提高铸铝合金零件镀银层质量的途径

2013-06-17周瑛袁本银雷咸伦王婷

电镀与涂饰 2013年9期

周瑛 *，袁本银，雷咸伦，王婷

（1.河南平高电气股份有限公司，河南平顶山 467001；2.中国平煤神马集团有限公司，河南平顶山 467001）

铸铝合金零件由于具有质量轻、导电性好、铸造成型成本低、便于加工等优点，在现代工业中得到了广泛应用。在高压电器产品中，导体连接部位一般都要求镀银，用来减少接触电阻，应用较多的材料就是铸铝合金。但是由于铸造工艺特性决定了其表面结晶粗大，组织内部气孔、砂眼、疏松多孔等缺陷使得铸铝合金零件镀银层结合力不良[1]，经常出现一定比例或批量镀层起泡、脱落现象，造成导体接触电阻增大，从而影响了导体的导电率。铸铝合金零件的结合力除了受电镀关键工艺影响之外，还与零件的材料组织及结构状况密切相关[2]。

图1是GIS 产品用于导体连接的中间触座，材质是ZL101A。图样要求3 个部位镀银处理，分别标记为A 区、B 区和C 区。镀银主要工序为：脱脂─碱蚀─酸洗─浸锌─镀铜─预镀银─镀银。生产中发现，该零件多次镀银处理后镀层依然起泡。本文将从微观组织和化学成分方面进行分析，采用不同的工艺处理方法解决该零件镀银脱落的问题。

图1 铸铝合金零件的3 个镀银部位Figure 1 Three positions needing Ag plating on a cast aluminum alloy component

1 试验一

图2 零件A 区的起泡情况Figure 2 Blistering of region A on the component

查看零件起泡部位可见明显小砂眼(见图2)，经分析是因为零件微孔内存在异物。镀银处理过程中，微孔内的异物不容易被清洗干净，残留溶液再次返出，便造成镀层起泡、脱落，而且由于毛孔现象，孔内部储存的气体和残留的溶液随着时间的延长，产生的膨胀力拼发会腐蚀周围的金属，渗透到表面镀层结合部位，与金属铝、锌等发生反应，产生的氢气造成镀层起皮、脱落等质量缺陷[3]。虽然水洗可减少残留在镀层表面的电解液，但对于零件微观孔隙，反复水洗的效果不明显。为了阻止零件内的溶液渗出而影响后续镀层的结合力，在脱脂前对零件进行加热烘烤，其目的是：(1)把零件微孔内的气体排除掉；(2)将微孔内残留的电解液蒸发干净，以防止微孔溶液向外渗透。把零件放入烘箱内，经过170 °C、2 h 的加温烘烤后，再按照以上镀银工艺流程进行处理，分别检查A 区、B区和C 区3 个部位的镀银质量，发现B 区和C 区银层有所改善，没有出现起泡现象，而A 区镀银层依然起泡。

2 试验二

对触座的3 个镀银面分别取样，进行化学成分和微观组织分析。

2.1 化学成分分析

采用光谱仪对样件的化学成分进行检测，结果显示其成分符合ZL101 的国家标准，是合格的。

2.2 金相分析

按照JB/T 7946.3-1999《铸造铝合金金相铸造铝合金针孔》，在放大200 倍的金相显微镜下，分析A、B、C 三处的针孔度。金相照片见图3。

图3 零件上3 个部位的金相照片Figure 3 Metallographs of three positions on the component

从图3可看出，A 处组织最为疏松，针孔较多、较大，针孔直径最大为0.9 mm；B 处组织存在小针孔，最大针孔直径为0.3 mm；C 处组织较为致密，最大针孔直径为0.15 mm。可见，零件镀银层起泡与其材质致密性有很大关系，A 处本身材质较为疏松，针孔、砂眼较多，那么经过电镀处理后，进入微孔内的溶液不容易被清洗干净，孔内部残留的溶液慢慢渗出，造成镀层起泡、脱落等质量问题。

2.3 解决方案

通过与铸造专业人员一起对零件起泡部位进行分析得知，A 区域是零件铸造期间的浇冒口，存在较多夹渣、窝流、缩孔、化学成分偏析等不可避免的缺陷。

解决方法是零件铸造期间对A 区域冒口结构进行改进，如图4所示：(1)减少冒口与镀银面的接触面积，将镀银面的40%与冷铁接触，余下的镀银面积与冒口接触；(2)用绝热材料填充与冒口接触部分的砂芯，在与冒口接触部分的金属型上钻许多孔，孔内填充绝热材料。采取以上方法是为了使较大热容量聚集在浇冒口部位并均匀散热，以减少镀银面与冒口接触面积，达到镀银面快速冷却而冒口又能实现充分补缩的目的，从而减少A 区域的针孔、砂眼等缺陷。