工艺技术_铝合金镀银工艺介绍

铝合金镀银工艺介绍 制作人 杨明斜厦门恩森金属表面技术开发有限公司2012 07 01 ENSOOTECH 铝合金和银性能介绍 铝金属性质 铝具有良好的导电性能 及传热快 比重轻 易于成型 但铝有硬度低 不耐磨 不易焊接等缺点 限制了其应用范围和使用寿命 通过电镀可以扬长避短 扩大了其应用范围 铝的化学性质较为活泼 比铁 锌还活泼 但铝表面易形成钝化膜阻碍了铝的进一步氧化 所以铝也被广泛运用于日常生活用品中 如门窗 厨具等 铝合金简介 为提高铝在某方面的物理 化学性能 常加入少量的硅 铜 铁 镁 锰 铬 锌 钛等微量元素 形成铝合金 常见的有5052 5083 6061 7075等型号 大致个分为几个系列 如下表 银金属性质 银有优越的导电性 电阻系数仅为1 58 cm 是导电性最好的金属材料 也有良好的导热性 焊接性能 但因价格昂贵 常采铜材 铝材表层电镀 运用于通讯领域 电开关领域上的电接触部件 银有较稳定的化学性质 不容易发生氧化 但银易与空气中的硫化物氧化生产硫化银黑色物质 铝合金镀银应用领域 开关领域广泛应用在电器开关的接触头 防止铜氧化导电不良引起的电网跳闸事故 行业代表有ABB 华电等 通信领域广泛应用在通信器上 如双工器 滤波器 波导等通信器材 以达到电通要求 行业代表有中兴 华为等 防止工件在使用环境中银层发生氧化 主要防止银层与空气中的硫化物发生氧化 变色等 主要镀层 即前面步骤均为镀银做准备 过渡作用 防止工件表面的铜与银槽的银离子发生置换反应及污染银槽药水 打底作用 提高银层与工件的结合力 铝与锌置换反应 工件表面置换上锌层 去除工件表面油污 以提高镀层与工件之间结合力 水洗 2 水洗 3 水洗 3 水洗 3 水洗 3 水洗 3 水洗 3 水洗 3 除油 碱蚀 酸蚀 一次浸锌 退锌 二次浸锌 氰化镀铜 预镀银 镀银 银保护 铝合金镀银详细工艺 工件表面获得结合力较为良好的锌层 将工件经一次浸锌后表面的锌层退除 去除工件经碱蚀后残留于表面的不溶于碱的铝合金其它合金成份及杂质 去除工件表面氧化膜及粗化表面 以提高镀层与工件之间结合力 一 除油 除油目的 去除工件表面经加工 包装等残留的油污 以矿物油为主 提高镀层与工件之间的结合力及产品外观 除油原理 采用浸泡 超声波 电解等方式 通过对油脂进行溶解或分解达到除油的效果 铝件常见的除油方式有 有机溶剂除油和化学除油两种 有机溶剂除油 利用油脂与有机溶剂可互溶原理 将工件浸泡于有机溶剂中 使油污在有机溶剂中溶解 达到除油效果 有机溶剂除油不够彻底 后续需再经过化学除油才可进行电镀 其优点是除油速度快 操作简单 不腐蚀工件 缺点是易挥发 易燃 有毒 成本高 常用的有机溶剂有 汽油 三氯乙烯 丙酮 四氯化碳等 化学除油 通过化学反应 油脂发生皂化反应和乳化作用分解 分离油脂 达到除油效果 对于铝件 有一般热脱脂和超声波除油两种 超声波除油即利用超声波的强烈震荡使油脂在乳化作用下迅速脱落 动植物油与碱发生皂化反应 C17H35COO 3C3H5 3NaOH 3C17H35COONa C3H5 OH 3油脂 硬脂酸甘油酯 碱肥皂 硬脂酸钠 甘油矿物油不与碱反应 主要与除油粉中的表面活性剂发生乳化作用 使其生成细小的 可溶于水的 小油珠 达到除油效果 铝合金可与碱发生反应 为避免工件在除油过程中发生氧化 腐蚀等 除油粉一般采用碱性较弱的铝合金专用除油粉 生产维护 有机溶剂除油 远离火源 100 溶液浸泡至工件表面油污除尽 需定期捞起液面悬浮赃物 防止工件提起时产生二次污染 化学除油 1 溶液配置 1 往槽子加入约3 4体积的水 2 加入计算量的EFC 142除油粉 搅拌至完全溶解 3 补加水至所需体积 加温至工艺温度 2 条件控制3 操作要点 1 工件除油不彻底易造成镀层起泡 发雾 发花等不良 2 温度越高 溶度越高 时间越长 超声波频率越大除油效果越好 对工件腐蚀性也越大 反之除油效果越差 3 超声波调节大小视毛坯表面光泽度而定 较光亮的毛坯超声波要适当调小否则工件易打伤 造成电镀后外观块状白斑 4 尽量让工件较难除油的内孔对着超声波发射器 利于孔内油污去除 二 碱蚀 碱蚀目的 去除铝合金工件表面自然氧化皮及粗化工件表面 从而提高镀层结合力 碱蚀原理 铝属两性金属 其氧化物及铝单质能与强碱发生快速反应 达到去除氧化皮 粗化基材表面的效果 Al2O3 2NaOH 3H2O 2Na Al OH 4 氧化皮与碱反应达到去除效果2Al 2NaOH 6H2O 2Na Al OH 4 3H2 铝基材与碱反应达到粗化表面效果工件刚进入碱蚀溶液时 刚开始不产生气泡即氧化皮与碱的反应过程 待几秒过后 产生大量气泡 氢气 即铝基材与碱发生的反应 铝合金中的铝及表层的氧化铝能与碱反应 但含量较少的其它成份铜 铁 镁 锰 硅等不溶于碱 碱蚀后残留于工件表面形成 挂灰 必须靠后道的酸蚀工序去除 生产维护 溶液配置1 往槽子加入约3 4体积的水 2 加入计算量的EN AL 16碱蚀粉 搅拌至完全溶解 3 补加水至所需体积 加温至工艺温度 条件控制操作要点1 溶液碱性性强 操作时防止溶液喷到身上 2 温度越高 溶度越高 时间越长工件表面的碱蚀程度越大 镀层结合力较好 但工件表面易造成局部过腐蚀 产生白斑 花斑等外观不良 反之结合力较差 外观较好 3 对于基材结果组织较差的铝件 碱蚀过程容易产生花斑症状 介于镀层外观和结合力问题 对碱蚀温度和时间作适当降低 4 溶液过久没更换 杂质含量过高也容易造成外观花斑现象 三 酸蚀 酸蚀目的 去除铝件经碱蚀后表面残留的铜 铁 镁 锰 硅等不溶于碱的残渣保证了镀层结合力 酸蚀原理 酸蚀溶液具备强酸性 强氧化性能迅速溶解工件经碱蚀后表面的挂灰同时使金属铝表面形成一层很薄的均匀的致密氧化膜 铜 铁 镁 锰等与酸蚀液中的浓硝酸 浓硫酸发生的反应 X HNO3 XNO3 H2O NO2 X H2SO4 XSO4 H2O SO2 X泛指铜 铁 镁 锰等金属 硅 硅酸钠 硅在碱蚀中与碱的反应产物 难溶 与酸蚀液中的氢氟酸发生的反应 Si 4HF SiF4 2H2Na2SiO3 6HF 2NaF SiF4 3H2ONa2SiO3 6HF Na2SiF6 3H2O铝与浓硝酸 浓硫酸接触迅速形成一层均匀的致密氧化膜Al2O3 氧化铝虽为两性金属氧化物 但此氧化铝属 Al2O3六方紧密堆积晶体 分子间排列十分紧密不易反应 阻碍的铝的氧化 但在温度高的情况下 铝会和浓硝酸 浓硫酸反应溶解 生产维护溶液配制1 往槽子计算量的水 2 缓慢加入计算量的浓硝酸 3 边搅拌边缓慢加入计算量的浓硫酸 4 加入计算量的ENAL 20酸蚀盐 搅拌至完全溶解 5 待温度降至40 以下 可生产 条件控制操作要点1 溶液腐蚀性强 操作时防止溶液喷到身上 2 溶度越高 挂灰去除越快 铝表面钝化层越好 镀层外观 结合力越好 反之相反 3 未生产时 应用避光的密闭盖子将溶液盖好 防止硝酸因挥发及遇光分解消耗过快 4 留意溶液的 发烟 状况 判断硝酸溶度是否偏低 并及时补充 5 酸蚀后的流动水洗需保证足够大的水流量 一方面防止铝表面钝化膜经稀酸溶液溶解另一方面防止硝酸等酸液带进浸锌槽 影响浸锌质量 四 一次浸锌 一次浸锌目的 为二次浸锌作铺垫 通过一次浸锌后再退除使工件表面更为清洁提高了二次浸锌工件与锌层的结合力 一次浸锌原理 EN AL 216是锌铁合金体系 锌铁合金置换层较普通锌层有良好的结合力 因铝金属较锌 铁化学性质活泼 所以铝可以与锌离子 铁离子可以发生置换反应 生成锌铁置换镀层 铝件经酸蚀后表面形成的薄层钝化膜在浸锌液 强碱 中发生溶解 溶解后裸露金属铝马上与锌 铁离子发生置换反应 当极薄的锌铁置换层完全覆盖时 反应停止 浸锌反应过程基本在前15秒内完成 长时间浸泡往往属表面过腐蚀 产生锌层疏松 粗糙等锌离子主要以锌酸钠 Na2ZnO2 形式存在 铁离子与浸锌液内的络合剂络合 防止铁离子与碱发生沉淀 简要反应式如 2Al 3Zn2 3Zn 2Al3 Al Fe3 Fe Al3 生产维护溶液配制1 往槽子加入计算量的EN AL 216浸锌液 2 加入纯净水至标准液位 搅拌均匀 3 检查温度 试产 条件控制操作要点一次浸锌作为退镀用 对镀层要求较为低 一般工件表面有全部置换上锌层即可 五 退锌 退锌目的 将一次浸锌镀层退除 为二次浸锌作准备 退锌原理极薄的锌铁置换层在强酸性 强氧化性的退锌液里迅速溶解退除 Zn 4HNO3 Zn NO3 2 2NO2 2H2OFe 6HNO3 Fe NO3 3 3NO2 3H2O裸露的金属铝在浓硝酸中表面迅速形成较薄的致密钝化膜 生产维护溶液配制1 往槽子加入一半体积的水 2 缓慢加入浓硝酸至标准液位 搅拌均匀 3 待温度冷却至40 以下 可生产 条件控制操作要点1 溶液腐蚀性强 操作时防止溶液喷到身上 2 硝酸浓度较低时 铝件表面形成钝化膜不够致密却表面易发生腐蚀 影响结合力 3 未生产时 应用避光的密闭盖子将溶液盖好 防止硝酸因挥发及遇光分解消耗过快 4 酸蚀后的流动水洗需保证足够大的水流量 一方面防止铝表面钝化膜经稀酸溶液溶解另一方面防止硝酸带进浸锌槽 影响浸锌质量 5 退锌后工件需清洗彻底 但也不宜清洗时间过久 否则影响镀层结合力 六 二次浸锌 二次浸锌目的 在铝件表面置换沉积覆盖上一层锌铁镀层 防止了铝在空气 溶液中极易氧化导致镀层结合力不良问题 二次浸锌比一次浸锌镀层有更好的结合力 二次浸锌原理 与一次浸锌同 生产维护溶液配制配制方法同一次浸锌 条件控制 操作要点1 二次浸锌浓度相比一次浸锌要低 浸锌时间要短得多 2 工艺范围内 浸锌液浓度越高 温度越高 时间越长 浸锌速度越快 镀层越粗糙 结合力越差 反之 速度越慢 镀层越细致 结合力好 3 时间过长易产生过腐蚀 导致锌层疏松 结合力差等 4 浓度过高溶液粘性大 流动性较差 对形状复杂 深孔较多的工件不宜采用高浓度浸锌液 且需加强摆动 5 对于杂质含量较高的不好上锌的铝材可采用较高浓度的浸锌液 否则宜采用低浓度的浸锌液 6 由于锌层很薄 浸锌后镀铜前不必经活化处理 防止锌层溶解 氰化镀铜目的 提高浸锌层与银层的结合力 采用的过渡性中间镀层 氰化镀铜原理 氰化镀铜层与锌层及后道的银镀层均有良好的结合力 同时有很好的延伸性 导电 导热性能 电化学反应原理 在电源的作用下 阳极 铜板 失去电子产生一价铜离子溶解于镀液中 铜离子在阴极 工件 得到电子生成铜单质 沉积于工件上 此外 阴极附带析氢 阳极附带析氧反应 所有电流效率小于100 的电镀均有析氢析氧产生 后续不特地写出 Cu e Cu 铜板溶解Cu e Cu 工件镀铜镀液组成 氰化亚铜 氰化钠 酒石酸钾钠 碳酸钠 氢氧化钠 光亮剂 氰化亚铜与氰化钠1 镀液里面最主要的成份是氰化亚铜和氰化钠 氰化亚铜是主盐 提供铜金属 氰化钠是络合剂提高阴极极化 氰化钠有较强的络合能力 与亚铜络合 提高了铜离子的沉积电位 提高阴极极化 从而得到结晶细致的镀层 2 氰化亚铜与氰化钠络合主要以Na Cu CN 2 Na2 Cu CN 3 Na3 Cu CN 4 三种形式存在 以Na2 Cu CN 3 的形式参与阴极反应镀层较为理想 当游离氰化钠较低时 镀液主要以Na Cu CN 2 存在 此时阴极极化较弱结晶粗糙电流效率高 当游离氰化钠过高时 超过氰化亚铜质量比的50 主要以Na3 Cu CN 4 形式存在 此时阴极极化很高虽结晶细致 但难于上镀 3 氰化亚铜与氰化钠的络合比例为1 1 14 质量比 剩下的为游离氰化钠 即补加1Kg氰化亚铜同时要补加1 14Kg氰化钠 否则镀液的游离氰化钠会减少 4 由于置换锌层很薄 且在氰化溶液中易溶解 所以镀液性能侧重上镀速度快 一般游离氰化钠控制在10g L以下 七 氰化镀铜 酒石酸钾钠阳极去极化剂 其作用是促进阳极溶解 在游离氰化钠较少的情况下 阳极溶解易产生二价铜离子 与镀液形成氢氧化铜不溶物附着在阳极上 阻碍阳极溶解 酒石酸钾钠能与二价铜络合产生可溶性物质 促进阳极溶解 碳酸钠稳定PH值及提高镀液导电性 但含量过高时 90g L 易使高区镀层粗糙 阴极电流效率低 阳极钝化等缺陷 平时生产时 碳酸钠会逐渐积累增加 主要由空气中二氧化碳与镀液 碱性 反应及氰化钠在阳极氧化产物 当超标时可采用冬天降温沉淀去除 或加入适量硫酸钡沉淀去除 氢氧化钠提高镀液导电性及改善镀层分散能力 但因氢氧化钠碱性较强 易使锌层腐蚀 所以铝合金电镀中一般不添加氢氧化钠 光亮剂提高阴极极化 促使结晶细致 达到光亮镀层效果 但过多的光亮剂会使镀层结合力差 镀层发雾等 在满足镀层亮度的情况下 尽量少加光亮剂 生产维护镀液配置1 往镀槽加入约一半体积的纯水 2 加入计算量的氰化钠 搅拌至完全溶解 3 将计算量的氰化亚铜用少量水调成糊状 慢慢加入镀槽边加边搅拌 溶解时放热 当温度升至60 时 需停止 待冷却后再加 4 依次加入计算量的酒石酸钾钠 碳酸钠 搅拌至完全溶解 5 加水至标准液位 检查温度 加入计算量的光亮剂 搅拌均匀 6 小电流 0 1 0 3A dm2 电解4小时后 试镀 条件控制操作要点1 镀液含氰化物 剧毒 防止镀液喷到身上 饭前洗手干净 2 工件带电入槽 防止铜离子与锌层置换 影响结合力 3 工件刚入槽时 用2倍电流冲击30秒后正常电流电镀 确保工件整体上镀 4 形状复杂及有深孔的工件 电镀时手工摆动 利于排气防止漏镀 5 挂具头在上道工序最后一道水洗中浇水 导电杆每班擦洗 保证导电良好 八 预镀银 预镀银目的 防止工件直接进入银槽铜与阴离子置换及银层结合力 预镀银原理 镀液采用低主盐高络合物组成 一方面有效降低了置换反应的速度 另一方面镀液有很高的络合度 大大提高了阴极极化 从而得到一层结晶细致 结合力良好的过渡层 化学反应原理 在电源的作用下 银离子在阴极 工件 得到电子生成银单质 沉积在工件表面 不溶性阳极只发生析氧反应 Ag e Ag 工件镀银镀液组成 氰化银钾 个别采用氰化银 硝酸银等 氰化钾 氰化银钾是主盐提供镀层的金属银 氰化钾是络合剂 提高阴极极化 氰化银钾过高氰化钾过低则失去预镀银的意义 电镀时容易发生置换 且结晶不够细致 结合力不够良好 生产维护镀液配置1 往镀槽加入约一半体积的纯净水 2 加入计算量的氰化钾 搅拌至完全溶解 3 用适量纯水溶解氰化银钾 倒入镀槽 搅拌 4 加纯水至标准液位 搅拌均匀 检查温度 试镀 条件控制操作要点1 镀液含氰化物 剧毒 防止镀液喷到身上 饭前洗手干净 2 工件带电入槽 防止银离子与铜层置换 影响结合力 3 形状复杂及有深孔的工件 电镀时手工摆动 利于排气防止漏镀 4 电流不易过大 时间不易过长 防止镀层烧焦 发白等 九 镀银 镀银目的 主要镀层 工件用在导电设备方面 降低工件使用过程中的接触电阻提高导电性能 镀银也有用在装饰方面的 如首饰等 镀银原理 电镀过程即化学反应原理 在电源的作用下 阳极 银板 失去电子生成阴离子溶解于镀液 银离子在阴极 工件 得到电子生成银单质 沉积在工件表面 Ag e Ag 银板溶解Ag e Ag 工件镀银镀液组成 氰化银钾 氰化钾 氢氧化钾 碳酸钾 ES 02A光亮剂 ES 02B开缸剂 氰化银钾 镀液主盐 提供金属银 氰化银钾内含金属银54 2 浓度较低时 电流效率低上镀速度慢 银离子供应不上高区易烧焦 泛白 含量过高时 镀层结晶粗糙 光亮度差 滚镀易产生桔皮状镀层 氰化钾 镀液络合剂 维持一定量的游离氰化钾 能够稳定镀液 提高阴极极化使镀层结晶细致 促进阳极正常溶解 提高镀液导电性 发挥光亮剂的较大功效 含量较低时 镀层结晶粗糙 呈灰白色 结合力较差 且阳极易钝化 含量过高时 电流效率低 沉积速度慢 氢氧化钾 维持镀液PH值 稳定氰化物不易分解 增强镀液导电性 提高镀层分散能力 促进阳极溶解 含量一般控制在5 10g L 碳酸钾 一定量的碳酸钾能提高镀液的导电性 提高阴极极化 但超过110g L时易使阳极钝化 镀层粗糙 生产时会慢慢积累增加 无需刻意添加 当超标时可加入适量的氰化钡沉淀处理 ES 02A光亮剂 配合ES 02B使用 提高阴极极化 细化电镀电镀结晶 达到镀层全面光亮 含量较少时 镀层粗糙亮度差 含量过多时 镀层结合力相比较差 低区发黄 含量多少也不是绝对的 主要在于A B剂的比例搭配 温度高 银板少的情况下耗量会相应增加 ES 02B开缸剂 配合ES 02A使用 使ES 02A发挥较好的光亮效果 含量多少视ES 02A的含量而定 消耗仅为带出损耗 生产维护镀液配制1 往镀槽加入约一半体积的纯净水 2 加入计算量的氢氧化钾 氰化钾 搅拌至完全溶解 若材料较差 用2g L活性炭处理后再进入下步奏 3 用适量纯水溶解计算量的氰化银钾 倒入镀槽 搅拌充分 4 加入计算量的ES 02B ES 02A 5 加纯水至标准液位 充分搅拌 6 检查温度 试镀 条件控制操作要点1 镀液含氰化物 剧毒 防止镀液喷到身上 饭前洗手干净 2 每款工件电镀前熟悉镀层厚度要求 控制上挂方式 厚度高的部位靠近阳极 低的离阳极较远 必要时制作像型阳极 提高底层合理性 降低成本 3 浓度 温度 电流越高电镀速度越快 镀层越粗糙 反之电镀速度慢 结晶细腻 过低低区易发雾 4 可用公式 银槽银消耗量M g I 电流安培数 t 电镀分钟数 0 067