电镀层达因值的影响因素和控制

黄皓，朱万宇

（成都宏明双新科技股份有限公司，四川 成都 610091）

达因值这一概念最早出现在印刷行业，用来评价材料好不好印刷。达因(dyn)是力的单位，1 dyn = 10-5N，达因值的实质是表面张力系数，单位为dyn/cm，1 dyn/cm = 1 mN/m[1]。随着电镀的发展，越来越多产品电镀完后需要粘接胶膜、泡沫棉等，因此电镀行业也引进了达因值这一概念，用来评价电镀层的粘接性能，达因值越高，表示镀层的粘接性能越好[2]。虽然一些电镀产品的初始达因值很高，但往往存在达因值衰减问题[3]。本文以冷轧钢电镀镍为例，探究了基材表面粗糙度、镀液添加剂用量、包装方式和电晕处理对镍镀层达因值及其衰减的影响，以供同仁参考。

1 实验

1.1 冷轧钢电镀镍工艺流程

待镀基材为10 mm × 10 mm的冷轧钢(SPCC)，采用挂镀方式作业，工艺流程为：电解除油→水洗→活化→水洗→电镀镍→水洗→90 °C热水洗→120 °C烘干。

(1) 电解除油：Na2CO330 g/L，NaOH 20 g/L，Na3PO430 g/L，温度65 °C，电流密度4 A/dm2，时间2 min。

(2) 活化：采用10%(质量分数)硫酸，常温，时间2 min。

(3) 电镀镍：氨基磺酸镍350 g/L，氯化镍5 g/L，硼酸35 g/L，有机添加剂0 ～ 20 mL/L，温度55 °C，电流密度1.5 A/dm2，时间10 min。

1.2 性能检测和表征方法

采用日本三丰SV-3200型表面粗糙度测量仪测量基体和镀层的表面粗糙度(Ra)。

采用上海Coronash HZ-DYJ型片材电晕处理机对Ni镀层进行电晕放电处理，功率2 kW，时间10 s。

采用规格不同的德国Arotest 34/36/38/40/42达因笔检测Ni镀层的达因值，先用42达因笔在零件表面 均匀地画一条直线，静置2 ～ 3 s后观察笔迹是否收缩，未收缩(见图1a)表示Ni镀层的达因值为42 dyn/cm；笔迹收缩(见图1b)则更换低一级的40达因笔检测，如此按从高到低的顺序更换达因笔检测，直至笔迹不收缩，镀层的达因值即为对应达因笔规格的数值。

图1 达因笔检测样品达因值时的照片 Figure 1 Photos showing how to test the dyne value of coating by using dyne test pen

2 结果与讨论

2.1 基材粗糙度对达因值的影响

从表1可知，基材表面粗糙度越大，所得Ni镀层的表面粗糙度和达因值越高。

表1 不同表面粗糙度的基材上所得Ni镀层的表面粗糙度和初始达因值 Table 1 Surface roughness and initial dyne value of the nickel coatings electroplated on the substrate with different surface roughness

2.2 镀液中添加剂含量对达因值的影响

使用表面粗糙度为1.0 ～ 1.2 μm的冷轧板为基材，采用添加剂体积分数不同的镀液电镀镍，电镀之后在空气中裸露放置。从表2可知，电镀后样品的初始达因值均为42 dyn/cm。随着放置时间的延长，3组样品的达因值均减小，其中添加剂体积分数为20 mL/L时制备的样品达因值在第30天时已降至34 dyn/cm以下。

表2 镀液中添加剂体积分数不同时所得Ni镀层的达因值衰减情况 Table 2 Dyne value decay of nickel coatings electroplated from baths with different volume fractions of additive

在金属电沉积过程中，添加剂会微量参与反应并夹杂于镀层中[4]，在后续存放期间，有机添加剂逐渐析出到镀层表面，从而影响其表面自由能[5]，导致表面张力减小，达因值随之降低。没有加添加剂时所制的样品同样出现了达因值衰减现象，初步分析认为是在空气中镀层表面被氧化或污染所导致，但有待进一步研究和验证。

2.3 包装方式对达因值的影响

从表3可知，采用无添加剂的镀液对冷轧钢电镀镍后以不同方式包装并存放。可见样品裸露放置时达因值衰减最严重，采用密封袋装和抽真空均能在一定程度上减缓达因值的衰减，同时采用密封袋装和抽真空时效果最佳。增加干燥剂对减缓达因值的衰减无明显作用，说明空气中的水蒸气对镀层达因值的影响不大。

表3 不同包装方式下Ni镀层的达因值衰减情况 Table 3 Decrease of dyne value on electroplated nickel coatings packed in different ways

另外，样品在密封袋+抽真空环境下存放30 d后的达因值仍会出现小幅衰减，推测可能是因为镀层中存在孔隙，但有待研究和验证。

2.4 电晕处理对达因值的影响

电晕处理是指利用高频率的高电压产生放电，提高被处理表面达因值的一种方式，主要用于薄膜、胶条、泡棉等塑料材质。对2.2节中添加剂体积分数为20 mL/L的样品(放置30 d后)进行电晕处理，其达因值从低于34 dyn/cm提高到了40 dyn/cm，但在接下来的20 d里又逐渐衰减到34 dyn/cm以下。

根据黄亚男的研究[6]，电晕放电可增大材料表面反应性氧自由基的浓度，提高材料表面自由能。沈峰等[7]的研究则表明，在电晕过程中高能态的电子与空气中的氧分子碰撞，使氧气发生氧化而生成臭氧，臭氧的强氧化性使材料表面的有机污染物发生一系列复杂反应而被去除，从而提高了材料的达因值。值得注意的是，电晕处理同样具有时效性。

3 结论

研究了基材表面粗糙度、镀液添加剂用量、包装方式和电晕处理对Ni镀层初始达因值及其衰减的影响。结果表明，适当提高基材表面粗糙度或降低镀液中添加剂的浓度，采用密封袋和抽真空来保存电镀样品，以及对镀层进行电晕处理，都能够提高电镀层的达因值。