提高深腔零件鍍鎳耐蝕性的工藝研究

張丕英

（中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川成都 610041)

提高深腔零件鍍鎳耐蝕性的工藝研究

張丕英

（中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川成都 610041)

為提高深腔鋼件鍍鎳層耐蝕性能（主要是濕熱實驗），從影響鍍鎳工藝深鍍能力和均鍍能力的因素出發(fā)，結(jié)合化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用，開展了一系列的工藝實驗研究。結(jié)果表明：改善電鍍雙層鎳深鍍和均鍍能力的工藝措施，對深腔零件耐蝕性實際影響有限，還需結(jié)合化學(xué)鍍鎳和電鍍鎳的工藝特點，更有助于提高深腔零件鍍鎳層深鍍和均鍍能力，提高零件耐蝕性。

鍍鎳；深鍍能力；均鍍能力

一定厚度的雙層鎳因兩層鎳含硫量不同，它們的電極電位也不同，在環(huán)境實驗條件下發(fā)生化學(xué)腐蝕時，電位較負(fù)的光亮鎳層作為原電池的陽極，使腐蝕方向發(fā)生在鍍層表面，從而保護(hù)了半光亮鎳及底層鋼件，達(dá)到防護(hù)要求。

在電鍍過程中，鍍層在零件表面分布的均勻性和完整性是決定鍍層質(zhì)量的重要因素，根據(jù)法拉第定律，陰極表面不同部位所得鍍層的厚薄，均勻與否（如果不考慮電流效率的影響）取決于電流在陰極表面的分布是否均勻。電鍍雙層鎳工藝由于電流電力線分布不均勻、溶液均鍍和深鍍能力局限等因素導(dǎo)致鍍層厚薄不均勻，尖端部位鍍層很厚，深腔、深腔中心、折彎部位鍍層很薄，厚度偏薄部位其防護(hù)能力較差。

我所大量設(shè)備的鋼件機箱采用電鍍雙層鎳作為耐蝕性防護(hù)層，其底座、安裝架等結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尤其是3U、4U深腔部件，在設(shè)備10周期濕熱實驗（按照GJB150.09—2005）后，容易出現(xiàn)長紅銹的現(xiàn)象。為了解決這一問題，2009年初，我們把提高鍍鎳深鍍和均鍍能力，提高機箱底座耐蝕性列為了工藝課題，從增加電鍍?nèi)芤旱膶?dǎo)電性、向溶液中加入能提高深鍍能力的添加劑、改變高頻電源脈沖和頻率、采用輔助陽極等影響鍍液深鍍和均鍍能力的幾個方面，以及在電鍍工藝中增加化學(xué)鍍鎳層的方法進(jìn)行了探索。

1 實驗

1.1 基材前處理

基材為冷軋08AL低碳鋼，尺寸為60mm×40mm×2mm的試片，2U深腔半成品機箱底座。前處理工藝流程：拴掛—酸蝕除銹[時間（25±20）min，溫度（20±15oC）]—水洗—電解去油[槽溫：（60±10）oC，先陰極去油，電流密度（7.5±2.5）A/dm2，（8±4）min，再陽極去油（7.5±2.5）A/dm2，（8±3）min]—水洗—去掛灰—水洗—活化。

1.2 實驗方案

1.2.1 增加循環(huán)過濾，增加空氣攪拌

通過增加循環(huán)過濾裝置，清除溶液懸浮物，保證溶液潔凈度。通過在槽底增加空氣攪拌裝置，提高金屬離子在溶液中的遷移速度，加快溶液交換能力，降低濃差極化，即讓溶液中的金屬離子移動和交換得更充分，以達(dá)到提高均度能力的目的。理論上是空氣攪拌越劇烈，濃差極化越小。在實際操作中，考慮到槽子體積和溶液中的濕潤劑會導(dǎo)致大量氣泡溢出，選擇了適當(dāng)?shù)臍鈮菏谷芤撼史序v狀即可。

1.2.2 優(yōu)選兩種添加劑，促使陰極極化度增大

在與一些同行的溝通交流后，安美特公司向我們推薦了他們新開發(fā)的添加劑：安麥克1900半光亮鎳、鎳高勒光亮鎳767。

安麥克1900半光亮鎳工藝參數(shù)見表1：

表1 安麥克1900半光亮鎳工藝參數(shù)

鎳高勒光亮鎳767工藝參數(shù)見表2：

表2 鎳高勒光亮鎳767工藝參數(shù)

1.2.3 調(diào)整電源頻率和脈寬，增加輸出頻率，采用短時間沖擊電流，提高氫在基體金屬上的過電位。

1.2.4 采用輔助陽極，調(diào)整電流分布狀態(tài)

根據(jù)理論分析，影響鍍鎳均鍍和深鍍能力的一個重要因素是電鍍時電力線的分布不均勻，即尖端部位因放電電力線分布較密，深凹處分布較疏。這也就導(dǎo)致了電鍍后尖端部位鍍層較厚，深凹處鍍層較薄。

本實驗采用一打孔不銹鋼平板對陽極的電力線進(jìn)行局部屏蔽的方式，希望改善分布均勻性。陽極屏蔽工裝見圖1：

圖1 陽極屏蔽工裝

1.2.5 采用化學(xué)鍍鎳和電鍍雙層鎳相結(jié)合的方式

1.2.5.1 實在過程

新配化學(xué)鍍鎳溶液，將溶液加熱至85℃，選取6塊試片進(jìn)行實驗，一塊進(jìn)行60min化學(xué)鍍鎳，另外兩塊進(jìn)行90min的化學(xué)鍍鎳，剩下三塊試片進(jìn)行雙層鎳電鍍50min。

實驗后進(jìn)行5%的鹽水浸泡實驗，化學(xué)鍍鎳試片上出現(xiàn)了藍(lán)綠色的小點，雙層鎳試片上出現(xiàn)了黃色的流痕。

1.2.5.2 改進(jìn)實驗

采用2U深腔半成品進(jìn)行實驗，選用電鍍雙層鎳+化學(xué)鎳，化學(xué)鎳+雙層鎳，化學(xué)鎳三種方案，樣件鍍覆后按照GJB150.09—2005進(jìn)行10周期濕熱實驗。

2 試驗測試結(jié)果及討論

2.1 增加空氣攪拌

實驗時電流密度參照工藝規(guī)程選擇為2A/dm2，電鍍時間40min，溶液溫度50℃。采用電解測厚儀（武漢材保所DZB電解測厚儀）對鍍層厚度進(jìn)行測試。對增加壓縮空氣攪拌和未攪拌的試片鍍層厚度測試結(jié)果見表3：

表3 試片各位置厚度分布圖

壓縮空氣攪拌試片見圖2：

圖2 壓縮空氣攪拌試片

未攪拌試片見圖3：

圖3 未攪拌試片

小結(jié)：增加攪拌對深鍍和均鍍能力影響不大。

2.2 換用安美特新添加劑

兩種優(yōu)選添加劑電鍍試片和原有馬克系列添加劑電鍍試片厚度測試結(jié)果見表4：

表4 不同添加劑電鍍試片厚度測試結(jié)果

新添加劑試片效果圖見圖4：

圖4 安麥克、鎳高勒添加劑試片

原有溶液試片效果圖見圖5：

圖5 原有溶液電鍍試片

小結(jié)：安麥克、鎳高勒添加劑對均鍍和深鍍能力的提升影響不大。

2.3 整流器調(diào)整頻率和脈寬

通過調(diào)整輸出電流的脈寬，增加電流頻率后進(jìn)行雙層鎳電鍍實驗，實驗試片之一見圖6：

圖6 增加脈寬和頻率的電鍍試片

小結(jié)：脈寬、頻率對均鍍和深鍍能力影響不大，但頻率≤20kHz時外觀較差，主要表現(xiàn)為鍍層亮度降低。

2.4 陽極屏蔽（電力線屏蔽）

使用陽極屏蔽和不使用屏蔽電鍍試片厚度測試情況見表5：

表5 陽極屏蔽和常規(guī)電鍍試片厚度

使用工裝后電鍍試片效果見圖7：

圖7 陽極屏蔽電鍍試片圖

不加屏蔽常規(guī)電鍍的試片效果見圖8：

圖8 常規(guī)電鍍試片

小結(jié)：采用陽極屏蔽對均鍍和深鍍能力影響不明顯。

2.5 化學(xué)鎳+電鍍光亮鎳

2.5.1 雙層鎳電鍍后，再進(jìn)行化學(xué)鎳。實驗工藝流程及濕熱實驗結(jié)果如表6

表6 雙層鎳+化學(xué)鎳工藝流程及濕熱實驗結(jié)果

2.5.2 先進(jìn)行化學(xué)鍍鎳后，再進(jìn)行雙層鎳電鍍。實驗工藝流程及濕熱實驗結(jié)果如表7

表7 化學(xué)鎳+雙層鎳工藝流程及濕熱實驗結(jié)果

2.5.3 只進(jìn)行化學(xué)鎳實驗，實驗工藝流程及濕熱實驗結(jié)果如表8

表8 化學(xué)鎳工藝方案濕熱實驗結(jié)果

2.5.4 化學(xué)鎳+光亮鎳樣件效果見圖9

圖9 化學(xué)鎳+光亮鎳樣件

小結(jié)：一定厚度的化學(xué)鎳與雙層鎳結(jié)合，完全能滿足深腔零件耐蝕性對鍍層的要求。

3 結(jié)果與討論

通過以上改善實驗和測試結(jié)果，充分說明單從電鍍雙層鎳工藝進(jìn)行深度能力和均鍍能力的改善，其效果不理想。對于深腔零件，雙層鎳工藝本身深鍍和均鍍能力較差，加上零件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)對電力線物理屏蔽，導(dǎo)致鍍層厚度不均勻更嚴(yán)重。

化學(xué)鍍鎳是金屬沉積的一種方式，鍍覆過程不存在電力線分布問題，只需控制溶液組成、攪拌、溫度、pH值等參數(shù)在工藝范圍內(nèi)，沉積鍍層厚度的均勻性遠(yuǎn)優(yōu)于電鍍雙層鎳工藝鍍層。外觀上，化學(xué)鍍鎳為半光亮，容易變色且耐臟性較差，光亮鎳的外觀優(yōu)于化學(xué)鍍鎳層。

采用化學(xué)鍍鎳+雙層鎳的方法是為了結(jié)合兩種鍍層的優(yōu)點?；瘜W(xué)鍍鎳層與電鍍雙層鎳層性能比較見表9：

表9 化學(xué)鍍鎳層與電鍍雙層鎳層性能比較

通過上表可以看出化學(xué)鍍鎳的均鍍能力及耐蝕性能都優(yōu)于目前所使用的雙層鍍鎳。只鍍化學(xué)鎳，或者化學(xué)鎳結(jié)合雙層鎳均可改善復(fù)雜零件的防護(hù)性能，即鍍層厚度均勻性和厚度指標(biāo)能滿足工藝要求。但是化學(xué)鎳是關(guān)鍵，在電鍍過程中必須保證化學(xué)鎳的鍍層厚度在6μm以上，即正?；瘜W(xué)鍍鎳至少1h。

4 結(jié)論

1）采用增加攪拌、新添加劑、陽極屏蔽、調(diào)整輸出電流的脈寬和頻率等改善方式對雙層鎳的深鍍和均鍍能力影響不顯著。

2）因為化學(xué)鍍鎳的均鍍性很好，雙層鎳外觀采用化學(xué)鍍鎳+光亮鎳是目前解決零件深腔部位鍍層較薄最有效的方式。

[1] 程秀云.電鍍技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

Study on Improving the Corrosion Resistance of Deep-cavity Parts Nickel Plating

Zhang Pi-ying

In order to improve the corrosion resistance（mainly damp heat test）of nickel plating layer in deep cavity steel，a series of processes were carried out from the factors influencing the deep plating ability and plating ability of nickel plating process combined with electroless nickel plating.Experimental Research.The results show that the technical measures to improve the corrosion resistance of deep layer parts are limited，and it is necessary to combine the characteristics of electroless nickel plating and electroplating nickel.It is helpful to improve the deep cavity parts Nickel plating layer plating and plating capacity，improve the corrosion resistance of parts.

nickel plating；deep plating capacity；plating capacity

TG54

B

1003–6490（2017）11–0159–03

2017–09–19

張丕英（1972—），女，四川成都人，工程師，主要從事表面處理、裝備三防工藝的技術(shù)和質(zhì)量管工作。