铝及其合金高附着力镀银工艺探讨

韩 力

(新东北电气集团高压开关有限公司电镀分厂，辽宁沈阳 110027)

铝及其合金高附着力镀银工艺探讨

韩 力

(新东北电气集团高压开关有限公司电镀分厂，辽宁沈阳 110027)

通过对原浸锌工艺的改进及增加表调工序，采用多元合金化的浸锌工艺，提高了锻铝、高硅铸铝表面镀银层的附着力，解决了铝合金镀银质量不稳定的难题。描述了铝基材上电镀存在的问题及原因分析，针对锻铝和高硅铸铝两种材质采用了不同工艺镀银，分别进行了热震、磨削和拉力试验，验证了新工艺提高了镀银层的附着力。

镀银;表调;多元合金化浸锌;附着力;热震试验

引 言

高质稳定是高压电气产品可靠运行的重要保障，随着我公司产品产量的逐年递增，技术要求不断提高，铝件镀银质量不稳定已成为制约产品质量提高的瓶颈。因此，电镀分厂为提高铝合金件镀银附着力进行攻关实验。

1 存在的问题

同传统铝合金件镀银工艺相比，虽然在1997年研制投产的铝及其合金镀银工艺在附着力上有所提高，但仍存在许多问题:

1)起皮、起泡现象时有发生，如 LW12-500KV产品中的压气缸镀银;ZF6-750KV产品中的铸铝导体镀银;ZF15-550产品中的触指座镀银等。

2)工艺不稳定，返修率高。如盆式绝缘子中心导体热震试验后合格率为70%，压气缸合格率为60%及铸铝件合格率为50%。

2 原因分析

1)铝的标准电极电位很负(φ°=-1.67V)，当制件入槽后立即与槽液中电位较正的金属离子发生置换反应，生成疏松、易剥落的接触镀层，影响后续电镀层的结合力。

2)铝的化学性质极其活泼，与氧的亲和力很强，极易生成氧化铝薄膜。利用碱蚀、酸洗方法除去氧化膜后，表面又会很快生成一层新的氧化膜。铝是两性金属，在酸、碱溶液中都易溶解，使铝基体遭受腐蚀，在电镀溶液中也会因为铝的溶解，使Al3+增多，污染电镀溶液。

3)铝的热膨胀系数比大多数金属都大，当环境温度发生变化时，由于基体与镀层的膨胀系数相差较大，容易产生内应力，如果附着力不好，会使镀层被破坏。

4)高硅铝铸件表面的硅元素在酸、碱浸蚀时未除去，使基体与镀层之间的结合力下降;铸造本身也存在缺陷，虽然表面状态较好，可是其内层结构疏松、晶粒粗大，存在气孔、夹杂物和砂眼等，在电镀过程中，铸铝件的气孔、夹杂物和砂眼常会滞留溶液和氢气，从而影响镀层与基体的结合力。

以上因素增加了铝合金件电镀的困难，为获得结合力良好的镀层，施镀前除了必须严格除油、去氧化膜等处理外，还必须采取特殊的镀前预处理方法，除去制件表面的氧化物并有效防止其再生，还要阻止铝基体在电镀液中发生置换反应，保证电镀过程的顺利进行。

3 方案的确定

3.1 不同铝件电镀工艺的对比

目前，国内外普遍采用的铝及其合金电镀工艺方法有［1］:1)浸锌→氰化镀铜→镀其它金属;2)电镀薄锌层→氰化镀铜→镀其它金属;3)阳极氧化→镀其它金属;4)电净→活化→直接电镀;5)特殊浸锌→镀其它金属。

针对上述工艺做了大量的对比实验［2］。从实验结果看，浸锌工艺及在浸锌溶液基础上的改进是铝合金件电镀良好的过渡层。该工艺操作方法时间短、成本低、工艺简单及控制容易，应用范围更广。

3.2 工艺方案的确定

为了获得结合力好的镀层，从两方面开展研究，一是改进浸锌前的预处理工艺，二是对原特殊浸锌溶液的改进。

3.2.1 浸锌前的预处理

铝合金电镀，关键是前处理，前处理不妥，很难有好的效果。原工艺是在浸锌前对铝合金表面进行打磨，由于手工打磨，容易造成表面打磨不均或形状复杂的件打磨不到位，导致后续电镀的失败，这是该工艺存在的严重不足。为了解决了这一问题选用了HL-1铝表调剂，该溶液含有络合剂和缓蚀剂，对铝合金表面进行微腐蚀，除去铝合金表面的氧化膜及有害的微量成分，使其表面充分活化，在此表面状态下浸锌，具有良好的附着力。

表调工作θ为30～60℃;t为5～8min;表调剂使用寿命为25dm2/L，根据使用寿命更换、补充表调剂，以确保质量。

3.2.2 浸锌溶液的改进

浸锌是使用最广泛的铝合金预处理工艺。与锡酸盐浸镀、浸镍及浸铜等工艺相比，浸锌对铝合金成分不敏感，几乎所有铝材都能适用，在技术、操作和经济上都占有优势。研究人员［3］发现从稀的锌酸盐溶液中(5g/L氧化锌和45g/L氢氧化钠)得到的锌沉积物具有比较厚和大的晶粒，形成树枝状的结构。从浓溶液中(100g/L氧化锌和500g/L氢氧化钠)得到精细的晶粒，比较紧密。稀的锌酸盐溶液中得到锌层与在浓溶液中所获得的锌层质量相差很小，但厚度相差较大，说明稀的锌酸盐溶液获得的浸锌层密度较低，镀层疏松，质量较差。氢氧化钠是锌的络合剂，当其质量浓度高时，Zn(OH)4在溶液中比较稳定，能够控制置换反应缓慢进行，改善锌层结构使结晶趋向细致。在传统的锌酸盐浸锌溶液中加入Ni2+，可以与锌共沉积，抑制锌的生长，使晶核生成大于晶粒成长的速度，减小浸锌层中锌晶粒的尺寸，浸锌层更薄、更细致，有利于提高浸锌层与基本的结合力。基于这一理论，研制开发了一种多元合金化的浸锌工艺。

多元合金化的浸锌工艺基础配方:15g/L氧化锌，300g/L氢氧化钠，15g/L氯化镍，60g/L柠檬酸钠，5g/L细化剂，20g/L络合剂。θ为10～25℃;t为50～60s;多元合金化浸锌溶液使用寿命为90dm2/L，在实际生产中，根据溶液的使用寿命更换、补加新溶液，以确保质量。

4 试验

4.1 热震试验

铝合金件镀银原工艺过程是特殊浸锌→预镀铜→镀铜→预镀银→镀银;新工艺过程是表调→多元合金化浸锌→预镀铜→镀铜→预镀银→镀银。采用热震试验检验镀层附着力。热震试验条件是采用我公司制定的铝件镀银附着力检验标准:绝缘浇铸件180℃恒温3h后，在空气中自然冷却，放置24h后检查;压气缸、动触杆类零件，180℃恒温1h后在空气中自然冷却，放置24h后检查;铸铝合金件，180℃恒温30min后在空气中自然冷却，放置24h后检查。铸硅铝合金件采用原工艺和改进后工艺镀银后热震试验结果列于表1。

表1 铸铝合金镀银后件热震试验结果

从表1热震试验结果看，铸铝件采用改进工艺(表调→多元合金化浸锌工艺)，其附着力要强于原工艺。

4.2 磨削试验

用钢丝轮磨削镀件的边缘，磨削方向是从基体金属至覆盖层，如附着强度差，覆盖层会从基体上剥离。铸硅铝合金件采用用原工艺和改进后工艺镀银后磨削试验结果列于表2。

表2 铸硅铝合金件镀银后磨削试验结果

由表2磨削试验结果看，铸硅铝件采用表调→多元合金化浸锌工序后，其附着力要强于原工艺。

4.3 拉力试验

拉力试验委托中科院金属研究所测试。拉力检测设备采用AG-5000电子万能试验机(日本岛津公司)。试验样件 1#、2#为锻铝件，3#、4#为铸铝件，1#、3#采用工艺为表调→多元合金化浸锌→预镀铜→镀铜→预镀银→镀银;2#、4#采用工艺为特殊浸锌→预镀铜→镀铜→预镀银→镀银。拉力试验结果列于表3。

表3 拉力试验结果

由表3拉力试验结果分析，锻铝合金1#样件镀银层附着力好于2#样件;铸铝合金3#样件镀银层附着力好于4#样件。

通过各项附着力试验，验证了采用表调→多元合金化浸锌的改进工艺使铝合金件镀银层的附着力显著改善。

5 中试

为了进一步确定改进后工艺是否满足生产需求，采用改进后工艺加工了几批零件，并做了热震、磨削试验，其结果见表4。

表4 中试结果

6 结论

1)表调→多元合金化浸锌工艺可以对锻铝、高硅铸铝合金表面进行均匀的微腐蚀，去除铝合金表面有害的杂质元素，同时在铝合金基体表面形成薄而致密的锌合金层，在该合金层上电镀可以得到结合力好的镀层。

2)锻铝件采用表调→多元合金化浸锌工艺后，经过1年的实际生产，热震试验后镀层合格率有了显著提高，盆式绝缘子中心导体的合格率由原来的70%上升到95%，每月减少返修镀银面积990 dm2，镀银返修加工费按30元/dm2计算，每月降低成本3万元;压气缸合格率由原来的60%上升到95%，每月减少返修镀银面积600 dm2，镀银返修加工费按90元/dm2计算，每月降低成本5.4万元，合计降低成本8.4万元，并且取代了原有工艺中特殊浸锌前劳动强度大的手工打磨工序，提高了生产效率。

3)铸铝件采用表调→多元合金化浸锌工艺后，经过1年的实际生产，热震试验后镀层合格率在90%以上，而原工艺合格率仅为50%。每月减少返修镀银面积260dm2，镀银返修加工费按90元/dm2计算，每月降低成本2.3万元。

［1］张允诚，胡如南，向荣.电镀手册［M］.第3版.北京:国防工业出版社，2007:153-162.

［2］韩力，魏新，赵荣杰.铝及其合金特殊镀银工艺探讨［C］//第四届全国青年1996年学术会议论文集，沈阳:中国电机工程学会，1996:632.

［3］安茂忠.电镀理论与技术［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2004:153.

Investigations of Silver Plating Technology with High Adhesion to Al and Its Alloys

HAN Li
(New Northeast Electric High Voltage Switohgear Co.Ltd.，Plating factory，Shenyang 110027，China)

The adhesion of silver coatings on base of forging aluminum and high silica casting aluminum were enhanced，and the unstable quality problems in silver plating on aluminum alloy were resolved by improving the exiting zinc dipping process，increasing a pretreatment process and adopting a new multicomponent zinc dipping process.The existing questions of silver plating on Al substrates were described and analyzed.The new silver plating technology was employed in the two materials of forging aluminum and high silica casting aluminum，and thermal shock，grinding and tensile tests were separately carried out.Results verified that the adhesive force of silver coatings could be increased by using the new technology.

silver plating;pretreatment;multicomponent zinc dipping;adhesion;thermal shock test

TQ153.16

B

1001-3849(2012)07-0031-04

2011-11-29

2011-12-19