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。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。