鍍液添加劑對鍍層內應力影響的研究

張守華，張友亮，鄧志偉

(1.安泰科技股份有限公司，北京 100083；2.安泰愛科科技有限公司，山東 淄博 255022)

0 引言

在電鍍過程中，由于金屬的結晶有一定變形或有異相滲入會產生一定的內應力，這種現象在鍍鎳過程中尤為明顯[1]。鍍層的內應力可分為兩類：一類是使鍍層本身體積有膨脹趨勢的應力，稱為壓應力；另一類是使鍍層體積有收縮趨勢的應力，稱為拉應力。鍍層的內應力在一定范圍內使鍍層的耐蝕性降低，尤其在內應力突變的部位，容易產生應力集中的腐蝕，當內應力較大時，還會使鍍層出現起泡、開裂和局部脫落等現象，影響鍍層的結合強度[2-3]。在生產中，經常由于鍍液溫度、pH值和添加劑等控制不當，使鍍層聚集了過高的內應力，進而影響鍍層的外觀、耐蝕性和結合力。本文重點研究了瓦特鍍鎳溶液中不同添加劑對鎳層內應力的影響，為后續鍍液維護提供依據，確保生產順利進行。

1 實驗部分

1.1 實驗設備

(1)DRZ-20D電阻爐；

(2)實驗用電鍍電源(QJE，ps3005，0-30V，0-5A)；

(3)pH計(PHS-3E)；

(4)分析天平(實際分度值：0.1 mg)。

1.2 基材

實驗所采用的材料為H62黃銅基材，其主要成分為60.5～63.5%的銅，鋅余量。試樣規格100 mm×15 mm×0.1 mm，彈性模量為1.1×106 Kgf/cm2，單面密封膠密封。

1.3 鍍鎳工藝流程及溶液配方

條形片去除應力→單面絕緣→除油、水洗→鍍鎳水洗、吹干→彎曲度測量→鍍層厚度測量→計算應力值。

鍍液的組成及工藝條件分別見表1。

表1 鍍鎳溶液組成及工藝條件

1.4 鍍層內應力測試

采用條形陰極法，條形陰極為100 mm×15 mm×0.1 mm的銅片，在電阻爐中450 ℃保溫2 h去除銅片的加工應力，單面密封膠密封，經除油、水洗后，上端固定，下端為自由端，在一定條件下電鍍后，取出試片，水洗吹干，利用標尺槽準確測量試片的偏轉量，再利用分析天平得出電鍍前后的重量差，計算平均鍍厚，最后通過內應力計算公式計算內應力大小[4]。這種條形陰極法測得的內應力是一個半定量性質的。表達公式如下[5]：

式中：S為鍍層內應力(N/mm2)；E為基體材料的彈性模數(Kgf/cm2)；t為試片的厚度(mm)；d為鍍層的平均厚度(mm)；L為試片電鍍面的長度(mm)；R為試片自由端偏轉量(mm)。

平均鍍層厚度計算公式為：

式中：d為鍍層的平均鍍厚(mm)；m0為電鍍前試片的重量(g)；m1為電鍍后試片的重量(g)；p為試片鍍層金屬的密度(g/cm3)；s為試片受鍍的表面積(mm2)。

2 結果與討論

2.1 初級光亮劑(SB-71)對鍍層內應力的影響

為研究初級光亮劑對鍍層內應力的影響，實驗鍍液的工藝參數Jk為2.0 A/dm2，pH值為4.2，t為20 min，利用條形陰極法測試鍍液SB-71的含量為0.5 mL/L、1.0 mL/L、1.5 mL/L、2.0 mL/L、2.5 mL/L、3.0 mL/L、3.5 mL/L、4.0 mL/L和4.5 mL/L時，鍍層的內應力，結果如圖1所示。

圖1 初級光亮劑(SB-71)對鍍層內應力的影響

由圖1可知，鍍鎳溶液不加任何添加劑時，有較高的拉應力(約116 N/mm2)；初級光亮劑(SB-71)對鍍鎳層的內應力影響明顯，表現為較強的壓應力，隨著SB-71的不斷增加，鍍層內應力逐漸降低；當其含量為3 mL/L時，內應力幾乎為零；當其含量大于3 mL/L時，隨著添加劑的增加，鍍層表現的壓應力逐漸增大。

2.2 次級光亮劑(SB-72)對鍍層內應力的影響

為研究次級光亮劑對鍍層內應力的影響，實驗鍍液的工藝參數Jk為2.0 A/dm2，pH值為4.2，t為20 min,利用條形陰極法測試鍍液SB-72的含量為0.5 mL/L、1.0 mL/L、1.5 mL/L、2.0 mL/L和2.5 mL/L時，鍍層的內應力，結果如圖2所示。

圖2 次級光亮劑(SB-72)對鍍層內應力的影響

由圖2可知，鍍鎳溶液不加任何添加劑時，有較高的拉應力(約116 N/mm2);次級光亮劑(SB-72)對鍍鎳層的內應力影響明顯，表現為較強的拉應力，隨著SB-72的不斷增加，鍍層內應力逐漸降增大，當其含量為2.0 mL/L時，內應力增加遲緩；實際生產中需控制次級光亮劑(SB-72)的補加量。

2.3 潤濕劑(NS-AP)對鍍層內應力的影響

為研究潤濕劑對鍍層內應力的影響，實驗鍍液的工藝參數Jk為2.0 A/dm2，pH值為4.2，t為20 min,利用條形陰極法測試鍍液NS-AP的含量為0.2 mL/L、0.5 mL/L、0.8 mL/L、1.0 mL/L和1.5 mL/L時，鍍層的內應力，結果如圖3所示。

圖3 潤濕劑(NS-AP)對鍍層內應力的影響

由圖3可知，鍍鎳溶液不加任何添加劑時，有較高的拉應力(約116 N/mm2)；潤濕劑(NS-AP)對鍍鎳層的內應力影響不明顯，表現為較弱的壓應力，隨著NS-AP的不斷增加，鍍層內應力逐漸降低；當其含量為1.5 mL/L時，內應力降低遲緩。

綜上，結合三種添加劑對鍍層內應力的影響，實驗鍍液的工藝參數Jk為2.0 A/dm2，pH值為4.2，t為20 min，利用條形陰極法測試鍍液三種添加劑的含量比例(初級光亮劑∶次級光亮劑∶潤濕劑)為1∶1∶0.8時，鍍層的內應力最小，接近于零。

3 結語

瓦特鍍鎳溶液在工藝參數Jk為2.0 A/dm2，pH值為4.2時：

(1)無添加任何添加劑，鍍鎳層的內應力表現為拉應力；

(2)初級光亮劑(SB-71)和潤濕劑(NS-AP)均表現為壓應力，次級光亮劑(SB-72)表現為較強的拉應力；

(3)幾種添加劑的合理搭配(初級光亮劑∶次級光亮劑∶潤濕劑=1∶1∶0.8)可以使鍍層的內應力變小，甚至可以趨近于零。