航空電連接器接觸體局部鍍金工藝研究

中航工業(yè)沈陽興華航空電器有限責(zé)任公司 孫 淼 徐加有

隨著航空技術(shù)產(chǎn)業(yè)的需求及發(fā)展，對接觸體電鍍的精度要求也越來越高，電鍍技術(shù)也隨著產(chǎn)業(yè)在向前發(fā)展。隨著國內(nèi)外高速局部鍍金工藝的逐漸完善及局部電鍍設(shè)備自動化程度的加強，越來越多的軍民品都由原來的整體鍍金改為局部鍍金，從產(chǎn)品的設(shè)計要求和降低成本角度考量，都在推動著局部鍍金技術(shù)的發(fā)展[1]。

航空電連接器接觸體按用途和材料可分為A、B、C、D 4種類型。A型（一般使用要求的銅合金接觸體）、B型（用于氣密封的鐵合金接觸體）、D型（用于屏蔽工況用途的銅合金接觸體）航空電連接器接觸體（特殊產(chǎn)品除外）除使用部位規(guī)定的區(qū)域必須達(dá)到規(guī)定的鍍金層厚度外，其余部位鍍層厚度可不做要求，因此航空電連接器接插件可以采用局部鍍金工藝進(jìn)行生產(chǎn)[2]。通過試驗驗證不同金離子濃度、添加劑濃度和電源的選擇都影響電流密度范圍、沉積速率和鍍層質(zhì)量，局部鍍金可以滿足航空電連接器的產(chǎn)品性能，同時可以節(jié)約成本1/3～1/2，經(jīng)濟效益好。

1 試驗方法

1.1 局部電鍍原理

局部電鍍原理為通過鍍液和產(chǎn)品接觸區(qū)域的控制來達(dá)到產(chǎn)生局部電鍍層的工藝過程，也就是要電鍍區(qū)域浸在鍍液中，零件與溶液接觸的部位會被電沉積金鍍層，未浸在溶液中的部位因接觸不到溶液，則不會有金鍍層沉積。

1.2 局部鍍金基準(zhǔn)鍍液與試驗條件

以給定的基準(zhǔn)鍍液及試驗條件為標(biāo)準(zhǔn)（局部鍍金工藝規(guī)范見表1），每次試驗只改變其中某一項工藝參數(shù)，其他的工藝參數(shù)暫不改變，進(jìn)行局部鍍金試驗[3-5]。

表1 局部鍍金工藝規(guī)范

1.3 試驗件及局部鍍金部位

本試驗以22D#航空接觸體做為試驗件進(jìn)行局部鍍金試驗（圖1所示為試驗件零件），其中X部位鍍金層厚度要求達(dá)到1.27μm以上，非X部位鍍金層厚度不做要求，即X部位為需要局部鍍金的部位。

2 試驗結(jié)果

2.1 金離子濃度

試驗結(jié)果表明，隨著[Au]濃度的提高，電流密度的上限也相應(yīng)提高：

當(dāng)[Au]=5g/L時，電流密度的上限值為Dk=6A/dm2；

當(dāng)[Au]=10g/L時，電流密度的上限值為Dk=12A/dm2；

當(dāng)[Au]=15g/L時，電流密度的上限值為Dk=14A/dm2。

圖1 22D#航空接插件零件Fig.1 22D# aero electrical connector

在滿足鍍金層質(zhì)量的前提下，提高金離子含量可以增大電流密度范圍，提高沉積速率。但批量生產(chǎn)過程中由于鍍件帶出而消耗的槽液占槽液量的10%～20%，如果槽液中金離子含量提高，那么帶出損耗及成本都會提高，從經(jīng)濟效益和產(chǎn)品質(zhì)量等多方面考慮，我公司工藝規(guī)定金離子濃度以8～12g/L。

2.2 電流密度

由于鍍金過程沉積速率與電流密度成正比，即電流密度越大，得到規(guī)定厚度的鍍層花費的時間越少，同時也就意味著局部鍍金設(shè)備所需要設(shè)置的槽體長度也越短，但當(dāng)電流密度增至一定程度時，沉積速率的變化趨于緩慢。

試驗結(jié)果表明：

當(dāng)Dk=2～4A/dm2時，沉積速率變化最為明顯；

當(dāng)Dk=10～14 A/dm2時，沉積速率變化非常緩慢。

局部鍍金電流密度與沉積速率關(guān)系見圖2。

圖2 電流密度與沉積速率關(guān)系圖Fig.2 Re lationship between current density and deposition rate

2.3 添加劑濃度

試驗結(jié)果表明：未加入HSN添加劑時，其電流密度上限值為6A/dm2，同時沉積速率也明顯降低，沉積速率達(dá)到1.0μm/min后增加非常緩慢；加入HSN添加劑后，電流密度上限值提高到15A/dm2左右。HSN添加劑濃度在8～15m l/L之間時，電流密度—沉積速率曲線沒有明顯變化。加入HSN添加劑后，電流密度上限值明顯增加，同時鍍層滲透力、附著力也增強，產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。

2.4 硅整流電源

由于脈沖電流對傳質(zhì)過程的影響，在脈沖電鍍時，消耗的金屬離子迅速擴散、補充到陰極附近，金屬離子濃度得以快速恢復(fù)。脈沖電鍍的峰值電流可以大大高于平均電流，促使晶種的形成速度高于晶體長大的速度，使鍍層結(jié)晶細(xì)化，排列緊密、孔隙減少、鍍層均勻性好，脈沖電鍍提高了瞬時電流密度，加速了電沉積速度。而使用直流電鍍時在陰極和溶液界面處形成較厚的擴散層，使陰極表面金屬離子濃度降低產(chǎn)生濃差極化，電沉積的速度變慢[6-7]。

2.5 產(chǎn)品質(zhì)量

為了保證鍍金層結(jié)合力，局部鍍金前在接觸體表面進(jìn)行了滾鍍金處理。對X部位進(jìn)行局部鍍金后，外觀質(zhì)量略有變化（圖3所示為X部位局部鍍金后接觸體外觀）。為了滿足產(chǎn)品外觀一致性的要求，我公司對局部鍍金后的零件整體進(jìn)行了閃鍍金處理（整體閃鍍金后接觸體外觀見圖4）。

為直觀了解局部鍍金層狀態(tài)，對局部鍍金部位和非局部鍍金部位進(jìn)行了金相檢測，鍍層連續(xù)、均勻，局部鍍金部位鍍層厚度明顯高于非局部鍍金部位（試驗件金相圖見圖5、圖6）。

圖3 X部位局部鍍金后外觀圖Fig.3 Appearance of X parts after selective gold-plating

圖4 整體閃鍍金后外觀圖Fig.4 Appearance after whole gold-plating

圖5 X部位金相圖Fig.5 Metallograph of X parts

圖6 非X部位金相圖Fig.6 Metallograph of non-X parts

為驗證局部鍍金產(chǎn)品質(zhì)量性能，對局部鍍金后接觸體進(jìn)行了試驗驗證，除外觀檢查外，試驗項目還包括鍍層厚度試驗、結(jié)合力試驗、硬度試驗、耐鹽霧試驗、耐熱性試驗、耐濕熱性試驗、耐磨性試驗、孔隙率試驗、耐硝酸試驗共9項試驗[8]。經(jīng)試驗驗證產(chǎn)品性能滿足國軍標(biāo)及ASTM等標(biāo)準(zhǔn)要求[9]（具體試驗項目及試驗結(jié)果見表2）。

3 經(jīng)濟效益

航空電連接器接觸體除規(guī)定的區(qū)域鍍金層厚度要求達(dá)到1.27μm以上外，其余部位鍍層厚度可不做要求。以試驗件22D#航空接插件為例，零件表面積為0.109dm2，X部位的表面積僅為0.033dm2，占總面積的30.28%，以X部位平均鍍層厚度1.35μm，非X部位鍍層平均鍍層厚度0.5μm計算，采用局部鍍金成本只為整體鍍件成本的56.1%。可見，與整體鍍金相比航空接插件采用局部鍍金成本可節(jié)約1/3～1/2。

4 結(jié)論

（1）在局部鍍金中，除了金離子濃度外，添加劑的加入和硅整流電源的選擇也是對電流密度范圍、沉積速率和鍍層質(zhì)量有較大影響的工藝參數(shù)。

表2 試驗項目及試驗結(jié)果

（2）局部鍍金的航空電連接器接插件無論是外觀質(zhì)量還是產(chǎn)品性能都可以滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

（3）航空電連接器接插件采用局部鍍金工藝可以節(jié)約成本1/3～1/2，經(jīng)濟效益好。

[1] 秦勇飛.精密局部鍍金技術(shù)在連續(xù)電鍍方面的應(yīng)用.江蘇表面工程, 2010(111):36-38.

[2] 佘玉芳,裴學(xué)良,曾志高,等.GJB1216-1991電連接器接觸件總規(guī)范,1991.

[3] 張允誠，胡如南，向榮.電鍍手冊 第4版. 北京：國防工業(yè)出版社, 2011.

[4] Schlesinger M, Paunovic M.現(xiàn)代電鍍 第4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社. 2006.

[5] 沈涪.接插件電鍍 第1版.北京:國防工業(yè)出版社，2007.

[6] 劉勇,羅義輝,魏子棟.脈沖電鍍的研究現(xiàn)狀.電鍍與精飾,2005, 5(27)：25-29.

[7] 許維源.近年來脈沖電鍍發(fā)展概況.電鍍與精飾, 2003,6(22):41-45.

[8] 于東林,趙長春,周志春,等.GJB1941-94金電鍍層規(guī)范,1994.

[9] ASTM B488-01 Standard Specification for Electrodeposited Coatings of Gold for Engineering Uses.United States:ASTM International,2001.