鋁合金微波腔體表面處理工藝

付國華，張禮學(xué)

（1.桂林長海發(fā)展有限責(zé)任公司，廣西 桂林 541001；2.陸軍裝備部駐柳州地區(qū)軍事代表室，廣西 柳州 545000）

鋁及鋁合金來源廣泛、價(jià)格低廉，又具有質(zhì)輕、熔點(diǎn)低、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性優(yōu)良、比強(qiáng)度高、易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，在電子微波行業(yè)里被用以代替銅材來降低產(chǎn)品的成本和自重。但鋁及鋁合金表面極易氧化，致使表面電阻增大，通電時(shí)2個(gè)零件的接觸點(diǎn)容易升溫而發(fā)生電蝕。此外，鋁合金還存在硬度低、耐磨性差、易發(fā)生晶間腐蝕、焊接性不佳等缺點(diǎn)，需通過化學(xué)氧化、陽極氧化、化學(xué)鍍、電鍍等方式來改善其表面性能。筆者所在公司生產(chǎn)的某型號(hào)微波設(shè)備長期運(yùn)行在沙漠或海洋大氣的惡劣環(huán)境中，因此必須對(duì)其中的鋁制微波腔體進(jìn)行化學(xué)氧化、電鍍或化學(xué)鍍等表面處理，以賦予其較高的耐溫度沖擊和耐濕熱性能。

鋁合金很難直接上鍍，良好的預(yù)處理效果是保證后續(xù)化學(xué)鍍和電鍍的必要條件。二次浸鋅是目前最常用的鋁合金鍍前預(yù)處理工藝。但鋅的電位較低，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，產(chǎn)品處于潮濕環(huán)境中時(shí)鋅層容易發(fā)生橫向腐蝕，導(dǎo)致鍍層脫落[1]。通過在鋁合金表面制備具有催化活性的均勻鎳鍍層可解決上述問題[2]。本文采用浸鎳工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二次浸鋅，結(jié)合電鍍可剝膠對(duì)鋁合金腔體局部進(jìn)行化學(xué)氧化，其余部位電鍍Ag或Au。

1 鋁合金微波腔體表面處理工藝

1.1 基體材料

基材為100 mm × 100 mm × 2 mm的6061鋁合金，采用德國斯派克SPECTROMAXx型電火花直讀光譜儀測(cè)得其元素組成(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))為：Mg 0.8% ~ 1.2%，F(xiàn)e 0.7%，Si 0.4% ~ 0.8%，Cu 0.15% ~ 0.40%，Mn 0.15%，Zn 0.25%，Ti 0.15%，Cr 0.04% ~ 0.35%，Al余量。

1.2 工藝流程

預(yù)處理的工藝流程為：化學(xué)除油→水洗→堿蝕→水洗→酸洗出光→水洗→化學(xué)氧化→水洗→烘干→一次涂覆電鍍可剝膠→烘干固化→二次涂覆電鍍可剝膠→烘干固化→修整可剝膠邊緣→堿蝕除膜→水洗→酸洗出光→水洗→浸鎳→水洗→電鍍Ag或Au→熱水洗→烘干→拆可剝膠→檢驗(yàn)。

電鍍Ag的工藝流程為：氰化物體系鍍銅→水洗→氰化物體系鍍銀→水洗→防變色處理→水洗。

電鍍Au的工藝流程為：化學(xué)鍍鎳→水洗→氰化物體系鍍金→水洗。

1.3 配方和工藝條件

1.3.1 化學(xué)除油

碳酸鈉25 ~ 35 g/L，磷酸鈉25 ~ 35 g/L，溫度60 ~ 70 °C，時(shí)間2 ~ 3 min。

1.3.2 堿蝕

氫氧化鈉50 ~ 60 g/L，溫度50 ~ 60 °C，時(shí)間5 ~ 10 s。

1.3.3 酸洗出光

98%濃硫酸100 mL/L，32%雙氧水50 mL/L，室溫，時(shí)間10 ~ 20 s。

1.3.4 化學(xué)氧化

鉻酸酐4 g/L，氟化鈉1 g/L，鐵氰化鉀0.5 g/L，室溫，時(shí)間20 ~ 40 s。

1.3.5 浸鎳

六水合硫酸鎳10 g/L，酒石酸鉀鈉51 g/L，檸檬酸鈉59 g/L，pH 10 ~ 11，室溫，時(shí)間30 ~ 60 s。

1.3.6 氰化物體系鍍銅

氰化亞銅40 g/L，游離氰化鈉5 ~ 6 g/L，碳酸鈉30 g/L，酒石酸鉀鈉60 g/L，溫度40 ~ 45 °C。先在電流密度2.5 A/dm2下電鍍2 min，再在電流密度1.3 A/dm2下電鍍3 ~ 5 min。

1.3.7 氰化物體系鍍銀

氰化銀鉀50 ~ 55 g/L，氰化鉀40 ~ 65 g/L，室溫，電流密度0.5 ~ 1 A/dm2，時(shí)間視所需厚度而定。

1.3.8 化學(xué)鍍鎳

由深圳三合鎂公司提供，鍍液組成和工藝條件為：SHM-EN 300A 60 mL/L，SHM-EN 300B 180 mL/L，pH 4.2 ~ 4.8，溫度 82 ~ 90 °C，時(shí)間 30 min。

1.3.9 氰化物體系鍍金

氰化金鉀10 g/L，檸檬酸銨100 g/L，酒石酸銻鉀0.05 ~ 0.30 g/L，pH 5.2 ~ 5.8，室溫，電流密度0.10 ~0.3 A/dm2，時(shí)間10 min。

1.4 工藝操作要點(diǎn)

1.4.1 化學(xué)氧化后不宜高溫烘烤

鋁合金化學(xué)氧化膜一般呈金黃色，并夾雜紅綠色?；瘜W(xué)氧化膜中含有一定的結(jié)晶水，隨溫度升高，膜層中的結(jié)晶水逐漸減少，紅綠色隨之褪去，最后整體呈黃白色。在溫度升高到一定程度時(shí)膜層會(huì)出現(xiàn)開裂甚至粉化。因此，鋁合金件在化學(xué)氧化后不宜進(jìn)行高溫烘烤。

1.4.2 正確選用、刷涂和清除電鍍可剝膠

(1) 電鍍可剝膠生產(chǎn)廠家眾多，品質(zhì)參差不齊，同種電鍍可剝膠在裸金屬上與不同鍍層上的粘附性能也有所不同。因此要多取樣進(jìn)行試驗(yàn)。

(2) 電鍍可剝膠在烘烤固化后往往會(huì)出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象，一些孔可能直達(dá)底層，所以只涂刷1次電鍍可剝膠容易出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象，至少要涂刷2次，保證電鍍可剝膠完全覆蓋樣品表面。

(3) 在精密復(fù)雜回路處的電鍍可剝膠固化后難以被連貫剝離，盲孔死角處往往會(huì)有殘留，可先用有機(jī)溶劑浸泡軟化，再用毛刷清除，最后用中性除油劑清洗。

1.4.3 嚴(yán)控浸鎳時(shí)間

浸鎳時(shí)間過長時(shí)，零件表面的置換鎳粗糙而疏松，影響后續(xù)鍍層與基材之間的結(jié)合力，因此必須嚴(yán)格控制浸鎳時(shí)間。

1.4.4 控制好電鍍金工藝

(1) 金鍍層的性能和顏色與鍍液pH密切相關(guān)[3]，生產(chǎn)前應(yīng)測(cè)定和調(diào)整鍍液的pH。

(2) 使用不銹鋼作為陽極時(shí)應(yīng)定期補(bǔ)充金鹽。

(3) 考慮到生產(chǎn)成本和錫焊時(shí)的金脆效應(yīng)[4]，應(yīng)盡可能地減小金鍍層的厚度。對(duì)于有焊接需求的零件，可在電鍍金前先電鍍光亮鎳或化學(xué)鍍鎳，以獲得沾錫效果和機(jī)械性能良好的底層。

2 鍍層性能

2.1 結(jié)合力

按照 GB/T 12307.2–1990《金屬覆蓋層 銀和銀合金電鍍層試驗(yàn)方法 第二部分 結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)》和 GB/T 12305.5–1990《金屬覆蓋層 金和金合金電鍍層的試驗(yàn)方法 第五部分 結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)》，采用熱震法檢測(cè)鍍層結(jié)合力。先在(190 ± 10) °C烘箱中恒溫30 min，取出后迅速浸入室溫水中，要求鍍層無起泡和脫落現(xiàn)象。結(jié)果顯示，經(jīng)熱震試驗(yàn)的銀鍍層和金鍍層表面均完好，結(jié)合力合格。

2.2 釬焊性

根據(jù)GB/T 16745–1997《金屬覆蓋層產(chǎn)品釬焊性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，采用熔融浸錫法檢測(cè)樣品的釬焊性。結(jié)果顯示，鍍銀和鍍金試樣表面 95%以上都均勻地覆蓋了一層光亮、平滑的錫鉛焊料。用刀片挑、刮焊料覆蓋層時(shí)，焊料附著牢固、無脫落，說明鍍層釬焊性良好。

2.3 耐溫度沖擊性

按照GJB 150.5A–2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第5部分：溫度沖擊試驗(yàn)》進(jìn)行高低溫沖擊試驗(yàn)。以不超過3 °C/min的速率將試驗(yàn)箱內(nèi)溫度調(diào)至低溫?55 °C，保持30 min后在1 min內(nèi)將試件轉(zhuǎn)移至85 °C的高溫環(huán)境中，保持30 min，如此便完成1次溫度沖擊循環(huán)。結(jié)果顯示，沖擊10次后試件表面無鍍層鼓泡、起皮、脫落等缺陷。

目前該工藝已應(yīng)用到部分產(chǎn)品(見圖1)生產(chǎn)中，各項(xiàng)性能都滿足要求。

圖1 整體化學(xué)氧化后再局部鍍銀(a)或鍍金(b)的產(chǎn)品Figure 1 Products treated by integral chemical oxidation followed by local silver plating (a) or gold plating (b)

3 結(jié)語

隨著微波行業(yè)對(duì)鋁合金使用量的增大，對(duì)鋁合金表面處理要求隨之提高。相比于傳統(tǒng)的象形夾具和蜜蠟涂覆，電鍍可剝膠為同一零件不同部位差異化的表面處理帶來極大的便利。與傳統(tǒng)二次浸鋅預(yù)處理相比，采用浸鎳工藝減少了4道工序，有效縮短了生產(chǎn)周期和降低了生產(chǎn)成本。