽轉(zhuǎn)膜的轉(zhuǎn)化膜新技術(shù)。其保護(hù)特性很好,只是有機(jī)硅膜的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。

    在2013北京慧聰網(wǎng)表面處理報(bào)告會上，Chemetall公司推介了一項(xiàng)Oxsilan技術(shù)，已在汽車生產(chǎn)表處理過程中完全取代了傳統(tǒng)的高污染的磷化工藝，已在全球多個(gè)家數(shù)十條生產(chǎn)線上應(yīng)用?？梢苑Q為革命性的突破。

    5.金屬銅表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)也有很大突破

    新加坡星化學(xué)公司在銅保護(hù)劑方面也取的不少具有實(shí)用價(jià)值的成果。據(jù)了解，航天工業(yè)中部分鍍銀的部件，已改用鍍銅加保護(hù)劑，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上節(jié)約了成本。因此表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)前景極好。

    6．電沉積納米超疏水鎳薄膜材料

    由smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海交通大學(xué)材料學(xué)院李明教授課題組開發(fā)的電沉積方法制備微納米分級結(jié)構(gòu)超疏水鎳薄膜,取得很大進(jìn)展見。

    在不同電流密度和時(shí)間下電沉積鎳薄膜的掃描電鏡照片。(a)電流密度10A/dm2沉積30秒，(b)電流密度5A/dm2沉積1分鐘，(c)電流2A/dm2沉積5分鐘，(d)電流2A/dm2沉積10分鐘。

    平滑表面上液滴與表面有大的接觸面積；納米針錐陣列和微米針錐陣列結(jié)構(gòu)，液滴與固體表面的接觸面積相應(yīng)減少；而具有微納米分級結(jié)構(gòu)的表面，液體與固體有著小的接觸面積。

    四種不同表面的潤濕性示意圖。（a）平滑表面，（b）納米針錐陣列表面和（c）微米針錐陣列表面，（c）微納米分級結(jié)構(gòu)。

    ７．真空鍍與電鍍、有機(jī)涂層相結(jié)合技術(shù)

    真空鍍與電鍍相結(jié)合是一種新趨勢：由于有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，不斷有新的品種出現(xiàn)，以下為幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例：

    1)屏蔽布：滌綸布上真空濺射鍍鎳+電鍍銅,昆山同興公司供應(yīng)產(chǎn)品。采用該工藝的廠家還有山東天諾廣電材料股份有限公司，后者已有數(shù)十種相關(guān)產(chǎn)品。電磁屏蔽要求日益廣泛，因此前景很好。

    2)鋅鎂合金鍍層鋼板：鋼板+電鍍Zn+真空鍍鎂+高溫退火，可提高耐蝕性2~3倍，外已有試驗(yàn)機(jī)組。

    3)濺射電鍍型二層撓性覆銅板2-FCL。

    4)鋁輪轂--有機(jī)膜層+真空鍍鋁+有機(jī)保護(hù)層,湖州金泰公司已開發(fā)成功。

    *以上真空鍍是蒸發(fā)鍍、離子鍍、磁控濺射等的統(tǒng)稱

    綠色環(huán)保電鍍工藝及廢水處理相關(guān)技術(shù)動態(tài)

    2009--2013以來每屆年電子電鍍交流會上，都有許多涉及綠色環(huán)保電鍍工藝及廢水處理的相關(guān)技術(shù)介紹,約占總論文數(shù)量的20%,說明這個(gè)領(lǐng)域是一個(gè)熱點(diǎn)及重點(diǎn)。

    1廣州三孚化工股份有限公司推出的無氰高密度鍍銅

    近年來我無氰電鍍的也有一些新新進(jìn)展,其中廣州三孚化工股份有限公司推出的無氰高密度鍍銅工藝在汽車輪轂上的應(yīng)用取得成功，已在鋁輪轂廠應(yīng)用三年左右，效果良好。

    2CDS酸性無氰鍍銅工藝

    河北霸州市電化工程有限公司開發(fā)的CDS酸性無氰鍍銅工藝，已在部分家具、自行車工廠使用。它是一種將化學(xué)鍍與電鍍相結(jié)合的工藝，能夠代替氰化物在鐵基體上鍍銅。同時(shí)它還突破了鋼鐵管狀工件不能鍍酸性光亮銅的禁區(qū)。

    3無氰鍍金銀工藝研究新成果

    哈工大安茂忠教授介紹了一種新的環(huán)保型、采用DMH主配位劑的復(fù)合配位劑無氰電鍍銀體系，此體系的鍍液無毒、穩(wěn)定性高，在適宜的電鍍條件下可以得到外觀平整光亮、結(jié)晶均勻細(xì)致、與基體結(jié)合良好的銀鍍層。使實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用復(fù)合配位劑體系無氰鍍銀溶液可獲得光亮細(xì)致的鍍銀層，鍍液具有良好的分散能力和整平能力，鍍層平整致密、成分純凈、抗變色能力強(qiáng)，鍍銀溶液對環(huán)境污染小，廢水易于處理，能夠達(dá)到環(huán)保要求，具有工業(yè)推廣應(yīng)用價(jià)值。

    南京大學(xué)趙建偉教授也報(bào)導(dǎo)了無氰鍍銀工藝研究新成果，利用ZHL-02無氰鍍銀鍍液配制工作液，在33°C和43°C，分別在四個(gè)電流密度下制備了純鍍銀樣品。利用掃描電鏡和X射線衍射研究了鍍層的形貌和結(jié)晶狀態(tài)。結(jié)果表明，該工藝制備的銀鍍層具有納米級的晶粒尺寸，其平均粒徑為30~40nm。晶向以(220)面為主。由于其納米級的結(jié)構(gòu)。利用ZHL系列無氰鍍銀已在銅線和項(xiàng)鏈裝飾性鍍銀開展了連續(xù)性生產(chǎn)性試驗(yàn)，結(jié)果表明該工藝成熟可靠。

    4高效復(fù)合電鍍廢水處理技術(shù)

    無錫思爾科技有限公司周健博士主創(chuàng)的一種利用特殊催化作用的電鍍廢水處理新技術(shù)，可對混合電鍍廢水進(jìn)行化學(xué)處理，金屬離子和COD可一次達(dá)標(biāo)。污泥量低于普通化學(xué)法，費(fèi)用接近常規(guī)方法。杭州三墩摩托車配件鍍鋅廠已使用近一年效果很好、浙江樂清震光電鍍廠及其他6家企業(yè)使用也非常成功，據(jù)說可在不增加太大處理成本（約10%）的情況下，可穩(wěn)定達(dá)到表3標(biāo)準(zhǔn)。此法是很有希望的電鍍廢水處理技術(shù)，缺點(diǎn)是價(jià)格偏貴。

    5高選擇性濃縮回收法處理重金屬廢水

    南京四方表面技術(shù)公司主要采用離子樹脂交換法進(jìn)行電鍍廢水重金屬回收，重點(diǎn)開發(fā)了新型優(yōu)質(zhì)離子交換樹脂，盡量高效回收電鍍廢水中各類重金屬，大幅提高資源利用率，進(jìn)而節(jié)省污水處理費(fèi)、能源、人力、化學(xué)品等，大大提高經(jīng)濟(jì)效益，他們開發(fā)的技術(shù)已在若干工廠取得應(yīng)用，可能一次性投入會略高。。

    6全面優(yōu)化膜法處理電鍍廢水

    揚(yáng)州佳境有限公司（臺企）電鍍廢水處理與回用技術(shù)也取得不少新進(jìn)展，主要在制膜原料的開發(fā)，膜功能提升，操作方式革新，膜系統(tǒng)工程突破，化學(xué)品用量減少，（污泥量可減少30-90%），模組化設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了綜合優(yōu)化，取得了成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，特別是在PCB企業(yè)廢水處理方面有不少成功案例。

    攻克環(huán)保關(guān)，前景更光明

    根據(jù)以上分析可以看出電鍍工業(yè)要更好更快健康發(fā)展，清潔生產(chǎn)是必由之路，需要我們電鍍工作者發(fā)揮聰明才智，采用更多技術(shù)更先進(jìn)、環(huán)境更友好的工藝。與此同時(shí)使用更有效的三廢處理技術(shù)，達(dá)到全面環(huán)保要求。目前以上二方面已有不少進(jìn)展和新的突破，但為實(shí)現(xiàn)此目的，還需要解決三廢治理中的管理問題。其中包括科學(xué)評價(jià)各種三廢治理中出現(xiàn)的問題，例如排放標(biāo)準(zhǔn)如何科學(xué)確定；對氰化物電鍍的科學(xué)的評價(jià)(歐美日等家均無淘汰氰化物電鍍的規(guī)定，只對六價(jià)鉻、鉛等有限制）。值得指出的是，外很少有電鍍園區(qū)，三廢多就地解決，雖然情不同，但其中有很多可借鑒之處。電鍍是一種服務(wù)性配套工藝，隨服務(wù)對象需求不同而變化，因此具體生產(chǎn)工藝常常千差萬別，要用一、二種統(tǒng)一的模式處理所有電鍍點(diǎn)的三廢是不太現(xiàn)實(shí)的，應(yīng)特別注意具體問題具體分析，謹(jǐn)防一刀切。

    后或許也是重要的一環(huán)是環(huán)保管理部門深入調(diào)查研究、加強(qiáng)執(zhí)法力度和減少不必要的干預(yù)。如果以上幾方面能得到很好落實(shí)，電鍍工業(yè)前景一定會更加美好。

來源：對電鍍工業(yè)發(fā)展前景的思考