深孔鍍鎳和納米無氰鍍銅兩種新工藝的開發(fā)及應(yīng)用
儲榮邦 戴昭文 楊立保
南京四方表面技術(shù)有限公司
1. 引言
深孔鍍鎳既可作為鐵件,銅及銅合金件等的預(yù)鍍層,也可作為中間鍍層以提高工件的防腐能力,納米鍍銅和深孔鍍鎳作為預(yù)鍍層時,均可均勻活化基材表面,降低界面張力,修復(fù)基材的表面缺陷,使后續(xù)的中間鍍層結(jié)晶細化,致密,出光速度加快,耐腐蝕能力提高,特別對鑄件,盲孔深鍍件等預(yù)鍍和電鍍效果良好。
納米鍍銅可作為鐵件,鋅合金件,鋁合金件,銅及銅合金件,鎂及鎂合金件等各種金屬的預(yù)鍍層,無氰化物,深鍍能力好,結(jié)晶細致,結(jié)合力佳,而且沉積速度很快,每分鐘可達0.8-1.2um,特別對鐵鑄件,鋅壓件,鋁合金件,盲孔深鍍件,電子件等都有良好的預(yù)鍍和電鍍效果。
2. 深孔鍍鎳
2.1.深孔鍍鎳和氰化鍍銅的工藝比較
深孔鍍鎳作為預(yù)鍍層和氰化鍍銅比較,其獨特的優(yōu)勢是深鍍能力、整平能力和修復(fù)基材表面缺陷的能力及比氰化鍍銅好很多,而且無氰,特別在鍍鐵管件,鎖體,衛(wèi)生潔具,深孔螺絲,散熱器等需要深鍍能力和鑄造件電鍍方面優(yōu)勢明顯,不但可以防止內(nèi)孔深處產(chǎn)生大量的銅粉和銹蝕,而且可以加快酸銅和亮鎳的出光速度,減少電鍍酸銅和亮鎳的時間,節(jié)省成本。
對與一般無深鍍要求或非鑄造鐵件,深孔鍍鎳可代替氰化鍍銅作為鐵件的預(yù)鍍層,實現(xiàn)清潔生產(chǎn),從綜合成本角度講,深孔鍍鎳的直接電鍍成本比氰化鍍銅稍高,而氰化鍍銅的環(huán)保處理成本,安全生產(chǎn)管理成本,氰化物的間接購買成本及安全生產(chǎn)的風險成本比深孔鍍鎳高。
深孔鍍鎳不但可以作為預(yù)鍍層,也可以加厚作為中間層,在通過熱處理后改變其晶相結(jié)構(gòu)后,其防腐能力比原來提高一倍以上,而且添加劑不含硫,使多層鎳之間可形成良好的電位差,在鍍雙層鎳或多層鎳時可大大減少鍍鎳層的總厚度,有效的降低成本。
深孔鍍鎳的穩(wěn)定性極好,不需特別精細維護,鍍液無使用周期,不需大處理,可一直連續(xù)循環(huán)使用,但對氰化物很敏感。深孔鍍鎳只適用于鍍鐵件,銅件,而對鍍鋅合金,鋁合金質(zhì)量不穩(wěn)定,在這一點上不及氰化鍍銅。
2.2.工藝應(yīng)用
(1)深孔鍍鎳可作為鐵件,銅及銅合金件的預(yù)鍍層。
某客戶卷到卷鐵板鍍鋅工藝,先鍍3-5秒的深孔鍍鎳,再鍍30秒的鋅,鍍層結(jié)晶細致,耐腐蝕能力提高,在高強度受力下不開裂,不起皮,不脫落,耐折彎,耐沖擊,有優(yōu)良的焊接性,沖壓成型性,滑動性及導(dǎo)電性,廣泛應(yīng)用于家電,汽車,通訊,廣告及機械等領(lǐng)域(見圖6-圖7)。深孔鍍鎳在一般材質(zhì)的鐵板上鍍5-8分鐘,即可鍍酸銅或亮鎳,不產(chǎn)生置換銅,結(jié)合力良好。
a冷軋板基材 b直接鍍30秒硫酸鹽鍍鋅
圖6 冷軋板直接鋅酸鹽鍍鋅
a冷軋板鍍深孔鍍鎳 b深孔鍍鎳+硫酸鹽鍍鋅
圖7 冷軋板鍍深孔鍍鎳后再鍍鋅酸鹽鍍鋅
(2)深孔鍍鎳可作為中間鍍層
深孔鍍鎳不但可以作為預(yù)鍍層,也可以加厚作為中間層,在通過熱處理后改變其晶相結(jié)構(gòu),防腐能力比原來提高一倍以上,而且添加劑不含硫,多層鎳之間可形成良好的電位差,在鍍雙層鎳或多層鎳時可大大減少鍍鎳層的總厚度,有效的降低成本。某客戶深孔螺絲鍍雙層鎳,原工藝是半光鎳-亮鎳,鹽霧試驗有24h,48h,72h不等,不但鹽霧試驗不理想,而且深孔里面有銹蝕,并產(chǎn)生大量銅粉,用深孔鍍鎳代替半光鎳以后,不但銹蝕、銅粉和鹽霧試驗的問題得到了徹底的解決,而且鍍層總厚度也大大降低。
(3)深孔鍍鎳鍍深凹狀工件,管狀工件及復(fù)雜工件
對深鍍能力要求較高的鐵件或銅及銅合金件,可預(yù)鍍4-8分鐘的深孔鍍鎳就可以直接鍍酸銅或亮鎳。深孔鍍鎳深鍍能力極佳,某客戶一鐵管件鍍深孔鍍鎳,直徑10mm,長900mm,電鍍5min,從管子中間剖開,管子內(nèi)壁有沉積良好的鎳鍍層。
(4)深孔鍍鎳對盲孔件,鑄鐵件有良好的深鍍和預(yù)鍍效果
某客戶一鑄鐵鎖件,里面有直徑0.6mm,深45mm的盲孔,電鍍7min深孔鍍鎳,再鍍8min酸銅,深孔內(nèi)鎳鍍層良好,沒有置換銅,然后鍍6min亮鎳,沒銹點??蛻粼に囀乔杌冦~-化學浸銅-酸銅-亮鎳-鍍鉻,現(xiàn)工藝改為深孔鍍鎳-酸銅-亮鎳-鍍鉻,工藝運行良好,并大大降低了運行成本。(見圖8-圖9)
圖8 深孔鍍鎳+酸性鍍銅
圖9深孔鍍鎳+酸性鍍銅+亮鎳
2.3基礎(chǔ)配方
工藝配方
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配料
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數(shù)量
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工藝規(guī)范
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參數(shù)
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范圍
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硫酸鎳
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30g/L
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PH值
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8-10
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氫氧化鉀
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調(diào)節(jié)ph值
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電流
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1-4A/DM2
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氨水
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20ml/L
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添加劑C(補加劑)
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80ml/KA·H
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添加劑A(開缸劑)
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180ml/L
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添加劑B(開缸劑)
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180ml/L
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3. 納米堿銅
3.1 工藝原理
納米鍍銅,是一價銅和納米離子相結(jié)合的一種放電結(jié)晶形式,不產(chǎn)生置換銅,結(jié)合力良好,在200℃的高溫下烘烤30分鐘不起泡。納米鍍銅中的金屬雜質(zhì)離子可通過產(chǎn)生沉淀的方法過濾去除,而不是變成金屬絡(luò)合物的形式長期滯留于鍍液中形成惡性積累,影響鍍液使用的周期性。納米鍍銅由于采用電離納米粒子共沉積,析氫很少,鍍層比較光亮且孔隙率低,所以在電流較小的情況下鍍層亦會呈現(xiàn)較高的沉積速度
3.2 工藝應(yīng)用
(1)納米鍍銅可作為鐵、鋅合金、鋁合金,銅及銅合金,鎂及鎂合金等的預(yù)鍍層
對于深鍍能力要求很高的鋅合金及鋁合金件,可在鍍5-6min納米無氰銅后,直接鍍酸性鍍銅或其他工藝,而基材不被腐蝕,不產(chǎn)生置換銅或銅粉,鍍層結(jié)合力良好。也可以先鍍2-3min納米無氰銅,再鍍2-3min堿性納米鎳加厚,然后鍍酸性鍍銅或其他工藝,此方法效果更佳(見圖1-圖5)。
圖1 原鋅合金工件 圖2 前處理后鋅合金工件 圖3電鍍納米鍍銅工件
圖4 納米鍍銅+深孔鍍鎳 圖5 2000C烘烤30分鐘后工件
(2)納米鍍銅用于電子件的電磁干擾阻擋層
由于納米粒子的存在,納米鍍銅層具有很強的電磁遮蔽效應(yīng),以防電子件的波形受外電磁干擾,影響信號傳輸?shù)臏蚀_性。
(3)納米鍍銅具有極強的均鍍能力與深鍍能力,并可以形成納米級電鍍層,特別對芯片電鍍和電子封裝件的電鍍具有良好的性能。
(4)對鋅合金深孔壓鑄件和鋁合金深孔件有良好的預(yù)鍍效果
某客戶一鋅壓鑄件,盲孔直徑8mm,長48mm,納米鍍銅6min,深孔內(nèi)會完全沉積銅層,然后鍍酸銅,無置換銅,在180℃下烘烤20min,鍍層不起泡,折彎工件也不會起皮,結(jié)合力良好。
3.3 基礎(chǔ)配方
工藝配方
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配料
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數(shù)量
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工藝規(guī)范
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參數(shù)
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范圍
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氯化銅
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29g/L
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PH值
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7-9,最佳值8
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氫氧化鈉
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30g/L(調(diào)ph值)
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溫度
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45-55℃
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添加劑A(開缸劑)
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200ml/L
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電流
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0.2-0.5A/DM2
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添加劑B(開缸劑)
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250g/L(固體)
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沉積速度
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0.5-0.8um/min
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添加劑C(補加量)
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100ml/KA.H
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4. 結(jié)束語
由于工件的復(fù)雜多樣性和電鍍工藝在深鍍能力方面的局限性,很多工件必須要通過輔助陽極或化學鍍的方式才能達到質(zhì)量要求。輔助陽極效率低,人力成本高,很多小工件也不適于用輔助陽極,而化學鍍成本高,速度慢,所以對于深鍍能力要求很高的工件電鍍一直是一個業(yè)界難題,而我公司新近研發(fā)的納米鍍銅和深孔鍍鎳工藝正是把電鍍的沉積速度,化學鍍的深鍍能力和環(huán)保無氰化有機地結(jié)合了起來,該工藝經(jīng)很多廠家使用,取得了很好的效果,同時我們也非常真誠地希望各位電鍍專家能提出更多寶貴的意見和建議,共同努力,把納米鍍銅和深孔鍍鎳工藝更好,更廣泛地應(yīng)用到電鍍生產(chǎn)中去,爭取為電鍍事業(yè)做出更大的貢獻。
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