關于鐵件滾鍍銅鍍鎳鍍層厚度超差的分析改善

吳巍

摘要：本文從理論聯系實際，對鐵件滾鍍銅鍍鎳鍍層厚度超差問題進行分析，并給出對應的改善方案

關鍵詞：鐵件滾鍍銅鍍鎳;鍍層厚度超差

引言

在繼電器零件中，鐵基鍍銅鍍鎳是應用較為廣泛的鍍種。銅是一種呈紫紅色光澤的金屬，屬于非磁性金屬，具有良好的隔磁效果，且氰化鍍銅工藝穩定性高，常用于繼電器磁路零件的打底層，鎳的硬度較高，且在空氣中表面會迅速生成鈍化膜，作為表面鍍層能夠提高零件的防護性和耐磨性。現磁路零件電鍍生產普遍采用氰化鍍銅體系和硫酸鹽體系，在生產過程中，鍍層超差不良較為普遍，銅層超出或低于鍍覆要求，會導致零件后續應用過程中的隔磁性能影響，鎳層超出鍍覆要求，會導致材料成本上升，甚至出現尺寸超差（鍍鎳尖端效應較為明顯），鍍層低于鍍覆要求，會降低鍍層的防護性能。本文旨在對鐵件滾鍍銅鍍鎳常見問題鍍層超差進行分析并提出改善方案。

1.整流器

整流器是電鍍生產的核心設備，施加的電流和電鍍時間是電鍍鍍層厚度控制的決定因素，因此整流器本身的質量至關重要，電流輸出存在差異，電流穩定性差，都會造成鍍層厚度超差，我們在對整流器做選擇的時候可以使用鉗形表測量實際電流與輸出電流是否一致，電流波動是否正常，質量優良的整流器是保證鍍層質量的關鍵。此外，整流器最好采用程序自動控制，到設定時間后可自動斷電，人工操作往往會因為操作失誤導致鍍層偏厚或偏薄。

此外，部分鍍銅鍍鎳滾鍍線會采用雙滾筒設計，廠商為了降低成本，會采用單電源單輸出的設計方式，即一臺整流器同時為兩滾筒零件輸出電流，如滾筒導電座接出兩根線，分別對接兩個滾筒的導電線，兩個滾筒并聯在一起，與電源、陽極以及鍍液形成閉合回路（如下圖）。

電鍍輸出電流等于滾筒1、2電流之和，此種設計的方式是基于兩個并聯的滾筒電阻相同，電流均分。然后在實際生產過程中，兩個滾筒之間的電阻因導線、滾筒交換以及陽極面積等差異，往往不會完全相同。根據歐姆定律，I=U/R，兩個滾筒的電流會存在差異，此種差異導致兩個滾筒的零件均沒有按設定電流電鍍（一個偏大，一個偏?。瑢е洛儗悠窕蚱?。而且當其中一個滾筒線路出現短路或者接觸不良，另外一個線路正常時，電流會集中在其中一個滾筒零件上，會導致更大的差異，且這種線路故障無法通過報警識別，因為輸出總電流不受影響。所以對于雙滾筒設計的產線，供電應采用雙輸出的方式。

2.導電不良

滾鍍生產中，導電座用來連接滾筒導線，陽極桿用來連接陽極，兩者一般采用純銅材質，在生產過程中，表面會產生氧化以及磨損，會導致連接處接觸不良，造成電流波動導致超差。因此對導電座和陽極桿要進行定期擦拭、清理。此外，我們也可以設計成水中陽極以及水浴導電座，避免或者延緩氧化。

滾筒陰極導線頭部生產過程中持續沉積鍍層，會長鎳瘤并分叉，需要定期更換，更換前導線銅鼻子連接位置表面沒有清理，殘留藥水結晶及氧化皮，或者銅鼻子未鎖緊，均會導致導線接觸不良。因此在對導線進行定期更換時，必須清理連接出表面結晶及氧化皮，并使用螺母旋緊。

同時，陰極導線在使用過程中，會存在導線斷裂的現象，同樣會造成接觸不良導致鍍層超差。如果是整體斷裂，需確認是轉軸與導線卡太緊導致導線卡斷，還是因零件規格、結構易纏住導線，導致導線攪斷，針對不同的原因制定不同的改善措施;如果是導線內部銅絲斷裂，外部絕緣皮無破損，應為銅絲老化斷裂，需要定期點檢、更換，若是剛換的新導線用不到幾天就會產生斷裂，且頻繁出現，需檢查導線銅絲質量以及適當增加銅絲橫截面積，導線銅絲橫截面積需與產線設計電流相匹配。

3.鍍液濃度

瓦特鎳工藝采用硫酸鎳、氯化鎳、硼酸作為配方，其中硫酸鎳作為主鹽，提供鍍鎳所需的金屬離子并起導電鹽的作用。硫酸鎳的濃度變化會對沉積速度帶來一定的影響，但相對鍍銅控制范圍較寬，控制在240g/L～280 g/L即可，廠商也可以根據自己的需求適當調整濃度，公差控制在40g/L內影響不大，生產過程中需要定期滴定分析控制濃度。

瓦特鎳鍍液pH值一般控制在3.6～4.2，過低陰極電流效率顯著下降，沉積速度降低，導致鍍層超差，過高會生成氫氧化鎳夾雜在鍍層中，鍍層變脆。一般采用pH自動檢測控制。

氰化鍍銅采用氰化亞銅、氰化鈉、氫氧化鈉作為主要配方，在生產過程中，往往出現添加藥品后出現鍍層超差的現象，主要是因為氰化亞銅加入前未完全絡合，在生產過程中與氰化鈉不斷絡合，導致鍍液組分變化所致（銅氰絡合離子不斷上升，游離氰化鈉不斷下降）。因此氰化鍍銅添加氰化亞銅，應在線外與氰化鈉充分絡合好再加入，絡合質量比一般為1：1.1。最好是在產線停線維護時，絡合好加入，防止氰化亞銅沒有充分絡合導致組分變化。氰化鍍銅用打銅底，氰化亞銅一般控制在30 g/L ～50 g/L，游離氰化鈉控制在10 g/L ～19 g/L，氰化亞銅過程控制在10 g/L尤佳。

4.電鍍工藝參數

工藝參數對鍍層厚度的影響主要有兩種，一種是鍍層厚度整體走上限或者下限，這種通過調整電鍍時間即可。另外一種是鍍層厚度散差過大，超出鍍層要求公差所致，主要是電流密度設置過大所致[1]。有部分廠商為了提高生產效率，將電流密度設置過大，縮短電鍍時間，降低鍍層的均勻性和散差，導致鍍層超差。這種情況需降低電流密度，增加電鍍時間改善。滾鍍的電流一般建議設置在0.2A/dm2～0.6 A/dm2之間。

5.滾筒內外交換

滾筒內外鍍液交換差，導致槽壓升高，整流器電壓達到額定電壓，電流無法達到設定電流，同樣會導致鍍層厚度超差。滾筒內外鍍液交換差主要受滾筒影響較大，滾筒的開孔率及筒身厚度均會導致內外鍍液交換困難，滾筒開孔率一般需≥20%，筒身厚度一般控制在6mm左右，既保證本身的強度，也避免過厚影響內外鍍液交換。此外，鍍槽配備循環噴流泵，促進滾筒內外鍍液的交換，也是一個效果比較好的改善方案。

6.程序異常

現在全自動鍍銅鍍鎳線均采用自動程序控制電鍍工藝參數，自由程序可同時兼容多款不同的零件進行電鍍，當程序出現異常時，如行車設備動作異常或程序參數調用錯誤，同樣會導致鍍層超差及其他的質量問題，遇到此種情況應及時反饋設備商，對程序進行排查。

結語

鐵件鍍銅鍍鎳生產過程中，只要保證整流器的輸出穩定，做好導電座、陰極導線等關鍵導電備件的維護，控制鍍液的濃度在工藝要求內，選擇合適的滾筒和電鍍工藝參數，可改善大部分零件的鍍層超差不良。但針對一些鍍層要求公差過窄的特規零件，需要從增加絕緣擋板，增加滾筒開孔率，提高轉速降低混合周期等多方面進行評估，提高鍍層散差及均勻性。

參考文獻：

[1]廖磊華*，徐金來，劉衛國，胡耀紅. 工藝因素對滾鍍鎳鍍液分散能力的影響，電鍍與涂飾，2016，35（13）：681-685