电镀缎面镍操作方法的改进
缎纹镍电镀操作方法的改进
孙承根
1. 缎面镍的起源及应用
缎面镍币早期也被称为麻面镍币，后来人们觉得这个名字太过粗俗、不雅，就把它改成了国外的“SATIN”镍币，现在多称为软光面的“缎面镍币”。
在我国，此类镀层起源于20世纪80年代，出现了一种表面柔和光泽、漫反射光线、不刺眼的镍镀层，引起了人们的普遍关注，得到了很大的应用和发展。在装饰电镀领域，柔和的金色、银色、枪色、铬色等颜色典雅美观，独具韵味。如果将两种不同颜色的镀层搭配使用或将上述柔光、光泽镀层相结合，色调会更加新颖，层次更加丰富，更有整体感和立体感。
以下是缎纹珍珠镍的一些工艺流程：
步骤一：工件常规前处理——底镀——缎镀镍
镀金-清漆-珍珠金
步骤 2：缎面镍上镀银 – 饰面 – 银色珍珠
青铜色 - 面漆 - 黑珍珠
铬白珍珠
在这里，工件先镀一层缎面镍，再镀一层金、银、青铜色或铬，最后涂上一层透明光泽漆，就变成了金珍珠、银珍珠、黑珍珠或白珍珠的颜色，光线朦胧变幻，色彩绚丽，煞是好看。
这里有两点需要注意：
第一，这里的涂漆多为电泳涂漆，特别是加色浆的涂漆，仿金层加上仿金浆涂漆，效果可以媲美真正的金属，完全可以和真品毫无二致，这种工艺在一些小商品上应用比较广泛。
其次，要达到这些美丽的色彩和效果，需要有稳定的缎面镍电镀工艺，否则很难实现。
2. 缎面镀镍生产工艺
最常用的软光泽涂层是电镀缎面镍。
获得缎面镍有两种常用方法。一种是向镀镍液中加入一定量的固体颗粒。这种颗粒常由二氧化硅、碳酸钡等制成，粒径小于5微米。为了使颗粒均匀地悬浮在镀镍液中，通常需要强烈的空气搅拌。当镀层厚度达到5微米以上时，即可获得具有缎面外观的镀层。另一种方法是向镀镍液中加入某些低浊度的表面活性剂。这种表面活性剂在室温下溶解，镀液清澈。当镀液温度升至40-50℃，超过表面活性剂的浊点时，镀液中充满细小的乳化液滴。同样，当镀层厚度达到5-10微米时，即可获得缎面般的镍层。这是目前获得缎面镍最重要和应用最广泛的方法。
国内外很多资料在介绍这些工艺时都说，使用此方法时，如国产ST添加剂，为稳定乳化效果，需每小时取出一部分(约1/3～1/8)镀液，冷却至20℃以下，使其粒径变小，再过滤除去固体杂质，升温至工作温度后再返回镀槽使用。此镀槽不能用空气搅拌，只能用阴极移动。国内上海长征电镀厂生产供应的ST-1、ST-2添加剂的缎面镍生产工艺，得到的镍层表面晶粒较大且粗糙，也难以在自动线上使用，时间一长，也难以得到均匀的镍层。笔者经常看到一些手工操作人员为了避免大颗粒镀层或使镀层更加细腻均匀，采用两镀两洗的方法，即先在此镀液中镀1-2分钟（时间不能长，否则会不均匀），取出挂具在回收槽中洗净，再回到镀槽中再次镀制，并将此操作视为“绝活”或“绝活”。坦白地说，用此方法获得的镀层更加均匀，但仔细分析，这种两镀两洗的方法，使携带的槽液量增加一倍，损耗也增加一倍。此方法只能在手工线上使用，不能在自动线上使用。另一种方法，目前在国内应用较多的是“百达鑫”的缎面镍添加剂——PBN添加剂。用此添加剂获得的缎面镍层哑光、均匀细腻度明显优于ST添加剂。很多外资企业也使用这种添加剂。其工作条件比较特殊。它采用磁力泵循环镀液，要求镀液循环速度达到8次/小时，但其镀层在大电流区往往比较粗糙，镀层颗粒大小不够均匀，镀液经常不平衡。
两种添加工艺的比较
ST 添加剂
PBN 添加剂
异丙基苯胺
320-350
380-420 克/升
六水合氯化镍
30-40
50-70 克/升
硼酸
40-45
30-40克/升
ST-1
6-7
PBN-A 0.5-1.5 毫升/升
ST-2
0.6-0.7
PBN-B 25-40 毫升/升
PBN-C 8-10 毫升/升
肺动脉高压
4.4—5.2
4.6-5
温度
50-60℃
55-60℃
丹麦
3-5安培/分米
4-6安培/分米
时间
5-10分钟
>5 分钟
移动情况
阴极移动加
溶液槽外部冷却
阴极移动加磁力泵罐液
循环8次/小时
3、缎面镀镍生产中存在的问题：
2000年，我被聘为昆山一家日资企业的电镀车间技术顾问。这家日资企业的老板在日本开了一家电镀厂，很多产品两地生产一样，电镀品种、工艺都一样。苏州这家企业的日常管理由一位女总经理负责，有人称她为女强人，她对人很挑剔。在苏州昆山的这些年，她先后聘请了好几位上海、苏州电镀界的老同志。我去的时候，她已经是第六位了。
该公司电镀车间有一台缎镍电镀槽，采用的是百达信的缎镍PBN添加剂，使用这几年一直不稳定，一旦镀液失衡，很难调节。为了继续生产，这些失衡的槽液只好放在室外重新配制新的镀液。这些镀液粗大不均匀，无法调节，只好放在室外。笔者进这家公司的时候，已经有5-6槽这样的失衡溶液存放在室外。面对这种情况，车间操作工一脸无奈，添加剂供应商也拿不出什么解决办法，公司老板也没意见，只好默许。
2000年，苏州刚开始使用国外的电镀添加剂，没有使用经验，更谈不上熟练。加入这家日资企业时，我的压力很大，说白了就是什么都要从零开始学，从零做起。就拿缎纹镍电镀工艺来说，面对这样的情况，我只能尽最大努力先维持生产，然后再慢慢改进。这样的生产工艺，我花了整整半个月的时间，按照供应商提供的条件，逐一进行霍尔（HULL）槽测试，取得了很大进展，但生产上却没有任何突破。
可是，说来也巧，由于连续生产，有一天缎镍槽上用来搅拌的磁力泵坏了，而车间又没有同型号的备件，一时之间生产无法进行。可是女老板生产任务很紧，怎么办呢？实在是急不得。在车间跑来跑去的时候，突然看到一个过滤器，上面不是有磁力泵吗？但是它的流量比较大，能不能先借我一下？我一时不知所措，它的流量也明显超出了供应商提供的操作范围，如果我做的好，女老板也不会表扬我，要是出了问题，第一个被骂的就是我，怎么办呢？我只能瞒着她，硬着头皮偷偷试试。
在缎镍槽上装上这个大功率磁力泵之后，开机后镀液呈现剧烈翻滚状态，其他条件都满足的情况下，放下第一个挂架，同时心里已经很紧张很忐忑了，5分钟后出槽了，清洗完后我看了看工件表面，没有发现明显的区别，反而感觉镀层更加细腻均匀。那天我不敢多说，心想一个工艺短时间是说明不了什么的，必须要长时间稳定才算一个工艺。那天我没跟女老板说，怕她说些脏话。
就这样，生产持续了一个月左右，并没有发现任何问题，相反，看上去工艺越来越顺利。同时，废槽液也经过妥善处理，重新加入到缎镍槽中使用，没有发现任何不良症状。在之后的两年里，缎镍再也没有出现过任何不平衡现象。就这样，一种新的生产工艺诞生了。
其实，当一个生产过程稳定的时候，我们应该找出原因和原理，任何工艺都必须是“实践上可行，原则上合理”，这个顺序是不能颠倒的，那么这种现象背后的原理到底是什么呢？
4. 原则讨论
不管是ST系列添加剂还是PBN添加剂，应该说都是一些低浊点表面活性剂。在镀液中其他条件不变，温度为50℃时，它们在镀液中会变成乳化液滴，在电流的作用下，不断的在工件阴极表面吸附、脱附。吸附后，工件表面在吸附处瞬间不导电，形成麻点、针孔。由于表面不断被活性剂吸附、脱附，一层又一层，层层叠叠，形成均匀连续的麻点层。所以，早期人们也俗称它为“麻点镍”。但这种工艺的电流密度比较大，工件大电流区和小电流区的吸附强度不一样，往往是大电流区强，脱附弱，所以在高区会形成一些比较大的麻点，给人一种凹凸不平的感觉，很不舒服。在这方面，两种添加剂都有这个缺点。使用ST添加剂时，槽外需加一个小的冷却槽，每小时需将1/3的槽液抽到小槽内冷却至室温后再返回电镀槽。它的主要作用是用这种ST添加剂形成颗粒，高温时粒径增大，低温时粒径减小。这种添加剂在低端产品中使用较多。为了减少这种不均匀现象，有些操作人员经常采用两镀两清的方法。使用百达信PBN添加剂的电镀公司大多在沿海地区，外资公司也不少。它的工艺条件要求阴极移动，磁力泵搅拌，其搅拌强度为镀液8次/小时。这两种方法在生产中都有使用，但都不能真正解决镀层的均匀性问题。所以在自动线上使用是不可能了。当时这家公司的日本老板还给我们展示了一些日本制造的同类产品。那些缎面镀镍产品在工件的大电流区域也出现了很多大斑点。也就是说，日本的电镀厂区域并没有解决这个问题。
一次偶然的机会，我在一台加有PBN添加剂的缎镍槽上使用了一台大功率离心式磁力泵，它的作用是使镀液循环20次/小时，为此我也尝试了好几台不同强度的磁力泵，一般需要15次/小时以上，工件才能获得比较均匀的镀层。
可以说这种镀镍生产工艺还需要对镀液进行强烈的搅拌，单靠空气搅拌是不行的，单靠阴极的运动也是不够的。唯一的办法就是采用溶液的高速循环。镀液在高速循环时，溶液中的表面活性剂粒子的粒径是比较一致的。这样在电流的作用下，镀液中的表面活性剂的细小乳化粒子在工件表面的吸附和解吸就比较均匀。结果，镀层的麻面在肉眼看来就比较均匀，使这种生产工艺更加稳定。虽然这个数据是偶然发现的，但这种做法是对此工艺的极大优化和改进。不需要大槽电镀，小槽冷却，也不需要工件两次镀两次清洗。它的发现大大简化了工艺操作，可以在自动线上使用，大大扩展了此工艺的使用范围。另外，由于循环强度的增大，当槽液温度升至65℃时，并未发现颗粒增多或不均匀的现象，看来温度并不是造成不均匀的主要原因。
5、镀镍工艺控制要点：
1、镀液中总镍离子必须控制在95g/l左右。
2、阴极移动及溶液高速循环，强度应为20次/小时，以保证镀层均匀性。
3.切勿使用空气搅拌。
4、以前镀液中的表面活性剂，特别是镀镍槽中的表面活性剂，不管是高泡的还是低泡的，都必须清除干净，绝不能带入缎镍槽中，否则镀层表面就会出现亮点和暗点。
5、不能将油污带入电镀槽。
6、缎镍槽所用的光亮剂是光亮镍中的初级光亮剂，若要求光亮一点，可多加一些；若要求后期再加镀铬层，则应少加一些，否则镀铬困难。
6.新技术的确认：
生产实践是新技术最好的验证。
1、新工艺稳定后，我向当时日本公司的女老板汇报了这件事情。他们做生意，注重结果。其实她当时也注意到了一点，说这期间缎镍产品质量比较稳定，没有像以前那样有大起大落，就问这是怎么回事。当我把这个做法告诉她后，她才恍然大悟，就向日本老板汇报了这件事情。日本大老板有一次来他苏州的公司，跟我说，镀出来的产品质量比他在日本镀的还要好。就这样，这个工艺的改进得到了日本老板的认可。
2、百达信的添加剂供应商称，他们的PBN添加剂在其他一些公司使用时也出现过类似的问题，他们也担心解决不了。当他们得知这家日本公司使用他们的缎镍PBN添加剂后生产比较稳定时，他们也不知道为什么，明里暗里反复询问笔者。笔者认为他们是只关心金钱和结果的商人，所以当时也没多说什么，只说每小时8个循环可能不够。
3、国内一家ST添加剂供应商也派了两人到该企业参观，在生产车间只看到工人们忙碌地工作，根本搞不清楚到底是怎么回事。
4、在之后的十几年中，我走访过很多家电镀厂，他们电镀车间的缎面镍也普遍存在镀层不均匀的问题，作为朋友，我一般都会先去车间检查一下镀槽的容积，再计算一下磁力泵的功率，我几乎100%的帮他们解决过这个问题，总共有十多家工厂。
5、有一次，一个朋友告诉我，他厂里有一台500升的镀镍槽，生产还行。后来因为生产需要，镀镍槽扩大了一倍，到1000升，但效果不好。他反复告诉我，什么都没变，问为什么。我告诉他，你以前有500升槽的时候用的磁力泵，只适合用在500升的槽上，现在有1000升的槽，还用那个磁力泵，明显太小了。应该把磁力泵扩大一倍，或者用两台以前的磁力泵。他们听了建议，换了磁力泵，工艺马上就稳定了。
6、几年前浙江丽水的一个朋友跟我反映，他家电镀车间的缎镍效果不好，用的是百达信PBN添加剂，从广东请了好几个师傅，就是做不好零件。我到这个车间后发现，缎镍槽有600升，车间没有大功率磁力泵，只有一个过滤器。我建议他们把两个过滤器放在同一个槽里，把滤芯去掉。打开后，师傅们对试镀第一槽的零件相当满意，并告诉我，他们在广东从来没有镀过如此质量的产品。
7、ST助剂是国产的，价格比较便宜，国内制笔行业通常用得比较多。所谓“两镀两洗”的操作方法也是这些操作人员发明的。听了笔者的建议后，很多企业不但一次镀好，而且劳动强度大大降低，生产成本也降低了一半。另外，镀层的质量普遍比以前好，更加均匀细腻。
这种增加磁力泵循环量的工况，既适用于PBN添加剂，也适用于ST添加剂，不仅稳定了生产工艺，降低了成本和劳动强度，而且大大提高了产品质量，可以说这是缎镍生产工艺控制的一个突破。
七、结论
这个问题的提出，看上去只是工艺操作条件的一个变化，但实际上却影响到了该工艺的稳定应用，应该说这个问题说大不大，说小也不小。
复旦大学电化学名师余祖瞻前些年讲解过电镀原理，他强调电镀是一种应用性和实践性很强的电化学过程，强调了电镀技术在生产实践中的重要性，熟能生巧。这也让我想起了另外一件事，早些年人们在尝试焦磷酸盐镀铜工艺时，特别是试镀时，总是有些忐忑不安，常常把靠近槽口的挂具拿起来看看就放下了。当整体出槽时，常常发现有的挂具上工件的镀铜颜色较深，而有的挂具上工件表面的镀铜却是半光泽的，当时谁也不知道是为什么。后来才发现，那些镀层半光泽的挂具，在电镀过程中要拿起来看好几遍，而那些镀层暗淡的挂具，在电镀过程中就不拿出来看了。从这一点上人们受到启发，焦磷酸盐镀铜的电源应采用间歇电流或半波电流，这样铜层就能获得比较致密的半光泽镀层。
电镀工艺范围广，涉及的学科多，至今还没有人说自己掌握了所有的工艺，任何人只能说自己力求做得更好。永远没有最好的，否则科学技术就不可能有进一步的发展。在已出版的电镀工艺书籍中，一人一章即一人写一个镀型的，比较严谨，而有的一个人写的书，各种工艺都有，书中往往错误百出。很多师傅做表面处理一辈子，确实有很多绝活，我们后人要好好学习，科学总结。电镀技术是一门工程学科，我们从事电镀的人要时刻记住，任何工艺在实践上都要可行，在理论上要合理。对任何新生事物，不管是国产的还是国外的，都要坚持学习、运用、改进，这样才能在工作中不断创新、不断进步。我们不仅要做电镀大国，更要做电镀强国。
我有时候想，日资企业里的女老板真是一个做实事的女强人，如果她工作上没有那么执着，我们可能就无法那么快地改进工艺。二十年过去了，我一点也不责怪她，相反，我很感谢她。正是在那个时候，在那个时候，我有了这么极好的机会，能很早就接触和学习这些新工艺、新材料、新知识。同时，我也做了很多有用的实事。缎面镍电镀生产工艺的改进，只是其中一件。