3.1 电源

  (1) 输出直流纹波系数与大生产用电源基本一致。这就要求电流具有多种输出波形供选择,制作起来比较难。对于必须要求低纹波直流的工艺,应采用低纹波直流小电源。市场上部分高频开关试验用电源能达到此要求。单相可控硅或硅整流的全波(或桥式)整流电源若未加π型滤波,也达不到要求(懂电器的人可购100W/24V的变压器,用低压侧作电感线圈,另加2只24V/6800μF的电解电容制作滤波器)。
  (2) 输出电压0~15V、电流0~10A的小电源。电源额定输出电流越大,读数越不准确(尤其是动圈式电流表、电压表),试验不具有重现性。有人居然还用大生产用的500A整流器做赫尔槽试验,实在令人费解。
  (3) 最好带有时间预置定时声音报警,可不必死盯时间。时间不准,试验重现性也差。
  (4) 必须同时有电流与电压显示。电流相同时,电压越低,说明镀液电导率越高。对于光亮酸铜液,2A搅拌镀,正常试验电压应为3.0~3.2V(与所用外电路线径有关)。若高于3.5V,肯定硫酸少了;若低于3.0V,肯定硫酸多了。通过电压即可大致判定硫酸的多少。
  笔者用的是自研自装的0~15V、0~5A的小型单相电源,全波整流后大电容滤波,由具有恒流特性的功率场效应管(VMOS管)调整输出,具有低纹波直流输出,带风冷且以拨码开关预置时间,到时音乐报警。

3.2 阳极

3.2.1 材料

  阳级用材料应与大生产相同。如光亮酸铜用低磷铜阳极,镀铬用铅锡阳极,镀锌用0#锌阳极,碱铜用紫铜阳极,仿金镀用仿金合金阳极或H68黄铜板等。

3.2.2 尺寸

  标准尺寸为宽63mm、长65~68mm。不允许过窄,否则安放时或左或右,试验重现性差;也不允许有缺角现象,用残了就应更新。厚度不宜大于5mm,否则液位上升过多,导致试验结果不准。可选生产上用薄了的阳极截割,但尺寸应符合要求。笔者则制有模具,对于锌、锡、锡铅合金,用模具熔铸多个备用。

3.2.3 砂洗

  由于赫尔槽试验时阴、阳极(指平板阳极)的面积比约1:0.63,但大生产要求该比值大于1,因此,对光亮酸铜等进行赫尔槽试验时,时间久了阳极可能钝化。若发现阳极有钝化现象(电流减小、电压升高),应将其取出,砂洗干净或活化处理后再用。对于酸性亮铜,2A搅拌镀5min,磷铜阳极不应钝化:若钝化了则应寻找原因(硫酸过少、Cl-不足、含磷量过高等)。

3.3 阴极试片

3.3.1 材料

  一般可用黄铜片,镀锌与硬铬则用冷轧钢片。考察钢铁件上无氰碱铜的结合力时,用光亮冷轧钢片;考察装饰镀铬的光亮范围吋,用刚镀过亮镍而尚未钝化的试片。一般试片经砂洗,或铁试片褪锌、褪铬后,可重复使用多次,一次性使用则过于浪费。

3.3.2 尺寸

  标准尺寸为长100mm、宽65~68mm、厚0.3~0.5mm。过长,放不下,贴不紧;过短,或左或右,试验重现性差且电流密度分布不正常。最好用剪床下料,规矩、平整。

3.3.3 保存

  若试片要保存供客户看,镀后应钝化(除镀铬外)、吹干,密封保存。可重复使用的试片,若是钢片,则应褪除镀层后存放于稀碱水中,以防生锈;对于光亮酸铜试片,应存放于稀硫酸中,防止严重氧化变色,否则再处理时很麻烦。

3.3.4 镀前处理

  阴极试片的镀前处理十分重要。试验达不到预期效果,与镀前处理不细心关系很大。
  3.3.4.1 砂磨
  由于试片本身或重复使用时镀层硬度可能相差很大,应备有640#、850#甚至金相砂纸等多种水砂纸。冷轧钢片镀锌一般不用砂磨。重复使用的镀镍试片,应先用较粗的砂纸将亮镍层磨至失光,再用细砂纸将粗砂路磨干净。镀锡、镀铜、镀银层很软,要用840#以上细砂纸砂磨,必要时再用金相砂纸砂磨至基本看不见砂路。
  专门考察半光亮镍、亮镍、酸铜等的整平能力时,因一般无专门测试仪器,黄铜试片应先抛光至镜面光亮,再用宽约5cm的840#细砂纸在试片中部沿长度方向均匀磨出一条砂路带,在相同条件下镀10min后,比较砂路被填平的范围。若考察镀镍液有无因NO3-造成的低区漏镀,铜试片低区2cm内应砂现铜。
  砂磨试片应注意两点:(1)细砂路应磨顺直,不允许沿不同方向或旋转式地乱磨,否则光亮电镀后会造成误判;(2)手指只能压住长度方向边缘1cm处不受镀的部分,因多数情况下砂磨后不用再除油,若按住受镀部分,镀后会留下指纹印。
  砂磨试片是做赫尔槽试验的基本功,也是第一道关口。砂磨试片不合格,试验难免问题百出。
  3.3.4.2 试片背面绝缘
  不少人做试验时试片背面不作绝缘处理,这是不对的。因每次夹持试片时贴紧槽壁的程度不一样(特别是试片薄而不平整时),背面消耗的电流不一样,正面的电流也就不一样,结果重现性差。简单的办法是在干燥试片背面贴透明胶带,其宽度应足够,无气泡若用铜试片,用剪床剪取表面无压痕、铜箔较厚的单面印制板最好,背面不用再作绝缘,可重复使用多次。
  3.3.4.3 除油与活化
  采用手工除油:用细布沾水泥浆、室温除油剂、优质洗衣粉等擦洗除油。若砂磨过的试片已能完全亲水,可不再除油;若不能完全亲水,则应除油至全部亲水。用碱性除油后或浸泡于碱水中的铁试片时,清洗后要做活化处理。对新砂磨后又亲水的试片,因砂磨已去掉表面钝化层,可不经活化,水洗后立即镀。
  3.3.4.4 镀前水洗
  笔者在试验光亮酸铜液时,用水砂纸砂磨试片,以水冲洗后电镀,镀层起细麻砂。开始怀疑M过多,但无论如何调整光亮剂中M的含量,镀层仍起细麻砂。后来才想到可能试片有问题。在冲洗的同时用细布对试片表面认真抹洗,镀后则再无麻砂。原来,砂磨时试片表面粘附的细砂尘,即使冲洗也洗不掉,更不用说浸洗了。笔者在试验亮镍等其他工艺时也出现过同样问题。吸取教训后,以后都要求试片在镀前冲洗的同时用细布抹洗彻底。

3.4 加温(冷却)与搅拌

3.4.1 加温与冷却

  对于带电加热的赫尔槽,可直接用其进行镀液加温,若无自动控温,则应注意监测液温。对于普通赫尔槽,若试验时气温较高,可在电炉上用烧杯多取一点镀液进行加热,至高于试验温度5℃~7°C(因阴、阳极板要吸收部分热量)时,倒250mL镀液于赫尔槽中,立即试验,3~5min内能维持在工作范围内。若气温低,则应在恒温水浴锅内先将液温加够,赫尔槽放在水浴锅内保温。镀铬时,液温对镀层光亮范围的影响很大,试验温度应准确,要先在槽中放入阳极,倒入加热至高于试验温度约3℃的镀液,并放入一支温度计,待液温降到试验温度时立即放入事先准备好的试片,镀1min。由于放热,液温会有所升高。250ml镀液用10A电流,125ml镀液则用5A电流。
  若气温较高时要做硫酸盐光亮酸铜或酸锡镀液的低温试验,应将事先制好的冰块存于小保温桶中,在几个小烧杯中装入镀液,然后放入水浴锅中,往水浴锅中加入冰块,待镀液降到略低于试验温度时,将镀液倒入赫尔槽中,再将赫尔槽放入冷却了的水浴中进行试验,并应及时用温度计监测液温。

3.4.2 镀液搅拌

  搅拌虽可减小浓差极化,扩大允许阴极电流密度,但会使光亮整平范围向高端移动,导致低电流密度区光亮整平性下降。搅拌强度不一样,镀层的光亮整平性也不一样。笔者不主张用带空气搅拌的赫尔槽作空气搅拌,原因是这种整体注塑的赫尔槽,出气孔的孔径大而且分布稀疏,对试片搅拌不均匀,镀层易出现亮度不一的竖状条带,可能造成误判。若孔小而密,一是注塑困难,二是易堵塞,三是换液清洗较麻烦,故宁可多花点劳力,采用普通赫尔槽,用直径3mm左右的细玻棒,按约每秒一个来回的均匀速度,在阴极表面附近来回作机械搅拌。这样,试验的重现性好得多,也易判断镀液本身是否会使镀层产生竖状条纹。

3.5 电流强度与时间的选择

  应根据工艺要求及试验目的来灵活选择。一般而言,半光亮镍、亮镍、光亮酸铜,2A搅拌镀5min左右,专门考察整平能力时镀10min;硫酸盐光亮镀锡,1A拌镀5min;氯化物镀锌,2A镀5min;锌酸盐镀锌,3A镀5min:无氰碱铜,1A拌镀5min:氰化镀铜,2A静镀3~5min。
  要特别考察深镀能力或低区杂质影响,是否有漏镀(如NO3-造成镀镍低区漏镀)及处理效果时,以0.1~0.3A镀3~5min。当所用电流太小,电压太低时,应串接小量程数字式电流表,并接电压表作测定(可用数字式万用表的直流电流、电压档),否则读数不准,重现性差。笔者试验HEDP氰碱铜时曾用过50mA,试验深孔镀镍时用过30mA。
  要判定主盐浓度时,可用大电流静镀。如新配亮镍液,3A静镀5min后,高端应无烧焦,生产液应做到2A静镀后高端无烧焦。

3.6 换液

  因只用250mL镀液,故镀液的各种组分消耗快。2A镀5min时,镀4次就应另换新液。

3.7 阴、阳级的夹持

  钛夹子最好,但贵且不好买。一般用较大的鳄鱼夹,但市面上的鳄鱼夹多为铁件滚镀薄层亮镍,很易生锈。使用鳄鱼夹夹持阴、阳极时应注意以下几点:
  (1) 夹持时,接导线的一边应与阴、阳极的使用面接触,不能夹反了,否则导电不好;
  (2) 用后立即以清水清洗,电吹风吹干;
  (3) 锈蚀严重时应换新。