徐金來 *，周杰，趙國鵬，胡耀紅

（1.廣州市二輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，廣東 廣州 510663；2.廣州鴻葳科技股份有限公司，廣東 廣州 510663）

鋁合金具有質(zhì)輕、易壓鑄成型等特點，被廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備的生產(chǎn)。通訊設(shè)備器材(如濾波器等)是通訊系統(tǒng)機(jī)站調(diào)頻設(shè)備的重要零件，硅在濾波器通訊設(shè)備中對濾波效果起到至關(guān)重要的作用，所以零件中硅的含量通常都較高。濾波器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)腔深度大，腔內(nèi)共鳴信號柱多，在壓鑄過程中容易產(chǎn)生冷隔、氣孔、縮孔等壓鑄缺陷。這對電鍍過程的浸鋅要求非常高，一般的無氰浸鋅溶液難以滿足要求。故在高硅鋁合金上，仍以有氰浸鋅為主?！稄V東省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2007年本)》中第3 類淘汰類中的第15 項“其他”明確列出含氰浸鋅工藝屬于淘汰工藝。因此，在此清潔生產(chǎn)政策背景下，無氰浸鋅的研究和應(yīng)用在近幾年成為熱點[1-6]。

高硅鋁合金器材通常指含硅量在8%～13%的鋁合金，主要應(yīng)用于通訊設(shè)備、航天設(shè)備及汽車零件上。含硅量高給浸鋅及電鍍帶來很大的困難，常見問題是基體與鍍層之間出現(xiàn)起泡、脫皮現(xiàn)象，或者經(jīng)過220°C 熱震結(jié)合力測試后出現(xiàn)起泡、脫皮等結(jié)合力不良情況。

無氰浸鋅主要有一元(Zn)、二元(Zn–Ni 和Zn–Fe)、三元(Zn–Ni–Fe)和四元(Zn–Ni–Cu–Fe)體系，一般均存在以下問題：由于僅使用羥基羧酸(如酒石酸鉀鈉、葡萄糖酸鈉等)作為配位劑，對鋅、銅的配位不足，導(dǎo)致浸鋅層的銅含量偏高，對鎳的配位過于強(qiáng)而導(dǎo)致浸鋅層中鎳難以沉積。同時，無氰浸鋅中銅離子在溶液中的配位不穩(wěn)定，含量難以控制，易使浸鋅層發(fā)黑。由于濾波器等通訊設(shè)備形狀復(fù)雜，高低區(qū)差別明顯。以上浸鋅溶液用于此類工件上會出現(xiàn)以下問題：浸鋅層中無銅或銅含量不穩(wěn)定，導(dǎo)致基體與鍍層容易出現(xiàn)起泡和脫皮的結(jié)合力不良情況；浸鋅層中無鎳或者鎳含量非常低，遠(yuǎn)少于含氰浸鋅；四元浸鋅層中銅含量偏高，致使在復(fù)雜件進(jìn)行無氰浸鋅后的沖擊電鍍時，與含氰浸鋅有明顯差別，表現(xiàn)在經(jīng)無氰浸鋅沖擊鍍銅后低電流密度區(qū)無法上銅或銅層發(fā)暗，氰化浸鋅后沖擊鍍銅則高、低電流區(qū)均出現(xiàn)紅色的銅層，而且含氰浸鋅的浸鋅層為米黃色，銅鎳合金層含量穩(wěn)定。

BH 無氰浸鋅液在高硅鋁合金上結(jié)合力優(yōu)良，與同類產(chǎn)品相比具有許多突出的優(yōu)點，該產(chǎn)品已成功應(yīng)用在高硅鋁合金濾波器上[7]。本文介紹BH 無氰浸鋅液應(yīng)用于高硅鋁合金中常見的問題及解決方案。

1 BH 無氰浸鋅層的表面形貌分析

BH 無氰浸鋅在高硅鋁合金上的結(jié)合力，浸鋅層化學(xué)成分及合金化狀態(tài)，預(yù)鍍銅的覆蓋性能、孔隙率等均與含氰浸鋅性能接近或一致[7]。對比研究純鋁(組成為：Al 99.2%，Si 0.25%，F(xiàn)e 0.4%，余量為Zn、Cu、Mn、Ti、Mg 等)和壓鑄鋁合金件(組成為：Al 80.93%，Si 11.29%，F(xiàn)e 1.45%，余量為Zn 1.7%、Cu 4.0%、Mn 0.35%，其他為Ti、Mg 等)在BH 無氰浸鋅液、市售主流無氰浸鋅液、含氰浸鋅液等3 種浸鋅液中得到的浸鋅層的微觀形貌照片，結(jié)果見圖1 和圖2。比較圖1a、1b、1c 可以看出，純鋁片經(jīng)市售無氰浸鋅液處理后得到的浸鋅層其表面的覆蓋程度較BH 無氰浸鋅液和有氰浸鋅液處理得到的浸鋅層差，而后兩者其表面浸鋅層的覆蓋程度接近。通過能譜分析發(fā)現(xiàn)，市售無氰浸鋅液的黑色“空洞”部分為露底的鋁基材，而圖1a 中，BH 浸鋅液得到的浸鋅層盡管也有“空洞”，且較有氰浸鋅層圖1c 多，但這些“空洞”含有較薄的浸鋅層。

圖1 純鋁經(jīng)BH 無氰浸鋅、市售無氰浸鋅和有氰浸鋅得到的浸鋅層的掃描電鏡照片F(xiàn)igure 1 Photos of scanning electron microscopy for zinc coatings obtained on pure aluminum after treating by BH cyanide-free zinc-dipping process,marketed cyanide-free zinc-dipping process,and cyanide-containing zinc-dipping process

圖2 高硅鋁合金經(jīng)BH 無氰浸鋅、市售無氰浸鋅和有氰浸鋅處理后浸鋅層的掃描電鏡照片F(xiàn)igure 2 Scanning electron microscopic photos of zinc coatings obtained on high-silicon aluminum alloy after treating by BH cyanide-free zinc-dipping process,marketed cyanide-free zincdipping process,and cyanide-containing zinc-dipping process

高硅鋁合金浸鋅后的掃描電鏡照片如圖2 所示。由于為壓鑄基材，故表面存在較多微裂紋。但對比圖2a、2b 和2c 發(fā)現(xiàn)，市售無氰浸鋅液得到的浸鋅層的表面覆蓋程度較BH 無氰浸鋅液和有氰浸鋅液得到的浸鋅層差，表面還存在較多微裂紋，而后兩者僅有少量的微裂紋存在。這表明后兩種浸鋅液得到的浸鋅層對壓鑄基材的覆蓋性能較好。

2 BH 無氰浸鋅的應(yīng)用

BH 無氰浸鋅目前已成功應(yīng)用于廣東某廠高硅鋁合金通訊器材的電鍍加工。該加工件為高硅壓鑄鋁合金和鋁合金機(jī)加件，具有復(fù)雜腔體，材質(zhì)包括Al–Si–Cu、Al–Si–Mg、Al–Fe 等多個系列。該類產(chǎn)品電鍍主要工藝流程分為3 種：

(1)除油─堿蝕─除垢─一次浸鋅─氰化堿銅─鍍銀；

(2)除油─堿蝕─除垢─二次浸鋅─氰化堿銅─鍍銀；

(3)除油─堿蝕─除垢─二次浸鋅─化學(xué)鎳─氰化堿銅─鍍銀。

相對較簡單的工件或者為Al–Si–Cu 系的腔體，主要采用電鍍工藝流程(1)，工件只需進(jìn)行一次浸鋅即可滿足要求，可以大大節(jié)省浸鋅成本及減少退鋅工序，提高生產(chǎn)效率。如果浸鋅液有較好的堿銅覆蓋性能，在堿銅電鍍加工完成后不會產(chǎn)生腔體內(nèi)外銅層顏色分層現(xiàn)象，且要求220°C 熱震試驗的工件，可采用電鍍工藝流程(2)。對于腔體復(fù)雜的工件或者機(jī)加件，通常使用工藝流程(3)，以減少低區(qū)起泡現(xiàn)象，提高合格率。

該廠曾試用過國外知名公司的無氰浸鋅產(chǎn)品以及市售主流無氰浸鋅液，均不能滿足上述要求。而采用BH 無氰浸鋅液對該產(chǎn)品進(jìn)行電鍍加工，無論產(chǎn)品外觀還是結(jié)合力，均與有氰浸鋅無異，完全滿足該廠實際生產(chǎn)要求。

浸鋅液使用半年多來，通過補(bǔ)加濃縮液，鍍液穩(wěn)定，浸鋅層的組分也較穩(wěn)定，基本滿足生產(chǎn)需要。但在部分復(fù)雜工件的合格率上與有氰浸鋅相比還存在一定距離，前者比后者低2%～8%。

3 應(yīng)用過程存在的問題及解決措施

經(jīng)過半年多的跟蹤，發(fā)現(xiàn)通訊設(shè)備鋁合金濾波器及配件在浸鋅和電鍍過程中容易出現(xiàn)的故障主要有以下方面。

3.1 基體與銅層起泡

生產(chǎn)蓋板時，曾出現(xiàn)240 件產(chǎn)品經(jīng)120°C 烘干后，有40 件發(fā)生基體與銅層起泡現(xiàn)象，見圖3，起泡均位于同一位置，合格率遠(yuǎn)低于正常的98%水平。

后查明原因，該位置有不少毛坯寫有油性字樣，除垢后未能有效去除，影響了沉鋅效果，最終引起了結(jié)合力不良。采用一次浸鋅時問題更嚴(yán)重，采用二次浸鋅法可以有效解決該問題，有氰浸鋅也是采用二次浸鋅才獲得較高的合格率。

圖3 由于前處理不徹底導(dǎo)致起泡的鍍件照片F(xiàn)igure 3 Photos of bubbling of plated workpieces caused by poor pretreatment

解決辦法：改用水性筆標(biāo)示或加強(qiáng)前處理。

3.2 掛具點附近起泡

某次生產(chǎn)蓋板和腔體件時，發(fā)生不良率較高的銅與基體起泡現(xiàn)象，起泡幾乎全為掛具點附近，見圖4。之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)掛具未退鍍時，在除垢水溫度較高(40°C以上)的情況下，就會引發(fā)該類起泡現(xiàn)象。之前有氰沉鋅也經(jīng)常發(fā)生該類問題。一般情況下，在沖銅后掛具點附近有發(fā)黑現(xiàn)象，即會導(dǎo)致浸鋅后掛具點附近起泡。因此，解決的辦法是每次電鍍后都對掛具進(jìn)行退鍍，或嚴(yán)格控制除垢溫度。

圖4 掛具點附近產(chǎn)生起泡的鍍件Figure 4 Plated workpieces with bubbling near the rack

3.3 孔位起泡

有氰浸鋅也經(jīng)常發(fā)生該類問題，原因可能與螺絲未退鍍，或退鋅后孔位清洗未凈，又或孔內(nèi)含有殘留切削液有關(guān)(一般與浸鋅液無關(guān))。加熱水清洗，對該起泡現(xiàn)象的解決十分有利。因此，通常的解決辦法是：增加浸鋅前熱水清洗，清洗后甩凈孔內(nèi)液體再浸鋅。圖5 為孔位起泡的浸鋅件。

3.4 低位起泡

生產(chǎn)某型號的腔體時，經(jīng)過某一特定堿銅槽的工件80%以上發(fā)生腔體底部起泡現(xiàn)象，如圖6 所示。

圖5 發(fā)生孔位起泡的浸鋅件照片F(xiàn)igure 5 Photo of zinc-dipping workpiece with bubbling near the hole

圖6 發(fā)生腔體底部起泡的浸鋅件Figure 6 Zinc-dipping workpiece with bubbling at the bottom of cavity

經(jīng)排查原因后發(fā)現(xiàn)，由于該型號腔體較深，而電鍍加工該槽工件的堿銅由于受到金屬雜質(zhì)的污染，深鍍能力較差，導(dǎo)致工件底部難以上銅，最終發(fā)生腔體底部起泡現(xiàn)象。解決辦法是調(diào)整堿銅槽或更換堿銅槽。但是，如果內(nèi)壁亦發(fā)生起泡現(xiàn)象，且不良率較高時，應(yīng)引起足夠重視，可能與浸鋅液有較大的關(guān)系，需要更換浸鋅液。

3.5 凹槽起泡

在含鎂基材腔體進(jìn)行浸鋅時，通常其背后框框凹槽處容易發(fā)生起泡現(xiàn)象，在有氰浸鋅時，也發(fā)生同樣的情況，如圖7 所示。但若在無氰浸鋅時發(fā)生較多的大泡時，應(yīng)引起足夠重視，可能是浸鋅液狀態(tài)不佳，導(dǎo)致結(jié)晶不夠細(xì)致所造成的。解決的辦法是調(diào)整浸鋅槽，加入配位劑。

圖7 含鎂基材腔體背后框框凹槽起泡位置Figure 7 Bubbling position in the frame groove of cavity back made from magnesium-containing material

3.6 銅與銀之間起泡

銅層與銀層之間的起泡一般為預(yù)鍍銀帶電入槽導(dǎo)電不良或預(yù)鍍銀槽液有問題所致，如圖8 所示。解決辦法是帶電入槽或調(diào)整預(yù)鍍銀槽。

圖8 銅與銀之間的起泡現(xiàn)象Figure 8 Bubbling phenomenon between copper and silver coatings

4 結(jié)語

(1)通過結(jié)合力、浸鋅層化學(xué)成分、浸鋅層合金化狀態(tài)、堿銅覆蓋性能、孔隙率、微觀形貌等方面的測試比較[7]及形貌分析可知，BH 無氰浸鋅各方面性能與有氰浸鋅較為接近，且明顯優(yōu)于市售無氰浸鋅。

(2)通過一年多的應(yīng)用，對BH 無氰浸鋅使用過程的故障及解決措施有了更深的認(rèn)識和了解。

(3)BH 無氰浸鋅在工業(yè)上的成功應(yīng)用及其在實際應(yīng)用中積累的生產(chǎn)經(jīng)驗表明，在高硅鋁合金預(yù)處理上，BH 無氰浸鋅完全有可能取代有氰浸鋅。

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