亞硫酸鹽鍍金工藝研究

劉 洋，梁 田，成紅霞，唐中華，岳賢寧，李秀秀

（南京三樂集團有限公司，江蘇 南京 211800）

在真空電子器件領域，由于金具有接觸電阻小、導電性好、易于焊接、耐高溫、抗變色等優良特性而被廣泛應用［1］，尤其是空間行波管用的內導體、波導等關鍵零部件，需要通過鍍金處理來降低損耗。目前常用的鍍金工藝有堿性氰化物鍍金、酸性低氰鍍金、中性低氰鍍金等，由于氰化物是劇毒物質，會嚴重影響操作人員的健康，同時對環境也會產生極大地破壞，隨著科學發展和環境保護意識的增強，鍍金技術逐漸向無氰鍍金的方向發展。亞硫酸鹽鍍金工藝是較有前途和有實用價值的無氰鍍金工藝，它無毒，分散能力和覆蓋能力較好，電流效率高，鍍層光亮致密，沉積速度快，孔隙少，鍍層與鎳、銅、銀等金屬結合力好，耐酸，抗鹽霧性能好［2］。本文主要對亞硫酸鹽鍍金工藝及相關的工藝條件進行了優化，并對鍍層的外觀、結合力及焊接性能進行了相關試驗。

1 實驗

1.1 實驗試劑及儀器

電鍍所用化學藥品為：亞硫酸銨（AR），黃金（99.99%），檸檬酸鉀 （AR）。碳硫分析儀（QIR2002B型），X射線熒光分析儀（Edx3600k型）。

1.2 鍍層性能測試

1.2.1 鍍層純度

采用X射線熒光分析儀對鍍金層的雜質進行分析，采用碳硫分析儀對鍍金層中的C元素和S元素進行分析。

1.2.2 鍍層焊接性能

按照圖1所示的焊接試驗模型來進行焊接性能試驗。

圖1 焊接試驗模型

焊接試驗模型由2只鐵鍍鎳的抗拉試驗鐵桿、1只鐵鍍金的抗拉試驗圓片和兩片AgCu28焊料片組成。焊接后進行抗拉強度試驗。

2 結果與討論

2.1 亞硫酸鹽鍍金溶液配方及工藝參數

基礎配方及工藝參數為：亞硫酸銨100～300g/L，金5～25g/L，檸檬酸鉀50～150g/L，pH值7～11，溫度40～65℃，電流密度0.1～0.6A/dm2。

2.1.1 亞硫酸銨的影響

亞硫酸銨是絡合劑，和金離子生成亞硫酸金銨絡合物，亞硫酸銨對鍍層外觀及性能的影響如表1所示。

表1 不同亞硫酸銨濃度下鍍層表面狀況

從表1中可看出，亞硫酸銨質量濃度低于100g/L時，鍍層粗糙無光澤，質量濃度大于300g/L時，陰極析氫，鍍層發暗。因此，亞硫酸銨的最佳質量濃度在150～250g/L。

2.1.2 金的影響

金是鍍液中的主鹽，可提供金離子，金對鍍層外觀及性能的影響如表2所示。

表2 不同金濃度下鍍層表面狀況

從表2中可看出，亞硫酸銨質量濃度低于5g/L時，鍍層發暗，質量濃度高對鍍層無影響。兼顧鍍液成本，將最優取值范圍確定在10～20g/L。

2.1.3 檸檬酸鉀的影響

檸檬酸鉀具有緩沖作用，在配制溶液時能夠維持鍍液穩定，檸檬酸鉀對鍍液的影響如表3所示。

表3 不同檸檬酸鉀濃度下鍍液穩定性

從表3中可看出，檸檬酸鉀質量濃度低于50 g/L時，鍍液穩定性較差，質量濃度高于150g/L時，鍍液易有結晶析出。檸檬酸鉀的最佳質量濃度在90～110g/L。

2.1.4 pH值的影響

鍍液pH對鍍層外觀及性能的影響如表4所示。

表4 不同pH值下鍍層表面狀況

從表4中可看出，pH值低于7時，鍍液不穩定，有金析出；pH值高于11時，鍍層色澤較暗，因此將最優值范圍確定在8～10。

2.1.5 溫度的影響

鍍液溫度對鍍層外觀及性能的影響如表5所示。

表5 不同溫度下鍍層表面狀況

從表5中可看出，溶液溫度低于40℃時，鍍層色澤較暗表面粗糙，溶液溫度高于65℃時，在電鍍過程中，鍍液易渾濁，因此將最優值確定在45～55℃。

2.1.6 電流密度的影響

電流密度對鍍層外觀及性能的影響如表6所示。

表6 不同電流密度下鍍層表面狀況

從表6中可看出，電流密度低于0.2A/dm2時，鍍層呈淡黃色，表面粗糙，電流密度高于0.6A/dm2，鍍層表面有針孔，因此將最優值確定在0.3～0.5A/dm2。

2.2 鍍金層表面狀態

圖2為亞硫酸鹽鍍金與氰化鍍金的微觀對比圖。

圖2 亞硫酸鹽鍍金層（左）與氰化鍍金層（右）微觀對比（400×）

從圖2中可看出，亞硫酸鹽鍍金層表面平整、致密、結晶細致，而氰化鍍金層表面粗糙，并有微小孔隙。因此，亞硫酸鹽鍍金層的表面狀況要明顯優于氰化鍍金層。

2.3 鍍金層純度

采用X-射線熒光光譜分析儀對亞硫酸鹽鍍金層的雜質進行分析，并與氰化物鍍金層進行對比，結果如表7所示。

表7 亞硫酸鹽鍍金層與氰化鍍金層純度及雜質分析對比

從表7中可看出，鍍金層純度均滿足指標規定的99.9%的要求，且相差僅0.0012%。

2.4 鍍金層焊接性能試驗

以驗證鍍層的結合力，抗拉試驗數據見表8。

表8 兩種鍍金層的抗拉強度對比

從表8可看出，兩者抗拉強度基本一致，且拉脫部位均在焊接處，說明試樣表面的鍍金層強度大于焊料的焊接強度。

3 結語

亞硫酸鹽鍍金最佳的工藝配方及參數為亞硫酸銨150～250g/L，金 10～20g/L，檸檬酸鉀 90～110g/L，pH值8～10，溫度45～55℃，電流密度0.3～0.5A/dm2。在此條件下獲得的鍍金層光亮、致密、均勻性好、沉積速度快、與基體之間結合力強，可完全滿足空間行波管的使用要求。