一起鋁合金鍍銀起泡質(zhì)量問題的研究探討

徐 曦，鄧樂萍

（西安西電開關(guān)電氣有限公司，陜西西安710077）

鍍銀件具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電及焊接性能，且鍍層化學(xué)性能穩(wěn)定，因此電鍍鍍銀工藝多用于防腐蝕、提高導(dǎo)電率、反光性和美觀等，在電氣、儀器儀表等制造工業(yè)也有廣泛應(yīng)用。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高電鍍銀工藝生產(chǎn)效率，縮短電鍍時(shí)間，逐漸發(fā)展出快速鍍銀工藝。與普通鍍銀工藝相比，快速鍍銀工藝采用新型鍍液配方，在保證鍍銀層外觀質(zhì)量的條件下，提升電鍍過程的沉積電流密度，從而縮短電鍍時(shí)間，同等周期內(nèi)大幅提升產(chǎn)能。

本文結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，研究了鋁及鋁合金快速鍍銀工藝中出現(xiàn)的一起鍍層起泡的質(zhì)量問題和解決辦法，并通過問題分析、實(shí)驗(yàn)研究、優(yōu)化工藝等措施解決了上述問題，滿足了生產(chǎn)需要。

在進(jìn)行快速鍍銀批量生產(chǎn)時(shí)，零件表面出現(xiàn)了起泡及邊緣粗糙的質(zhì)量問題，典型問題鍍層如圖1所示。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 快速鍍銀工藝

鍍銀溶液采用快速鍍銀液配方，電鍍方式采用掛鍍，鍍液配方如表1所示。

圖1 鍍銀層的質(zhì)量問題Fig.1 Problems of the silver coating

表1 快速鍍銀溶液的配方Table 1 The formula of rapid silver plating solution

快速鍍銀工藝流程為：弱腐蝕→熱水洗→流動(dòng)冷水洗→硝酸出光→流動(dòng)冷水洗→一次浸鋅→流動(dòng)冷水洗→硝酸褪鋅→流動(dòng)冷水洗→二次浸鋅→流動(dòng)冷水洗→流動(dòng)冷水洗→預(yù)鍍銅→流動(dòng)冷水洗→預(yù)鍍銀→快速鍍銀→流動(dòng)冷水洗→熱水洗→下件。

1.2 鍍層硬度實(shí)驗(yàn)

鍍銀試樣采用6A02‐T6 鋁合金材料樣塊為基底，其切割尺寸為長(zhǎng)度50 mm、橫向尺寸50 mm。基體鍍銀后使用HM‐221 型顯微硬度計(jì)測(cè)量試樣鍍銀層的平面顯微硬度，測(cè)試時(shí)載荷為0.49 N，加載時(shí)間為30 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 起泡與鍍銀層的關(guān)系

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電鍍銀生產(chǎn)線上共布置由6 個(gè)鍍銀槽，因此基體的前處理工序工藝完全一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將1#～4#鍍銀槽定為普通鍍銀槽，稱為對(duì)照組，將5#～6#鍍銀槽定為快速鍍銀槽，各鍍槽電鍍時(shí)的沉積電流密度參數(shù)如表2所示。

電鍍后，觀察各鍍槽制備的樣件，結(jié)果如圖2 所示?？梢钥闯銎胀ㄥ冦y槽電鍍出的樣件表面光滑平整，符合產(chǎn)品的外觀質(zhì)量要求，5#～6#鍍槽鍍銀后的樣件表面存在起泡現(xiàn)象。將起泡樣件的起泡鍍層切割剝落，微觀照片如圖3所示?？梢钥闯觯瑯蛹冻鲥冧\層，剝落層的鍍層底層為銅層，根據(jù)此現(xiàn)象可判斷起泡是因?yàn)殇\層與銅層結(jié)合力不良導(dǎo)致。但在實(shí)際生產(chǎn)中，快速鍍銀槽與普通鍍銀槽的操作僅在最后鍍銀步驟中存在差別，因此，鍍銀層也是引發(fā)鍍層起泡的因素之一。

表2 各鍍槽的鍍銀工藝參數(shù)Table 2 Electroplating process parameters of the different plating tanks

圖2 各鍍槽鍍銀后的零件鍍層形貌Fig.2 Coating morphology of parts after silver plating in the different plating tanks

圖3 起泡鍍層的切割圖Fig.3 The cutting figure of the blistering coating

2.2 現(xiàn)象分析

與普通鍍銀工藝相比，快速鍍銀的電流密度大幅提升，以此分析鍍銀層沉積速度過快是否為銀層起泡的直接誘因。

隨著電流密度的增加，晶核的生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力也同時(shí)增大，因此在相同的時(shí)間內(nèi)晶核形成速度增加，造成晶核堆積，結(jié)晶粗大［1］，結(jié)果造成鍍銀層表面粗糙，故邊緣粗糙與快速鍍銀工藝工藝有直接關(guān)系。同時(shí)，電流密度的增大也使鍍銀層內(nèi)應(yīng)力增大［2］，在應(yīng)力釋放過程中可能對(duì)過渡層產(chǎn)生了更強(qiáng)的撕扯力，誘發(fā)了鍍銀層起泡。因鍍層同時(shí)出現(xiàn)了起泡及邊緣粗糙的現(xiàn)象，而粗糙多與銀層沉積過程相關(guān)，綜合推斷，鍍層起泡與粗糙均與快速鍍銀工序有相關(guān)性。

為驗(yàn)證推論，將快速鍍銀槽電流密度降低至與普通鍍銀槽電流密度相同的0.4 A/dm2，觀察電鍍零件表面狀況，結(jié)果如圖4所示。可以看出，降低電流密度后零件表面鍍銀層光滑平整，也未出現(xiàn)起泡現(xiàn)象。

圖4 降低電流密度電鍍后零件鍍層形貌Fig.4 The coating morphology of the parts after reduc‐ing the current density

材料的顯微硬度與材料的內(nèi)應(yīng)力、晶粒尺寸有一定的關(guān)系，生產(chǎn)中沉積電流密度又是影響鍍銀層晶粒大小、內(nèi)應(yīng)力的主要因素［1］。為了衡量在快速鍍銀工藝中，不同沉積電流密度對(duì)鍍銀層質(zhì)量的影響，測(cè)量了不同電流密度下的鍍銀層的顯微硬度，結(jié)果如表3 所示，其中編號(hào)1～10 號(hào)樣塊使用快速鍍銀工藝，11～12 號(hào)樣塊使用普通鍍銀工藝。由表3 可知，電流密度增大，銀層的顯微硬度也會(huì)變大。鍍銀層的起泡現(xiàn)象與鍍銀層的顯微硬度參數(shù)正相關(guān)，推斷硬度的臨界點(diǎn)約為100 HV左右，當(dāng)鍍銀層顯微硬度大于100 HV 時(shí)，鍍銀層易誘發(fā)起泡，當(dāng)鍍銀層顯微硬度小于100 HV 時(shí)，鍍銀層能保持良好的表面狀態(tài)。

表3 不同電流密度下鍍銀層的顯微硬度Table 3 Microhardness of silver coating deposited under different current densities

綜上所述，生產(chǎn)中鍍銀層出現(xiàn)的質(zhì)量問題在于快速鍍銀工藝的沉積電流密度過大，造成鍍銀層沉積晶粒粗大、鍍銀層內(nèi)應(yīng)力過高，甚至在鍍銀層、預(yù)鍍銀層、預(yù)鍍銅層間結(jié)合力較好時(shí)，其鍍銀層釋放應(yīng)力的過程同樣可造成過渡層的分離，最終表現(xiàn)為鍍層起泡。

3 工藝改進(jìn)

對(duì)鍍液中的添加劑總量和比例進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果顯示正常。文獻(xiàn)表明，保持鍍液顯堿性能起到穩(wěn)定鍍液的作用，也有利于陽(yáng)極溶解［3］。使用霍爾槽實(shí)驗(yàn)確定了快速鍍銀溶液中的堿性試劑添加量，按實(shí)驗(yàn)結(jié)果先后向生產(chǎn)線的5#～6#鍍槽加入堿性試劑調(diào)整鍍液pH 值，然后進(jìn)行試鍍，結(jié)果如圖5 所示。可以看出，在加入堿性試劑后，在0.7 A/dm2的電流密度進(jìn)行生產(chǎn)，鍍銀層外觀光滑平整，說明適量的堿性試劑能有效穩(wěn)定快速鍍銀工藝。測(cè)試工藝調(diào)整后的樣塊鍍銀層的顯微硬度，其結(jié)果分別為81.0 HV、71.0 HV、76.3 HV、79.8 HV、65.5 HV、72.3 HV，即鍍銀層硬度下降至100 HV以下。

綜上所述，添加適量堿性試劑能有效改善快速鍍銀層的結(jié)晶狀態(tài)，降低了鍍銀層應(yīng)力，提高生產(chǎn)的合格率。

圖5 鍍液加入堿性試劑后零件快速鍍銀的鍍層形貌Fig.5 The morphology of the silver plating layer of the parts after adding alkaline reagent to the plating solution

4 結(jié)論

（1）生產(chǎn)中出現(xiàn)的鍍銀層起泡問題是由快速鍍液工藝引起，與鍍鋅、銅層等過渡層無(wú)關(guān)。

（2）鍍銀層的起泡現(xiàn)象與鍍銀層的顯微硬度參數(shù)正相關(guān)，鍍銀層顯微硬度大于100 HV 時(shí)，鍍銀層易起泡，鍍銀層顯微硬度小于100 HV 時(shí)，鍍銀層能保持良好的表面狀態(tài)。

（3）向快速鍍銀溶液添加適量堿性試劑，可有效降低鍍銀層顯微硬度，解決了鍍層起泡問題。