电镀与电泳叠加组合的仿金生产工艺

孙承根

一、概述

    几千年来，雍容华贵、璀璨夺目、惹人喜爱的金色一直受到人们的青睐。所以又有人说，金色永远是流行色。无论是家用器具，钟表灯具、制笔零件、各种工艺品，装潢五金、服饰品、电器用品以及各类奖品，很多都涂饰金色，这样都显示出珠光宝气，瑰丽夺目。

作为金属表面处理工艺，这个要求可以用电镀金的方法来解决，但是，目前真金的价格比较昂贵，资源有限，除了特殊产品必须镀真金外，那些具有金色效果，价格低廉的仿金色彩就应运而生。多年来，这些仿金生产工艺已在多种产品装饰上得到广泛应用。

在金制品中，特别是金合金中，由于金含量的不同，其色泽也不同。根据人们通俗的看法，24K纯金为柠檬黄色，18K金是金黄色，14K金黄中偏红，又有人称它为玫瑰金色。根据人们通俗的习惯看法，印象中的黄金色泽，多数认为应该是黄中略带微红，也即18K的金色已被更多人接受和认可。确实18K或18K以上的金色泽更具有清新悦目、豪华典雅的感觉。因此，那些能产生18K或18K以上黄金色泽的生产工艺，应是我们向往和追求的方向。

二、仿金电镀

    这里特别要指出，仿金是指产品的外观色泽像金色或指近金色。仿金电镀生产工艺中一点真金的成分都没有。根据产品外观的色泽，目前国内外仿金电镀生产工艺通常采用的有以下几种：

第一种 仿24K或接近24K，要求镀层色泽金黄略带青，呈柠檬黄色。因此，通常采用电镀铜—锌二元黄铜仿金生产工艺；

第二种 仿18K金色，要求镀层色泽金黄略带微红，呈金黄色，通常采用电镀铜—锌—锡三元合金的仿金生产工艺；

第三种 仿24K金色，要求镀层色泽带桃红色，呈玫瑰金色，通常采用电镀铜—锡二元合金的仿金生产工艺。

一般来说，仿金电镀工艺以18K金色作标准色的较多，而仿24K或接近24K的仿金制品是仿金电镀的高档品，可以假乱真，更被很多人所青睐。

电镀仿金生产工艺，实际上电镀铜基合金，镀层中铜的含量应在60%以上，钢铁工件仿金电镀工艺通常采用一些的工艺流程：

前处理——预镀铜——清洗——浸酸——清洗——电镀光亮酸铜——清洗——脱膜——清洗——电镀亮镍——清洗——活化——清洗——镀仿金——清洗——钝化——清洗<干燥—罩光涂层—烘干

               电泳涂饰—烘干

要想获得质量优良的仿金镀层，在上述的电镀工艺中，有几点需要特别的关注：

1、工件表面要求非常光洁，无孔隙，这样成品以后不易变色；

2、仿金电镀层的目的在于装饰，只要求工件表面镀上均匀的金黄色，一般电镀时间控制在0.5～1.5分钟，镀层厚度在1～2um左右。因此，这种镀层的抗饰性较差，很大程度靠镀中间层来帮助，如果采用亮酸铜或铜合金这些镀层作中间层，它们本身的抗变色能力就很差，极易变色，这些作中间层是不合适的。通常应选择光亮镍作中间层，这种中间层既光亮，也有一定的硬度，在上面镀仿金层就不易发花。

3、为了防止亮镍镀层吸附的光亮剂造成仿金层发花，电镀仿金前可以增加电解除膜工序，其效果比浸酸活化效果好，配方如下：

磷酸三钠   30-40 g/l    阴极电流   1-2 A/d㎡

湿 度      80℃         时 间      0.5-1 min

在实际生产操作过程中，仿金层的光亮度主要依靠亮酸铜的光亮度，作为镀在亮酸铜上的中间层的亮镍层只要不倒光，亮镍槽液中的光亮剂完全可以少加一些。这样有两个好处，一是可以省去上述的除膜工序，二是如果工件要镀铬，镀层中的光亮剂含量越少越有利于镀铬。

4、由于仿金镀层很薄，电镀时间也比较短，所以仿金电镀工艺中是不添加光亮剂的，仿金层的光亮度是依靠亮酸铜和亮镍来衬托的。

5、大多数仿金层都比较薄，实际上仿金层厚一些抗变色性更好一些。

6、仿金层上铜含量约70%左右，如果仿金层色泽偏红，说明镀层中铜的含量偏高，那么这种仿金层易变色。

7、上述三种仿金电镀工艺相比较，电镀铜—锌二元的黄铜生产工艺的镀液稳定性较好，色泽也容易调节，适合于流水线大生产。

8、仿金层在空气中极易变色，氧化泛黑点，所以镀仿金后需尽快进行纯化处理和罩光涂饰。最好采用阴极电泳清漆涂饰。这样仿金层表面光亮、平滑，能长时期的保存和使用。

三、几种仿金电镀生产工艺的比较：

    1、下面列出多年来笔者所经历运用过具有代表性的几种仿金电镀生产工艺：

2、几种仿金电镀生产工艺的比较：

仿金电镀是一种铜合金电镀生产工艺，目前生产中采用的基本都是含氰电镀体系。也就是说，不含氰的仿金电镀生产工艺，其工艺的稳定性和仿金产品的色泽都不能获得满意的结果。还有一点，已故著名电镀老前辈袁诗璞生前多次说过：任何一种生产工艺，合金成分越少，控制越方便。

四元的不如三元的，三元的不如二元的。再仔细看一下我们现在生产一线的操作师傅，绝大多数都是文化水平不高的农村上来的打工人员，要求他们大批量生产，而且色差很小的仿金产品，那种工艺稳定，色差变化小的生产工艺应该是首选的。就这点来说，二元黄铜仿金生产工艺具有明显的优势。

1）二元黄铜仿金生产工艺

黄铜电镀生产工艺，镀层中铜的含量对色泽的影响如下：

黄铜镀层中铜含量变化与色泽的关系

   根据实际操作中的生产经验，仿金层中铜含量控制区在70%左右比较好，也比较方便，铜含量过高，易氧化变色。做好日常的溶液分析，控制金属Cu：Zn＝3.6～3.8：1就能保持批量生产时，仿金色泽的一致性。这种生产工艺，目前生产中应用的较多。

2）二元铜—锡合金仿金生产工艺

列出的这个工艺是笔者在苏州缝纫机厂上世纪七十年代采用的光亮铜—锡合金生产工艺，以后也用在仿金电镀生产中。这种合金电镀工艺镀层中铜含量的变化对色泽的影响如下：

铜锡镀层中铜含量变化与色泽的关系

这种工艺也需要经常分析，并控制金属铜18—20 g/l，锡7—10 g/l，游离氧化钠10—15 g/l，氢氧化钠8—12 g/l。工艺中的ZN和Pb是用来当添加剂，调色的。Pb主要起光亮作用，平时吧醋酸铅配成10%的水溶液，按7 g/k·A   ·H的量添加，也即水溶液70ml/K·A·H;少量的锌使镀层易于套铬，每周按0.1g/l的ZnO量添加；Na₂SnO₃·3H₂O也可按0.56kg/K·A·H的量添加，酒石酸钾钠每周加3—5g/l，与ZnO一齐加。

就控制的方便程度来讲，它不如二元黄铜合金电镀工艺方便。

3）第三种是电镀铜—锌—锡三元合金仿金电镀生产工艺。这是笔者2000年时在昆山一家日资企业（日佳力机电公司）接触到的生产工艺，在该企业时，他们使用的仿金盐是日本进口的，其实在日本时，他们就使用了仿金盐，配槽时，按100g/l的量配置，经笔者化验分析，得出了表中的详细数据，也就是说，这是一种三元合金仿金生产工艺，其镀出的产品色泽接近18K色泽。采用这一工艺时，有两个操作条件对色泽影响较大，一是温度，如果温度高一些，色泽红一些，而如果低一些，色泽黄一些；另一个是PH的影响，当NaOH低一些，色泽偏红，而当NaOH在4g/l，色泽偏黄。当时，该日资企业的仿金产品色泽NaOH的浓度控制在1.5-2.5g/l之间就可以获得均匀的18K黄金色泽。

4）阴极电流密度的影响：

确实有一段时间，不少国内的一些电镀书中都介绍了仿金电镀中阴极电流密度的作用，认为阴极电流密度对仿金色泽有非常特殊的作用，它的做法是改变仿金过程中的电流密度，从高、中、低也称“三级跳”的直流电源，来获得仿金色泽的金黄色。具体的做法是工件入槽时，第一级电流开1.5-3A/d㎡,5-8秒，接着电流密度跳到第二级在0.8—1.2A/d㎡，时间15-20秒，镀层呈柠檬黄色，最后电流跳到0.2-0.4A/d㎡，时间10-15秒，镀层呈金黄色，并断电出槽，这些程序都是预先设置好的。这样的做法是仿金产品，都是通过电镀工艺来完成，不需要也没有想到与其它因素的结合作用，但在实际生产中，这种想法做法用来做做实验或小样生产是可以，在大生产中还没有见过这种做法，也就是说这种做法不适用于大生产，作为一个电镀人员来讲，在研发仿金产品的过程中，往往把主要精力都集中到电镀工艺上。这些年过去了，仿金电镀产品的外观也只局限在18K金色左右，不见有其它突破。

3、如何精准地做好控制仿金电镀工艺：

就现在仿金产品来讲，并不要求仿金电镀一步到位地做到18K或24K的色泽，但仿金电镀产品有一个基本要求，那就是要求色泽均匀一致，含铜量在70%左右的黄中略带青就可以了。对一个电镀工作者来讲要做到这一要求，有两件事需要做好，其一，是要经常性地做好仿金电镀溶液的化学分析，随时掌握溶液中各成分的变化和比例关系；其二，经常做霍尔槽样板。仿金电镀工艺的样板电流开0.5A，时间可控制在30秒、60秒、90秒等三个档次，要求样板从头到尾色泽一致，这是一个关键。凡能做到这一点的，就表明工作电流从0.05—2.5A/d㎡范围内都能获得均匀一致的仿金产品，这样也不需要什么“三级跳”的电流控制。会做化学分析，会做霍尔槽样板这两样是对一个合格的电镀工作者的基本要求，只有这样，才能从定性经验控制发展到科学的定量控制。电镀是一门应用性科学，它涉及到的知识面也比较广，很多地方要求电镀工作者在工作中大胆地实践、小心地求证，寻求最佳的工作条件，否则难以做好工作。

4、仿金镀层的防变色处理

仿金镀层是以铜为主的铜合金层，镀完出槽清洗后，必须要立即进行防变色处理，常用的方法有钝化法和浸缓蚀剂法两种，使用较多的是钝化法，特别是电解钝化法。下面逐一介绍：

1）含铬钝化

a、化学钝化

重铬酸钾      30—40  g/l

PH            3—4

用HAC或H3PO4调或再加1g/l的氟硅酸盐更好

温度          30℃

时间           3   min

B、电解钝化

重铬酸钾        30—40g/l

氢氧化钾        10—25g/l

<或氢氧化钠     8—18>g/l   PH约12.5

阴极电流密度    0.1—0.5 A/d㎡     工件挂在阴极

温度            室温

时间            1—2分钟

化学钝化和电解钝化的最大区别在于PH，一个是酸性，一个是碱性。目前生产中电解钝化应用的最多。

2）无铬钝化

a、钼酸钠       12   g/l          磷酸      15g/l

    PH          2.5—3g/l         温度     15—30℃

   时间         10—60秒

也可在此溶液中进行电解钝化，工件挂阴极，不锈钢做阳极，

电压     2.5—3V   30—40℃   时间  40秒左右

B、浸缓蚀剂

   苯骈三氮唑<BTA>   1—2 g/l  <BTA溶于乙醇，微溶于水，使用时，先溶于乙醇，再用水稀释>

   PH<用苯甲酸调>    5—6

   温度              室温

时间              1—2分钟

浸后不需清洗，甩干即可，这种方法多用于喷涂罩光漆。

三、有机罩光涂饰：

仿金镀件经钝化后，还不能说产品已结束，只有经过有机罩光涂饰，烘干后，才能成正式产品。有机罩光分两种：

1、一种是喷涂有机清漆。这就要求工件钝化后，必须烘干才能喷涂，再烘干才能成为成品。工序相对多一些，一般喷涂有机清漆，烘干温度在120℃。这种漆膜硬度比较高，大于4H，膜层厚度的均匀性要差一些。

2、还有一种方法是仿金电镀件钝化后，不需马上烘干而是清洗后镀电泳漆，再清洗干净，烘干后成成品，目前国内这种方法使用的比较普遍。

3、虽然目前国内使用的电泳漆种类较多，但使用的原理和方法大同小异。现列举一种电泳漆的使用和控制方法，它是2000年时，笔者在那一家日资企业使用过的，这种电泳漆是日本清水公司生产的N—6000型电泳漆。具体如下：

固体分           8—10%           一般控制在  9%

溶剂  异丙醇     1PA  1—4%                  2.5%

      乙二醇丁醚  BC  3—5%                  3.5%

PH    用乳酸调        4.3—4.9%              4.6%

电导率                350—550               450

温度                  15—30℃               25℃

时间                  0.5—1.5分钟           1分钟

电压                  30—100伏

阳极板                不锈钢板

极比   -/+            0.5—3  /1             2/1

极距                 100—300 mm             150mm

循环过滤

膜厚                  10—20um                15um

漆膜烘干时间     预热 80—110℃          100℃  10分钟

                 烘干140—170℃       150℃ 20—60分钟

冷却30分钟后取下送检验。

这种电泳漆的日常管理和控制如下：

1）电泳漆中的固体分在生产中是消耗性的，根据生产情况每天应适当添加一些。每添加1KG固体分，应同时添加二甲苯（X）100毫升，乳酸5—10毫升来调节PH。

2）日常生产中每天应添加异西醇（1PA）3.5ml/l，丁醚(BC)     0.7—1ml/l。

3）当电导率过高时，可采用超滤的方法进行处理，一般一次性超滤掉总槽液的10—20%为宜。超滤后，溶剂的补加量＝溶剂的配方量（ml/l）×超滤掉的体积（升）。如果液面有细小气泡，可使用1PA喷洒消除，以防漆膜表面有针孔。

4）固体分每周可用重量法分析一次，方法如下：

取样液5ml于一已知恒重的50ml小烧杯中，称重为W₁，在110℃时烘干2小时，取出冷却30分钟后称重W₂ 固体分含量 %＝W₂ –烧杯重/ W₁ –烧杯重×100%。

如果将上述烧杯再放入烘箱内在170℃时烘至漆膜固化约30分钟，取出冷至室温后再称重为W₃ ，这就是加热减量，它的计算方法如下：加热减量 %＝W₃ –烧杯重/ W₂–烧杯重×100%。

这种加热减量是评定电泳漆质量优劣的一种方法。

一般高档电泳漆烘干后的漆膜在15um左右，中档的在10um，而低档的在7—8um左右。也就是说，高档漆加热减量很少，而低档漆中的小分子化合物在烘烤时已全部发挥，减量就多，漆膜就薄。

目前市面上各种电泳漆的种类比较多，质量差异也较大。学会测定电泳漆的加热减量，就大致了解和掌握了各种电泳漆的质量，从而有利于选择。一般日本清水公司的电泳漆价格较高，就以上述N—6000为例，在2000年时就要400多元人民币/Kg，一桶电泳漆需万把元。而国内一些抵挡次的也就100—200元/Kg，这种区别主要在于电泳漆中固体分含量的多少，以及那些挥发性的小分子有机物的多少。

在仿金电镀工件表面使用透明电泳漆也会出现另一个问题，仿金产品烘干后色差较大，产品仿金电镀后，看不出什么色差。但镀透明电泳漆烘干后，色差就比较明显，2000年时在那家日资企业，就碰到这样的问题，镀的仿金产品基本色泽在18K左右，产品烘干后送检，单个产品看不出色差，放在一起对比，色差就比较明显，可能5个产品就有5个色差，当时还真无法解决这一难题，其实这位日本老板在日本也是开电镀厂的，他也没有很好地解决过这一问题，更何况这些日本老板在中国开厂，他只允许你使用，根本不允许你更动。所以这一问题也没得到有效的解决。

2003年后，笔者离开了那家日资企业，来到了其它电镀厂，在仿金电镀生产工艺中，才了解和解决了这一难题。那就是在电镀漆中添加仿金色浆，形成仿金电泳漆，产品经电泳、固化后，获得仿金产品色质光亮、透明，色差较小，质量较稳定，特别适用于大生产。用在自动线，不但生产工艺稳定，而且批量产品仿金色泽可以做到从18K到接近24K，光亮透明、金色丰满、色差很小，完全可以以假乱真。

现今，这种仿金工艺在生产中已被很多单位所接受。

四、仿金镀层

提出这一问题，是指仿金工艺还有另一种做法。那就是在光亮白色的电镀层上，喷涂或电泳一层带有金色的有机漆层，烘干后也像仿金属一样。同样，这里也有两种做法：

1、一种是带有金色的清漆，也就是在透明的清漆中添加油溶性或醇溶性的颜料，工件经喷涂烘干后，外观就带有一定的金黄色。这种工艺在上世纪八十年代在仿金产品上曾使用过一段时间。

2、2000年以后，电泳涂料逐步推广应用，它确有很多好处。所以，第二种做法是在透明电泳涂料中添加色浆，形成特有的仿金色，根据采用色浆的多少复配而成，仿金产品的外观色泽可以从14K到接近24K，一般人难以辨别。所谓色浆与前面所讲的清漆中的醇溶性或油溶性颜料是不一样的，电泳涂料是以水作溶剂，所加色浆在电泳涂料中必须具有较高的化学稳定性，基本是不溶的，它是分散在电泳涂料中，所以，电泳涂料需要强烈的搅拌，不然会出现色浆沉淀或浮色等现象。在电泳过程中，色浆基本均匀地夹杂在电泳漆中，随电泳漆一起到达工件表面，就形成了特有的仿金层。

在加色浆的仿金电泳漆中，一般每公斤的漆液中添加金黄色色浆约20毫升，红色色浆是金黄色色浆的三分之一到二分之一，搅拌均匀后，就能正常生产。也可根据自己的需要配制。色浆不可多加，否则漆膜的透明度要下降，抗变色能力也下降，盐雾试验难以过关。

这种装饰性的电泳漆一只槽中也只能得到一种色彩。多数电镀企业也只采用一槽一色，这样可以保证出厂的产品保持在一种仿金色泽，或色差较小。

五、电镀与电泳叠加组合的仿金生产工艺

通过上面的论述获得仿金产品的生产工艺归结起来有这样三种

1、仿金电镀层＋透明电泳漆膜；

2、白亮电镀层＋仿金电泳漆膜；

3、仿金电镀层＋仿金电泳漆膜。

具体分析一下这三种方法，第一种经180℃烘干后，仿金产品表面多数在18K左右，就是外观色差较大；第二种仿金产品表面金色不够丰满，外观色泽多数在14—18K左右；第三种方法的组合产品经烘干后，表面色差较小，仿金色泽在18K或接近24K，更像真金，也比较适合流水线上的大批量生产。

这种做法有点像用人一样，如果让某一人十全十美地做好某一件事，那确实很难，但如果要求这个人发挥自己的特长，做好事情的一部分，他就能够做到。那我们完全可以把两个或两个以上的不同性格的人组合起来，发挥团队作用，就能够做好同一件事，就能产生和发挥1＋1＞2的作用和效果。所以笔者在这里特别推荐第三种方法，取它们各自工艺稳定的一面组合起来，就能达到理想的效果。

至此，电镀与电泳叠加组合的装饰性仿金生产工艺推荐如下：

1、仿金电镀工艺宜采用铜锌二元合金的黄铜生产工艺，该工艺的特点是工艺稳定，从电镀30秒到电镀10分钟的仿金层色差变化小，色泽一般是黄中略带青，特别适合流水线上的批量大生产。

2、仿金电泳。这种涂料表面可以做到又薄又均匀，流平性和光亮度都很好，特别是烘干后，产品表面色泽均匀，色差很小，也特别适用于流水线上的批量生产。

3、这两种方法的组合叠加，产品的色泽常常做到在18K或接近24K的仿金色，确实可以做到以假乱真的仿金效果，是以上两种单独的仿金工艺所无法做到的。

4、这种做法已被不少单位接受和采用。实践证明，这种做法在生产中是完全行得通的。