電鍍鎳工藝在電接觸元件生產(chǎn)中的應用

劉建平*，劉淵，覃慶生

（柳州市建益電工材料有限責任公司技術部，廣西 柳州 545005）

電鍍鎳無論是作為防護裝飾性鍍層還是功能性鍍層都有著廣泛的用途，可以說是電鍍工業(yè)中最重要的鍍種。它是多種復合鍍層的載體，還可以與多種金屬形成合金鍍層，也是采用添加劑和光亮劑的種類和品種最多的鍍種[1]。作為貴金屬電鍍的抗擴散中間層，其在電子電鍍中的應用也日漸增長。筆者所在公司是利用電鍍技術生產(chǎn)電接觸元件(電觸點和電觸片)的廠家，主要生產(chǎn)工藝就是在銅基體上預先鍍一層厚度為1～10 μm 的鎳，再鍍厚度為10～100 μm 銀基復合材料(銀–氧化錫等)。鎳鍍層作為銅基體和銀復合層的過渡層，起到增強銅銀結(jié)合力和防止銀銅相互滲透的作用；同時，由于產(chǎn)品在電鍍后需加工成型(變形量比較大)，又需保證產(chǎn)品質(zhì)量，且由于銀鍍層本身的可塑性和延展性非常好，可經(jīng)受一定量的變形，因此在生產(chǎn)過程中，鎳鍍層的可塑性、抗張強度、韌性和延展性也就非常重要。在電鍍鎳過程中，由于金屬的結(jié)晶有一定變形或有異相摻入，會產(chǎn)生一定內(nèi)應力，內(nèi)應力高的鎳鍍層結(jié)合力不好，可塑性、抗張強度、韌性和延展性差已經(jīng)是公認的。對鍍鎳來說，這種不同是很明顯的，尤其當使用電鍍添加劑時，這種應力效應就更加明顯，表現(xiàn)在宏觀上就是鍍層硬度大，容易起皮、開裂，延展性變差。內(nèi)應力高的中間鎳鍍層沒有應變能力，經(jīng)受不起變形，很易破裂，同時導致表層的銀復合層斷裂，影響產(chǎn)品質(zhì)量。良好的普通瓦特鎳層有很好的機械性能，經(jīng)受得起一定的塑性變形或沖壓，有一定韌性，延伸率可達25%～30%，是生產(chǎn)工藝的首選。

本文介紹一種電接觸元件鍍鎳工藝，對影響鍍鎳層內(nèi)應力的因素──包括工藝參數(shù)、鍍液成分和雜質(zhì)等──進行了探討。

1 工藝規(guī)范[1]

1.1 鍍鎳工藝配方和條件

過濾用濾芯≤5 μm，2～3 次/h(加一個活性炭過濾筒)。

1.2 各工藝參數(shù)對鍍液和鍍層性能的影響

1.2.1 硫酸鎳

作為鍍液的主鹽，質(zhì)量濃度在300 g/L時，鍍層色澤均勻，電流效率高，沉積速率快。隨硫酸鎳濃度的提高，鍍層的內(nèi)應力和硬度增加，延伸率下降。

1.2.2 氯化鎳

作為鍍液的陽極活化劑，一定含量(25～30 g/L)的氯化鎳能保證鎳陽極的正常溶解，確保溶液的相對穩(wěn)定。隨著氯化鎳濃度的提高，鍍層的內(nèi)應力和硬度顯著加大，延伸率下降。

1.2.3 硼酸

作為鍍液的緩沖劑，除了具有緩沖、穩(wěn)定pH 的效果外，還具有使鍍層結(jié)晶細致、避免燒焦的作用。

1.2.4 十二烷基硫酸鈉

作為鍍液的防針孔劑，能降低鍍液的表面張力，使氫氣泡不易在陰極表面停留，從而防止針孔的形成。

1.2.5 硫酸鎂

作為鍍液的導電鹽，能改善鍍液的分散能力，使所得鍍層光滑、柔軟、呈銀白色。如其含量過高，鍍層硬度會升高，適宜的用量為20～50 g/L。

1.2.6 溫度

(1)鍍液溫度在50°C 以下時，所獲鍍層的延伸率隨鍍液溫度的上升而升高；而當鍍液溫度高于50°C時，鍍層的延伸率緩緩下降。

(2)當鍍液溫度在30～55°C時，所獲鍍層的硬度與抗張強度均隨鍍液溫度的上升而降低；當鍍液溫度高于55°C時，鍍層的硬度與抗張強度又重新升高。

(3)在30～60°C時，內(nèi)應力隨鍍液溫度的升高而降低。

1.2.7 pH

(1)當pH 在3～4 之間時，鍍層的延伸率最大。

(2)當pH在3.5～4.5 之間時，鍍層的內(nèi)應力最低。

(3)當pH 在3.5～4.0 之間時，鍍層的抗張強度最低。

1.3 雜質(zhì)的影響和處理方法[2]

鋅雜質(zhì)達到0.02 g/L 以上時，鍍層的內(nèi)應力顯著增大，鍍層發(fā)脆；銅雜質(zhì)達到0.01 g/L 以上時，會影響鎳鍍層與基體材料的結(jié)合力，當銅雜質(zhì)達到0.03 g/L以上時，鎳鍍層的延伸率會降低；鐵雜質(zhì)的影響是最大的，若鐵的含量達到0.05 g/L 以上，鍍層就會發(fā)脆。

電鍍?nèi)芤壕C合處理方法：先用稀硫酸將鍍液的pH調(diào)到3 左右，攪拌下加入30%的雙氧水1～2 mL/L，充分攪拌后再加溫到60～70°C，反應攪拌1～2 h，用氫氧化鈉溶液再調(diào)整pH 到5.5 以上，繼續(xù)攪拌1～2 h，加活性碳2 g/L，繼續(xù)攪拌1～2 h，靜置8 h 以上后過濾，調(diào)節(jié)pH 到正常范圍即可。

影響功能性鍍鎳層性能有多種因素，重要的是平時對鍍液的管理工作是否到位。在日常生產(chǎn)中，應為每個鎳槽加一套活性炭過濾系統(tǒng)，每天留出4～8 h 在攪拌或陰極移動的條件下進行小電流電解處理。

2 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程

銅材─局部絕緣─電解除油─清洗─除膜酸洗─清洗─鍍鎳─清洗─鍍銀─真空退火─沖壓成型─清洗─拋光保護─清洗─甩烘干─包裝入庫。

2.1 局部絕緣

根據(jù)產(chǎn)品圖紙尺寸用特殊局部絕緣工具[3-4](見圖1)和相應尺寸的絕緣膠帶對銅材進行局部絕緣處理。

圖1 局部電鍍用滾膠裝置和設備Figure 1 Glue-rolling device and glue applicator for local electroplating

2.2 陰極電解除油

2.3 鍍銀

2.3.1 預鍍銀

由于銀鎳電位相差大，鍍銀時需帶電下槽，在工件進槽后，需用1 A/dm2的電流沖擊30 s。

2.3.2 鍍銀

時間根據(jù)電流和復合銀層厚度而定。

2.4 真空退火

為了消除鎳鍍層內(nèi)應力的影響，在加工前需對變形量較大、復合層材料容易斷裂的工件進行真空退火處理，溫度400～500°C，保溫時間30～60 min。

2.5 沖壓成型

根據(jù)產(chǎn)品圖紙加工成型，由于產(chǎn)品變形量較大，所以只可采用內(nèi)應力小、延展性能好的復合層材料。

圖2 不同銅材質(zhì)零件單面鍍銀的效果Figure 2 Effectiveness of silver plating on one side of different copper substrate parts

2.6 拋光保護

在拋光前要對工件進行除油、除銹處理。

2.7 包裝入庫

分選、計量、真空包裝入庫。

3 產(chǎn)品性能

按上述工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品見圖3，其機械性能、結(jié)合力和外觀良好，易加工成型，電性能優(yōu)良，節(jié)銀效果明顯。

圖3 典型的電接觸元件成品Figure 3 Finished products of typical electrical contact components

4 結(jié)語

選擇機械性能(包括可塑性、抗張強度、韌性和延展性)良好的鎳鍍層作為電接觸元件生產(chǎn)的過渡層，在電觸點和電觸片的電鍍生產(chǎn)過程中起到重要的作用，其對產(chǎn)品的機械加工效果和外觀影響較大，在鍍層性能要求、生產(chǎn)控制和維護等方面與傳統(tǒng)裝飾鍍鎳相比差異較大。本文所介紹的鍍鎳工藝操作簡單，性能穩(wěn)定，工藝范圍寬，電流效率高，沉積速度快，在使用脈沖電源，電流密度為2.5 A/dm2的情況下施鍍1 h，鍍層厚度達(30 ± 5)μm。鍍層光亮、平整、延展性好，可經(jīng)受90°折彎而不出現(xiàn)裂紋。所用電鍍?nèi)芤悍€(wěn)定，鍍鎳成品率達98.5%以上，3～6月才需大處理槽液一次。

[1]張允誠,胡如南,向榮.電鍍手冊[M].2 版.北京:機械工業(yè)出版社,1997.

[2]沈?qū)幰?許強令,吳以南.鍍鎳技術問答[M].上海:上?？茖W技術出版社,1985.

[3]柳州市建益電工材料有限公司.滾膠裝置:CN,203346498U [P].2013–12–18.