鈹青銅零件電鍍銀前處理工藝改進

鈹青銅零件電鍍銀前處理工藝改進

分析了鈹青銅零件電鍍銀的難點，對前處理工藝進行了改進。提出了以下較理想的工藝流程：超聲波清洗─電化學除油─鹽酸活化─堿煮─除膜─混酸腐蝕─化學拋光─鹽酸出光─氰化預鍍銅─預鍍銀─鍍銀─后處理(防銀變色)。采用該工藝后，解決了鈹青銅零件電鍍銀后鍍層結合力不好、容易變色的問題，保證了產品質量。

    1·前言

    鈹青銅材料具有很好的加工成型性能，經過熱處理加工，其硬度、強度、耐蝕性和抗疲勞性能可得到提高，具有良好的導電性和導熱性，是一種綜合性能優良的結構材料，主要用作彈性元件和耐磨零件。零件表面通過鍍銀進行表面改性，可提高裝配中的焊接性能和組件的導電性能[1]。筆者所在單位的鈹青銅(QBe2)零件很薄，厚度僅為0.1~0.2mm，邊緣有許多細齒，表面處理工藝為鍍銀3~5μm。QBe2中含鈹量為1.8%~2.1%，含鎳量為0.2%~0.5%，余量為銅元素。在鍍銀過程中易出現以下問題：零件表面腐蝕，尺寸變化大；鍍層出現小黑點，影響產品外觀質量；鍍層與基體材料結合力差，鍍層起皮。造成上述問題的主要原因是材料本身含有大量的鈹及鎳元素，在熱處理過程中，表面產生了一層暗紅帶褐色的氧化膜(其主要成分為CuO、Cu2O、BeO、氧化鎳等)；另外，零件表面有大量油污，若熱處理前清洗不干凈，則氧化嚴重，所形成的氧化膜比較致密，采用常規的電鍍前處理清洗工序很難去除。

    2·有針對性的工藝試驗改進

    電鍍銀的主要工藝及配方采用常規的光亮鍍銀工藝，試驗的主要工作放在前處理以及電鍍過程中局部參數的改進上。

    2.1 工藝流程試驗改進

    根據理論分析認為，鍍層出現結合力差，起皮、起泡，鍍層有小黑點的問題，主要原因是：零件在加工前經過熱處理淬火時效處理，表面產生一層致密的氧化皮，在后續機械加工過程中，出于防銹的需要，零件表面涂有一層厚厚的防銹油脂，在前處理過程中沒有去除干凈所致。

    2.1.1 常規的鍍銀工藝流程

    常規清洗─化學除油─強酸腐蝕─鉻酸鹽出光─鍍銀─后處理(防銀變色)。

    該工藝在加工中存在如下問題：零件表面容易在強酸中被腐蝕，出現尺寸超差，材料失去彈性，零件在存放以及裝配過程中比較容易變色。

    2.1.2 工藝改進后的鍍銀工藝流程

    為了解決常規前處理中存在的問題，試驗了多種處理方法，并對處理后鈹青銅零件的表面色澤、彈性、防腐性能、尺寸作了比較，得出以下工藝流程：超聲波清洗─電化學除油─鹽酸活化─堿煮─除膜─混酸腐蝕─化學拋光─鹽酸出光─氰化預鍍銅─預鍍銀─鍍銀─后處理(防銀變色)。

    2.1.3 工序說明

    2.1.3.1 超聲波清洗

    超聲波清洗介質為西安康明超聲波儀器有限公司生產的XC-1型中性超聲波專用清洗劑，濃度為5%，溫度為40~50°C，超聲波頻率為25kHz。

    2.1.3.2 電化學除油

    其目的是進一步去除干凈零件表面油污，工藝流程為：陰極除油3min+陽極電解反拔除油30s。電解除油工藝配方及操作條件如下：FM-3型弱堿性電解除油粉50g/L，溫度60~80°C，pH10.0~11.5。

    2.1.3.3 鹽酸活化

    采用30%的稀鹽酸溶液，在室溫下浸泡5~10s，目的是去除零件表面在除油過程中產生的氧化物薄膜，為后續加工活化表面。

    2.1.3.4 堿煮

    在含500~550g/L氫氧化鈉與200~250g/L亞硝酸鈉的溶液中堿煮20min，使零件表面因熱處理而產生的氧化皮松動。

    2.1.3.5 除膜

    采用10%的稀硫酸溶液，在室溫下浸泡5~10s，目的是除去零件表面氧化膜。

    2.1.3.6 混酸腐蝕

    采用鉻酸鹽與硫酸混合酸液除去零件表面的熱處理氧化皮。由于零件表面經過了堿煮、除膜工序，零件表面氧化皮已松動，在混酸中很容易去除，露出均勻、新鮮的基體表面，提高鍍層的結合力。工藝配方及操作條件為：鉻酐80~100g/L，硫酸25~35g/L，無機添加劑1.5~2.0g/L，室溫，時間3~5s。

    2.1.3.7 化學拋光

    為了提高零件表面鍍層的致密性，采用鍍前化學拋光的方法，提高零件表面的光潔度。鈹青銅零件多為沖壓件，表面粗糙度Ra大于6.3μm，雖然滿足裝配的需求，但由于零件表面粗糙度較大，鍍銀后鍍層孔隙率大，容易變色。若采用機械拋光，零件容易變形。采用化學拋光則可以解決以上問題，表面粗糙度可達到Ra=1.6μm。化學拋光工藝的配方與參數為：硝酸200mL，磷酸500mL，有機酸300mL，室溫，時間0.5~1.0min。零件入槽前必須干燥。

    2.1.3.8 鹽酸出光

    采用30%的稀鹽酸溶液，在室溫下浸泡5~10s，為后續電鍍加工活化表面，提高零件基體金屬與鍍層的結合力。

 2.1.3.9 氰化預鍍銅

    在電鍍前采用氰化預鍍銅工藝，目的是在潔凈的零件表面上沉積一層結合力良好的銅層，保證銀鍍層與基體金屬良好的結合力。氰化預鍍銅配方及工藝條件如下：

    2.1.3.10 預鍍銀

    由于金屬銅比金屬銀活潑，當零件進入鍍銀槽后，基材表面會很快產生一層結合力非常差的置換銀層，導致鍍層起皮、起泡。在鍍銀前增加預鍍銀工序，可使電化學置換反應的發生幾率大大降低，提高鍍層與基體金屬的結合力。預鍍銀工藝配方為：

    2.2 電鍍銀工藝參數及防銀變色的試驗

    為了進一步提高鍍層質量，保證鍍層光亮細致，對工藝參數進行細化，采用的鍍銀工藝參數為：電流密度0.5~1.0A/dm2，槽液溫度20~30°C。防銀變色工藝流程為：化學鈍化─電化學鈍化─浸涂DJB-823保護劑─干燥。

    采用陰極移動的方式攪拌，頻率15~25次/min，行程100~150mm。

    3·鍍層性能試驗

    按照航標HB5051-1993《銀鍍層質量檢驗》標準對鍍層質量進行檢驗，檢驗結果如下：

    3.1 外觀

    由專職電鍍檢驗員進行檢驗，鍍層外觀光亮、均勻，完全符合標準要求。

    3.2 結合力

    采用劃格法進行檢驗。檢驗時采用與零件相同材料、相同表面狀態且同槽電鍍的試片(規格為10mm×5mm×1.5mm)，劃出5~6條互相垂直交錯的直線，間隙1mm，深達試片基體。然后用膠帶粘貼劃格處，用力撕下膠帶紙。觀察直線交叉處，鍍層無起皮、脫落現象.

    3.3 耐蝕性

    零件采用普通包裝，存放半年不變色；室內大氣暴露試驗，半年基本不變色，一年后略微變黃。在1%的H2S氣體內，腐蝕試驗24h，鍍層外觀無變化。

    3.4 電器性能

    測試零件表面接觸電阻，均為0.4?，符合標準要求。

    3.5 焊接性能

    鍍層經焊接裝配試驗，焊料的浸潤性達到裝配要求，焊接性能優良。

    4·鈹青銅零件電鍍銀的注意事項

    要想提高鈹青銅電鍍加工質量，還應做好以下幾個方面的工作：

    (1)前處理要徹底，各工序間清洗要干凈，尤其不要將重金屬離子帶入鍍液之中，防止污染電鍍液。

    (2)堿煮后要立即浸入冷水中清洗，以利于酸洗去膜。

    (3)零件在工序間停留于空氣中的時間越短越好，以防止零件基體被氧化，影響鍍層結合力。

    (4)在裝掛中要根據零件的實際情況選擇合理的掛具，防止零件變形。

    (5)所選取的各種鍍液必須在合格范圍內，才能保證加工質量；加工過程中必須合理地選擇工藝參數。

    (6)在熱溶液中電鍍的鈹青銅零件，先在熱水槽中進行預熱處理，有利于提高鍍層結合力。

    5·應用效果

    采用上述前處理工藝除去鈹青銅零件表面氧化膜以后，對鈹青銅的尺寸與彈性均無影響，電鍍質量非常理想。多年的科研批產考核證明，該工藝成熟、質量穩定，鍍層性能經檢測均達到標準要求。

文章編輯：河南中整光飾機械有限公司  http://www.bjchuhe.cn 

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