基于绿色化学的电镀新技术开发与应用

基于绿色化学的电镀新技术开发与应用

王亮

陕西东方航空仪表有限责任公司     陕西省汉中市  723100

摘要：随着人们环保意识不断增强以及对可持续发展的要求越来越高，以绿色化学为基础的电镀新技术已经成为人们关注的焦点。这些技术都是为了降低电镀时有毒物质的释放量、提高资源利用效率、回收和再利用电镀副产品。通过研发无毒或者低毒电镀液，推行节能减排技术，优化电镀副产品回收再利用工艺等措施，既可以减少环境影响，又可以促进电镀工艺经济效益的提高。这些新技术广泛应用于金属表面处理、航空航天领域、电子工业及汽车工业中，为绿色制造及循环经济的实施提供强有力的技术支撑。

关键词：绿色化学；电镀新技术；节能减排

引言

随着世界范围内环境保护与可持续发展问题的关注，传统电镀技术由于高能耗，高污染等特点正面临着严峻的挑战。绿色化学这门以降低或消除化学产品及工艺对人类健康及环境负面影响为目的的学科，给电镀技术的创新带来新思路。以绿色化学为基础的电镀新技术通过使用无毒或者低毒电镀液，推行节能减排技术和电镀副产品回收再利用等途径，既可以有效减少环境污染，又可以提升资源利用效率，促进电镀行业朝着绿色，高效和可持续方向发展。文中将讨论这些新技术在金属表面处理、电子工业及汽车工业中的发展及应用。

1.基于绿色化学的电镀新技术的应用前景

随着世界范围内环境保护越来越受到重视，传统电镀行业造成的环境污染问题急待解决，绿色电镀新技术成为突破这一局面的关键所在。在航空航空及电子行业中，其可以实现更加高精度，更加环保的表面处理以促进电子产品性能与可靠性的提高，从而满足日益增长的高品质，高性能电子设备的要求。在汽车制造领域中，绿色电镀技术帮助创造出更加坚固耐用，美观环保的汽车零件，在降低生产时对环境造成压力的前提下提升汽车整体质量与耐久性。在航空航天领域中，对零部件性能与质量都有极高要求，绿色电镀新技术可为零部件提供优良防护涂层，提高零部件抗腐蚀和耐高温能力，确保飞行器安全，可靠工作。另外，绿色电镀新技术还将在家用电器和医疗器械的许多领域中大显身手。既可以增强产品外观与性能，又可以满足越来越严的环保法规要求，从而为公司赢得了良好社会声誉与市场竞争力。

2.基于绿色化学的电镀新技术的开发

2.1 无毒或低毒电镀液的研发

当前研究人员正在积极寻找新材料来替代传统电镀液剧毒物质。如用柠檬酸，酒石酸和其它天然有机酸代替氰化物可以在降低毒性的同时维持电镀的效果。试验数据表明，采用新型有机酸电镀液的镀层其硬度、耐磨性等性能指标与传统电镀液相当，甚至有些指标要好于传统电镀液。在某些特定的镀种中，经过配方的优化，电镀液中的重金属离子含量得到了显著的减少。例如，传统铬电镀工艺所用六价铬毒性大、致癌性强，近年来三价铬电镀液渐成备选，三价铬既低毒又环保有明显优点。经优化配方及工艺可使三价铬电镀液达到乃至超过六价铬，已经在航空航天中有了较多的应用。镉是一种具有高度毒性的金属，它在电镀行业中有着广泛的应用。目前，研究人员正在努力开发可以替代镉的电镀技术，例如采用锌镍合金电镀液，这不仅可以降低其毒性，还可以提高镀层的耐腐蚀性能，已经在汽车工业中得到大量的应用。

2.2 电镀过程的节能减排技术

在电镀工艺节能减排技术的研究与开发方面，取得了令人瞩目的成绩。智能化电源控制系统就是一种主要手段。相较于传统的可控硅整流器，高频开关电源能够将电流效率提高超过20%。可控硅整流器的电流效率约为70%，而高频开关电源的电流效率则超过了90%。通过实时监测电流、电压和其他相关参数，并根据镀件的实际需求进行动态调整，能够显著降低电能的消耗。另外对电镀槽进行优化设计是其中一个重点。当前电镀槽使用较多的为逆漂流洗工艺，该工艺能减少废水排放。引入余热回收系统，将电镀过程中产生的热能进行回收再利用，用于加热镀液或其他生产环节，这也显著提高了能源利用效率。这几项措施综合起来有效地达到了电镀工艺节能减排的目的。

2.3 电镀副产品的回收与再利用

电镀行业中副产品回收再利用对环保及资源循环利用至关重要。对贵重金属回收就成了焦点问题。如采用电解法能有效地回收电镀废液中金、银及其它贵重金属等，既经济效益显著，又满足环保要求。废水回收利用中，广泛采用先进膜分离技术。本实用新型采用超滤，纳滤及反渗透三种膜技术对电镀废水中重金属离子及有机污染物进行高效脱除，使得处理出水可循环应用于生产并实现零排放。另外还可对电镀时废弃阳极板进行专业回收处理和再生利用。这些废阳极板中常含大量贵重金属，用物理、化学等手段，可从中提取有价值成分再用于电镀工艺。固体废物回收也是如此，电镀所产生之废渣经物理与化学相结合之处理可有效萃取其金属成分。如用磁选技术对废渣进行磁性物质分离，再用化学浸出法萃取贵重金属成分等。数据表明，在经过适当的回收处理之后，废渣中的金属回收率能够超过80%。该处理方式在大大减少废物排放量和降低环境污染的同时，也给企业带来相当的经济效益。

通过这些新技术的开发，为电镀副产品的再利用提供了强有力的技术支持，使得绿色电镀技术的应用成为可能，实现了环保与经济效益的双赢。

3.基于绿色化学的电镀新技术的应用

3.1 在金属表面处理中的应用

以不锈钢为例，在不锈钢表面处理中采用无六价铬镀覆工艺，利用三价铬替代普通六价铬不仅能获得优异防腐效果还能极大地减少对环境的危害。经过三价铬电镀处理的不锈钢在盐雾环境下的测试能够维持超过1000小时的时间，并且其表面依然没有明显的锈迹出现，这证明了其出色的耐腐蚀特性。尽管如此，它的显著优点是不包含高毒性的六价铬，对环境友好，从而降低了对人类健康和生态环境的伤害。铝合金表面处理中，微弧氧化电镀技术可在其表面生成坚硬致密的陶瓷氧化膜。这种氧化膜硬度可达到1500HV以上，显著提高铝合金耐磨性，耐腐蚀性。另外，通过对工艺参数，如电流密度和氧化时间的细致调整，我们可以为膜层的厚度和性能进行个性化的定制，以适应各种不同的应用需求。将这些绿色化学技术应用于金属表面处理，不仅使产品性能得到改善，而且满足环保要求，促进表面处理技术朝着绿色化和可持续的方向发展。

3.2 在电子工业中的应用

绿色化学电镀新工艺在电子工业中扮演着关键性的角色。举例来说，在制造印刷电路板（PCB）的过程中，采用脉冲电镀技术能够实现高度精确和均匀的金属镀层沉淀效果。据研究数据显示，经过脉冲电镀处理后，镀层的厚度均匀性能够维持在±1微米的范围之内，从而使PCB的电气特性和可靠性得到了明显的增强。另外脉冲电镀还有一个显著优点就是它的镀层不容易产生离子扩散。以铜零件镀金为例，普通的电源电镀可能造成薄金层由于离子扩散数日后表面变红，采用脉冲电镀不容易产生这一问题。集成电路封装时，使用化学镀镍钯金，使引脚抗腐蚀及焊接能力显着提高。在这个过程中，钯的厚度被精确地限制在0.05-0.15微米之间，而金的厚度则被限制在0.03-0.08微米的范围内，这样做确保了封装过程的高质量和稳定性。

3.3 在汽车工业中的应用

汽车零部件防腐处理采用锌镍合金电镀技术可显着提高零部件抗腐蚀性能。根据实际检测，锌镍合金电镀后零件盐雾试验可持续1500多小时，远超常规镀锌零件500多小时。在处理汽车轮毂的表面时，我们使用了多层电镀的方法，例如先进行铜镀，然后是镍镀，最后是铬镀，这不仅让轮毂看起来更加亮丽，还显著提高了镀层的硬度和耐磨性。其中镀铬层硬度可达到800-1000HV大大延长轮毂使用寿命。在处理汽车发动机部件的表面时，采用物理气相沉积电镀方法，可以在部件的表面形成一层非常薄但性能出色的涂层，例如类金刚石涂层。该涂层摩擦系数低至0.1,有效地减少发动机磨损和提高燃油效率。

结束语

以绿色化学为主的电镀新技术通过研究开发无毒或者低毒电镀液，在电镀过程中推行节能减排技术，回收和再利用电镀副产品等方式给电镀行业带来革命性变革。这些技术在帮助减少环境污染和提高资源利用效率的同时，也给电镀行业带来了一个全新的经济增长点。伴随着绿色化学理念不断深化及相关技术不断创新，电镀新技术在金属表面处理、航空航天领域、电子工业及汽车工业中必将扮演日益重要的角色，对实现绿色制造及可持续发展起到积极推动作用。

参考文献

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