適用于輸配電行業(yè)的銅件鍍銀工藝

茅紅裕

（正泰電氣(上海)股份有限公司，上海 201614）

適用于輸配電行業(yè)的銅件鍍銀工藝

茅紅裕

（正泰電氣(上海)股份有限公司，上海 201614）

介紹了適用于輸配電銅及銅合金件鍍銀工藝，其流程主要包括化學(xué)除油、鹽酸活化、混酸酸洗、氰化鍍銅、氰化鍍銀、電解鈍化。說明了各工藝的操作條件及注意事項(xiàng)。給出了銀鍍層變色后的處理，不合格品的褪鍍方法，以及鍍層抗變色性能、結(jié)合力和顯微硬度的測(cè)試方法。指出了該工藝對(duì)環(huán)保方面的要求。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中遇到的漏鍍和鍍層有少量顆粒的問題，提出了改進(jìn)措施。

銅；鍍銀；后處理；逆流水洗；防變色；烘烤；褪鍍

Author’s address:CHINT Electronics (Shanghai) Co., Ltd., Shanghai 201614, China

1 前言

輸配電行業(yè)是一個(gè)很重要的行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中有著不可估量的作用。其關(guān)鍵的產(chǎn)品零部件(如觸指、觸頭、導(dǎo)電環(huán)、導(dǎo)體、導(dǎo)電桿、接地銅排、氣缸、觸頭座、屏蔽罩、支持件等)都必須鍍銀，以獲得較低的接觸電阻，從根本上保證良好的導(dǎo)電性能。產(chǎn)品的材質(zhì)主要是銅或鋁。其中銅件的材質(zhì)主要有紫銅 T20、鉻青銅、鈹青銅和黃銅。由于產(chǎn)品用途的特殊性，要求導(dǎo)電、耐腐蝕、抗變色、耐磨，因此其電鍍工藝較復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求較高。本文著重介紹一種適用于輸配電行業(yè)中的銅及銅合金件鍍銀工藝，其流程如下：

上掛─化學(xué)除油─水洗─活化─水洗─混酸洗─水洗─鍍銅─雙聯(lián)逆流水洗─預(yù)鍍銀─鍍銀─水洗2道─電解鈍化─水洗─熱水洗─下掛。

2 工藝說明

2. 1 化學(xué)除油

在銅件鍍銀工藝中，除油是一道很重要的工序。工件在機(jī)加工過程中，大多采用含礦物油與植物油的混合油作為冷卻液，因此必須把機(jī)加工產(chǎn)生的油污充分去除。對(duì)于有大量油污存在的工件，可以在上生產(chǎn)線之前進(jìn)行手工處理，其方法一般是用抹布擦拭表面。一些形狀比較復(fù)雜、易積累油的部位，如內(nèi)孔、深腔，應(yīng)充分進(jìn)行擦拭處理。本工藝采用化學(xué)除油法，以保證除油的徹底性。

化學(xué)除油液的主要成分是一些常用的堿性物質(zhì)，如片堿、純堿，水玻璃。筆者所在單位采用外購的除油劑 TW-718，其生產(chǎn)廠家為杭州阿蘭地化工有限公司，使用溫度40 ～ 60 °C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% ～ 20%。采用化學(xué)浸泡的方式，直至工件上的油除盡為止。

工件在除油處理后必須進(jìn)行充分水洗，觀察表面有無水珠流掛，是否達(dá)到了親水狀態(tài)。若有水珠，說明油未除盡，應(yīng)重新進(jìn)行除油處理，直到除盡為止。

2. 2 活化

活化也是一道不可或缺的工序。由于銅件表面在空氣中放置一段時(shí)間后，表層會(huì)生成氧化物，如氧化銅，前道除油無法將其去除。通過活化，一方面可以去除氧化層，另一方面可以得到比較疏松、連續(xù)的銅氧化膜。

活化液的主要成分可以是鹽酸或硫酸。本文采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% ～ 40%的鹽酸，在常溫下浸泡，時(shí)間視產(chǎn)品而定，一般為0.5 ～ 2.0 min。

2. 3 混酸洗

混酸洗是一道比較重要的工序。由于有些銅件要求局部鍍銀，在鍍銀前必須浸可剝漆，而混酸洗的好壞在一定程度上決定了鍍銀后可剝漆處理的難易程度。好的混酸洗處理能減少可剝漆處理的時(shí)間，縮短整個(gè)鍍銀工序的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，既可以保證較低的處理及維護(hù)成本，又可以達(dá)到很好的效果，藥液也比較穩(wěn)定，使用壽命長?；焖嵯催€能除盡前幾道工序后表層殘留的雜質(zhì)，起到很好的光亮效果。值得注意的是：對(duì)于局部鍍銀件，一般在酸洗處理后進(jìn)行鈍化，然后經(jīng)熱水燙干后浸可剝漆2 ～ 3遍，干后根據(jù)圖紙要求對(duì)電鍍區(qū)剝漆，再按上述工藝流程進(jìn)行余下操作。

混酸液主要是硫酸、硝酸、鹽酸和水的混合液，常溫浸泡5 ～ 10 s即可。

混酸洗操作時(shí)應(yīng)注意安全，避免被酸液濺到。經(jīng)混酸處理及水洗后，觀察工件表面的亮度及色澤，若局部狀態(tài)有差異，應(yīng)重新進(jìn)行混酸處理。堅(jiān)持快速多次，上下水洗徹底的原則，以保證后續(xù)鍍銅或預(yù)鍍銀工序能獲得連續(xù)、均勻、光亮的底層。

2. 4 鍍銅

鍍銅是一個(gè)非常重要的工序，用于提高鍍層的結(jié)合強(qiáng)度。尤其是對(duì)于輸配電行業(yè)的鍍銀件而言，由于產(chǎn)品在戶外風(fēng)吹日曬，有些甚至放置在海拔高的地方，因此對(duì)導(dǎo)電性、耐腐蝕性、耐磨性、防變色等性能都提出了更高的要求。而鍍銅層作為中間鍍層，可以起到導(dǎo)電的作用。對(duì)于紫銅件，酸洗后通?？刹唤?jīng)過鍍銅工序，而直接進(jìn)入預(yù)鍍銀工序；而對(duì)于特殊件如鉻銅、磷銅、黃銅、鈹銅，一般必須經(jīng)過鍍銅工序，以保證后續(xù)鍍層的結(jié)合力。另外，由于銅鍍層無孔隙，因此還可以起到提高防腐蝕性能的作用，能適應(yīng)戶外使用的惡劣條件。鍍銅藥液穩(wěn)定，開槽和維護(hù)的成本都較低。

鍍銅液的主要成分為：氰化鈉 60 g/L，氰化亞銅40 g/L，酒石酸鉀鈉30 g/L。陽極為電解銅板，尺寸為800 mm × 200 mm × 10 mm，施鍍溫度為50 ～ 60 °C，時(shí)間5 ～ 10 min。控制鍍液的pH很重要，一般在12.2 ～12.8之間為宜。pH太高不僅會(huì)使電流效率下降，而且有可能使工件腐蝕。當(dāng)pH過高時(shí)，可用硫酸氫鈉調(diào)整。

由于是鍍銅采用氰化物溶液，因此操作時(shí)必須注意安全，做好相關(guān)的防護(hù)措施，佩戴手套、口罩、面具等。對(duì)于受氰化物污染的器具，應(yīng)該用硫酸亞鐵還原處理后再水洗。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)通風(fēng)裝置，污水處理采用適用于含氰廢水(包括后續(xù)預(yù)鍍銀、鍍銀工序產(chǎn)生的廢水)的技術(shù)。

2. 5 預(yù)鍍銀

由于銅、鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位都比銀負(fù)，因此，當(dāng)銅及其合金件進(jìn)入鍍銀液時(shí)，由于電鍍時(shí)間短，行車下降慢，鍍件表面會(huì)形成置換層，這不僅嚴(yán)重影響鍍層和基體的結(jié)合力，而且置換過程所產(chǎn)生的銅離子還會(huì)污染鍍液。因此，鍍件進(jìn)入鍍銀槽之前，除常規(guī)處理外，還必須進(jìn)行特殊處理，如汞齊化、浸銀和預(yù)鍍銀。由于汞齊化的毒性太大，而浸銀可能含硫而使銀層變色，因此采用預(yù)鍍銀法。另外，為了防止發(fā)生置換反應(yīng)，選擇帶電入槽。

預(yù)鍍銀溶液的主要成分為：硝酸銀3 g/L，氰化鉀150 g/L。施鍍溫度20 ～ 30 °C，時(shí)間10 ～ 60 s，陽極材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼板。若采用銀板陽極，則銀板在高濃度的氰化鉀溶液中充分溶解，銀液中銀離子會(huì)快速積累，容易超出工藝范圍。

2. 6 電鍍銀

鍍銀液分為氰化鍍銀液和無氰鍍銀液。20世紀(jì)70年代以來，廣大電鍍工作者在無氰鍍銀方面做了大量的工作，但至今仍沒有重大的突破，只有少數(shù)單位使用硫代硫酸鹽鍍銀液、亞氨基二磺酸銨鍍銀液、磺基水楊酸鍍銀液等。氰化物鍍銀液由于均鍍和深鍍能力好，鍍層結(jié)晶細(xì)致，外觀為銀白色，而且鍍液穩(wěn)定，抗雜質(zhì)能力強(qiáng)，滿足了輸變電行業(yè)對(duì)鍍銀產(chǎn)品的導(dǎo)電性、耐蝕性和耐磨性的要求。

目前生產(chǎn)中基本上仍采用氰化鍍銀液，其主要成分為：硝酸銀60 g/L，氰化鉀200 g/L。

考慮到光亮劑本身含有機(jī)雜質(zhì)，對(duì)鍍層性能有影響，因此高壓輸配電產(chǎn)品中不予采用。而對(duì)于一般有外觀要求的低壓輸配電鍍銀件，可以添加光亮劑。一般而言，施鍍溫度為20 ～ 25 °C，根據(jù)具體產(chǎn)品的厚度來確定施鍍時(shí)間。電流密度通常為0.8 ～ 2.0 A/dm2，0.8 A/dm2時(shí)的沉積速率約為0.5 μm/min。陽極材料采用銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.999 9%的純銀板。若銀陽極板純度不高，銀極表面會(huì)形成黑膜并脫落，導(dǎo)致鍍層粗糙。在電鍍控制中，陽極面積值得注意，陰、陽極面積比失調(diào)會(huì)導(dǎo)致鍍層厚度不均，出現(xiàn)燒焦、漏鍍、不光亮、結(jié)合力差等現(xiàn)象。推薦的最佳面積比是A(陽極)∶A(陰極)＞ 2∶1。

值得注意的是，氰化鍍銀通常使用氰化鉀而不使用氰化鈉[1]。

采用安美特 056光亮劑，能使鍍層表面產(chǎn)生一層比較柔和的亮色，而且電阻率也較低，完全滿足電氣行業(yè)用產(chǎn)品鍍銀件的要求，維護(hù)時(shí)也比較方便，可根據(jù)產(chǎn)品外觀質(zhì)量和實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間進(jìn)行添加。要注意的是，補(bǔ)加后溶液應(yīng)充分循環(huán)過濾，保證光亮劑充分混勻，方可生產(chǎn)。

另外，在生產(chǎn)線上還設(shè)置了硬銀工序，通過選擇合適的脈沖電源后，能同時(shí)滿足高壓導(dǎo)電產(chǎn)品件耐磨性的要求。

2. 7 電解鈍化

電鍍銀后處理最重要的就是防變色處理。鍍銀件在運(yùn)輸和儲(chǔ)存的過程中，遇到大氣中的二氧化碳、硫化氫、鹵化物等腐蝕性介質(zhì)時(shí)，銀層表面很快生成氯化銀、硫化銀、硫酸銀等難溶性物質(zhì)，使其光澤消失，并逐漸變成淡黃色，再變成藍(lán)紫色甚至黑褐色。鍍銀層變色與其本身的純度，周圍介質(zhì)的性質(zhì)、濃度，溫度、濕度等因素有關(guān)，但更重要的是電磁波的輻射。銀層變色不但影響其外觀，而且嚴(yán)重影響鍍層的焊接性能和導(dǎo)電性能。目前一般采用的防變色處理方法有化學(xué)鈍化、電解鈍化、涂覆有機(jī)保護(hù)膜、電鍍貴金屬等。本生產(chǎn)線采用電解鈍化法，鍍銀件作為陰極在電解后形成一層鈍化膜，其防變色性能比化學(xué)鈍化膜好得多，而焊接性能、接觸電阻和外觀色澤幾乎不受影響。工藝條件如下：

AMFIN AG S PLUS電解保護(hù)粉(上海敖美)20 ～60 g/L，溫度40 ～ 45 °C，時(shí)間0.5 ～ 5.0 min，陽極為不銹鋼板。

該工藝為無鉻鈍化工藝，不含六價(jià)鉻，無毒無害，所產(chǎn)生的廢水只需經(jīng)過簡(jiǎn)單處理就能排放。

2. 8 水洗

水洗是電鍍生產(chǎn)中不可缺少的一道工序，水洗質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。電鍍液必須用純水配制，以防止其他雜質(zhì)離子(如Cl-、Ca2+、Mg2+等)污染鍍液，而最后一道熱水洗也必須采用純水，防止零件在燙干后表面產(chǎn)生水痕。

2. 9 變色后的處理

鍍銀產(chǎn)品經(jīng)光整、打磨后，去除了表面的灰塵、銀屑等污物，再用PE膜包裝。

在裝配或運(yùn)輸過程中，由于各種原因造成銀層變色的話，需要重新進(jìn)行處理，一般采取以下2種方法。

(1) 打磨處理法：用百潔布打磨后，表面除油，然后水洗，再用酒精擦拭，最后涂覆防銀變色劑305。

(2) 化學(xué)處理法：表面除油，然后水洗，接著用含硫脲50 ～ 100 g/L的10% ～ 20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硫酸溶液進(jìn)行處理，然后水洗，再用酒精擦拭，最后涂覆防銀變色劑305。

2. 10 不合格品的褪鍍

褪銀一般采用 95%(體積分?jǐn)?shù))的 H2SO4和 5% HNO3的混合溶液，切勿將水分帶入，以免引起基體過腐蝕。

3 鍍層性能的測(cè)試方法

3. 1 防變色性能

采用硫化鉀溶液浸泡法[2]，即在5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的硫化鉀溶液中浸泡5 min，不變色即為達(dá)到要求，可存放較長時(shí)間。而對(duì)于有更高防變色要求的產(chǎn)品零部件，按照GB 5943–1986《輕工產(chǎn)品金屬鍍層和化學(xué)處理層的抗變色腐蝕試驗(yàn)方法 硫化氫試驗(yàn)法》進(jìn)行試驗(yàn)，硫化氫濃度0.5% ± 0.1%(體積分?jǐn)?shù))，溫度(42 ± 1) °C，相對(duì)濕度95% ± 5%，試驗(yàn)時(shí)間2 h。按GB 5944–1986《輕工產(chǎn)品金屬鍍層腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)》進(jìn)行評(píng)級(jí)。

3. 2 結(jié)合力

產(chǎn)品在160 ～ 200 °C下經(jīng)過烘箱烘烤后，鍍層應(yīng)無起皮、起泡現(xiàn)象。嚴(yán)格的還要做熱冷浸漬試驗(yàn)：將高溫烘烤后的產(chǎn)品直接浸漬到室溫(有時(shí)要求為0 °C)的液體中，看是否出現(xiàn)結(jié)合力問題。另外，也可用粘接力800 g以上的塑料膠帶壓緊后橫向90 °C拉扯，觀察鍍層是否有脫層現(xiàn)象。

3. 3 硬度

用維氏硬度計(jì)測(cè)試，載荷0.05 kg，硬度要求100 HV。

4 節(jié)能環(huán)保型生產(chǎn)

4. 1 節(jié)能措施

電鍍本身是一個(gè)重污染的行業(yè)，要消耗大量的水和電。本生產(chǎn)線采用了雙聯(lián)逆流漂洗，節(jié)約了水資源。另外更為重要的是，在污水處理方面采用了廢水回用的方式，回用水經(jīng)過管路重新回到各條生產(chǎn)線，極大地節(jié)約了水資源，而且經(jīng)處理的回用水的電導(dǎo)率控制在10 μS/cm以下，而且還能自己生產(chǎn)去離子水，滿足了各條生產(chǎn)線對(duì)于純水的需求，節(jié)省了成本之余又保證了質(zhì)量。生產(chǎn)線采用了自動(dòng)給水系統(tǒng)和攪拌裝置，不僅有效地節(jié)約了水資源，而且節(jié)約了電，避免了空氣攪拌的全天開啟。

4. 2 環(huán)保措施

由于本生產(chǎn)線有含氰廢水，含錫、鎳、鉻廢水，酸、堿綜合廢水，以及銅酸洗廢水，經(jīng)過污水處理設(shè)備的多級(jí)處理，能達(dá)到相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到國家的環(huán)保要求。生產(chǎn)線上產(chǎn)生廢氣的環(huán)節(jié)，如除油、活化、酸洗、鍍銅、預(yù)鍍銀、鍍銀、電解鈍化，都有專門的通風(fēng)設(shè)施及處理塔，能達(dá)到廢氣排放的標(biāo)準(zhǔn)。另外，通風(fēng)設(shè)施為內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，大大地節(jié)約了空間，減少了不必要的管路。

5 產(chǎn)品質(zhì)量分析

以上工藝在試生產(chǎn)后，2009年6月、7月、8月連續(xù)3個(gè)月的產(chǎn)品合格率數(shù)據(jù)見表1。

表1 連續(xù)3個(gè)月的產(chǎn)品合格率Table 1 Passing rate of products in three consecutive months

從表 1可以看出，造成不合格品的主要原因是鍍銀層表面有少量的顆粒，以及鍍銀層漏鍍現(xiàn)象。由于其中大部分不合格件為鍍銀層有少量顆粒，經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理后仍然可以達(dá)到相關(guān)質(zhì)量要求，因此實(shí)際的最終合格率還是很高，一般在95%以上。

針對(duì)以上漏鍍和鍍層有少量顆粒這兩大原因，采取了如下現(xiàn)場(chǎng)工藝措施：

(1) 增加清洗濾芯的頻次，定期清理鍍槽底部的污物，增加陽極袋定期清洗的次數(shù)，鍍銀掛具做一批褪一批，保證鍍液能夠充分過濾微小的雜質(zhì)，防止顆粒的產(chǎn)生。

(2) 改善可剝漆的性能，規(guī)范剝漆，避免漆粒附在表面而導(dǎo)致漏鍍。

通過上述改進(jìn)，一次送檢合格率有了明顯的提高。最近的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，一般高壓輸配電產(chǎn)品鍍銀件的一次送檢合格率都在 95%以上。當(dāng)然，這些不同批次產(chǎn)品經(jīng)過抽樣，熱震試驗(yàn)(190 °C烘烤30 min)后均無起皮或起泡，結(jié)合力良好。

[1] 曾華梁, 吳仲達(dá), 陳鈞武, 等. 電鍍工藝手冊(cè)[M]. 2版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1997: 263.

[2] 程永紅. 銅合金直接鍍銀工藝[J]. 電鍍與環(huán)保, 2006, 26 (4): 41-43.

Silver plating process for copper parts used in power transmission and distribution industry //

MAO Hong-yu

A process for silver plating on copper parts used in power transmission and distribution industry was introduced. Its process flow is mainly composed of chemical degreasing, hydrochloric acid activating, mixed acid pickling, cyanide copper plating, cyanide silver plating, and electrolytic passivating. The operation conditions and problems needing attention were described. The treatment of tarnished coatings, the removal of rejected coatings, and the methods for testing of tarnish resistance, adhesion strength, and microhardness were given. The requirements of environmental protection were pointed out. Some countermeasures for preventing skip plating and a small amount of particles existing on coatings during practical production were presented.

copper; silver plating; post-treatment; countercurrent rinsing; anti-tarnishing; baking; coating removal

TQ153.16

A

1004 – 227X (2011) 06 – 0008 – 04

2010–11–18

2010–12–26

茅紅裕（1980–），男，江蘇海門人，大專，助理工程師，主要從事電鍍與涂裝的研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) maohy_2009@yeah.net。

[ 編輯：溫靖邦 ]