提高鑄鋁合金零件鍍銀層質(zhì)量的途徑

周瑛 *，袁本銀，雷咸倫，王婷

（1.河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001；2.中國平煤神馬集團有限公司，河南 平頂山 467001）

鑄鋁合金零件由于具有質(zhì)量輕、導(dǎo)電性好、鑄造成型成本低、便于加工等優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。在高壓電器產(chǎn)品中，導(dǎo)體連接部位一般都要求鍍銀，用來減少接觸電阻，應(yīng)用較多的材料就是鑄鋁合金。但是由于鑄造工藝特性決定了其表面結(jié)晶粗大，組織內(nèi)部氣孔、砂眼、疏松多孔等缺陷使得鑄鋁合金零件鍍銀層結(jié)合力不良[1]，經(jīng)常出現(xiàn)一定比例或批量鍍層起泡、脫落現(xiàn)象，造成導(dǎo)體接觸電阻增大，從而影響了導(dǎo)體的導(dǎo)電率。鑄鋁合金零件的結(jié)合力除了受電鍍關(guān)鍵工藝影響之外，還與零件的材料組織及結(jié)構(gòu)狀況密切相關(guān)[2]。

圖1是GIS 產(chǎn)品用于導(dǎo)體連接的中間觸座，材質(zhì)是ZL101A。圖樣要求3 個部位鍍銀處理，分別標(biāo)記為A 區(qū)、B 區(qū)和C 區(qū)。鍍銀主要工序為：脫脂─堿蝕─酸洗─浸鋅─鍍銅─預(yù)鍍銀─鍍銀。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，該零件多次鍍銀處理后鍍層依然起泡。本文將從微觀組織和化學(xué)成分方面進行分析，采用不同的工藝處理方法解決該零件鍍銀脫落的問題。

圖1 鑄鋁合金零件的3 個鍍銀部位Figure 1 Three positions needing Ag plating on a cast aluminum alloy component

1 試驗一

圖2 零件A 區(qū)的起泡情況Figure 2 Blistering of region A on the component

查看零件起泡部位可見明顯小砂眼(見圖2)，經(jīng)分析是因為零件微孔內(nèi)存在異物。鍍銀處理過程中，微孔內(nèi)的異物不容易被清洗干凈，殘留溶液再次返出，便造成鍍層起泡、脫落，而且由于毛孔現(xiàn)象，孔內(nèi)部儲存的氣體和殘留的溶液隨著時間的延長，產(chǎn)生的膨脹力拼發(fā)會腐蝕周圍的金屬，滲透到表面鍍層結(jié)合部位，與金屬鋁、鋅等發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣造成鍍層起皮、脫落等質(zhì)量缺陷[3]。雖然水洗可減少殘留在鍍層 表面的電解液，但對于零件微觀孔隙，反復(fù)水洗的效果不明顯。為了阻止零件內(nèi)的溶液滲出而影響后續(xù)鍍層的結(jié)合力，在脫脂前對零件進行加熱烘烤，其目的是：(1)把零件微孔內(nèi)的氣體排除掉；(2)將微孔內(nèi)殘留的電解液蒸發(fā)干凈，以防止微孔溶液向外滲透。把零件放入烘箱內(nèi)，經(jīng)過170 °C、2 h 的加溫烘烤后，再按照以上鍍銀工藝流程進行處理，分別檢查A 區(qū)、B區(qū)和C 區(qū)3 個部位的鍍銀質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)B 區(qū)和C 區(qū)銀層有所改善，沒有出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，而A 區(qū)鍍銀層依然起泡。

2 試驗二

對觸座的3 個鍍銀面分別取樣，進行化學(xué)成分和微觀組織分析。

2.1 化學(xué)成分分析

采用光譜儀對樣件的化學(xué)成分進行檢測，結(jié)果顯示其成分符合ZL101 的國家標(biāo)準(zhǔn)，是合格的。

2.2 金相分析

按照J(rèn)B/T 7946.3-1999《鑄造鋁合金金相 鑄造鋁合金針孔》，在放大200 倍的金相顯微鏡下，分析A、B、C 三處的針孔度。金相照片見圖3。

圖3 零件上3 個部位的金相照片F(xiàn)igure 3 Metallographs of three positions on the component

從圖3可看出，A 處組織最為疏松，針孔較多、較大，針孔直徑最大為0.9 mm；B 處組織存在小針孔，最大針孔直徑為0.3 mm；C 處組織較為致密，最大針孔直徑為0.15 mm。可見，零件鍍銀層起泡與其材質(zhì)致密性有很大關(guān)系，A 處本身材質(zhì)較為疏松，針孔、砂眼較多，那么經(jīng)過電鍍處理后，進入微孔內(nèi)的溶液不容易被清洗干凈，孔內(nèi)部殘留的溶液慢慢滲出，造成鍍層起泡、脫落等質(zhì)量問題。

2.3 解決方案

通過與鑄造專業(yè)人員一起對零件起泡部位進行分析得知，A 區(qū)域是零件鑄造期間的澆冒口，存在較多夾渣、窩流、縮孔、化學(xué)成分偏析等不可避免的缺陷。

解決方法是零件鑄造期間對A 區(qū)域冒口結(jié)構(gòu)進行改進，如圖4所示：(1)減少冒口與鍍銀面的接觸面積，將鍍銀面的40%與冷鐵接觸，余下的鍍銀面積與冒口接觸；(2)用絕熱材料填充與冒口接觸部分的砂芯，在與冒口接觸部分的金屬型上鉆許多孔，孔內(nèi)填充絕熱材料。采取以上方法是為了使較大熱容量聚集在澆冒口部位并均勻散熱，以減少鍍銀面與冒口接觸面積，達到鍍銀面快速冷卻而冒口又能實現(xiàn)充分補縮的目的，從而減少A 區(qū)域的針孔、砂眼等缺陷。

圖4 零件澆冒口示意圖Figure 4 Schematic diagram of runner and riser for the component

3 改進效果

采用以上工藝方案改進后，重新鑄造加工一批零件，按照鍍銀工藝流程進行處理，試驗結(jié)果得到的鍍層比較致密、光亮，沒有出現(xiàn)起泡、脫落的情況。零件鍍銀后質(zhì)量合格情況統(tǒng)計見表1。

表1 零件鍍層質(zhì)量合格情況統(tǒng)計Table 1 Statistics of the components with qualified coatings

從表1可以看出，采用加熱烘烤與改進澆冒口結(jié)構(gòu)后，鍍銀層合格率有較大提高，雖然增加了零件成本，但降低了零件廢品率，解決了生產(chǎn)難題，總的經(jīng)濟效益還是明顯的。個別零件螺紋部位起泡，經(jīng)分析是防護螺堵沒有擰緊，溶液清洗不干凈所致。

4 結(jié)語

通過以上試驗，得出2 條解決鑄鋁合金零件鍍銀層質(zhì)量問題的措施：

(1) 鍍銀前增加一道加熱烘烤工序，可以消除零件內(nèi)部異物、氣流等不利因素。

(2) 澆冒口盡量不放在鍍銀面上。若受零件結(jié)構(gòu)的限制，在澆冒口不能避開鍍銀面的情況下，減少冒口與鍍銀面的接觸面積，使?jié)裁翱诰哂休^大熱容量，減少澆冒口鍍銀面產(chǎn)生針孔、砂眼等不利因素，從而提高鍍銀層結(jié)合力。

[1]郝留成,廉繼英,周瑛,等.6063 鋁合金材料鍍銀層脫落原因及其解決途徑[J].鑄造技術(shù),2009,30 (10): 1350-1352.

[2]羅耀宗.提高鋁合金電鍍結(jié)合力的探討[J].電鍍與環(huán)保,2003,23 (3): 11-12.

[3]王愛榮,馬春全,賀少文.鋁合金腔體鍍銀工藝[J].電鍍與涂飾,2008,27 (6): 4-7.

[4]馬利民.鑄鋁導(dǎo)體鍍銀工藝改進[J].高壓電器,2007,43 (5): 396-397.