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關鍵詞：鋁合金;預處理;化學鍍鎳;附著力

中圖分類號：TG文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）12-0361-01

1 引言

化學鍍Ni-P具有厚度均勻、硬度高、抗蝕性優異等特點，因此鍍層廣泛被應用于需耐磨的工件。但是，鋁合金表面即使在空氣中停留時間極短也會迅速地形成一層氧化膜，以致影響鍍層質量，降低鍍層與基體的結合力。

本項研究得出了比較好的預處理方案，從而得到結合力良好，表面比較光亮的Ni-P鍍層。

2 實驗方法

2.1 實驗工藝流程

試樣制備配制除油溶液化學除油水洗侵蝕水洗超聲波水洗去離子水洗一次鋟鋅水洗退鋅水洗超聲波水洗去離子水洗二次鋟鋅水洗去離子水洗堿性鍍水洗酸性鍍去離子水洗吹干冷卻

2.2 除油配方及工藝

除油：Na3PO4•12H2O (30 g/L)NaCO3 (30 g/L)溫度（65℃） 時間（3min）

2.3 浸鋅配方及工藝

ZnSO4(40g/l )NaOH(90g/l )NaF(1g/l )Fecl3(1g/l )KNaC4O4H406(10g/L )

溫度（42℃）一次浸鋅時間（90S）二次浸鋅時間（18S）

2.4 鍍液配方與工藝

堿性預鍍液NiSO4•6H2O（30g/l）NaH2PO2•H2O（25g/l）NH4C6H5O7 •H2O（100g/l）溫度（65℃） PH值（8.2） 施鍍時間（8min）

酸性鍍液NiSO4•6H2O（30g/l） NaH2PO2•H2O（25g/l） NH4C6H5O7 •H2O（10g/l）

乳酸C3H6O3（40ml/l） NaC2H302（10g/ L） 溫度（85℃） PH值（4.8）施鍍時間（120min）

3 實驗結果與分析

3.1 鍍層表面形貌及硬度

鍍層表面為致密的胞狀、非晶態結構。小胞之間有明顯的界線，界線基本為直線，說明小胞在長大的過程中相互受到擠壓而發生了變形，鍍層中存在應力。鍍層的含磷量為13.1%，鍍層硬度可達686HV。

溫度是影響化學鍍沉積速率的最重要因。化學鍍的催化反應一般只能在加熱條件下發生，溫度升高，離子擴散速度加快，反應活性增強，當溫度高于50℃時，基體表面才有少量氣泡生成，化學鍍鎳磷合金才能進行，隨溫度升高基體表面可見明顯鍍層。反應溫度低于80℃時，沉積速率較慢；溫度高于80℃，基體表面有大量氣泡生成，沉積速率變快；當溫度高于95℃時，鍍液發生分解，鍍液迅速變黑，產生大量氣泡，在燒杯底部出現黑色沉淀。

3.2 pH值對鍍速的影響

在酸性化學鍍液中，pH是影響沉積速率的重要因素之一。在化學鍍過程中，隨著反應的進行，H+不斷的生成，鍍液的pH值不斷降低，使沉積速率受到影響，因此在施鍍過程中必須隨時補充堿液來調整pH值在正常的工藝范圍內。pH值升高使Ni2+的還原速度加快，沉積速率變快。

4 結語

(1)通過實驗研究得到比較適宜的鋁合金基材化學鍍鎳的前處理工藝,并得出了一套完整的鋁合金基材表面化學鍍鎳工藝條件及配方。

(2)溫度和pH值是影響反應速度重要的因素，溫度的最佳工藝范圍為85～95℃，超過95℃，鍍液自分解現象嚴重；pH值的最佳范圍是4.5～5.5，pH值超過5.5沉積速度開始下降。

(3)通過性能檢測表明此工藝獲得的鍍層,鍍層硬度可達686hHV,含磷量為11.17%且表面光亮、均勻、結合力好。

參考文獻

［1］齊曉全.化學鍍Ni-P工藝在制藥設備上的應用［J］.電鍍與涂飾,2006,25(7):15-16.

［2］ Parker K. Electroless Nickle. State of the Art plating and Surface Finishing，1992，34(3)：29-33.

［3］ Colaruotolo J F. Trends In Electroless Nickle Plating. Plating and Surface Finishing，1985，27(12)：22-25.

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【關鍵詞】印制板；表面處理；焊接

一、前言

在一個印制電路板的制造工藝流程中，產品最終之表面可焊性處理，對最終產品的焊接裝配和使用可靠性起著至關重要的作用。

綜觀當今針對印制電路板最終表面可焊性涂覆表面處理的方式，主要包括以下幾種：（1）熱風整平；（2）有機可焊性保護劑；（3）化學沉鎳浸金；（4）化學鍍銀；（5）化學浸錫；（6）錫 / 鉛再流化處理；（7）電鍍鎳金；（8）化學沉鈀。其中，熱風整平是自阻焊膜于裸銅板上進行制作之制造工藝（SMOBC）采用以來，迄今為止使用最為廣泛的成品印制電路板最終表面可焊性涂覆處理方式。

熱風整平技術在70年代中期已開始應用。其抗蝕性、抗氧化性、可焊性較好，目前作為印制板表面鍍層仍占多數。但印制板經熱風整平之高溫處理后，易產生翹曲，且不利于薄板生產，還有焊盤厚度不均勻（呈弧狀），對下道上錫膏、SMT、BGA安裝有影響，此外還會產生Cu―Sn介面金屬化合物，質脆。

鍍鎳/金早在70年代就應用在印制板上。電鍍鎳/金特別是閃鍍金、鍍厚金、插頭鍍耐磨的Au―Co 、Au―Ni等合金至今仍一直在帶按鍵通訊設備、壓焊的印制板上應用著。但它需要“工藝導線”達到互連，受高密度印制板SMT安裝限制。90年代，由于化學鍍鎳/金技術的突破，加上印制板要求導線微細化、小孔徑化等，而化學鍍鎳/金，它具有鍍層平坦、接觸電阻低、可焊性好，且有一定耐磨程度等優點，特別適合打線（Wire Bonding）工藝的印制板，成為不可缺少的鍍層。但化學鍍鎳/金有工序多、返工困難、生產效率低、成本高、廢液難處理等缺點。

銅面有機防氧化膜處理技術，是采用一種銅面有機保焊劑在印制板表面形成之涂層與表面金屬銅產生絡合反應，形成有機物―金屬鍵，使銅面生成耐熱、可焊、抗氧化之保護層。目前，其在印制板表面涂層也占有一席之地，但此保護膜薄易劃傷，又不導電，且存在下道測試檢驗困難等缺點。

隨著環境保護意識的增強，印制板也朝著三無產品（無鉛、無溴、無氯）的方向邁進，今后采用化學鍍銀、化學浸錫表面涂覆技術的廠家會越來越多，因其具有優良的多重焊接性、很高的表面平整度、較低的熱應力、簡易的制程、較好的操作安全性和較低的維護費。

另外，隨著SMT技術之迅速發展，BGA設計的逐步平常化，對印制板表面平整度的要求會越來越高，化學鍍鎳/金、銅面有機防氧化膜處理技術、化學鍍銀、化學浸錫技術的采用，今后所占比例將逐年提高。

二、印制板表面可焊性處理簡介

2.1 熱風整平

2.1.1 熱風整平工藝

熱風整平是自阻焊膜于裸銅板上進行制作之制造工藝（SMOBC）采用以來，迄今為止使用最為廣泛的成品印制電路板最終表面可焊性涂覆處理方式。

熱風整平，又稱噴錫，是將印制板浸入熔融的焊料（通常為63Sn37Pb的焊料）中，然后通過熱風，將印制板的表面和金屬化孔內部多余的焊料吹掉，最終獲得一個光滑、均勻光亮的焊料涂覆層。

熱風整平（HASL）工藝制程之簡介請參見下圖1。

熱風整平工藝制程，包含有熱風整平前處理、熱風整平、熱風整平后處理三方面。其中，熱風整平前處理工藝控制，對熱風整平的質量影響很大，通常包括清潔處理和微蝕處理，確保徹底去除印制板可焊性涂覆表面的油污、雜質或氧化層，露出新鮮可焊的銅表面。

熱風整平前對印制板的微蝕處理，常采用硫酸/雙氧水體系，微蝕一般要求將銅蝕刻1～2微米，微蝕后需浸酸處理。經過微蝕處理后的印制板，一定要立即進行水洗、吹干，防止新鮮的銅表面再次氧化。

熱風整平的工藝參數控制，主要關注焊料溫度、空氣刀氣流溫度、風刀的空氣壓力、浸焊時間、以及退出速度等諸方面。

2.1.2 熱風整平質量控制及焊接要求

考慮到熱風整平的目的，是為后續的焊接提供良好基礎，所以，對熱風整平的質量要求顯得尤其重要，主要有以下幾方面：

（1）外觀質量

所有焊料涂覆處的錫鉛合金層，必須光亮、均勻、完整，沒有半潤濕、節瘤、露銅等缺陷。印制板表面，以及孔內無異物，非涂覆錫鉛合金部位不應掛粘錫鉛焊料。

另外，阻焊層不應有氣泡、脫落、或變色等現象；阻焊層下的銅，不應氧化或變色；如果有插頭鍍金設計，則鍍金插頭部位不應有焊料涂覆。

（2）焊料層厚度

印制板表面處理之涂覆焊料部位的焊料層厚度，并無嚴格的統一標準規定，一般應以焊料層的可焊為原則。

（3）附著力

錫鉛焊料附著力應不小于2N/mm。

（4）錫鉛合金成分

焊料涂覆層錫含量62～64%，其余為鉛含量。

（5）可焊性要求

使用中性焊劑，3秒內應完全潤濕。

2.1.3 無鉛化及焊接的影響

隨著社會的進步，人們對環境保護意識逐漸增強。保護環境，減少工業污染，已越來越受到全社會的關注。眾所周知，鉛是有毒的金屬，將會對人體和周圍環境造成相當巨大的影響。

為了消除鉛的污染，采用無鉛焊錫及無鉛焊接技術是勢在必行。無鉛焊錫技術不是新的。多年來，許多制造商已經在某些適當位置的應用中，使用了無鉛合金，提供較高的熔點或滿足特殊的材料要求。

但是，毋庸諱言，無鉛化給印制板制造及焊接均帶來了一定的影響，主要表現在下述幾方面：

（1）多數無鉛金屬，包括錫―銀―銅，具有超過200℃的熔點，高于傳統的錫、鉛合金的大約180℃的熔點。

這個升高的熔點，將要求更高的焊接溫度。對于元件包裝和倒裝芯片裝配，無鉛焊錫的較高熔點是一個關注重點，因為元件包裝基底可能不能忍受升高的回流溫度。

設計者不斷研究替代的基底材料，使其能耐受更高的溫度，以及各向異性的導電膠，來取代倒裝芯片和元件包裝應用中的焊錫。

對于印制板制造而言，基板材料的耐熱性以及加工完成后印制板的耐熱性，將受到前所未有的考驗。

（2）無鉛焊料的工藝窗口，與傳統的焊料相比，要窄得多，工藝的控制要求更高。

（3）無鉛焊料對后續的封裝焊接提出了許多相應的要求，這對無鉛化的印制板的推廣和應用，起著很重要的作用。

2.2 有機可焊性保護劑

2.2.1 有機可焊性保護劑（OSP）工藝

有機可焊性保護劑（OSP），是以化學的方法，在印制板裸銅表面，形成一層0.2～0.5微米的薄膜。

這層膜具有防氧化、耐熱沖擊、耐濕性，因而，在印制板制造業中，有機可焊性保護劑（OSP）工藝可替代熱風整平技術。

有機可焊性保護劑（OSP）工藝制程之簡介請參見圖2。

此外，有機可焊性保護劑（OSP）工藝生產的印制板，較之于熱風整平工藝生產的印制板，具有更為優良的平整度，更適應電子工業中SMT技術的發展要求。

2.2.2 有機可焊性保護劑與焊接

有機可焊性保護劑（OSP）技術，具有下述幾方面的優點：

（1）經過有機可焊性保護劑（OSP）技術處理的印制板焊接區域，表面平坦，膜厚度0.2～0.5微米，適合SMT和細導線細間距的印制板的焊接，避免了熱風整平工藝可能導致的貼裝時不穩而滑動所造成的橋接效應。

（2）膜脆易焊，能承受四次以上熱沖擊，并與任意焊料兼容。

（3）制程采用水溶液操作，最高溫度80℃，不會發生印制板翹曲變形，有利于保證后續焊接質量。

（4）制程成本較熱風整平低20～25%。

當然了，由于膜厚很薄，易于劃傷，在可焊性涂覆操作、以及焊接過程中，必須十分小心，確保可焊性保護劑成膜不被破壞，保證可焊性。

2.3 化學沉鎳浸金

2.3.1 化學沉鎳浸金工藝

自上個世紀末以來，化學沉鎳浸金工藝，在國內得到了迅速的推廣，這得益于化學沉鎳浸金工藝本身所帶來的種種優點。

化學沉鎳浸金涂層的分散性好、具有良好的焊接及多次焊接性能、良好的打線（壓焊）性能、能兼容各種助焊劑，同時又是一種極好的銅面保護層。

因此，與熱風整平、有機可焊性保護膜等印制板表面處理工藝相比，化學沉鎳浸金鍍層，可滿足更多種組裝要求，具有可焊接、可接觸導通、可邦線、可散熱等功能，同時，其板面平整、SMD焊盤平坦，適合于細密線路、細小焊盤的錫膏熔焊，能較好地用于COB及BGA的制作。

由于藥水供應商和設備制造工程師們的艱苦努力，化學沉鎳浸金（ENIG）化學工藝制程已很成熟和穩定。因而，當我們面對它時，與在深綠色阻焊膜上的電路相比，并不遜色。當在完成化學沉鎳浸金（ENIG）制程后的膠帶測試中，不再發生前期制程條件下出現的阻焊膜脫落情況。

化學沉鎳浸金（ENIG）工藝制程之簡介請參見圖3。

2.3.2化學沉鎳浸金處理與焊接

（1） 金層厚度對可焊性的影響

在化學鍍鎳/金上，不管是施行錫膏熔焊或隨后的波峰焊，由于金層很薄，在高溫接觸的一瞬間，金迅速與錫形成“界面合金共化物”（如AuSn、AuSn2 、AuSn3等）而熔入錫中。故所形成的焊點，實際上是著落在鎳表面上，并形成良好的Ni―Sn合金共化物Ni3Sn4，而表現固著強度。換言之，焊接是發生在鎳面上，金層只是為了保護鎳面，防止其鈍化（氧化）。因此，若金層太厚，會使進入焊錫的金量增多，一旦超過3%，焊點將變脆性反而降低其粘接強度。

（2） 鎳層中磷含量的影響

化學鍍鎳層的品質決定于磷含量的大小。磷含量較高時，可焊性好，同時其抗蝕性也好，一般可控制在7～9%。

（3） 鎳槽液老化的影響

鎳槽反應副產物磷酸鈉（根）造成槽液“老化”，污染溶液。鎳層中磷含量也隨之升高。老化的槽液中，阻焊膜滲出的有機物量增高，沉積速度減慢，鍍層可焊性變壞。這就需要更換槽液，一般在金屬追加量達4～5MTO時，應更換。

（4）PH值的影響

過高的PH，使鍍層中磷含量下降，鍍層抗蝕性不良，焊接性變壞。對于安美特公司之Aurotech （酸性）鍍鎳/金體系，一般要求PH不超過5.3，必要時可通過稀硫酸降低PH。

（5） 穩定劑的影響

穩定劑可阻止在阻焊Cu焊墊之間的基材上析出鎳。但必須注意，太多時不但減低鎳的沉積速度，還會危害到鎳面的可焊性。

（6） 不適當加工工藝的影響

為了減少Ni/Au所受污染，烘烤型字符印刷應安排在Ni/Au工藝之前。光固型字符油墨不宜稀釋，并且也應安排在Ni/Au工藝之前進行。

做好Ni/Au之后，不宜返工，也不宜進行任何酸洗，因為這些做法都會使鎳層埋伏下氧化的危險，危及可焊性和焊點強度。

（7） 兩次焊接的影響

第一次焊接后，助焊劑殘余會浸蝕鎳層。第二次焊接的高溫會促使氧化甚至變黑，其固有強度變壞，無法通過振動試驗。遇到這種情況，只能從槽液管理上入手進行改進，使鍍鎳層具有更好的抗蝕性能。

最后，一個最終的化學沉鎳浸金（ENIG）問題值得注意：研究已證實與鎳間所形成的焊點，不耐物理沖擊。鑒于此原因，采用此法進行表面處理者有可能呈現出下降的趨勢，例如，移動電話和PDA，將傾向于采用OSP、HASL、化學浸銀（ImmAg）和化學浸錫（ImmSn）的可焊性涂覆。

2.4 化學鍍銀

2.4.1 化學鍍銀工藝

電子產品的飛速發展，促使印制板制造業工藝日新月異。傳統的熱風整平工藝，逐漸無法滿足新的封裝技術對印制板更平整鏈接盤的要求；壓接技術的發展，要求最終涂覆后的孔徑有很小的誤差，而熱風整平工藝加工后的極不均勻的表面涂層根本不適用于壓接技術；另外，精細節距的應用也因為熱風整平表面涂層容易橋接而受到限制。

前面述及的有機可焊性保護劑工藝，雖然有成本低、易控制等不可否認的優點，但是由于其膜的脆弱性特點，使其的應用受到了一定限制；已經發展成熟的化學沉鎳浸金表面處理工藝，雖然受到了電子廠商的推崇，但其在生產控制、成本等方面，存在著一定劣勢，對其發展也大受影響。

化學鍍銀工藝，憑借其自身的優勢，大踏步的進入了印制板市場。其工藝制程之簡介請參見圖4。

2.4.2 化學鍍銀處理與焊接

經過生產實踐及物理性能測試，化學鍍銀具有如下特點：

（1）優良的可焊性

相比于OSP可焊性涂覆制程而言，化學鍍銀的潤濕速度更快，且能夠滿足多次再流焊接的要求。

（2）涂層均勻及表面平整度高，適合用于元器件BGA、FC、COB等的組裝技術及精細節距。

（3）可用于壓接技術。

（4）低操作溫度，適用于薄板的生產，無板子分層、變形現象。

（5）與阻焊油墨和無鉛焊料有良好的兼容性。

（6）可用于Bonding。

對一個裝配者來說，也許最重要的是容易進行元器件的集成。任何新印制電路板表面可焊性處理方式應當能擔當N次插拔之重任。除了集成容易之外，裝配者對待處理印制電路板的表面平坦性也非常敏感。與熱風整平制程所加工焊墊之較惡劣平坦度有關的漏印數量，是改變此種表面可焊性涂覆處理方式的原因之一。

銀層表面的平坦性，正如其優良的接觸傳導特性一樣，對裝配工程師們具有吸引力。它能實現卓越之ICT結果。銀表面涂覆之助焊劑選擇，類似于化學沉鎳浸金涂覆，不是非常重要。此外，化學鍍銀涂覆具有令人驚訝的數銑外形及電測忍耐度。但在板料持取過程中，須注意銀表面之有害接觸。

化學鍍銀工藝制程較之有機可焊性保護劑涂覆，有更長之可用期，但不像熱風整平和化學沉鎳浸金制品表面之高低不平形態。如果制作過程和持取程序不按要求進行，銀將會特別敏感，并呈現其氧化后的失去光澤現象。氧化只要達到5納米厚，即為可見，但其可焊性不受影響，直到出現大約50納米厚之黑色層為止。至于其他功能，例如撳墊或無焊接連接，則對氧化之失去光澤更為寬容許多。人們希望今后有此類研究更廣范圍的應用出現。銀層之氧化失去光澤現象，嚴格意義上講，僅是一個表面現象。

2.5 化學浸錫

2.5.1 化學浸錫工藝

始于上個世紀九十年代中期，電子工業對化學浸錫工藝的需求迅速增長，但由于銅/錫之間的遷移，無論哪家藥水供應商的化學浸錫工藝，均存在著嚴重的錫須問題。

錫須現象屬金屬間化合現象，銅―錫金屬間化合物之形成，簡單地說，是因為這些金屬間之固相接觸所致。此種金屬間化合層，具有一定粘合作用，它允許兩金屬在焊接過程中之相對低的溫度條件下完成焊接。

一個銅表面上的浸錫涂層，在電鍍后立即開始形成上述之銅―錫金屬間化合物。此銅―錫金屬間化合物形成速率，遵循著時間和溫度之各自平方根函數關系。該涂覆從兩金屬接觸處開始形成，直至該金屬間化合物達到表面。

據研究結果，一個1.0微米厚的浸錫涂層，應當能保持6個月到一年時間，但若進行多重焊接，將會是一個挑戰。

錫須的形成使表面處理后的印制板，在使用后出現可靠性問題，限制了其發展。但經過藥水供應商的不斷開發研究，化學浸錫工藝日漸成熟，選擇特殊的添加劑配方，能有效控制和抑制錫須的生長。

化學浸錫（ImmSn）工藝制程之簡介請參見圖5。

2.5.2 化學浸錫處理與焊接

歷經生產實踐及對其性能測試，化學浸錫具備以下特點：

（1）化學浸錫制程屬無鉛的表面處理。

（2）化學浸錫制程的工作溫度，較熱風整平的工作溫度低，所以可減少印制板內層分離和彎曲現象。對于后道焊接工藝的實施，有利于避免橋接效應的發生。

（3）涂層的共面性好。

（4）涂層厚度，在尺寸各異的SMD連接面上，分布較為均勻，對于表面貼裝焊接及焊接可靠性而言，極為有利。

（5）化學浸錫，返工較為簡單，適用于插裝技術的運用。

（6）適合精細間距印制板的表面可焊性處理。

（7）化學浸錫處理，可滿足于多次焊接的裝聯要求。

通過改變錫層的晶體結構，可以降低銅―錫之間的相互擴散及錫須的增長速度，從而解決化學浸錫在應用時的可靠性問題。盡管如此，隨著時間的延長，銅錫之間仍然會相互遷移而形成一定厚度的金屬共化物。

所以，當浸錫涂層完成后，存放的時間越長，金屬共化物層的厚度也就越厚，從而使印制板的焊接次數減少。

三、SPF印制板表面可焊性處理技術推薦

3.1 SPF表面可焊性處理制程

首先，利用下圖6，對目前使用的印制板的可焊性制程，與即將隆重推介的“Semblant等離子體處理制程”――Semblant Plasma Finish （SPF），進行了工藝流程步驟對比。

如上所述，印制板表面可焊性處理技術多種多樣、多姿多彩，由于可焊性涂層的特性及處理方式的差異，真是各有各的精彩，為各類印制板的后續裝聯奠定了基礎，但選擇何種可焊性處理方式，需綜合焊接對象、焊接方式等諸方面進行定奪。

從可焊性處理方式分析，有機可焊性保護劑處理、化學沉鎳浸金、化學鍍銀、化學浸錫、電鍍鎳金、以及化學沉鈀，基本上都屬于印制板的濕法制程工藝；至于熱風整平制程，刨去前后處理兩方面，熱風整平處理可算作印制板的干法制程工藝。

隨著電子產業技術水平的不斷提升，印制板制作制程不斷的推陳出新，各類新型制作設備層出不窮，Semblant Plasma Finish （SPF）就是一個生動的例子。

Semblant Plasma Finish，是一種利用等離子體沉積技術的印制板表面可焊性處理技術，屬于純干法制程。

該制程設備如下圖7所示。

Semblant等離子體處理制程，是一種獨特的，選用等離子體沉積腔，室溫條件下，在待處理印制板表面，進行超薄含氟聚合物沉積涂覆的制程。

SPF含氟聚合物，具有顯著穩定的化學特性，因此，極大的延長了處理后印制板的貨架壽命，能有效抵抗潮氣，防止腐蝕氣體對保護層下銅表面的侵蝕。

相對濕度條件、25℃下，氣相SO2對SPF表面處理涂層（下圖左側示意）和化學沉鎳浸金涂層（下圖右側示意）影響的對比如下圖8所示。

3.2 Semblant等離子體處理與焊接

Semblant等離子體處理制程，不僅易于獲得完美的焊接銅面的可焊性處理，而且，具有極佳的焊接可靠性。具體表現在以下幾方面：

（1）Semblant等離子體處理制程，提供了表面的一致性和可靠的無鉛可焊性，參見下圖9所示。在實施回流焊接時，涂層之含氟聚合物，在酸性焊劑和高溫的聯合作用下，被化解離去，實現銅錫界面的直接焊接。

（2）SPF涂層下的銅表面具有極佳的焊接浸潤性，焊接面上圍繞著的含氟聚合物防止了焊接撒布到印制區域以外，從而降低了焊接時橋連的產生，適用于超精細節距裝聯。參見下圖10、以及下圖11所示（圖右為采用SPF處理技術焊接效果示意，圖左為未采用SPF處理制程之焊接效果對比）。

（3）SPF涂覆沉積層均勻一致，可涂覆于印制板的所有表面，并能確保金屬化過孔獲得優良的覆蓋，實現金屬化孔的可靠焊接，參見圖12。

四、結束語

如前，對印制板表面可焊性處理多種制程進行了簡略介紹，并就可焊性涂層及焊接兩個方面進行了闡述。

過去，在SMT中使用最為普遍的QFP，由于受到加工精度、生產性、生產成本和組裝工藝的制約、QFP封裝間距的極限尺寸停留在0.30mm，這種間距在組裝中其引線容易彎曲、變形或折斷，對組裝的工藝要求相當嚴格，使大范圍的普及應用受到制約。

新型球柵陣列封裝器件（BGA）和細間距球柵陣列封裝器件Fine Pitch BGA（CSP）的開發應用，以I/O引線間距大于QFP的優勢，在表面貼裝器件中已占據了一定的地位，應用面逐步擴大，進而促進了高密度、高性能、多功能組裝技術的發展。

篇3

關鍵詞：塑料電鍍；關鍵技術；新工藝；金屬制作；塑料品種 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG174 文章編號：1009-2374（2016）35-0075-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.35.036

隨著高分子材料的發展，工程塑料、塑料合金等特殊塑料以其質輕、強度高、耐腐蝕、電性能好等特點正在相當程度地取代金屬，成為國民經濟和人民日常生活不可缺少的新材料。在塑料表面電鍍多種類金屬鍍層，塑料可提高其耐化學腐蝕性、防塵性，并能提高強度、改進手感等，同時還兼有裝飾美觀的作用。塑料與金屬相比較有其獨特的優點，它重量輕、耐腐蝕性好、便于加工成型等。所謂“塑料電鍍”，指的是以電鍍和化學鍍相互結合的形式，涂覆金屬鍍層于塑料表面的一種加工辦法。經此加工，可以保留其生產效率高、價廉、質輕的好處，從而使之具備導熱抗老化、導電、金屬外觀等特點，故而塑料電鍍工藝目前已在輕工產品、機床按鈕、光學儀器、電子等方面獲得了廣泛應用。尤其是在功能性、工程等層面上體現出的作用，已經上升到了一系列相關產品不可或缺的“工序”之一。

1 電鍍對塑料品種的要求

電鍍塑料的活動，第一步要考慮塑料作為一種非導體，難以對之加以直接電鍍。要進行塑料表面金屬化的方法可以分為兩大類：一類是干法，主要是指金屬噴鍍和真空鍍膜；另一類是濕法，包括直接采用導電塑料涂導電膠，采用特殊工藝進行化學鍍等。電鍍前預處理塑料表面部分，將其表面各種雜質加以除去，從而有效地保持潔凈，再在其上沉積一層作為陰極的導電金屬膜，便可以進行進一步的電鍍。如今的電鍍塑料中，占據主體的產品包括尼龍、聚丙烯、ABS之類，其中為數不少的類型都是專為電鍍而“量身定做”的，可以最大程度上對塑料電鍍工藝的諸方面要求做出適應。

2 電鍍對塑料件造型的要求

在此方面來說，考慮的重點主要在于兩個層面，從而防止由于反光、厚度之類因為電鍍時電流分布不均而不均，以至于外觀大打折扣；防止由于塑料件局部應力集中而面臨鍍層結合力的下降，其主要的要求包括：（1）盡量避免平面面積過大，其原因在于因為平面不平、不均是最為明顯的缺陷；（2）不管什么棱角均應采取倒圓形式，以防止電鍍后變形、應力集中、飛邊等情況出現；（3）深孔要開縫，不要有盲孔，從而防止清洗、電鍍困難；（4）厚度不要有突變，也不宜太薄，從而防止電鍍后變形或應力集中；（5）可采取犁花、皮紋、刷光之類辦法來掩蓋諸多外觀缺陷并由此形成裝飾效果，其實際上均可以在模具上層面獲得相應的解決；（6）造型應避免直角、銳邊，否則極易造成電鍍過程中邊緣效應導致鍍層燒焦，R約為0.2～0.3mm即可；（7）塑料制品上槽寬應大于等于槽深的2倍，最小槽寬不應低于5mm。

3 電鍍對塑料件制造工藝的要求

因為塑料件電鍍后會將其表面缺陷進一步“表面化”，故而電鍍用塑料件有著很高的模具表面光潔度，噴砂、高光、旋光、拉絲之類的眾多裝飾效果都要有所體現。

注塑時電鍍用塑料件多無需脫模劑，為在此方面獲得方便，應對出模方向上的模具中做出一定坡度加工。

4 對加工塑料制品模具的要求

準備電鍍的塑料制品其模具設計時應注意：（1）模具內應留排氣孔，以免產生氣孔；（2）為了避免塑料在澆道中冷卻，澆道要寬一些，截面最好為圓形；（3）分模線、熔接線和澆口要在不顯眼的地方，澆口直徑要求比普通澆口大些，對較大塑料制件澆口應多增加幾個；（4）模具表面光潔度要求達到鏡面水平，常用鋼、不銹鋼、銅、黃銅材料制模具，為了防止腐蝕和便于脫模，最好要鍍t。

5 塑料制品加工成型時的要求

（1）注塑前應去除塑料中的水分，烘干后請立即注塑以防止塑料在空氣中重新吸濕。一般ABS塑料注塑前要在80℃～85℃熱風干燥箱烘2h以上；（2）最好采用螺旋式注塑機，以免塑料受熱不均、混合不均；（3）模具應保持清潔，一種塑料最好專用一個模具；（4）注塑時應保證模具有一定溫度，以60℃～80℃為宜。注塑溫度盡可能高些，ABS塑料一般控制在220℃～260℃，充填速度不宜太快，以6s/次為宜，這樣殘余應力較小；為了防止丁二烯（B）球狀體變形，注射壓力低一些較好，一般以700～800N/cm2為好；（5）注塑時最好不要用脫模劑，絕不能用有機硅系的脫模劑，若必須用脫模劑時，只能用滑石粉或肥皂水；（6）一般不要摻下腳ABS塑料，若要摻用，只能限用15%左右的下腳料。下腳料必須注意其規格、型號，必須經過擠壓機打成粉末之后再使用。

6 塑料電鍍的主要技術及發展前景

目前，塑料電鍍技術依舊有著頗為繁瑣的工藝限定、加工過程之類，如按金屬化方法分成干法和濕法要得到高要求結合。加工件基本上現行工藝均使用濕法加工，但由于鍍前處理粗化工序大量使用鉻酐、有機溶劑對環境污染較大。目前此方面主要在于開發能夠對化學鍍直接催化的塑料，從而將“金屬化”前處理工藝完全省掉的做法已經獲得成功。同時也有分散導電微粒于聚丙烯塑料中，以小電流直接在低電壓下電鍍鎳的做法，已經擁有了獲得連續鍍層的工藝。其發展考慮方向主要包括以下方面：

6.1 向高品質方向發展

因為塑料電鍍制品同時具備金屬鍍層和塑料兩者各自的優點，所以水暖器材、家用電器、機動車零部件的生產都會廣泛應用，如鑲條、儀表殼、水箱面罩、車燈、汽車銘牌之類。其往往都要求具備一定耐腐蝕性和相應的裝飾性，其鍍層外觀具備著比裝飾鉻層更高的均勻性、平整性、光亮度，但是因為鍍層光亮度較高，以至于其上一系列瑕疵非常明顯，故而如何消除其中細微問題便成為了塑料電鍍的最重要課題所在。同時，其鍍層又在耐蝕性、結合力之類層面上要求頗為嚴格，有必要借助于嚴格的管理和可靠、先進的工藝來保證鍍層質量的穩定。如今此類塑料的“金屬化”主要為化學鍍銅（硝酸銀活化）以及化學鍍鎳（膠體鈀活化），其都不同程度地存在極易出現疵病、鍍層質量不穩、合格率低、操作困難、鍍液穩定性差之類問題。為此，這一領域的發展方向在于對塑料電鍍技術加以“升級”，尤其是對金屬化工藝加以改進。

6.2 新型直接催化或直接電鍍塑料

將金屬化前處理工藝完全省掉，研制添加在母料中（塑料成型前）的相應化學鍍催化劑，其在塑料中分散后，經粗化處理后在表面并充當“化學鍍催化中心”，或者分散導電性微粒于塑料表面，使其略經處理即可直接電鍍，更進一步則為開發可直接電鍍者。因為不用采取化學鍍，故而穩定性和操作便利性同步有所上升，廢水處理簡單且會降低廢品，其鍍層質量、勞動生產率都會獲得很大的提升。

6.3 選擇性電鍍塑料

如今，全件電鍍方式是塑料電鍍的主流所在。但很多時候更需要選擇性電鍍或局部電鍍。如今主要是借助于控制鍍液面的辦法，使得流動鍍液只能對零件部位中所需電鍍者加以淹沒或者涂貼絕緣膠或漆于無需電鍍之處，隨后再加以電鍍，隨后再鍍后將絕緣膠或漆除去。以上述形式來完成選擇性電鍍或局部電鍍的效果往往不僅生產效率低，而且效果不盡人意。借助于印刷方式則可以獲得“選擇性印刷膜層”，在此之后的電鍍、金屬化之類活動中僅僅施鍍精飾部位或者需要鍍層。其可以提高生產效率、降低電鍍成本，并取得清晰的選擇面與非選擇面界限，提升了產品檔次。

6.4 生物工程塑料的圖形電鍍

醫學層面上，人工骨關節（生物工程塑料制品）已經獲得了應用。然而人工生物材料中更高級者中涉及到連接微處理器之類問題，而再植入印制板于生物工程塑料中往往會更大程度地增加空間需求，在很多時候是難以辦到的。而用塑料電鍍技術直接在此材料上形成所需連接線路，以此來連接相應的功能塊。如此即可將印刷線路基板省掉，這在將來可能會成為一種流行的加工方法。

7 塑料電鍍需要注意的地方

塑料電鍍值得注意的是，塑料上沉積的金屬層比較薄，其導電截面積很小，導電能力很差，因此夾具與鍍件的接觸面積要足夠大，并且應夾緊以減少接觸電阻；面積較大或形狀復雜的鍍件應考慮加厚金屬層，進行必要的預鍍；由于塑料制件的密度較小，在裝懸掛具時要防止漂浮；實踐證明電鍍時起始電流密度最好不要大于0.5A/dm2，以保護觸點鍍層不被“燒蝕”，待鍍3～5min后再將電流調整至正常范圍；化學鍍后的零件必須保持清潔，不能沾有手印和油污，否則要在浸酸活化前先進行除油處理。許多廠家在加厚金屬層時，為了避免調整電流的麻煩，往往先進行閃鍍，閃鍍銅可在不加光亮劑的含硫酸銅10～20g/L、硫酸180～200g/L的溶液中進行；閃鍍鎳可在含氯化鎳100g/L、鹽酸100mL/L的溶液中進行，陰極電流密度為2A/dm2，鍍3～5min即可。

8 結語

作為一種“新材料+新工藝”典型的塑料電鍍，相比于金屬制件，其一方面可以形成有目共睹的金屬質感，另一方面也可以將制品重量予以有效減輕；一方面能夠對塑料裝飾性及外觀加以改善，另一方面也可對其表面機械強度予以增強。但電鍍用塑料材料的選擇卻要綜合考慮材料的加工性能、機械性能、材料成本、電鍍成本、電鍍的難易程度以及尺寸精度等因素。隨著工業的迅速發展、塑料電鍍的應用日益廣泛，成為塑料產品中表面裝飾的重要手段之一。目前國內外已廣泛在ABS、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龍、酚醛玻璃纖維增強塑料、聚苯乙烯等塑料表面上進行電鍍，其中尤以ABS塑料電鍍應用最廣，電鍍效果最好。

參考文獻

[1] 陸剛.談塑料制品金屬化工藝的電鍍技術[J].金屬世界，2011，（1）.

篇4

關鍵詞：電鍍廢水， 分流處理工藝 ， 綜述

Abstract: the article introduces the electroplating wastewater treatment process of diversion, after nearly two years of practical application shows that the technology can meet the national stable operation of the electroplating standards for pollutants discharge "(GB21900-2008) of the first grade level.

Keywords: electroplating wastewater, tap processing technology, and reviewed in this paper

中圖分類號： V261.93+1文獻標識碼：A 文章編號：

1 引言

電鍍是利用電化學的方法對金屬和非金屬表面進行裝飾、防護及獲取某些新性能的一種工藝過程利用電解工藝，將金屬或合金沉積在鍍件表面，形成金屬鍍層的表面處理技術。

1.1綜合電鍍廢水的來源主要是因鍍種不同而產生的不同重金屬的電鍍漂洗廢水及電鍍前對鍍件進行酸洗或堿洗而產生的酸性或堿性廢水。其成分復雜且污染較大；

1.2傳統的電鍍廢水處理大多采用氫氧化物或者硫化物沉淀法，利用重金屬的氫氧化物或硫化物溶度積較小的特性沉淀其中的重金屬離子；

1.3由于電鍍行業的飛速發展，近年來，電鍍企業為了保證鍍液的穩定性、使用壽命和鍍層質量，在鍍液中加入了很多的絡合劑、穩定劑、加速劑、pH 緩沖劑和光亮劑，這些物質大部分為有機物，如銨鹽、焦磷酸鹽、EDTA、檸檬酸鹽、乳酸、蘋果酸、酒石酸、丁二酸等，這些物質與Cu2+、Ni2+具有極強的絡合性，它們隨鍍件漂洗水排入酸堿綜合廢水中后容易與Cu2+、Ni2+形成非常穩定的絡合物〔8-9〕，給廢水的處理帶來很大的困難。為此，筆者采用以下廢水處理工藝方法處理電鍍廢水，有效解決了上述問題。

2 分流處理工藝

2.1工藝流程

以東莞某塑膠電鍍廠為例：該廠專業從事塑膠制品的電鍍。其廢水處理工藝如下：

2.2 廢水水量及水質

廢水設計處理量為50m3/h，其中含鉻廢水（主要為粗化及鍍鉻環節產生的廢水）20 m3/h，含絡合物廢水（主要為鍍焦銅、化學鍍銅、化學鍍鎳廢水等含絡合物的廢水）10 m3/h，綜合廢水（即酸洗、除油及電鍍類廢水）20 m3/h。

2.3 排放水質要求

廢水經處理后達到需達到《電鍍污染物排放標準》（GB21900-2008）之一級標準。即六價鉻≤0.2mg/l，總銅≤0.5mg/l，總鎳≤0.5mg/l，化學需氧量≤80mg/l，懸浮物≤50mg/l等。

2.4工藝說明

含鉻廢水，絡合廢水，綜合廢水分別進入各自的調節池均質。含鉻廢水泵入還原中和池，先投加H2SO4及 Na2SO3進行還原（實際運行中，H2SO4極少加），還原后的廢水再投加片堿溶液進行中和（pH=7～8），并投加有機高分子絮凝劑進行絮凝。絡合廢水泵入破絡反應池，先投加稀硫酸溶液調pH在3左右，再投加漂白粉溶液進行氧化，此過程的時間約1.5h，須長于普通的氧化反應。破絡后的廢水再投加片堿溶液調pH至10.5左右，同時投加有機高分子絮凝劑進行絮凝。綜合廢水泵入中和反應池，先投加FeSO4，可起置換、還原及混凝作用，再投加片堿及石灰溶液調pH至10.5左右，同時投加有機高分子絮凝劑進行絮凝。以上三種廢水進入各自的迷宮沉降池進行固液分離后，出水自流至中間池，再泵至砂濾罐過濾，過濾后的出水自流至pH回調池進行pH調整，出水自流至清水池后達標排放三個迷宮沉降池的污泥均排至污泥池，再泵至壓力污泥罐，通過壓縮空氣的壓力將污泥壓至板框壓濾機脫水，脫水后的干泥交專業公司回收，濾液回流至調節池。

2.5廢水處理設備

由于電鍍廢水中含有多種金屬離子，通常采用氧化還原等方法處理含氰、六價鉻離子廢水，采用中和、沉淀、絮凝的方法處理廢水中的酸堿、重金屬離子，最終達到污泥收集和污水回用的目的，提高水的循環利用率，排放廢水達到國家污水綜合排放標準。設用范圍：含鉻、鎳、銅、鋅、鐵等重金屬的電鍍廢水處理設備自動化操作系統。

3 設計參數

表1主要構筑物及設計參數

4 工程調試及運行

4.1調試過程

4.1.1 在調試過程中發現, pH是控制Cr6+還原反應的關鍵因素, pH大于3 時,反應緩慢。因此在反應之前, 要先根據廢水狀況調節廢水的pH為2.5～3,再投加化學還原劑,經充分混合、完全反應后,Cr6+大部分轉化為Cr3+；

4.1.2 在混合反應池中投加Ca(OH)2 與投加NaOH 相比要便宜得多,但是,最終形成的微溶性鈣鹽在一定程度上會影響出水水質。調試發現在混合反應池中加入少量的混凝劑聚氯化鋁(50 mg/ L) 可使出水清澈,且總運行費用仍然較直接投加NaOH低。投加順序為Ca(OH)2 聚氯化鋁PAM。懸浮顆粒借助聚氯化鋁形成微絮體。最后投加少量PAM ,即可形成淡黃色的大顆粒絮體沉淀物,通過沉淀去除,而使上清液清澈。由于聚氯化鋁的加入會使廢水的pH有所下降,因此投加Ca(OH) 2 時應適當提高廢水的pH,使其維持在10～15左右；

4.1.3 該項目的水量較小,水質和水量較為穩定,采用人工控制進水、排水和加藥系統,使設備投資有所減少。

4.2 處理效果

該工程于2010年6月竣工并進行調試,2011年3月投產運行。根據現場調試的檢測結果經本工藝處理后,各種污染物的去除率均在90%以上,處理后出水水質全部達標,具體數據見表2。

表2處理后出水水質及排放標準

5主要技術經濟指標

該工程設計處理量為50m3/h，占地面積約380m2，工程總投資約80萬元。其中設備費用37.5 萬元,土建費用29 萬元,其他費用8.5 萬元,水處理成本為2.58 元/m3 , 其中運行成本為2.27 元/m3，日常運行費用約4.0～5.0元/m3廢水（不計設備折舊費）。

6 綜述

6.1該工程投資少,占地面積小,運行費用低,技術成熟,運行穩定可靠,且操作方便、易于管理,適用于不同規模電鍍生產企業；

6.2廢水處理效果好,出水清澈,部分可回用至水質要求不太高的生產清洗工序或作為生活雜用水(如沖廁、綠化等) ,節約水資源,減少污染物總排放量；

6.3電鍍廢水中含有較多的貴重金屬離子,建議研制和采用新的處理工藝,實現廢水重金屬離子的回收利用。采用無或少排廢水的自動電鍍生產線,減少用水量和廢水排放量。提高電鍍車間的管理水平,簡化廢水處理工藝,降低處理成本,做到清潔生產。

［參考文獻］

［1］馬小隆，劉曉東，周廣柱，電鍍廢水處理存在的問題及解決方案［J］.山東科技大學學報：自然科學版，2005，24（1）：107－111.

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［3］GB8978—1996污水綜合排放標準［S］.

［4］ 國家環保局. 水和廢水的監測分析方法［M］. 3 版. 北京：中國環境科學出版社，1989：350－380.

［5］ 戎馨亞. 化學鍍鎳廢液的處理及資源回收利用［D］. 蘇州：蘇州

篇5

絲素蛋白/聚丙烯腈共混膜的制備及性能研究

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基于BP神經網絡的頸部服裝壓舒適閾值的預測

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基于VLISP和OpenDCL的西裝智能CAD系統的實現

錦綸織物超聲波納米顆粒復合化學鍍鎳磷

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磁控濺射鍍膜錦綸織物的耐磨性研究

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柞蠶絲纖維的TG酶卷曲定形整理工藝

基于隨機共振的嵌入式檢測系統

純二維5/3小波濾波器組的構造及其實現

篇6

關鍵詞：鍍銅廢水；生態安全；化學技術；策略方法

隨著現代工業的快速發展，電鍍行業也在急劇發展，電鍍業排放的廢水量也越來越大，電鍍行業成為當今世界上三大污染工業之一，隨著今年十八屆三中全會的召開，關于生態環境的決定進一步為環境保護提供強有力的支撐。

一、 鍍銅廢水處理的概述

電鍍廢水按照電鍍種類不同可以分為酸堿廢水、氰化廢水、含鎳廢水、含銅廢水以及混合廢水等。其中鍍銅廢水是指含銅的電鍍廢水，在電鍍行業中是極其普遍的。鍍件表面所含的金屬種類不同其電鍍方法也是不同的，電鍍工藝有很大差別，但是電鍍的流程基本一致。基于相同的電鍍生產流程，電鍍廢水產生的原因有：電鍍前處理的廢水、鍍層漂洗的廢水、后處理的廢水、廢棄的化學鍍液以及廢棄的退鍍液等四種。

鍍銅廢水有著極強的腐蝕作用。酸、堿性的廢水有著極強的腐蝕性，如果直接排放會腐蝕下水管道，滲透到土壤里會導致土壤層破壞，農耕土地減產甚至不能種植糧食作物，如果排放進入水體，會使水污染同樣造成海洋生態失衡，并且會腐蝕船只的底部，甚至造成魚類滅絕，如果人類不慎引用含過量酸、堿性的污染水，會對人體造成極大的危害。銅是人體必需的微量元素，卻少銅元素會早成人體亞健康，但是過量的銅攝入同樣是滅頂之災。銅元素攝入過量會使人體的重金屬含量超標，可能引發人體中毒。

鍍銅廢水的處理無論是在維護人體健康，生態安全以及環境保護方面都是十分必要的，安全而有效地處理含銅混合電鍍廢水仍是電鍍廢水處理的一項艱巨任務。目前我國在此方面的研究已將取得了初步進展，總結出來了行之有效的三種方法。

二、鍍銅廢水的處理方法

鍍銅廢水處理技術的應用是非常普遍的，鍍銅廢水中含有很多的金屬物質和化學成分，對于金屬的回收和二次使用來說這是很麻煩的。方便快捷的廢水處理技術是我們今后所要尋找的重要任務。對于城市發展而言，鍍銅廢水很有可能造成污水的外流和錯誤的排放，對城市的環境衛生構成一定的威脅。目前我國對于鍍銅廢水的處理有很多有效的方法，從化學工藝的角度進行分析，主要有以下幾種化學沉淀法、氧化還原法、離子交換法、膜分離法、生物法等，這些方法也是處理其它電鍍廢水常用的方法，我們主要對幾個化學方法進行分析。

首先是化學沉淀法主要的原理是溶度積原理，通過添加能與重金屬離子形成比其絡合物更穩定的沉淀物的化學藥劑，通過化學試劑的使用，將重金屬離子從電鍍廢水中分離出來，然后對重金屬進行過濾，達到去除的效果。這種方法比較適合現階段使用，因為化學沉淀法需要的資金投入比較少，而且消耗的人力和時間比較少，容易操作。

其次是氧化還原的方法，氧化還原方法是應用最基本的化學原理進行鍍銅廢水的處理，利用強氧化劑將絡合物的配位體經過細致的處理時限氧化分解，使重金屬從絡合態釋放變為游離態，然后通過加入堿，使其產生沉淀而除去，將金屬從廢水處理中取出，還原金屬和水各自的成分組成，氧化還原法的優點是回歸傳統的工藝，實現物理處理。

還有離子交換法，在處理重金屬廢水的過程中離子交換方法是最為有效的方法這種方法操作的基本過程中，利用離子交換樹脂中的交換離子同電鍍廢水中的某些離子進行交換而將其去除，使廢水得以凈化的方法。這種方法的操作的過程也是比較的方便快捷，最大的優點是產生的廢棄物和殘渣比較穩定，不會對環境造成污染，效果是最為明顯的，但是投入的研究成本卻是最大的。在實際的操作過程中需要消耗大量的實踐，而且受用的情況也比較特別，對于處理廢水的金屬含量較高，水量充分的環境效果不是很明顯。

通過化學處理技術、物理處理方式和生物處理的比較我們可以發現，化學處理方式的效果最為明顯，相對與其他學科方法化學處理技術相對比較成熟，應用也比較廣泛。生物技術和物理技術在實踐的條件上受到很多的限制，而且研究技術起步發展的比較晚，沒有形成系統的方法，選擇的余地也是比較小的。所以采用化學處理方式是鍍銅廢水處理最有效的技術手段之一。

綜上所述，通過化學工藝技術處理鍍銅廢水對于減輕我國工業污染程度，提升資源的利用率，實現資源的合理的回收和二次利用有著重要的意義。所以我國應該加大研究和創新的力度，實現化學工藝的發展，為應用化學的領域擴展和實踐應用的擴展做出更多的努力。（作者單位：沈陽師范大學化學與生命科學學院）

參考文獻：

[1]丁利軍.膜分離技術在電鍍廢水資源回收及中水回用中的應用[J]，科技資訊，2008， 2.

[2]邵利芬，楊玉杰，姚曙光等.含銅電鍍廢水處理技術研究進展[J]，工業用水與廢水，2007，38（3）.

篇7

關鍵詞：常減壓裝置 換熱器 泄露 原因 對策

常減壓裝置在應用中，對于原油的初級加工具有重要的意義。因此在較多的煉油企業，都配置了常減壓裝置。盡管常減壓裝置可以降低生產成本，實現原油的初級加工，然而常減壓裝置換熱器存在著泄漏的問題，不僅損失了較多的生產資源，還影響了生產的連續平穩進行。

1常減壓裝置換熱器泄漏現象

常減壓裝置換熱器泄漏包括內漏以及外部泄漏兩種現象。從泄露的部位來看，一般是殼體泄漏、密封面泄漏和管束泄漏等。在對換熱器進行檢查維修時，發現泄露部分一般是內漏以及密封面泄漏。

1.1內漏

內漏一般包括小浮頭密封面泄漏以及管子穿孔和管板與管子脹焊處泄漏，從而引起管、殼程介質的互串。此外，管子由于磨損、腐蝕以及沖刷，管壁變薄乃至穿孔；密封墊片發生劣化、浮動頭蓋緊固螺栓松動等等問題，也會導致換熱器內漏。根據相關的業內報道，在換熱器進行檢查后，由于選用不適合的密封墊片，或者裝置開始工作時冷凝器用蒸汽吹掃氣密，導致小浮頭的螺栓松動，從而引起內漏。從這些狀況來看，換熱器發生泄漏的主要原因是管子腐蝕，尤以常頂一線油換熱器、減頂一線油換熱器和循環水冷卻器最易發生腐蝕泄漏。

1.2外部泄漏

常減壓裝置換熱器外部泄漏，主要發生在裝置的高溫換熱器的法蘭密封上。例如，管箱管板兩側法蘭密封處和后蓋法蘭密封處以及管、殼程進出口法蘭連接處。泄漏的主要原因有：一是密封墊片選型不對，墊片密封比壓過高或過低；二是密封墊片材質選擇錯誤，不適宜高溫工作；三是墊片安裝存在問題，加偏不對正；四是螺栓選型不對，材質或等級不符合工作環境，在高溫環境下發生蠕變；五是未按規范要求進行熱緊。

2常減壓裝置換熱器泄漏原因

2.1溫度、壓力頻繁的變化

第一，由于溫度、壓力產生的波動幅度相對較大，從而引起較大的局部應力，這些作用力對主體的焊接結構和密封結構產生影響，最終導致泄漏。此外，由于溫度的變化大，緊固螺栓由于受熱膨脹伸長造成密封比壓不足，從而導致泄漏。

第二，在工作中，管板會因腐蝕減薄，并且，由于存在著溫差應力、流體壓力，因此管板表面脹焊處還會產生裂紋或腐蝕穿孔，甚至變形，從而引起換熱器泄漏。此外，管子受到較大的軸向力，會直接導致管板、管子在連接的地方被拉脫。或者由介質內壓力形成的軸向力，也會使墊片和密封面之間的壓緊應力降低，如果壓緊應力降低到一定的限度，就會破壞密封性，導致換熱器泄露。

2.2介質腐蝕

處在管箱端管板以及浮頭端管板的列管堵塞嚴重。從管箱端的管板的側面來看，存在著列管的管口呈現刀口狀態的減薄區域，大約占了15%至20%，這個區域還會擴展到第一道脹口槽。和管箱端的管板側的情況相一致的是管板以及列管兩者相連接的地方。從兩側管板的外表情況觀察，可以利用水壓試驗，證明換熱器出現內漏的部位是處在管口的地方。另外，我們發現盡管鋼圈墊被損壞，但對管箱的分程隔板來說，其減薄量并不是很大，針對這種奇怪的現象，工作者認真地測量了管束換熱管的厚度，結果顯示，管板后面的列管壁，B型管厚度一般在2.2至2.3mm左右，原壁厚為2.5mm，對于使用兩年的換熱管來說，說明列管的年減薄量在0.2到0.3mm之間。

3常減壓裝置換熱器泄漏的對策

3.1選擇質量更優的管束材質

我們可以可根據介質的腐蝕成份不同，管束材質盡可能地選用例如oCr13、13Cr一AL、304、Ti合金等等耐腐蝕的材料，由于其含有鉻、鋁以及鎳等元素，能提高抗腐蝕的能力，因此可以保證換熱器的管束更加耐用。從長遠上來看，選擇這種抗腐蝕的金屬管束材質，在一定的環境下具有較好的性價比。最重要的是，能在生產過程中，減少泄漏問題的出現，減少生產波動造成的損失。

3.2選擇合適的化學防腐涂料和涂層方法

為了保護換熱管束不被腐蝕，需要在管束的內層或外層涂上化學涂料。首先，要選擇合適的化學防腐涂料，例如專門的為換熱器防腐而準備的SHY-99、DH22-2/3類涂料，或者采用化學鍍鎳、微納米防腐涂料噴涂的方式，進行換熱器管束防腐保護。其次，要以科學的涂層方法進行化學防腐涂料的涂層。作為裝置外部的后期保護，這個步驟尤其對裝置的循環水冷卻器和塔頂一、二線換熱器的工藝側防腐具有重要的意義。實踐表明，此種方式性價比最高，易腐蝕換熱器的使用壽命可以延長到原使用壽命的2倍以上。

3.3選用合理的設備并進行科學的布局

設備的結構直接關系著流體的分配狀況。如果設備結構不合理，流體就會不均勻，從而導致換熱器泄露；如果設備結構合理，那么流體就不會產生渦流現象，或者出現流體死角，從而減輕了介質對裝置的腐蝕程度。尤其對循環水冷卻器來說，可以減少結垢和垢下腐蝕，能大大延長水冷卻器的使用周期。

3.4加強一脫三注的管理

通過電脫鹽、注水、注中和劑、注緩蝕劑的“一脫三注”的管理和操作，也可降低常減壓裝置的腐蝕，更能對換熱器的防腐起到事半功倍的作用。

3.5選擇合適的緊固件材質和等級

對于外漏或小浮頭泄漏的高溫換熱器，應該選擇等級較高的耐熱鋼作為緊固件材質。此外，小浮頭必須在扣后蓋前進行高溫熱緊，以防止小浮頭密封泄漏的內漏；外部法蘭緊固件的規范熱緊可有效防止高溫換熱器的外漏。

3.6選擇合適的密封墊片

法蘭的密封既靠合適的緊固件，更靠合適的密封墊片，在換熱器中，絕大部份換熱器選擇適中的金屬包墊片就已滿足使用，但個別溫度較高或腐蝕較強的換熱器則需選用金屬纏繞墊片或波齒墊使用效果較好。

3.7減少塔頂負荷

減少塔頂負荷，可以降低換熱器露點腐蝕和沖刷腐蝕泄露率。通過加大常、減壓塔一中回流、二中回流的方式，降低塔頂溫度，進而降低塔頂的回流量，回流量減少，塔頂負荷也隨之減少，換熱器的入口氣速變緩，換熱器的損害程度也大大降低。

結束語

為了減少換熱器泄露，我們應該加強對泄露原因的探討，在發現其原因的基礎上，做出具有針對性的解決措施，以保證常減壓裝置換熱器運行的安全、平穩、長周期，實現企業經濟效益的最大化。

篇8

關鍵詞：電磁輻射；電離輻射；防輻射纖維；防輻射紡織品

中圖分類號：TS195.6 文獻標志碼：A

近年來，隨著生活品質的提高，人們越來越關注生活環境中無處不在的輻射，而且對“輻射”存在著過度恐慌。本文在對輻射分類進行分析的基礎上指出，在日常生活中，雖然電離輻射的危害性大干電磁輻射，而且電磁輻射也會對人體造成一定的損傷，但在一般情況下，民眾生活環境的電磁輻射水平都不會超標，因此通常情況下不需要對輻射具有畏懼心理，也無需對輻射進行特別防護。因此，本文主要針對能夠接觸到有害輻射的職業人群，研究輻射的防護技術，以及防護纖維與相關紡織品的開發。

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輻射的概念與類型

“輻射”是指從中心向各個方向沿著直線伸展出去的形式。在物理學上，“輻射”是指熱、光、聲、電磁波、高能粒子等物質或能量向四周傳播的一種狀態。與其他能量或物質的傳播條件不同，電磁波和高能粒子的輻射不需要起傳遞作用的介質，就可以在真空中傳播。

輻射是一類有效的加工、探測手段，廣泛應用于工業、農業、礦產探測、醫學診斷及科學研究領域。但過量的輻射會對生物體和材料造成損傷，當輻射傳遞的能量足夠大時，可引起受到輻照的物質產生電離。因此，從物理學的角度，輻射據其對物質分子結構的改變程度，分為電離輻射和非電離輻射。能引起物質分子電離的輻射稱為電離輻射，包括高速帶電粒子（α粒子、β粒子、質子）、不帶電粒子（中子）及電磁波x射線、γ射線等；而較低能量的輻射，如紫外線、可見光、紅外線、微波、激光以及熱輻射、聲輻射等，都屬于非電離輻射。顯然，電離輻射更容易對人體和材料造成損傷，而非電離輻射，特別是其中能量較低的微波或工頻電磁波對人體和材料的損傷較小。

因為電離輻射對人體有明顯的損傷，從而導致一般民眾對“輻射”一詞產生畏懼感。因此，從應用的角度來看，有的電磁專家、醫學專家和國際組織反對將微波等電磁波照射于人體的現象稱之為受到電磁波的“輻射”，建議改稱為“暴露”于這些電磁波。這一提議已經得到廣泛的認可，在相關的國際標準和國家標準中已有體現。

2 輻射的危害與防護原則

輻射的危害包括對材料的危害和對人體的危害。與此相對應，防輻射技術也包括材料的防輻射和人體的防輻射兩種類型。

2.1輻射的危害

電離輻射對材料和人體的危害是直接導致材料（包括生物機體）的電離，破壞了材料和生物體的分子結構，從而造成對材料和生物體損傷。電離輻射可對受照本人造成損傷（軀體效應），并對其子代造成損傷（遺傳效應）。

人體暴露于微波等屬于非電離輻射的電磁波中，雖然不會造成生物大分子的電離，但會因熱效應、非熱效應和積累效應而導致對人體的損傷。熱效應是指生物器官受電磁波輻照導致升溫而引起生理和病理變化的作用，這種損傷得到各國學者公認，并已將對熱效應的防護體現到了各國的相關標準之中；非熱效應是指生物器官雖未因電磁場導致升溫，但人體器官如同一個精密的電磁器件，會在外界電磁場作用下因不能實現良好的電磁兼容而導致功能失調甚至器質性病變。這種損傷被一部分研究人員（如歐洲研究者）所認可，而有的學者（如美國研究者）則認為非熱效應不至于對人體造成損傷；積累效應是指雖然人體所處環境的電磁場強度低于暴露限值，但長時間受到輻射也會因輻射效果的日積月累而導致損傷。也有學者將“積累效應”歸并到“非熱效應”之中，而認為只存在“熱效應”和“非熱效應”兩類。

我國民眾，特別是媒體對核輻射和電磁輻射的危害普遍存在過度恐慌、過度渲染的現象。實際上，即便是全球核泄露最嚴重的切爾諾貝利核電站事故，其危害程度也不像網絡流傳得那樣嚴重。中國核學會輻射防護分會理事長潘自強院士曾撰文介紹，切爾諾貝利事故因輻射死亡28人。聯合國原子輻射效應科學委員會（UNSCEAR）對涉及事故及清理工作的60萬人跟蹤14年后得出的研究報告指出：除兒童時期受到照射之后出現甲狀腺癌癥增加外，沒有觀察到可歸因于電離輻射的各種癌癥發生率或死亡率的上升，白血病（白血病是輻射照射后癌癥發生潛伏期最短的病癥，潛伏期一般為2～10年）的危險沒有表現出增加，甚至在清理事故現場的工作人員也是如此。同時，也沒有發現一些其他的非惡性疾病與電離輻射有關的證據，但事故對人們的心理影響是廣泛存在的，主要表現為懼怕輻射，然而人們并不了解當時實際受到的輻射劑量，只有當人體受照超出了輻射量限值才會對人體造成危害。

2.2防護原則

雖然微波等非電離輻射對人體的危害沒有電離輻射那樣嚴重，但其防護原則可以沿用國際放射防護委員會（ICRP）提出的輻射防護三大原則——實踐正當化原則、防護最優化原則和劑量限值原則，即：對于有強電磁場等危害的場所，只是在有必要時才進入這樣的場合；進入這種危險場合時應采用盡可能完善的防護措施；應按照人體受照的劑量限值來限制職業人員的受照（或暴露）時間。

所有防護措施都是需要付出代價的，包括費用的代價及人員因使用防護裝備導致工作效率和舒適感的下降。因此，對各種輻射的防護是“寬嚴皆誤”。

3 輻射的防護技術和防護材料

3.1電離輻射的防護

電離輻射對人體和材料的危害很大，但不同的電離輻射在穿透能力、電離能力和對人體及材料造成損傷的程度方面有不同的表現，有的電離輻射不需要專門的防護材料即可有效阻隔，有的電離輻射則還沒有有效的材料能加以阻擋和攔截。

α粒子是帶2個正電荷的氦原子核，有很強的電離能力，但由于其質量較大，穿透能力差，在空氣中的射程只有幾厘米，只要一張紙或健康的皮膚就能擋住，故不需使用專門的材料進行阻隔防護。

β粒子是放射性物質發生β衰變時放射出的高能電子，電離能力比α粒子小得多，但穿透能力強。β粒子和由電子加速器的高壓電場加速的電子束均需用鋁箔等金屬薄片進行阻擋，因此金屬箔片是防止高能電子入射的防護材料。

質子是帶正電荷的亞原子粒子，高速質子流在人體中有極強的穿透能力，但單純穿透對人體造成的損傷不大，通常作為醫療手段定位殺滅腫瘤細胞，公眾和普通職業人員不易遭遇高速質子的輻照，故不存在防護問題。

中子是電中性的粒子，不直接導致電離，但易在衰變后引發電離。中子穿透能力極強，可穿透鋼鐵裝甲和建筑物而殺傷人員，并可產生感生放射性物質，在一定的時間和空間上造成放射性污染。高能中子（>10 MeV）可在空氣中行進極長距離，其有效攔截物質是水等富含氫核的物質。在合成纖維中添加鋰、硼、氫、氮、碳等中子吸收劑，并利用纖維集合體可起到使中子慢化的作用，對中子有一定的攔截屏蔽作用，但通常只對低速熱中子有一定的阻隔效果。例如厚度5mm的含硼中子防護服，對熱中子（0.025eV）的防護屏蔽率為80%；含硼石蠟、含碳化硼的聚丙烯等均對熱中子有一定的屏蔽效果。

X射線是由高速電子撞擊物質的原子所產生的電磁波，波長在0.01～10nm之間，極具穿透性和殺傷力，通常用鉛板、鋇水泥墻等作為阻隔防御材料。接觸x射線較多的醫務人員大多穿著局部（多為正面）插入鉛橡皮的防護服裝，來阻隔x射線；鉛纖維與普通纖維混紡制成的服裝比鉛橡皮柔軟；在化學纖維中添加氧化鉛、硫酸鋇制成的防x射線纖維，制成紡織品后對低能x射線有一定的遮蔽效果，比鉛衣柔軟輕便。

γ射線是原子核能級躍遷蛻變時釋放出的射線，是波長短于0.02nm的電磁波。謝線有比X射線更強的穿透力和殺傷力，醫療上用來治療腫瘤。γ射線的防護材料與X射線類似，也采用鉛板、鉛纖維與普通纖維混紡、以及含鉛、硼、鋇等元素的纖維及其他材料，均對γ射線有一定的屏蔽作用，但防護效果不如X射線。

綜上所述，電離輻射除Ⅱ粒子外，制成纖維狀或織物狀的防輻射材料尚難有效遮斷高能射線和粒子流的入侵，仍然以鉛橡皮為最常用且相對有效的防護材料。

3.2電磁輻射的防護

電磁輻射的防護主要針對高頻電磁波，根據現有的電磁輻射防護標準，對頻率為30～300MHz的電磁波有最嚴格的防護標準，即暴露限值最低。該頻率范圍以及更高的頻率范圍內的電磁波對人體的損傷主要是由電場造成的，對此進行防護主要采用反射電磁波的機理，而吸收電磁波的防護方式相對困難，除非允許采用很厚重的防護層，而這對于紡織品而言并不合適。

不銹鋼、銅、鋁、鎳等電導率高的金屬纖維是傳統的屏蔽材料，但由此制得的防護服裝過于沉重，手感偏硬。基于反射機理的防電磁輻射纖維常用的制取方法包括：（1）以普通合成纖維為基材，在外層包覆（化學鍍、涂覆）金屬層，制成鍍銅、鍍鎳、鍍銀纖維；（2）原位聚合聚苯胺、聚吡咯制成導電纖維；（3）通過涂層加工，將導電的各種粉體附著在纖維表面制成高電導率的纖維。對這些纖維可制成合適的細度和長度，以使防電磁輻射纖維適合于后續紡織品或非織造布加工。

對于低頻電磁波，雖然對人體的損傷很小，但在特殊場合（例如掃雷艇產生的強大磁場）下，需將磁場集中在磁性纖維內，從而保證由磁性纖維護衛的人體內部只有很低的磁場強度。與金屬纖維類似，傳統的磁性纖維由鐵鎳合金等高導磁材料制成，目前發展成為以鐵、鐵氧體粉體添加到合成纖維中制得磁性纖維。

由上述高電導率纖維和高磁導率纖維制成的織物或非織造布，可獲得電磁輻射防護效果。但能夠直接制成具有電磁屏蔽效果紡織品更為簡捷的方法包括：（1）采用金屬纖維或將金屬化纖維與其他纖維混紡制備電磁屏蔽織物；（2）對合成纖維織物直接進行金屬化處理（例如鍍銅、鍍鎳、鍍銀等）；（3）原位聚合聚苯胺、聚吡咯等導電高分子；（4）施加導電涂層（涂覆導電高分子材料，含銅粉、銀粉等導電粉體的涂料）等。

通常采用15%～20%的不銹鋼纖維混紡制成的電磁屏蔽織物，可使織物的電磁屏蔽效能達到20dB左右，而經過金屬化處理的織物，屏蔽效能可達65dB左右。

但是，對于電磁輻射防護服裝而言，因服裝結構上存在一系列破壞整體密閉效果的縫隙孔洞和開口，故會使服裝的電磁屏蔽效能大幅低于面料的電磁屏蔽效能。整體金屬化處理的織物，即使在各開口設計上已經盡可能封閉，并配置帶披風的帽子，但服裝的屏蔽效能也只能達到30dB左右，如進一步提高屏蔽效能，則必須采用全封閉結構，但防化服類的全封閉結構，會導致使用者熱負荷增大，影響舒適性和功效性。

4 輻射防護的發展趨勢

4.1輻射防護理念的科學化

近幾年來，我國在輻射防護方面出現了防護理念泛化的現象。有的媒體過分夸大了電離輻射和電磁輻射的危害，甚至混淆電離輻射與非電離輻射的差異；也有人出于商業利益有意制造電磁污染的恐慌而兜售所謂的防輻射制品；有較高比例的公眾對工作環境和生活環境的電磁輻射源有種種過分的擔心。

事實上，我國公眾生活環境的電磁輻射水平，除了偶然發生的特殊情況（例如高壓線下、雷雨交加時），電磁環境均不超標。民眾所擔心的家用電器的電磁泄漏強度往往只有國際標準的百分之幾甚至千分之幾；小區樓頂的通信基站發射的電磁場也呈現為往遠處發射的分布，使基站下方的場強最低。這些情況將逐漸被民眾所了解，而關于輻射防護紡織品的使用對象，終究會向職業人群集中，一般民眾并不需要進行電離輻射和非電離輻射的防護。

4.2輻射防護技術的升級

如前所述，現有電磁輻射防護服存在屏蔽效能與穿著舒適性的矛盾，密閉式防護服可以得到高屏蔽效能，但穿著悶氣，影響舒適性和工作效率，而工作服款式的電磁輻射防護服則達不到高屏蔽效能，防護效果不理想。此外，還存在服裝結構設計不合理導致電磁屏蔽效能下降、導電層不牢固容易在洗滌后脫離導致屏蔽效能下降，以及全頻段電磁信號均被屏蔽、致使手機等部分工作用具的通信聯系中斷等問題。