影響電鍍層質(zhì)量的因素及生產(chǎn)中注意事項

李 飛， 劉蓮英， 靳 媛

(山西北方惠豐機電有限公司，山西長治 046012)

影響電鍍層質(zhì)量的因素及生產(chǎn)中注意事項

李 飛， 劉蓮英， 靳 媛

(山西北方惠豐機電有限公司，山西長治 046012)

介紹了影響電鍍層質(zhì)量的物理、化學及人為三大影響因素，物理因素主要為鍍件材料、形狀及表面狀態(tài)等;化學因素主要為化工材料及配液用水等。論述了電鍍工藝中掛具、陽極、設(shè)備及包裝對鍍層質(zhì)量的影響，并針對這些質(zhì)量影響因素在生產(chǎn)過程中應注意的事項進行了詳細闡述。

鍍層質(zhì)量;影響因素;注意事項

引 言

電鍍過程中影響電鍍層質(zhì)量的因素較多且復雜，但總的可以歸結(jié)為物理的、化學的和人為的三種影響因素，在生產(chǎn)過程中，對這三種影響因素加以控制和注意，就會獲得滿意的、穩(wěn)定的鍍層質(zhì)量。

1 物理因素

影響電鍍層質(zhì)量的物理因素主要有受鍍零件、掛具、裝掛方式、陽極、設(shè)備、包裝及貯存環(huán)境等。

1.1 受鍍零件

受鍍零件基體材料、形狀大小、表面質(zhì)量對電鍍層的影響非常大，這是不容忽視的。

1.1.1 基體材料

在設(shè)計產(chǎn)品零件時，如該零件需要鍍覆，設(shè)計者應充分考慮零件材料的鍍覆性，當合金中非主成分的銅、鋁及鎂等金屬總含量超過指標時，其表面就很難獲得合格的鍍覆層;另外，有些采用不符合標準或劣質(zhì)原材料加工零部件，當加工零部件材料中的鉛、錫或鎘等金屬雜質(zhì)含量超過一定量時，也難以在零部件表面獲得優(yōu)質(zhì)的鍍覆層。

針對基體材料影響因素應注意以下幾點:1)設(shè)計者在選擇零部件材料時，除考慮材料在產(chǎn)品中的性能外，還應考慮表面處理對材料的選擇性。2)應選擇符合標準要求的材料加工零部件。

1.1.2 形 狀

對于電鍍來說，產(chǎn)品零件的幾何形狀是不確定的，是變動量最大的物理因素，也是決定電鍍加工難易程度的重要因素。零件形狀越復雜，電鍍難度系數(shù)就越大，對于外形復雜的零件，在進行電鍍加工時，突起的部位會因電流過大而燒焦，而低凹部位又因電流過小而鍍層很薄或根本鍍不上鍍層，即便是簡單的平板零件，如不采取保護措施，也會使平板四周鍍層較厚，而中心部位鍍層厚度較薄。

針對形狀大小影響因素應注意以下幾點:1)鍍覆形狀復雜的零件時，應盡可能選取分散能力好的鍍液。2)根據(jù)零件形狀選擇合適的掛具及裝掛方式，避免窩氣、尖端放電或深孔無鍍層等疵病的產(chǎn)生。3)零件盲孔較小、較深時，在電鍍之前應采用特殊方法將盲孔內(nèi)異物(屑、油污等)清洗干凈;在電鍍之初還應選擇正常電流的1.5～2.0倍沖擊鍍2～3 min，使盲孔內(nèi)盡可能深的部位鍍上鍍層;電鍍之后還應采用注射清洗法將盲孔內(nèi)的鍍液清除，防止鍍液與零件基體反應，使零件遭受腐蝕或干涸在盲孔內(nèi)影響盲孔尺寸。

1.1.3 表面質(zhì)量

除考慮零件基體材料、形狀大小對鍍覆性的影響外，零件的表面質(zhì)量也是至關(guān)重要的。首先，零件的表面粗糙度對孔隙率、外觀及耐蝕性等質(zhì)量指標影響較大。零件的表面粗糙度越低，孔隙率越小，外觀和耐蝕性也越好;反之，零件表面粗糙度越大，孔隙率越高、外觀和耐蝕性越差。因此，除非零件表面粗糙度大對產(chǎn)品的使用性能有特別的作用之外，應該盡可能的降低零件表面粗糙度，至少應該低于鍍覆后要求的表面粗糙度值。此外，電鍍時氫更容易在粗糙表面上析出，表面粗糙度越大，析氫就越厲害，鍍層就越不易沉積，電流效率和覆蓋能力也隨之降低。其次，諸如零件表面上的斑點、凹坑、劃痕及毛刺等缺陷，在鍍覆前如不采取特殊措施加以消除，這些缺陷在電鍍時是無法消除的，將直接影響零件表面鍍層外觀質(zhì)量。

針對表面質(zhì)量影響因素應注意以下幾點:1)如產(chǎn)品對耐蝕性有較高要求，應適當降低零件表面粗糙度。2)為達到零件最終表面粗糙度要求，鍍覆前的零件表面粗糙度至少應低于圖紙要求的一半。3)表面質(zhì)量較差影響到電鍍層質(zhì)量時，應采取有效措施在電鍍之前加以消除。

1.2 陽 極

電鍍陽極的主要作用是導電和向鍍液中補充金屬陽離子。陽極面積的大小、陰陽極間距離、陽極懸掛方式會直接影響電鍍時的導電性，陽極的表面積與純度對維持鍍液中金屬陽離子濃度又尤為重要。

針對陽極影響因素應注意以下幾點:1)陽極以使用鈦籃為最佳裝載方式，既可保證陽極面積不發(fā)生大的波動，又可使陽極利用率大大提高。2)對于光亮鍍鎳、鍍鋅等鍍種，應在陽極上套陽極袋，這樣可有效防止陽極泥渣進入鍍液，避免鍍層產(chǎn)生毛刺或堆積。3)選購陽極時，其表面質(zhì)量和化學成分均應符合相應國家標準，保證陽極在生產(chǎn)過程中正常溶解，并盡可能減少異金屬雜質(zhì)對鍍液、鍍層性能的不良影響。4)在配置陽極時最好將陽極配置在陰極兩側(cè)，鍍硬鉻時，還應根據(jù)零件形狀配置象形陽極等輔助陽極及防護陰極。5)陽極懸掛時，應由中間向槽兩邊均勻分開，并且保持中間密度高，兩邊密度小的原則，這樣有利于電流的均勻分布;另外，陽極的上端應浸在液面以下并略低于陰極100～150 mm，下端略高于陰極100～150 mm(圖1)，這樣可有效防止掛在上、下端的零件因電流過于集中而造成粗糙或燒焦。

圖1 陰陽極懸掛示意圖

1.3 掛 具

掛具按照電鍍方式不同，可分為掛架、滾筒或籃筐三類。一般來說，對于簡單的小零件可采用滾筒、籃筐(如標準件)，稍大的復雜零件可采用掛架，但對于那些形狀特異，帶有深孔的零件還應設(shè)計輔助陽極，以解決深孔處鍍層問題。掛具設(shè)計與選擇是否合理對電鍍層質(zhì)量影響非常大，工藝人員在編制工藝和設(shè)計掛具時一定要注意以下幾點:1)設(shè)計掛具時，除考慮零件裝卸方便、堅固耐用外，更重要的是要保證零件鍍層的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。2)為提高電流效率，減少貴重金屬的損失，除掛具與零件、與極杠接觸部位，其余部位應涂絕緣膠。3)在不同鍍種之間共用掛具時，應將掛具上原有鍍層退除、殘留鍍液清洗干凈后再進行電鍍，避免鍍液交叉污染，影響鍍層質(zhì)量。4)為保持良好的通電狀態(tài)，多用張力掛鉤，少用重力掛鉤。

1.4 裝掛方式

有人認為裝掛很簡單，就是把零件簡單的掛在掛鉤上。殊不知，裝掛也是講究學問的，裝掛時應根據(jù)零件形狀、材質(zhì)、設(shè)計要求等要素選擇不同的裝掛方式，以保證零件裝掛穩(wěn)妥、導電良好。

裝掛應注意以下幾點:1)零件存在盲孔、凹槽時，盡量將盲孔、凹槽斜向上懸掛，避免窩氣。2)性能零件，盡量不要裝夾零件的關(guān)鍵部位或有性能要求的表面。3)裝飾零件，盡量不要裝夾外露部位。4)質(zhì)輕零件，裝掛時應有防止零件漂離掛鉤措施。5)易變性、磕碰零件，應逐一上掛、下掛，并相互間保持距離。6)帶有尖端，尖腳部位突出零件，懸掛時應使突出部位遠離陽極，并利用零件本身相互遮擋，防止電流尖端效應。7)對于需要在較高溫度鍍液下電鍍的零件，裝夾零件緊度要適中，防止零件因夾緊而變形。

1.5 設(shè) 備

電鍍設(shè)備有很多，如鍍槽、電鍍電源、加熱或降溫系統(tǒng)、循環(huán)過濾系統(tǒng)、干燥除氫烘箱及陰極移動(旋轉(zhuǎn)、滾動)裝置等。這些設(shè)備對電鍍層質(zhì)量影響非常大。電鍍使用的電源在GJB480A-1995中明確規(guī)定，高強度鋼電鍍電源的波紋系數(shù)不大于10%，鍍硬鉻電源的波紋系數(shù)不大于5%，采用的電流表、電壓表精度不得低于1.5級。除了必備的鍍槽和電源，其它設(shè)備如干燥設(shè)備對鍍鋅零件來說，就像是保暖箱，溫度過低，鈍化膜層得不到老化，耐蝕性降低，θ超過50℃，鍍鋅鈍化膜層又會開裂，同樣耐蝕性也會打折扣;循環(huán)過濾設(shè)備對光亮鍍鎳來說尤其重要，一旦沒有或出現(xiàn)故障，光亮鍍液內(nèi)的機械雜質(zhì)會隨金屬鎳一同在零件表面上沉積，使鍍層變得暗淡、粗糙、甚至出現(xiàn)顆粒;除氫烘箱對高強度鋼或抗拉強度大于1 050 MPa的鋼制零件電鍍來說，又是必要的。

針對設(shè)備影響因素應注意以下幾點:1)根據(jù)電鍍工藝、鍍層類別配備相應設(shè)備;2)選擇設(shè)備型號、精度等級時，按照國家標準或國家軍用標準的最低要求選取即可，在兼顧零件表面質(zhì)量的同時，可以有效降低成本;3)維護保養(yǎng)，設(shè)備在使用過程中要注意保養(yǎng)和維護，否則容易削弱它原有的作用或功能，成為形同虛設(shè)。

1.6 包 裝

成品件的包裝作為電鍍的最后工序也是必不可少的，特別是一些鍍錫、鍍銀零件，赤手接觸容易產(chǎn)生手指印痕;裸露存放，表面又極容易氧化變色，直接影響零件的外觀、焊接性和導電性。

針對包裝影響因素應注意以下幾點:1)包裝時應事先檢查包裝袋(箱)是否潔凈、結(jié)實。2)外觀要求嚴格的產(chǎn)品或精密零部件應采用專用包裝盒，以免損傷、磕碰。3)在包裝箱內(nèi)多層擺放零件時，每層之間應采用硬紙板間隔，頂層零件應略低于容器邊緣。4)包裝或擺放零件時，應戴潔凈的手套，以防裸手與零件接觸時，手中的汗液腐蝕零件。5)根據(jù)鍍層類別選擇適合材料的包裝箱，特別是對于易變色的鍍銀、鍍錫零件最好采用真空包裝，如條件不允許應采用氣象防銹紙袋或夾鏈袋，禁止采用白紙或橡膠類包裝盒(含有硫)。6)凡與零件直接接觸的包裝材料應無腐蝕性，不與零件直接接觸的包裝材料不應有腐蝕性氣體放出。

1.7 貯存環(huán)境

電鍍后的零件，每一種鍍層都有它的貯存環(huán)境，只有在適當?shù)臏囟群蜐穸认?，鍍覆后的零部件才會貯存長久。

針對貯存環(huán)境影響因素應注意以下幾點:1)貯存環(huán)境首先應保持清潔干凈。2)貯存期較長的零件應放入帶蓋的容器內(nèi)或在零件頂層放置紙板，以免灰塵落入。3)根據(jù)鍍層類別、基體材料應選擇恰當?shù)馁A存條件(溫度、濕度等)。

2 化學因素

2.1 工藝材料

電鍍液對雜質(zhì)的敏感度極強，即便是配制槽液用水，也是非常有講究的，針對工藝材料影響因素應注意以下幾點:1)在工藝標準中明確規(guī)定所用化學藥品和材料的規(guī)格、標準，并要求采購部門嚴格按照規(guī)格、標準采購。2)重要的化學藥品和材料應做進廠復驗;關(guān)鍵的化學藥品和材料應定點定質(zhì)供應;輔助材料必須具有進廠合格證明和質(zhì)量保證單。3)當配制電鍍?nèi)芤盒枰a充成分領(lǐng)取化工材料時，應仔細查看材料合格證及有效期，確保材料在有效期內(nèi)使用。

2.2 工 藝

2.2.1 前處理

通常前處理指的是除油和除銹，但面對各種基體材料、各種狀態(tài)、各種形狀大小的零件均清洗干凈并不是容易的事情，影響因素極多。針對前處理影響因素應注意以下幾點:1)電化學除油時間不易過長，如陰極電化學除油時間過長會引起滲氫，陽極電化學除油時間過長會引起銹蝕。2)因金屬對堿有一定的親和力，除油完畢后應采用熱水(θ≥60℃)和增加清洗次數(shù)的方法加以清洗，保證清洗質(zhì)量。3)對抗拉強度在1 300 MPa以上的高強度鋼零件、彈性零件、冷作硬化狀態(tài)下的薄壁零件(壁厚≤1 mm)，嚴禁酸洗和陰極除油。4)除油工序結(jié)束后，應采用水膜連續(xù)性的方法進行檢查，對于表面較大的零件以水膜持續(xù)30 s不斷裂為合格。5)易切削鋼含 S、P較高，采用酸的質(zhì)量分數(shù)應≤10%，t≤1 min，不要進行酸電解。6)酸浸蝕的時間、溫度及濃度要嚴格控制，過度浸蝕或浸蝕不足都會造成鍍后零件粗糙度欠佳或鍍層附著強度不好。

2.2.2 電 鍍

電鍍是電鍍過程的主工序，其影響因素較多，鍍液成分及濃度、工作溫度、pH、電流密度、鍍液雜質(zhì)含量等都是直接影響電鍍層質(zhì)量的主要因素，控制好這些因素是電鍍工序的關(guān)鍵。

針對電鍍工序中的主要影響因素應注意以下幾點:1)各種槽液成分必須保持在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)，并定期分析與調(diào)整。2)每個槽子上都要掛標牌，標明槽液成分、濃度及pH，超出規(guī)定范圍和逾期未分析的槽子應掛禁用牌。3)調(diào)整pH時應采用與主鹽同離子的酸或堿稀釋，并在攪拌下加入，防止局部pH過高，造成鍍液內(nèi)其它成分水解或沉淀析出。4)為防止添加劑的不足或過量，應按照消耗量(通電安培小時數(shù))少加勤加。5)進鍍槽的前一道清洗水應與配制鍍液時用的水相同，防止異金屬離子的帶入。6)濕處理工序間不允許零件表面干燥，所有工序中也要謹防表面被污染。

2.2.3 后處理

電鍍層在完成電鍍后進行后處理是必須的，至少要經(jīng)過清洗和干燥，甚至為了實現(xiàn)產(chǎn)品的性能或設(shè)計目的還要進行更多的后處理，諸如鈍化、封閉、除氫或涂防變色劑等，以使鍍層性能得到更好的保證和加強，但若處理不好，不但鍍層性能得不到保證，反而會使鍍層質(zhì)量變差。

針對后處理影響因素應注意以下幾點:1)采用堿性電鍍液電鍍的零件，電鍍后清洗時應采用流動熱水或熱水浸泡方式進行清洗，并增加中和工序。2)干燥前的鍍件應采用熱的純水燙洗，這樣可以加速脫水，有效防止水跡或水斑的形成。3)為防止壓縮空氣中異物污染鍍件，應定期對壓縮空氣進行檢查，不得有油、水和固體顆粒。4)進入烘箱烘干的零件，應事先把零件表面的余水吹干，防止形成水跡(鍍鎳、鍍錫等鍍層)或造成鈍化膜層脫落(鍍鋅)等疵病。5)對于需要除氫的零件應注意除氫前必須把零件清洗干凈，否則在高溫下，殘留的鍍液會腐蝕零件;除氫溫度不宜過高，特別是鍍鋅后除氫θ不宜超過250℃，否則鍍鋅層的結(jié)晶組織會變形、變脆，影響抗蝕性能。

3 人為因素

人為因素是電鍍過程中影響鍍層質(zhì)量最大、最活躍的因素。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，在工藝、設(shè)備及材料等相同的情況下，操作人員不同，電鍍出的產(chǎn)品零件外觀、厚度等會有差異，甚至會產(chǎn)生質(zhì)量問題。杜絕和減少人為因素的影響，對提高鍍層質(zhì)量致關(guān)重要。

針對人為影響因素應注意以下幾點:1)制定準確的、規(guī)范的、先進的標準操作規(guī)程，實現(xiàn)作業(yè)標準化。2)管理人員應充分行使管理職能，經(jīng)常到生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)督檢查工藝規(guī)程執(zhí)行情況，并做好監(jiān)督檢查記錄。3)正確對待化驗分析崗位，提高分析人員的素質(zhì)及分析技能，將鍍液各成分控制在最佳范圍。4)從事電鍍的操作人員應以年度進行專業(yè)培訓和考核，考核主要包括應知應會兩個方面。

綜上所述，影響電鍍層質(zhì)量的因素很多，但對每一影響因素加以認真對待，從細節(jié)入手，就會排除這些不利影響，甚至可以將這些影響因素轉(zhuǎn)化成有利因素。

Factors Affecting Coating Quality and Notices in Electroplating Production

LI Fei，LIU Lian-ying，JIN Yuan

TQ150.6

B

1001-3849(2011)11-0022-04

2011-04-22