表面镀层的绿色技术-真空离子镀

表面镀层的绿色技术一一真空离子镀摘要真空离子镀是指基体在真空环境中获得镀层的表面处理技术，由于主要生产工序不涉及水，故能避开电镀企业末端处理电镀废水的难题，实现绿色生产。关键词表面处理电镀废水真空离子镀表面处理行业是我国国民经济中的基础工艺性行业，主要是在金属和非电导体（塑料、陶瓷、玻璃、木材、纸、尼龙等）的表面上，采用某种加工方法，使之获得一层金属膜，也叫金属镀层。金属镀层的主要用途有以下几方面：提高金属制品或零件的抗腐蚀能力，例如钢铁制品或零件表面的镀锌、镀镉等；提高金属制品防护一装饰性能，例如表壳、表链镀氮化钛和金；提高制品的耐磨性能，例如发动机汽缸、活塞环和冲压模具内腔等镀硬铭；提高制品的减摩性能，例如轴瓦、轴套等镀铅锡合金；增强零件的导电性能，例如铜及其合金零件镀银、镀金等；增强零件的导磁性能，例如镀镍一钻、镍一铁等，以及其他用途。基件表面处理根据其是否在水溶液中进行［1］，分为2类：一类就是传统电镀（下称电镀），因为通常在水溶液中进行也称水电镀，故也叫湿法镀；另一类是物理方法，如在真空中进行的真空镀，由于主要工序不涉及水，故又称干法镀。目前，传统电镀应用较广，真空镀还不普及，但真空镀由于其工艺过程不产生电镀废水，能实现清洁生产，显现出较优越的前景。1电镀废水制约着电镀业的可持续发展电镀生产过程中会产生电镀废水［2］，产生途径包括：工艺废水、废电镀液、废工艺溶液、退镀液、排风洗涤液、电镀车间的“跑、冒、滴、漏”等。其主要是来自清洗工序中的排放水，一般清洗废水都含有工件带入的电镀液，据统计我国的电镀厂、点约有一万家，每年排放的40亿立方米废水中约有50%未达到国家排放标准。排出的重金属废水约4亿立方米，此外，还有5万吨废渣，3000万立方米酸雾。在国家《污染综合排放标准》严格控制的第一类污染物（共13种）中，电镀废水中就占6种，分别是Cr6+、Pb2+、Cr3+、Ag+、Ni2+、Cd2+，其他还有Cu2+、Zn2+、CN-、Fe2+等污染物。大多数电镀企业通过末端处理来控制污染，这种单纯依靠末端治理设施，只是使废物在不同介质间转移。废气用水洗成为废水，废水经化学沉淀变成有害的污泥或废渣等，造成新的污染，形成恶性循环。电镀废水是电镀业发展的瓶颈，制约着电镀业的可持续发展。2真空镀的种类及其工艺真空镀(PVD)大致分为真空蒸镀、真空溅射镀及真空离子镀3种工艺方法。真空离子镀(VacionPlating)技术是1963年，由美国的DMMattox研制成功的［3］。当时主要用于人造卫星需要耐磨的零部件。此后，德国、瑞士、日本等国也迅速发展起来。随着世界范围内能源的短缺和能量费用的日益提高，作为无公害的真空镀膜技术也在我国迅速发展起来。真空离子镀主要包括多弧和磁控溅射离子镀2种工艺，或结合两者的复合镀膜工艺。多弧离子镀是在13x10-10〜10-6Pa的真空度环境下，引燃蒸发源(阴极)与阳极之间形成自持弧光放电，即从阴极弧光辉点放出阴极物质的离子。由于电流局部集中，产生的焦耳热使阴极材料局部爆发性地等离子化，在工作偏压的作用下与反应气体化合，而沉积在工件表面上形成被镀的膜。浙江玉环金源比特科技开发研制的离子镀铭设备就是采用多弧离子镀技术。磁控溅射离子镀是把被镀工件和靶材(如钛金属靶、金靶)放置在真空室内作为2个不同的极。一般在13x10-10〜10-6Pa的真空度下，充入氩气。由于气体离子轰击而使部分靶材被电离成离子，形成等离子区，在电场的作用下，离子被吸附到被镀工件上形成薄膜。德国LEYBOLD公司的离子镀金设备采用的就是磁控溅射离子镀技术。多弧一磁控溅射离子镀多功能真空离子镀。航天部511所天星公司研制的多弧一磁控溅射离子镀多功能镀膜设备［4］，就是采用多层复合真空离子镀膜技术，是在真空镀膜室内安装数个多弧蒸发源(电源弧)，靶材为钛或锆，中间装有圆柱形磁控溅射靶，靶材为金。其镀钛及掺金的原理如下：首先按照一定的工艺参数在镀件上沉积TiN(或ZrN)镀层，再开启磁控溅射靶涂镀(TiAu)N涂层，从而得到TiN+(TiAu)N的复合膜，最后关闭多弧源的供电电源，使多弧蒸发源停止工作，只用磁控溅射法在工件表面的最外一层沉积Au，则可得到TiN+(TiAu)N+Au的多层复合膜。真空离子镀技术发展十分迅速，真空离子镀方法也多种多样，真空离子镀设备也在不断创新。真空离子镀膜种类有单层薄膜和多层复合膜，如：钛、金、银、锆、铝、铭、镍、硅、氮化钛、氮化锆、氮化铭、黑铭、碳化钛、氧化铝、氧化硅等彩色氧化物、金银合金、金镍合金、金铟合金、金铂合金等金属膜，金属化合物膜，复合材料膜。能满足钟表业、空间机械、金属加工、医疗仪器及首饰、五金、制笔、眼镜、汽配、阀门等行业的工件表面处理，应用范围越来越广。3比较真空镀铭和电镀铭的工艺流程(以镀镍一铭为例)电镀铭工艺流程：待镀产品的前处理(除蜡、除油)-电介除油-清洗-喷淋-活化-清洗一纯水喷淋-酸铜-回收-清洗-喷淋-光亮镍-回收-清洗-镀铭活化-装饰铭-回收-清洗-下挂-检验真空镀铬工艺流程：待镀产品的前处理(除蜡、除油)-烘干-真空镀镍-真空镀铭-下挂-检验从工艺流程可看出：真空镀铭和电镀铭的产品都要经过除蜡、除油等前处理，而电镀铭比真空镀铭多出5个清洗环节、3个喷淋环节、1个活化环节和1个酸铜环节，大大地增加电镀污水，耗费化学原材料。真空镀铭由于在真空中进行，所以主要工序脱离了水环境，最大限度地利用原料，减少废物的生成，减少环境的污染，开发了绿色工艺流程。综上所述，真空镀具有公害小、使用范围广、成本底、效率高等传统电镀无法比拟的优点，随着全球环保意识的增强，随着清洁生产理念的深入，随着真空镀技术的不断完善，真空镀取代传