铍青铜零件电镀银前处理工艺改进

分析了铍青铜零件电镀银的难点，对前处理工艺进行了改进。提出了以下较理想的工艺流程：超声波清洗─电化学除油─盐酸活化─碱煮─除膜─混酸腐蚀─化学抛光─盐酸出光─氰化预镀铜─预镀银─镀银─后处理(防银变色)。采用该工艺后，解决了铍青铜零件电镀银后镀层结合力不好、容易变色的问题，保证了产品质量。

    1·前言

    铍青铜材料具有很好的加工成型性能，经过热处理加工，其硬度、强度、耐蚀性和抗疲劳性能可得到提高，具有良好的导电性和导热性，是一种综合性能优良的结构材料，主要用作弹性元件和耐磨零件。零件表面通过镀银进行表面改性，可提高装配中的焊接性能和组件的导电性能[1]。笔者所在单位的铍青铜(QBe2)零件很薄，厚度仅为0.1~0.2mm，边缘有许多细齿，表面处理工艺为镀银3~5μm。QBe2中含铍量为1.8%~2.1%，含镍量为0.2%~0.5%，余量为铜元素。在镀银过程中易出现以下问题：零件表面腐蚀，尺寸变化大；镀层出现小黑点，影响产品外观质量；镀层与基体材料结合力差，镀层起皮。造成上述问题的主要原因是材料本身含有大量的铍及镍元素，在热处理过程中，表面产生了一层暗红带褐色的氧化膜(其主要成分为CuO、Cu2O、BeO、氧化镍等)；另外，零件表面有大量油污，若热处理前清洗不干净，则氧化严重，所形成的氧化膜比较致密，采用常规的电镀前处理清洗工序很难去除。

    2·有针对性的工艺试验改进

    电镀银的主要工艺及配方采用常规的光亮镀银工艺，试验的主要工作放在前处理以及电镀过程中局部参数的改进上。

    2.1 工艺流程试验改进

    根据理论分析认为，镀层出现结合力差，起皮、起泡，镀层有小黑点的问题，主要原因是：零件在加工前经过热处理淬火时效处理，表面产生一层致密的氧化皮，在后续机械加工过程中，出于防锈的需要，零件表面涂有一层厚厚的防锈油脂，在前处理过程中没有去除干净所致。

    2.1.1 常规的镀银工艺流程

    常规清洗─化学除油─强酸腐蚀─铬酸盐出光─镀银─后处理(防银变色)。

    该工艺在加工中存在如下问题：零件表面容易在强酸中被腐蚀，出现尺寸超差，材料失去弹性，零件在存放以及装配过程中比较容易变色。

    2.1.2 工艺改进后的镀银工艺流程

    为了解决常规前处理中存在的问题，试验了多种处理方法，并对处理后铍青铜零件的表面色泽、弹性、防腐性能、尺寸作了比较，得出以下工艺流程：超声波清洗─电化学除油─盐酸活化─碱煮─除膜─混酸腐蚀─化学抛光─盐酸出光─氰化预镀铜─预镀银─镀银─后处理(防银变色)。

    2.1.3 工序说明

    2.1.3.1 超声波清洗

    超声波清洗介质为西安康明超声波仪器有限公司生产的XC-1型中性超声波专用清洗剂，浓度为5%，温度为40~50°C，超声波频率为25kHz。

    2.1.3.2 电化学除油

    其目的是进一步去除干净零件表面油污，工艺流程为：阴极除油3min+阳极电解反拔除油30s。电解除油工艺配方及操作条件如下：FM-3型弱碱性电解除油粉50g/L，温度60~80°C，pH10.0~11.5。

    2.1.3.3 盐酸活化

    采用30%的稀盐酸溶液，在室温下浸泡5~10s，目的是去除零件表面在除油过程中产生的氧化物薄膜，为后续加工活化表面。

    2.1.3.4 碱煮

    在含500~550g/L氢氧化钠与200~250g/L亚硝酸钠的溶液中碱煮20min，使零件表面因热处理而产生的氧化皮松动。

    2.1.3.5 除膜

    采用10%的稀硫酸溶液，在室温下浸泡5~10s，目的是除去零件表面氧化膜。

    2.1.3.6 混酸腐蚀

    采用铬酸盐与硫酸混合酸液除去零件表面的热处理氧化皮。由于零件表面经过了碱煮、除膜工序，零件表面氧化皮已松动，在混酸中很容易去除，露出均匀、新鲜的基体表面，提高镀层的结合力。工艺配方及操作条件为：铬酐80~100g/L，硫酸25~35g/L，无机添加剂1.5~2.0g/L，室温，时间3~5s。

    2.1.3.7 化学抛光

    为了提高零件表面镀层的致密性，采用镀前化学抛光的方法，提高零件表面的光洁度。铍青铜零件多为冲压件，表面粗糙度Ra大于6.3μm，虽然满足装配的需求，但由于零件表面粗糙度较大，镀银后镀层孔隙率大，容易变色。若采用机械抛光，零件容易变形。采用化学抛光则可以解决以上问题，表面粗糙度可达到Ra=1.6μm。化学抛光工艺的配方与参数为：硝酸200mL，磷酸500mL，有机酸300mL，室温，时间0.5~1.0min。零件入槽前必须干燥。

    2.1.3.8 盐酸出光

    采用30%的稀盐酸溶液，在室温下浸泡5~10s，为后续电镀加工活化表面，提高零件基体金属与镀层的结合力。

 2.1.3.9 氰化预镀铜

    在电镀前采用氰化预镀铜工艺，目的是在洁净的零件表面上沉积一层结合力良好的铜层，保证银镀层与基体金属良好的结合力。氰化预镀铜配方及工艺条件如下：

    2.1.3.10 预镀银

    由于金属铜比金属银活泼，当零件进入镀银槽后，基材表面会很快产生一层结合力非常差的置换银层，导致镀层起皮、起泡。在镀银前增加预镀银工序，可使电化学置换反应的发生几率大大降低，提高镀层与基体金属的结合力。预镀银工艺配方为：

    2.2 电镀银工艺参数及防银变色的试验

    为了进一步提高镀层质量，保证镀层光亮细致，对工艺参数进行细化，采用的镀银工艺参数为：电流密度0.5~1.0A/dm2，槽液温度20~30°C。防银变色工艺流程为：化学钝化─电化学钝化─浸涂DJB-823保护剂─干燥。

    采用阴极移动的方式搅拌，频率15~25次/min，行程100~150mm。

    3·镀层性能试验

    按照航标HB5051-1993《银镀层质量检验》标准对镀层质量进行检验，检验结果如下：

    3.1 外观

    由专职电镀检验员进行检验，镀层外观光亮、均匀，完全符合标准要求。

    3.2 结合力

    采用划格法进行检验。检验时采用与零件相同材料、相同表面状态且同槽电镀的试片(规格为10mm×5mm×1.5mm)，划出5~6条互相垂直交错的直线，间隙1mm，深达试片基体。然后用胶带粘贴划格处，用力撕下胶带纸。观察直线交叉处，镀层无起皮、脱落现象.

    3.3 耐蚀性

    零件采用普通包装，存放半年不变色；室内大气暴露试验，半年基本不变色，一年后略微变黄。在1%的H2S气体内，腐蚀试验24h，镀层外观无变化。

    3.4 电器性能

    测试零件表面接触电阻，均为0.4?，符合标准要求。

    3.5 焊接性能

    镀层经焊接装配试验，焊料的浸润性达到装配要求，焊接性能优良。

    4·铍青铜零件电镀银的注意事项

    要想提高铍青铜电镀加工质量，还应做好以下几个方面的工作：

    (1)前处理要彻底，各工序间清洗要干净，尤其不要将重金属离子带入镀液之中，防止污染电镀液。

    (2)碱煮后要立即浸入冷水中清洗，以利于酸洗去膜。

    (3)零件在工序间停留于空气中的时间越短越好，以防止零件基体被氧化，影响镀层结合力。

    (4)在装挂中要根据零件的实际情况选择合理的挂具，防止零件变形。

    (5)所选取的各种镀液必须在合格范围内，才能保证加工质量；加工过程中必须合理地选择工艺参数。

    (6)在热溶液中电镀的铍青铜零件，先在热水槽中进行预热处理，有利于提高镀层结合力。

    5·应用效果

    采用上述前处理工艺除去铍青铜零件表面氧化膜以后，对铍青铜的尺寸与弹性均无影响，电镀质量非常理想。多年的科研批产考核证明，该工艺成熟、质量稳定，镀层性能经检测均达到标准要求。

文章编辑：河南中整光饰机械有限公司  http://www.szdp999.com 

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