6063铝合金材料镀银层脱落原因及其解决途径

收稿日期: 2009?08 ?17; ? ? 修订日期: 2009 ?09 ?20 作者简介: 郝留成( 1975 ? ? ) , 河南叶县人, 研究生, 工程师. 主要从事环 氧浇注绝缘子、 表面处理、 铸造及热处理等专业工艺的开发 工作. Email:zhongxiaosong xjtu. edu. cn 铸造技术 FOUNDRY TECHNOLOGY Vol. 30 No. 10 Oct. 2009 6063铝合金材料镀银层脱落原因及其解决途径 郝留成1, 廉继英1, 周? 瑛1, 宋忠孝2 ( 1. 河南平高电气股份有限公司, 河南 平顶山 467001; 2. 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室, 陕西 西安 710049) 摘要: 用扫描电子显微镜(SEM)和金相显微镜分别对镀银层脱落与不脱落的两种铝合金工件表面形貌和金相组织进行分析, 分别对工件进行碱洗、 酸洗和浸锌处理。结果发现, 两种材料的金相组织显著不同, 镀银层脱落工件材料与银层不脱落工件 材料在酸洗以及浸锌后表面组织有显著差异。对 6063 铝合金材料镀银层脱落原因进行分析, 并提出解决方法。 关键词: 电镀银; 铝合金; 组织 中图分类号: TG146. 2+1? ? 文献标识码: A ? ? 文章编号:1000?8365( 2009) 10 ?1350?03 Peeling off Reason of Ag Coating on 6063 Alloy and Its Solving Method HAO Liu ?cheng1, LIAN Ji?ying1, ZHOU Ying 1 , SONG Zhong?xiao 2 (1. Henan PingGao Electric Co. , Ltd. , Pingdingshan 467001, China; 2. State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi?an Jiaotong University, Xi?an 710049, China) Abstract: The surface and metallography texture of untreated, acidic etched and zinc dipping 6063 alloy samples was observed with the SEM and optical microscope respectively.The two kind samples were treated with alkaline etching, acidic etching and zinc dipping. The results revealed that alloy texture was quite different betweentwo kind alloys that the Ag coating peeled off and not peel off. The surface of two kind sample that treated by acidic etching and zinc dipping also has obviously difference. The reasonof this phenomenonwas analyzed and the solutionwas also given. Key words: Plating Ag coating; Al alloy; Microstructure ? ? 铝及其合金由于具有重量轻、 导电性好、 便于加工 等优点, 使之在现代工业中得到了广泛的应用, 尤其是 电工领域。高压电器产品中, 导体连接部位一般都要 求镀银, 用来减少接触电阻, 应用较多的则是铝合金镀 银。但是, 由于种种原因, 造成铝合金工件镀银层结合 力不足, 经常出现一定比例或批量镀层起泡、 脱落现 象, 电阻增大, 影响导体导电率。因此, 研究铝合金镀 银层的镀层结合力, 在高压电器行业有着重要的意义。 铝合金电镀工艺中, 最主要是铝合金电镀前处理, 而最 佳的镀前预处理工艺, 是在铝及其合金上得到结合力 良好电镀层的关键 1 3。 对一般的铝合金件和硅铝合金件, 在一次浸锌前 根据材料中硅元素含量的不同, 通常采用不同的酸洗 前处理工序 4, 5。本文从微观和成分方面探讨了材料 中 Si 元素对镀银层结合力的影响。 1? 实验 铝材质为 6063, 化学成分见表 1。 样品镀银主要工序为: 碱侵蚀 ?酸洗 ?浸锌 ?镀 铜?预镀银?镀银 表 1? 6063 铝合金化学成分? w(% ) Tab. 1? 6063 composition of aluminum maxim material CuSiFeMnZnAl 0. 10. 3 0. 60. 1 0. 30. 10. 1余量 其中碱侵蚀溶液组成有: NaOH, Na3PO4? 12H2O; Na2CO3; 酸洗液采用: 稀 HNO3 对电镀银合格与不合格工件, 在各前处理工序后 进行金相组织、 SEM( 附带 EDS) 。 2? 结果与讨论 2. 1? 未处理试样 图 1 是电镀银合格( A) 与不合格( B) 工件的金相 组织照片。由图 1 可以看出, 合格工件( 图 1) Si 析出 细小且分布均匀; 而镀银层不合格工件( 图 2) Si 析出 组织不均匀, 有粗大聚集的组织。由于两种材料化学 组成基本相同, 已有 Al 合金电镀与化学镀前处理工 艺经验表明, Si 含量不同要求采用不同酸洗液, 因而 ?1350? ? ?铸造技术?10/ 2009 ? 郝留成等: 6063 铝合金材料镀银层脱落原因及其解决途径 图 1? 镀银层金相组织( ? 100) Fig. 1? Metallography texture samples 图 2? 镀银层酸洗后的 SEM 图像 Fig. 2? SEM graph of after acdic etching samples 初步推断这种粗大的 Si 组织可能与电镀银层脱落有 关。 2. 2? 酸洗后试样 碱腐蚀后, 铝及其合金中的铜、 硅、 锰等不溶于碱 的物质残留于工件表面与腐蚀残渣形成? 挂灰?吸附 膜。酸洗的目的是溶去这些附着物, 使工件露出光亮 的表面, 处于良好的活化状态 5。不同的铝合金成分 通常采用不同的酸浸蚀液, 这对镀层结合力有较大的 影响。 图 2 为工件酸洗后扫描电镜图像, 由图可以看出 电镀银层合格工件酸洗后样品表面腐蚀均匀, 有光滑 表面露出, 表明腐蚀充分; 而电镀银层脱落的工件表面 腐蚀不充分, 表面不光滑, 表现出样品腐蚀不够的特 征。由此说明, 材料表面的粗大 Si 及其氧化物组织用 硝酸很难除去, 它的存在必然会影响到浸锌层在基体 表面的结合力。 2. 3? 浸锌后试样 二次浸锌法可以提高后续镀层的结合力、 均一 性 6 , 试验中采用二次浸锌工艺。第一次浸锌时要先 溶解 Al203后才置换 Al, 所得到的锌层结晶粗糙且疏 松, 晶粒分布不均匀, 尺寸相差大, 浸锌层结合力差。 经硝酸洗后, 铝及其合金表面结合力差的锌晶粒被溶 解, 颗粒大的锌晶粒变小, 形成均匀细致的表面, 且裸 露的晶粒成为二次浸锌的成核中心, 故所得锌层细密, 且增强了与基体的结合力。 图 3 是工件浸锌后表面的 SEM 图。由图可知, 合格工件( 图 A) 浸锌后锌层平整, 晶粒较细, 结构比较 致密; 而电镀银层不合格工件( 图 B) 表面的浸锌层 Zn 晶粒粗大且不均匀, 表明表面 Zn 量分布不均。能谱 分析结果表明, 不合格工件表面的 Zn 含量与合格工 件相比要小的多, 合格工件与不合格工件表面锌含量 分别为 29. 9%与 13. 6% 。 ?1351? ? FOUNDRY TECHNOLOGY Vol. 30 No. 10 Oct. 2009 图 3? 工件浸锌后的 SEM 图 Fig. 3? SEM graph of zinc dipping samples 2. 4? 解决方案 对电镀银合格与脱落工件酸洗和浸锌试样进 行 SEM、 EDS 分析后, 结合铝合金电镀银前处理特 点与要求综合分析认为, 电镀银层脱落的主要原因 为: 材料有聚集严重且分布不均匀的高 Si 组织。此 高 Si 不均匀组织在后续的酸碱常规处理中很难被除 去, 因而导致浸锌层分布不均匀且厚度较低, 进而影响 后续镀银层的结合力。 解决方法是采用高硅铝合金前处理酸洗工艺, 即用硝酸与氢氟酸( 体积比 3 ?1) 混合液代替单纯硝 酸的酸洗, 以达到浸锌前彻底除去在材料表面分布 不均匀的 Si 元素, 进而提高后续镀银层的结合力。 试验结果发现, 采用此方法后解决了电镀银层脱落 现象, 在生产上采用此方法对不合格工件再次进行 电镀银也不再有脱落现象, 实现了电镀银脱落工件 的重新使用。 3? 结论 6063 铝合金工件中含有粗大聚集的 Si 组织, 用 硝酸很难洗掉, 使浸锌层分布不均, 影响镀银层的结合 力, 从而导致电镀银层脱落。 将电镀银脱落工件采用 硝酸与氢氟酸的体积比为 3 ?1 混合液进行酸洗后再 进行电镀银, 解决了这一问题。 参考文献 1 ? 罗耀宗. 铝合金电镀前处理新工艺 J . 电镀与涂饰, 2003, 22( 3) : 55 ?56. 2 ? 张? 峰, 王旭辉, 肖耀坤. 铝合金电镀前处理工艺及其对 镀层结合力的影响 J . 电镀与涂饰, 2005, 23( 10): 20? 21. 3 ? 罗耀宗. 提高铝合金电镀结合力的探讨 J. 电镀与环保,