凹印制版版辊的电镀
2008-09-27 10:56阅读：
版辊的电镀
电镀工艺是利用电化学的方法在基体表面沉积一薄层金属的过程，凹印制版厂的电雕版辊表面都要进行电镀，一是为了电子雕刻，一是为了增加耐磨性和对油的亲合力。 凹版表面通常镀三种金属，即镀镍、镀铜、镀铬，在电镀过程中，主要有以下几种装置：一是整流器，电镀要提供一定的电压，故要通过整流，大容量的整流器，杂波少，直流状态好；二是镀液缸，一般都是由耐酸耐高温的塑料制成；三是过滤器，电镀不论镀镍还是镀铜都要有过滤器，它可防止杂质在溶液里对版滚产生不利影响；四是自动控温，以保证电镀时获得温度的最佳值；五是自动放入硬度添加剂。
电镀的形式一般有滚涂和静止状态，液面有半浸式和全浸式。
一、镀前处理：
钢辊在电镀前应进行全面检查及脱脂处理，首先应检查版面有无伤、坑、料道等缺陷，版辊的倒角，端面及版孔是否符合要求，认真计算电流值和安培小时值，保证良好的导电性和密封性。
为使滚筒表面洁泽，要对滚筒进行清洗，首先将钢筒装上套达到镀槽宽度，套用塑料套，它可防酸，耐高温，两端保护钢辊也要加一套，用400#水沙纸加上去油膏和去污粉刷洗钢辊表面。清洗之后再浇上5%的稀H2SO4去除氧化反应的物质，最后用蒸溜水冲洗，洗下酸性物质，经上述处理去掉油脂污物使表面洁净，便于镀镍。
二、镀镍
镀镍是在凹版滚筒镀铜前必须进行的一项重要工作，由于在钢管上直接镀铜结合力差，因为钢管放入酸性镀铜液里，铁与铜会发生置换反应，被置换出来的铜附着在钢管表面。这样产生置换镀层。这种镀层与基体的结合不牢固，表面呈疏松状态，所以先进行镀镍处理，镍是一种化学稳定性较好的白色金属，能耐稀酸和稀碱．在凹版滚筒上镀上薄薄一层金属镍，以便在镍层上镀铜。
凹版镀镍是以硫酸镍为主的溶液中进行，在脉动直流电的作用下，阳极镍板放出电子，Ni一2e→Ni++
阴极凹版滚筒获得电子，在凹版滚筒表面沉积，即Ni+++2e→Ni，这样凹版滚筒上就镀上一层金属镍。
基本工艺参数:
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硫酸镍250g/L
氯化镍25g/L
硼酸30-40g/L
电流密度2-5A/dm2
温度
35-40˚C左右
波美度（Be）：15-20
镀镍时间一般为10分钟左右，镍液的酸碱度（即PH值）一般在3.8--5.1之间，其中4.5左右为最佳状态。
在上述配液中，硫酸镍是主盐，氯化物是阳极活化剂，硼酸是缓冲剂，其中波美度和PH是影响镀镍质量的两个主要因素，我们必须严格控制，二者高或低都可能造成镀层起皮，结合不牢，这时，可用盐酸、硫酸或硼酸来调节。
三、镀铜
镀铜是凹版加工的一道关键工艺，其质量的好坏，直接影响印版的加工质量，电子雕刻的凹版要求镀层表面光洁细腻，而且要有与电雕机相匹配的硬度。
铜具有极好的导电性和导热性，可电解沉积在另一种金属上而形成可厚可薄的覆层，铜的可塑性很好，可以制成薄于50µm薄片或直经小于25µm的导线，铜的晶体结构很细密，因此可以用化学腐蚀和机械雕刻的方法制成凸版中细小的凸出的网点或凹版中同样细小的凹下去的小坑。镀铜的纯度高，有足够的硬度和韧性，镀层表面光滑、无凹陷、无气泡、无条纹等，铜的硬度较低，因此可在印版表面镀一层较硬的金属（如铬）来提高抗磨损的性能。
凹版滚筒镀铜采用硫酸铜电镀液的镀铜工艺，在直流电的作用下，阴阳极都发生电极反应，阳极的纯铜场放出电子，产生二价铜离子Cu-2e→Cu2+,阴极凹版滚筒获得电子发生沉积反应，使铜离子在滚筒表面还原为铜原子.
Cu2++2e
→Cu,经过无数次的电极反应,在凹版滚筒表面镀上一层铜。
镀铜机的工作原理如图所示：
磷铜块2插入电解液1中,
凹版滚筒4横放在电解槽上，整个滚筒浸入在电解液中，并以一定的速度旋转，其滚筒与电源阴极3相接，通电后，阴阳极发生反应，铜离子cu2+在阴极上获得电子形成铜原子而转移在凹版滚筒上。(磷铜有保护作用)
基本工艺参数：硫酸铜
200-220g/L
硫酸
50-70g/L
硬度添加剂 适量
温度(T：
国产添加剂 40-42ºC
美国添加剂 38-40ºC
波美度(Be)：20
电流密度： 15A/dm2
镀铜之前应先用旧砂纸打磨一遍,使版面光滑,然后用自来水冲洗,自来水中含有cl-,对于美国配液,要求cl-含量50-100ppm。
开始镀铜时，注意在铜瓦处加油，保护好铜瓦。
在配制镀液中，要注意千万不能将水加到硫酸中，只能将酸加到水中，如果没有良好的搅拌并缓慢加入。这两种液体的混合将产生巨大热量，并使溶液飞溅，硫酸具有强腐蚀性，会引起严重的灼伤，操作时，须戴橡胶手套，防护面具，橡胶套鞋和围裙，如果皮肤和眼睛接触到硫酸，应立刻用大量水彻底冲洗。
上述镀铜配液中，硫酸铜能提供镀液所需的铜离子，范围为200-220
g/L，浓度太高会引起镀层粗糙，阳极不溶解，太低则沉积速度慢、烧焦、光亮范围小，各种级别的硫酸铜都有，应该用高纯度的，硫酸能提高溶液导电性，以获得高电流密度，最佳浓度为65g/L。浓度太高会引起深镀能力降低和阳极极化，太低则溶液导电性较差，并增加了所需的电压。
镀铜时版滚的两端容易形成高电流密度区即尖端放电，镀铜时在一侧边加挡板，缓解尖端放电的形成，另外，可适当添加Cuflex401添加剂，它可活化高电流密度区，能防止版辊边缘形成树极状或烧焦，它的浓度可影响极限电流密度，使得镀层不烧焦。
硬度和光亮度是镀铜的一个关键要素，一般要求较高，硬度低了，雕刻出的网点构型不好，硬度高了，雕刻困难，雕针易断，通常要求在190-220HV之间，硬度和光亮度的控制，可由cuflex402来调整，它添加量的多少由镀层所需硬度，操作温度和和电流密度决定，一般平均消耗量为200mL/1000安培小时，为保证稳定的最佳效果，应少量经常添加，另外为避免铜层中，砂眼、气孔的出现，应对镀液进行过滤，经常冲洗镀槽，排除杂质，保持镀液干净。
安时的计算公式：πDLH/ξ D-版辊直径 L-版辊长度 H-镀铜厚度
ξ-槽的系数
镀铜是一道十分重要的工序，有的厂家在版辊上镀两层铜，一层底铜，一层面铜，这样版辊再利用时，可直接拨去面铜重新镀，方便快捷，但这种方法，铜层结合不好，易起皮，通常我们采用镀一层铜的方法，结合紧密，但再利用时需磨去铜层，不管镀几层铜，对镀铜的要求都很高，铜层表面要光亮平整，厚度均匀，结晶细密，对镀液中硫酸铜的含量，硫酸的浓度，镀液的温度，电流密度和电解液的PH值等应严格控制在允许值内，精心操作，保证铜层的质量，对镀铜厚度，一般研磨版，要求单面镀铜0.12mm,时间一般为45分钟。车磨版，要求单面镀铜0.25mm,时间一般为90分钟。
影响镀铜的因素有如下几个方面：
1、硫酸铜的影响
硫酸铜电解液中的浓度控制非常重要。在电镀过程中，由于溶液中的硫酸与极版上的铜发生反应，不断的生成硫酸铜，这就使铜的含量越来越高。如果控制不好导致硫酸铜的含量过高，电镀液的分散能力就会降低，导致镀槽旁绿色和蓝色的硫酸铜结晶析出，影响阳极的正常反应。所以要控制好硫酸铜的含量，到一定时候取出部分溶液，增添硫酸，以降低硫酸铜的含量。
2、硫酸的影响
硫酸的作用是导电，它与电流量有直接的关系。一般为了提高电解液的性能和导电效率，硫酸的含量要高些。但如果硫酸的含量过高，反而会降低硫酸铜的含量，从而会影响镀层的质量。
3、阳极的影响
阳极是铜块，在酸性的电解液中会产生一价的电解铜离子，出现一种铜粉。这种铜粉如不消除的话，会影响铜层的质量，同时也会消耗硬度添加剂。因此，要控制部分一价铜离子的产生。
4、硬度添加剂的影响
硬度添加剂用于增加硬度，其实际作用是在电镀过程中产生一个对沉积的阻力。镀铜是一个堆积过程，在这个过程中，由于硬度添加剂的影响，堆积得越细，铜层的硬度就越高。当然，不同的电雕机对硬度的要求也不一样。俄亥俄电雕机要求硬度在190-220HB；海尔电雕机要求硬度在170-190HB，一般在190HB左右。
5、温度的影响
温度的控制也很重要，如果温度过高，则镀层表面较粗糙，过低则镀层发脆。
四、镀铬
在印刷过程中，由于凹版滚筒要受刮墨刀刮墨时的磨擦，印刷材料对印版也有摩擦，因此要印刷批量大的印件，就需在铜层之上再镀一层铬，提高印版表面硬度，增加版材的耐印力，铬的突出性质是它具有耐腐蚀性能，高硬度和表面的高光洁度。镀铬用的电解液主要是铬酸酐和硫酸。电镀过程关键是要控制好电流和电解液温度。镀铬是在雕刻之后进行的，这易将网坑堵住，所以铬层很薄，一般0.01mm（0.007-0.008mm）左右，所经过的时间大约为35分钟。
在镀铬前，要先进行除油处理，因版辊经镀铜、车磨、研磨、电雕等工序，在版辊表面会留下油渍，网坑中会有铜屑等杂质，必须经过处理，才能确保镀铬质量，除油时，先手工除油，通常我们用碳酸镁，酒精，洗衣液，洗涤灵等以一定的比例混合配制成去油膏，擦抹版辊，而后用海绵抹去油膏，之后再经超声波去油，超声波液主要是金属清洁剂和氢氧化钠混合而成，超声波所发出的波力量大，能把雕刻时留在网坑里的废物(主要是铜屑)清除，除油之后用蒸溜水冲一下，两边的套边要冲洗干净，然后放入槽中，两边支撑点要加油，注意，如果滚筒放入溶液中，就必须立即将滚筒旋转镀铬，否则滚筒的表面会发生被腐蚀的可能。
（半浸）基本工艺参数：铬酐
200-250g/L
硫酸
2.0-2.5g/L
Cr3+
2.0-5g/L
温度
50-53ºC
波美度(Be) 18-20
电流密度
35A/dm2
注意，调整配液时，要保证硫酸与铬酐的比例保持在百分之一。
镀铬机工作原理图如下所示：
铅锑合金为阳极2插入铬酸溶液1中，并与整流器阳极联接，凹版滚筒4全部浸入铬酸液中闭幕式与整流器的阴极联接。镀铬机由转动装置，电解槽，电器系统，排气设备等部分组成，镀铬时，在两极部位有极细的铬蒸气气泡逸出。这种气体有害于人体健康，因此，整个镀铬槽要封闭起来，并由排气管不断地排气。以保障操作者的健康，抽出的铬蒸气经凉水管冷凝，沉降于回收槽中，可再回收利用。
另外，在镀铬过程中，还要注意六价铬对镀铬的影响。镀铬工艺是六价铬转化为金属铬的过程，如果六价铬的含量过低，就不容易在镀层上生成金属。但也注意保持六价铬与三价铬的比例关系，如果六价铬的比例过高的话，电流的阻值会过大，同样也会影响镀铬，这时就要采用阳极处理法来降低六价铬的含量。
镀铬前要认真检查版辊，仔细查找腐蚀点，划伤和胶泥，如有砂眼等，可再进行补镀，下图为一组版滚上的砂眼的放大图。
在镀铬的过程中应随时检查电流、温度及液位的情况，镀铬后必须按要求用砂纸和砂网抛，并将版面冲洗干净，另外，镀铬前后都不能在车间久放。
退铬机的工作原理与镀铬机相反，但机器结构原理基本相同，退铬的方法有两种，一种可用1:2的盐酸浸洗，使铬层很快溶解，另外可采用NaOH水溶液电解，这种方法不好掌握，但可以把镀铜的氢气赶出。
五、车磨、研磨
凹版滚筒经镀铜之后，表面仍很粗糙，精度和尺寸精度均达不到规定要求，而且厚度不均匀，因而不能直接上电雕机，必须经过车磨或研磨加工，一般在车磨联合机床或研磨抛光机上进行，采用金刚石刀头和金刚石砂轮进行车削和磨削，将滚筒表面铜层切削至所需直径尺寸和表面精度要求，车削和磨削必须在一次安装中完成。
对于一些包装版，精度要求不是很高，可上研磨抛光机研磨，对于烟版，酒盒等印版精度要求很高，可上车磨联合机床进行车磨。
研磨是顺序进行的，先粗后细，研磨所使用的砂轮，是由碳化硅制成，粗细度为800#、1500#、2500#、3000#、研磨盘旋转的速度与滚筒旋转速度不同的，在一般情况下，用2500#、3000#砂轮进行打洗，以达到需要的程度。
在研磨的同时，还要检查版面是否有伤，坑，倒角是否有毛剌，并进行修整，研磨完后用水将版滚冲洗干净，用橡皮板将版辊表面水刮净，研磨中注意避免研磨划伤和出平台。
抛光工作是用抛光机头设备带动布轮转动盘，压在与转动盘同向旋转的滚筒上慢慢地转动，抛光轮是由布盘作成的，其直径约为40-50厘米，抛光轮的厚度约为5-6厘米，抛光轮是使用一种抛光膏在强大的压力下滑动的，抛光膏由刚石粉，抛光油，石油或硬脂酸油作成的，将此油膏涂于旋转的滚筒上，使它光滑。
