关于铁件滚镀铜镀镍镀层厚度超差的分析改善

吴巍

摘要：本文从理论联系实际，对铁件滚镀铜镀镍镀层厚度超差问题进行分析，并给出对应的改善方案

关键词：铁件滚镀铜镀镍;镀层厚度超差

引言

在继电器零件中，铁基镀铜镀镍是应用较为广泛的镀种。铜是一种呈紫红色光泽的金属，属于非磁性金属，具有良好的隔磁效果，且氰化镀铜工艺稳定性高，常用于继电器磁路零件的打底层，镍的硬度较高，且在空气中表面会迅速生成钝化膜，作为表面镀层能够提高零件的防护性和耐磨性。现磁路零件电镀生产普遍采用氰化镀铜体系和硫酸盐体系，在生产过程中，镀层超差不良较为普遍，铜层超出或低于镀覆要求，会导致零件后续应用过程中的隔磁性能影响，镍层超出镀覆要求，会导致材料成本上升，甚至出现尺寸超差（镀镍尖端效应较为明显），镀层低于镀覆要求，会降低镀层的防护性能。本文旨在对铁件滚镀铜镀镍常见问题镀层超差进行分析并提出改善方案。

1.整流器

整流器是电镀生产的核心设备，施加的电流和电镀时间是电镀镀层厚度控制的决定因素，因此整流器本身的质量至关重要，电流输出存在差异，电流稳定性差，都会造成镀层厚度超差，我们在对整流器做选择的时候可以使用钳形表测量实际电流与输出电流是否一致，电流波动是否正常，质量优良的整流器是保证镀层质量的关键。此外，整流器最好采用程序自动控制，到设定时间后可自动断电，人工操作往往会因为操作失误导致镀层偏厚或偏薄。

此外，部分镀铜镀镍滚镀线会采用双滚筒设计，厂商为了降低成本，会采用单电源单输出的设计方式，即一台整流器同时为两滚筒零件输出电流，如滚筒导电座接出两根线，分别对接两个滚筒的导电线，两个滚筒并联在一起，与电源、阳极以及镀液形成闭合回路（如下图）。

电镀输出电流等于滚筒1、2电流之和，此种设计的方式是基于两个并联的滚筒电阻相同，电流均分。然后在实际生产过程中，两个滚筒之间的电阻因导线、滚筒交换以及阳极面积等差异，往往不会完全相同。根据欧姆定律，I=U/R，两个滚筒的电流会存在差异，此种差异导致两个滚筒的零件均没有按设定电流电镀（一个偏大，一个偏小），导致镀层偏厚或偏薄。而且当其中一个滚筒线路出现短路或者接触不良，另外一个线路正常时，电流会集中在其中一个滚筒零件上，会导致更大的差异，且这种线路故障无法通过报警识别，因为输出总电流不受影响。所以对于双滚筒设计的产线，供电应采用双输出的方式。

2.导电不良

滚镀生产中，导电座用来连接滚筒导线，阳极杆用来连接阳极，两者一般采用纯铜材质，在生产过程中，表面会产生氧化以及磨损，会导致连接处接触不良，造成电流波动导致超差。因此对导电座和阳极杆要进行定期擦拭、清理。此外，我们也可以设计成水中阳极以及水浴导电座，避免或者延缓氧化。

滚筒阴极导线头部生产过程中持续沉积镀层，会长镍瘤并分叉，需要定期更换，更换前导线铜鼻子连接位置表面没有清理，残留药水结晶及氧化皮，或者铜鼻子未锁紧，均会导致导线接触不良。因此在对导线进行定期更换时，必须清理连接出表面结晶及氧化皮，并使用螺母旋紧。

同时，阴极导线在使用过程中，会存在导线断裂的现象，同样会造成接触不良导致镀层超差。如果是整体断裂，需确认是转轴与导线卡太紧导致导线卡断，还是因零件规格、结构易缠住导线，导致导线搅断，针对不同的原因制定不同的改善措施;如果是导线内部铜丝断裂，外部绝缘皮无破损，应为铜丝老化断裂，需要定期点检、更换，若是刚换的新导线用不到几天就会产生断裂，且频繁出现，需检查导线铜丝质量以及适当增加铜丝横截面积，导线铜丝横截面积需与产线设计电流相匹配。

3.镀液浓度

瓦特镍工艺采用硫酸镍、氯化镍、硼酸作为配方，其中硫酸镍作为主盐，提供镀镍所需的金属离子并起导电盐的作用。硫酸镍的浓度变化会对沉积速度带来一定的影响，但相对镀铜控制范围较宽，控制在240g/L～280 g/L即可，厂商也可以根据自己的需求适当调整浓度，公差控制在40g/L内影响不大，生产过程中需要定期滴定分析控制浓度。

瓦特镍镀液pH值一般控制在3.6～4.2，过低阴极电流效率显著下降，沉积速度降低，导致镀层超差，过高会生成氢氧化镍夹杂在镀层中，镀层变脆。一般采用pH自动检测控制。

氰化镀铜采用氰化亚铜、氰化钠、氢氧化钠作为主要配方，在生产过程中，往往出现添加药品后出现镀层超差的现象，主要是因为氰化亚铜加入前未完全络合，在生产过程中与氰化钠不断络合，导致镀液组分变化所致（铜氰络合离子不断上升，游离氰化钠不断下降）。因此氰化镀铜添加氰化亚铜，应在线外与氰化钠充分络合好再加入，络合质量比一般为1：1.1。最好是在产线停线维护时，絡合好加入，防止氰化亚铜没有充分络合导致组分变化。氰化镀铜用打铜底，氰化亚铜一般控制在30 g/L ～50 g/L，游离氰化钠控制在10 g/L ～19 g/L，氰化亚铜过程控制在10 g/L尤佳。

4.电镀工艺参数

工艺参数对镀层厚度的影响主要有两种，一种是镀层厚度整体走上限或者下限，这种通过调整电镀时间即可。另外一种是镀层厚度散差过大，超出镀层要求公差所致，主要是电流密度设置过大所致[1]。有部分厂商为了提高生产效率，将电流密度设置过大，缩短电镀时间，降低镀层的均匀性和散差，导致镀层超差。这种情况需降低电流密度，增加电镀时间改善。滚镀的电流一般建议设置在0.2A/dm2～0.6 A/dm2之间。

5.滚筒内外交换

滚筒内外镀液交换差，导致槽压升高，整流器电压达到额定电压，电流无法达到设定电流，同样会导致镀层厚度超差。滚筒内外镀液交换差主要受滚筒影响较大，滚筒的开孔率及筒身厚度均会导致内外镀液交换困难，滚筒开孔率一般需≥20%，筒身厚度一般控制在6mm左右，既保证本身的强度，也避免过厚影响内外镀液交换。此外，镀槽配备循环喷流泵，促进滚筒内外镀液的交换，也是一个效果比较好的改善方案。

6.程序异常

现在全自动镀铜镀镍线均采用自动程序控制电镀工艺参数，自由程序可同时兼容多款不同的零件进行电镀，当程序出现异常时，如行车设备动作异常或程序参数调用错误，同样会导致镀层超差及其他的质量问题，遇到此种情况应及时反馈设备商，对程序进行排查。

结语

铁件镀铜镀镍生产过程中，只要保证整流器的输出稳定，做好导电座、阴极导线等关键导电备件的维护，控制镀液的浓度在工艺要求内，选择合适的滚筒和电镀工艺参数，可改善大部分零件的镀层超差不良。但针对一些镀层要求公差过窄的特规零件，需要从增加绝缘挡板，增加滚筒开孔率，提高转速降低混合周期等多方面进行评估，提高镀层散差及均匀性。

参考文献：

[1]廖磊华*，徐金来，刘卫国，胡耀红. 工艺因素对滚镀镍镀液分散能力的影响，电镀与涂饰，2016，35（13）：681-685