一起鋁合金鍍銀起泡質量問題的研究探討

徐 曦，鄧樂萍

（西安西電開關電氣有限公司，陜西西安710077）

鍍銀件具有良好的導熱、導電及焊接性能，且鍍層化學性能穩定，因此電鍍鍍銀工藝多用于防腐蝕、提高導電率、反光性和美觀等，在電氣、儀器儀表等制造工業也有廣泛應用。

在現代工業生產中，為了提高電鍍銀工藝生產效率，縮短電鍍時間，逐漸發展出快速鍍銀工藝。與普通鍍銀工藝相比，快速鍍銀工藝采用新型鍍液配方，在保證鍍銀層外觀質量的條件下，提升電鍍過程的沉積電流密度，從而縮短電鍍時間，同等周期內大幅提升產能。

本文結合企業實際生產，研究了鋁及鋁合金快速鍍銀工藝中出現的一起鍍層起泡的質量問題和解決辦法，并通過問題分析、實驗研究、優化工藝等措施解決了上述問題，滿足了生產需要。

在進行快速鍍銀批量生產時，零件表面出現了起泡及邊緣粗糙的質量問題，典型問題鍍層如圖1所示。

1 實驗部分

1.1 快速鍍銀工藝

鍍銀溶液采用快速鍍銀液配方，電鍍方式采用掛鍍，鍍液配方如表1所示。

圖1 鍍銀層的質量問題Fig.1 Problems of the silver coating

表1 快速鍍銀溶液的配方Table 1 The formula of rapid silver plating solution

快速鍍銀工藝流程為：弱腐蝕→熱水洗→流動冷水洗→硝酸出光→流動冷水洗→一次浸鋅→流動冷水洗→硝酸褪鋅→流動冷水洗→二次浸鋅→流動冷水洗→流動冷水洗→預鍍銅→流動冷水洗→預鍍銀→快速鍍銀→流動冷水洗→熱水洗→下件。

1.2 鍍層硬度實驗

鍍銀試樣采用6A02‐T6 鋁合金材料樣塊為基底，其切割尺寸為長度50 mm、橫向尺寸50 mm?；w鍍銀后使用HM‐221 型顯微硬度計測量試樣鍍銀層的平面顯微硬度，測試時載荷為0.49 N，加載時間為30 s。

2 結果與討論

2.1 起泡與鍍銀層的關系

生產現場的電鍍銀生產線上共布置由6 個鍍銀槽，因此基體的前處理工序工藝完全一致。實驗時，將1#～4#鍍銀槽定為普通鍍銀槽，稱為對照組，將5#～6#鍍銀槽定為快速鍍銀槽，各鍍槽電鍍時的沉積電流密度參數如表2所示。

電鍍后，觀察各鍍槽制備的樣件，結果如圖2 所示?？梢钥闯銎胀ㄥ冦y槽電鍍出的樣件表面光滑平整，符合產品的外觀質量要求，5#～6#鍍槽鍍銀后的樣件表面存在起泡現象。將起泡樣件的起泡鍍層切割剝落，微觀照片如圖3所示?？梢钥闯觯瑯蛹冻鲥冧\層，剝落層的鍍層底層為銅層，根據此現象可判斷起泡是因為鋅層與銅層結合力不良導致。但在實際生產中，快速鍍銀槽與普通鍍銀槽的操作僅在最后鍍銀步驟中存在差別，因此，鍍銀層也是引發鍍層起泡的因素之一。

表2 各鍍槽的鍍銀工藝參數Table 2 Electroplating process parameters of the different plating tanks

圖2 各鍍槽鍍銀后的零件鍍層形貌Fig.2 Coating morphology of parts after silver plating in the different plating tanks

圖3 起泡鍍層的切割圖Fig.3 The cutting figure of the blistering coating

2.2 現象分析

與普通鍍銀工藝相比，快速鍍銀的電流密度大幅提升，以此分析鍍銀層沉積速度過快是否為銀層起泡的直接誘因。

隨著電流密度的增加，晶核的生長驅動力也同時增大，因此在相同的時間內晶核形成速度增加，造成晶核堆積，結晶粗大［1］，結果造成鍍銀層表面粗糙，故邊緣粗糙與快速鍍銀工藝工藝有直接關系。同時，電流密度的增大也使鍍銀層內應力增大［2］，在應力釋放過程中可能對過渡層產生了更強的撕扯力，誘發了鍍銀層起泡。因鍍層同時出現了起泡及邊緣粗糙的現象，而粗糙多與銀層沉積過程相關，綜合推斷，鍍層起泡與粗糙均與快速鍍銀工序有相關性。

為驗證推論，將快速鍍銀槽電流密度降低至與普通鍍銀槽電流密度相同的0.4 A/dm2，觀察電鍍零件表面狀況，結果如圖4所示?？梢钥闯?，降低電流密度后零件表面鍍銀層光滑平整，也未出現起泡現象。

圖4 降低電流密度電鍍后零件鍍層形貌Fig.4 The coating morphology of the parts after reduc‐ing the current density

材料的顯微硬度與材料的內應力、晶粒尺寸有一定的關系，生產中沉積電流密度又是影響鍍銀層晶粒大小、內應力的主要因素［1］。為了衡量在快速鍍銀工藝中，不同沉積電流密度對鍍銀層質量的影響，測量了不同電流密度下的鍍銀層的顯微硬度，結果如表3 所示，其中編號1～10 號樣塊使用快速鍍銀工藝，11～12 號樣塊使用普通鍍銀工藝。由表3 可知，電流密度增大，銀層的顯微硬度也會變大。鍍銀層的起泡現象與鍍銀層的顯微硬度參數正相關，推斷硬度的臨界點約為100 HV左右，當鍍銀層顯微硬度大于100 HV 時，鍍銀層易誘發起泡，當鍍銀層顯微硬度小于100 HV 時，鍍銀層能保持良好的表面狀態。

表3 不同電流密度下鍍銀層的顯微硬度Table 3 Microhardness of silver coating deposited under different current densities

綜上所述，生產中鍍銀層出現的質量問題在于快速鍍銀工藝的沉積電流密度過大，造成鍍銀層沉積晶粒粗大、鍍銀層內應力過高，甚至在鍍銀層、預鍍銀層、預鍍銅層間結合力較好時，其鍍銀層釋放應力的過程同樣可造成過渡層的分離，最終表現為鍍層起泡。

3 工藝改進

對鍍液中的添加劑總量和比例進行了檢測，結果顯示正常。文獻表明，保持鍍液顯堿性能起到穩定鍍液的作用，也有利于陽極溶解［3］。使用霍爾槽實驗確定了快速鍍銀溶液中的堿性試劑添加量，按實驗結果先后向生產線的5#～6#鍍槽加入堿性試劑調整鍍液pH 值，然后進行試鍍，結果如圖5 所示?？梢钥闯?，在加入堿性試劑后，在0.7 A/dm2的電流密度進行生產，鍍銀層外觀光滑平整，說明適量的堿性試劑能有效穩定快速鍍銀工藝。測試工藝調整后的樣塊鍍銀層的顯微硬度，其結果分別為81.0 HV、71.0 HV、76.3 HV、79.8 HV、65.5 HV、72.3 HV，即鍍銀層硬度下降至100 HV以下。

綜上所述，添加適量堿性試劑能有效改善快速鍍銀層的結晶狀態，降低了鍍銀層應力，提高生產的合格率。

圖5 鍍液加入堿性試劑后零件快速鍍銀的鍍層形貌Fig.5 The morphology of the silver plating layer of the parts after adding alkaline reagent to the plating solution

4 結論

（1）生產中出現的鍍銀層起泡問題是由快速鍍液工藝引起，與鍍鋅、銅層等過渡層無關。

（2）鍍銀層的起泡現象與鍍銀層的顯微硬度參數正相關，鍍銀層顯微硬度大于100 HV 時，鍍銀層易起泡，鍍銀層顯微硬度小于100 HV 時，鍍銀層能保持良好的表面狀態。

（3）向快速鍍銀溶液添加適量堿性試劑，可有效降低鍍銀層顯微硬度，解決了鍍層起泡問題。