影響接插件電鍍金層分布的主要因素

發(fā)布于：07-13

核心提示：影響接插件電鍍金層分布的主要因素
【簡介】
1前言
金屬鍍層在陰極上分布的均勻性，是決定鍍層質(zhì)量的一個(gè)重要因素，在電鍍生產(chǎn)中人們總是希望能在鍍件表面獲得均勻的鍍層。接插件中的插孔接觸件，由于功能部位為插孔內(nèi)表面，如果鍍件內(nèi)外表面鍍層能分布一致，就可以最大限度地減少生產(chǎn)成本。但實(shí)際上不管是采用何種電鍍液，總是存在著鍍層厚度不均勻的現(xiàn)象。根據(jù)法拉第定律，在電鍍過程中，電流通過電鍍液(電解質(zhì)溶液)時(shí)，在陰極上析出物質(zhì)的量與通過的電量成正比。從這一點(diǎn)來講，鍍層在零件表面的分布取決于電流在陰極表面的分布，所以一切影響電流在陰極表面上分布的因素都影響鍍層在陰極表面的分布[1]。另外，在電鍍過程中，陰極上發(fā)生的反應(yīng)，往往不是簡單的金屬析出，在伴隨金屬析出的同時(shí)常有析氫反應(yīng)或其它副反應(yīng)的發(fā)生，這說明鍍層分布還要受到溶液性能的影響，同時(shí)也還涉及電流效率韻問題。在接觸體鍍金的日常生產(chǎn)中，筆者發(fā)現(xiàn)：鍍層在陰極上分布的均勻能力除了跟溶液的性質(zhì)有關(guān)外，也與鍍件形狀、電鍍方式的選擇、電鍍電源的選擇、電流密度范圍的選擇以及鍍件的裝載量等因素密切相關(guān)。
2影響鍍層在陰極表面分布的因素
2．1電流密度
任何鍍液都有一個(gè)獲得良好鍍層的電流密度范圍，鍍金液也不例外。當(dāng)電鍍過程中電流密度超出工藝范圍上限值過大時(shí)，往往會(huì)形成粗大的結(jié)晶顆粒，在此基礎(chǔ)上獲得的鍍層較粗糙；而在低電流密度下操作時(shí)獲得的鍍層較細(xì)致。對(duì)于滾鍍金或振動(dòng)鍍金而言，由于金鍍液中金的質(zhì)量濃度較低(一般為2.6g／L)，電流密度在0．1～0．4?A／dm2之間進(jìn)行操作時(shí)都能獲得良好的鍍層。但當(dāng)采用上限電流密度操作時(shí)，陰極附近的[Au(CN)2]-就會(huì)缺乏，造成陰極上析氫反應(yīng)加劇，電流效率就會(huì)降低。因此，用0．2?A／dm2的電流密度進(jìn)行電鍍與用0．1?A／dm2的電流密度進(jìn)行電鍍，在生產(chǎn)時(shí)間上并不是簡單的倍數(shù)關(guān)系。
在采用滾鍍和振動(dòng)鍍進(jìn)行低速鍍金的過程中，如果采用較高的電流密度，發(fā)生尖端效應(yīng)的可能性增大。特別是在振動(dòng)電鍍時(shí)，由于在整個(gè)電鍍金過程中鍍件的尖端始終朝向陽極(振篩外面是陽極圈)，尖端效應(yīng)就更為明顯，鍍件邊緣或插針、插孔尖端處的鍍層較厚而低端處鍍層相對(duì)較薄，造成零件表面鍍層厚度分布不均勻。因此在應(yīng)用低速鍍金工藝時(shí)，針對(duì)細(xì)長形·狀針孔接觸體，一般都采用工藝中電流密度范圍的下限進(jìn)行操作，用小電流、長時(shí)間的電鍍方式來獲得鍍層厚度相對(duì)均勻的鍍層。
2．2電鍍電源
在目前的接插件電鍍行業(yè)中，常使用的電鍍電源有3種：直流電源、脈沖電源和雙向脈沖電源。目前使用最多的是直流電源。為使孔內(nèi)鍍金層厚度達(dá)到圖紙要求，如果用傳統(tǒng)的直流電源，孔外的鍍金層厚度會(huì)比孔內(nèi)的厚，特別是接觸體中許多小孔零件，孔內(nèi)、外鍍層的厚度差更加明顯。而采用周期性換向脈沖電源時(shí)，在電鍍金過程中，當(dāng)施加正向電流時(shí)，金在作為陰極的鍍件表面沉積，鍍件的凸起處為高電流密度區(qū)，鍍層沉積較快；當(dāng)施加反向電流時(shí)，鍍件表面的鍍層發(fā)生溶解，原來的高電流密度區(qū)溶解較快，可以在零件的凸起處除去較多的鍍層，使鍍層厚度均勻。生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用周期性換向脈沖電源不但可以改善鍍金層在接觸體孔內(nèi)、外表面的分布，同時(shí)對(duì)電鍍時(shí)的整槽鍍件的鍍層均勻性也有較好的改善。表1是采用孔徑為lm、孔深大于3?mm的接觸件(名為接線導(dǎo)管)，按l．3μm厚度(圖紙規(guī)定l．27?μm)要求，以0．1?A／dm2的陰極電流密度，在兩種不同電鍍電源振動(dòng)鍍金后所檢測出的鍍層厚度數(shù)據(jù)。
表1不同電鍍電源鍍金后的鍍層厚度對(duì)比
Table?l?Comparison?between?gold?electroplating?layerthickness?using?different?electroplating?power?supplies
編號(hào)?δ（鍍層）/μm?
??采用普通直流電源?采用雙向脈沖電源?
1?1．40?1．59?
2?1．85?1．64?
3?1．89?1．45?
4?2．O4?1．6l?
5?1．78?1.32?
6?2．17?1.33?
7?1．71?1．38?
8?1．82?1．59?
9?1．61?1．41?
10?1．44?1．40?
由表l中的數(shù)據(jù)可以看出，按規(guī)定厚度(下限l．3μm)鍍金，采用普通直流電源時(shí)，抽取的l0個(gè)樣件中，金層厚度最高的為2．17μm，最低的為1．40μm，厚度差為0．77μm；采用雙向脈沖電源時(shí)，金層厚度最高的為1．64μm，最低的為l．32μm，厚度差僅為0．32μm。這說明采用雙向脈沖電源鍍金不但可以改善單件鍍件表面鍍層的均勻性，還可以改善每槽鍍件整體(鍍件與鍍件之間)的鍍層分布。
2．3鍍件裝載量
鍍件裝載量是否恰當(dāng)，對(duì)于鍍金層能否在鍍件上均勻分布也十分重要。無論是采用振動(dòng)電鍍方式還是滾鍍方式，若鍍件數(shù)量較少而低于裝載量下限時(shí)，在電鍍過程中鍍件容易受到導(dǎo)電不良的影響，而且鍍層均勻性也會(huì)受到明顯影響，必須加入一些陪鍍件以保證鍍件不會(huì)中途斷電，同時(shí)也促使鍍件均勻翻轉(zhuǎn)。當(dāng)鍍件裝載量較大時(shí)，鍍件在滾筒或振篩中位置相互交換不夠充分，一部分鍍件始終處于高電流密度狀態(tài)而其余的鍍件則始終處于低電流密度狀態(tài)，最終造成鍍件之間鍍層分布不均勻。因此，一般電鍍生產(chǎn)廠都在工藝中規(guī)定了每槽鍍件的裝載量范圍。通常按以下原則選擇鍍件裝載量：
(1)鍍件在滾筒或振篩中能完全連續(xù)導(dǎo)電，不會(huì)因?yàn)檠b載量過少而造成導(dǎo)電不良。
(2)在滾筒或振篩中，鍍件之間位置的相互交換狀態(tài)良好。
(3)鍍件裝載量一般為滾筒或振篩容積的l／3，不超過l／2。
2．4電鍍方式和電鍍?cè)O(shè)備選擇
針對(duì)不同形狀的鍍件，在選用電鍍方式時(shí)應(yīng)該有所區(qū)分。例如：對(duì)異型鍍件和帶有孔徑大于1?mm非盲孔的細(xì)長形狀接觸體而言，一般適宜采用滾鍍的方式；對(duì)于孔徑小于l?mm的小型插針、插孔，特別是帶有盲孔的接觸體而言，一般適宜采用振動(dòng)電鍍的方式[2]?？傊?，對(duì)不同形狀的零件采用合理的電鍍方式對(duì)于鍍金層分布的均勻性十分重要。另外，在電鍍過程中為了減小鍍液濃差極化，應(yīng)重視鍍液的攪拌。對(duì)于鍍金液而言，一般采用循環(huán)過濾的方式。在傳統(tǒng)的滾鍍電鍍生產(chǎn)過程中，用于電鍍細(xì)小針孔接觸體的滾筒為了防止針尖插在滾筒壁上，滾筒壁上的濾液孔往往設(shè)計(jì)得很小，滾筒內(nèi)外的溶液不能迅速交換(見圖l)，電鍍時(shí)由于陰極附近的[Au(CN)2]一不能得到迅速補(bǔ)充，鍍液很容易產(chǎn)生濃差極化，從而影響分散能力，最終影響到鍍層的均勻性。
近幾年來出現(xiàn)的新滾鍍生產(chǎn)線，針對(duì)傳統(tǒng)樣式滾筒的缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)。新式滾筒除了在陰極接點(diǎn)方式上把導(dǎo)電辮改為導(dǎo)電釘外，與舊滾筒之間最大的區(qū)別是新滾筒設(shè)計(jì)有喇叭形溶液進(jìn)口，使用時(shí)可以與鍍液循環(huán)過濾泵出液口對(duì)接，便于加速滾筒內(nèi)、外溶液循環(huán)，減小電鍍過程中鍍液的濃差極化(見圖2)。
圖1傳統(tǒng)樣式的電鍍滾筒
Figure?l?Traditional?electroplating?barrel
圖2新式電鍍滾筒(喇PAQ為溶液進(jìn)口)
Figure?2?New?electroplating?barrel?Pbell?mouth”for?bath?flow?inlet)
表2是采用接觸體中的某種插針分別使用舊式滾筒與改進(jìn)后的新式滾筒電鍍后，金鍍層厚度的對(duì)比(電流密度為0．1A/dm2)。樣件檢測時(shí)，從插針頭部每間隔2?mm作一測試點(diǎn)。．
表2老式滾筒與新式滾筒電鍍金的鍍層厚度對(duì)比
Table?2?Comparison?between?gold?electroplating?layerthickness?using?traditional?and?new?type?barrel
檢測點(diǎn)距插針頭部距離/mm?δ(鍍層)／μm?
舊式滾筒?新式滾筒?
1?2?3?1?2?3?
2?0．601?0．534?0．501?0．513?0．500?0．434?
4?0．536?0．517?0．563?0．519?0．501?0．436?
6?0．496?0．471?0．507?0．513?0．497?0．462?
8?0．474?0．444?0．458?0．497?0．509?0．473?
10?0．449?0．437?0．41?0．486?0．488?0．455?
12?0．449?0．405?0．388?0．475?0．494?0．460?
14?0．436?0．415?0．368?0．486?0．518?0．493?
16?0．424?0．427?0．351?0．533?0．525?0．493?
18?0．447?0．438?0．340?0．523?0．524?0．512?
20?0．455?0．447?0．344?0．52?0．534?0．517?
22?0．470?0．461?0．346?0．541?0．548?0．514?
24?0．498?0．477?0．365?0．527?0．552?0．507?
△δ?0．177?0．129?0．223?0．066?0．060?0．083?
由表2可以看出，采用舊式滾筒電鍍的樣件，鍍件前后端鍍層厚度差超過O．2μm；而采用新式滾筒電鍍的樣件，鍍件前后端鍍層厚度差僅為0．07μm左右。筆者所在公司某類高頻連接器外殼A與外殼B，要求內(nèi)孔4～6?mm處厚度要達(dá)到0．38μm的深孔鍍金件。使用傳統(tǒng)滾鍍生產(chǎn)線以舊式滾筒電鍍時(shí)，若要使鍍件孔內(nèi)金屬厚度符合上述要求，則外表面金層厚度將分別達(dá)到0．5～0.9μm與1．5～2．0μm左右，金材浪費(fèi)較大；采用新滾鍍生產(chǎn)線以新式滾筒電鍍后，在孔內(nèi)檢測點(diǎn)金層厚度達(dá)到0．38μm時(shí)，鍍件外表面的厚度可以降低到0．6～0．7μm。這說明在鍍層厚度分布上，采用改進(jìn)后的新式滾筒鍍出的鍍件，鍍層厚度比較均勻，這也說明電鍍?cè)O(shè)備的改進(jìn)可以改善鍍金層在鍍件表面的分布，使鍍層更為均勻。
2．5基體形狀
鍍件的基體形狀不同，則鍍層的均勻性也不同。越是細(xì)長或孔越深的接觸件，其鍍層的均勻性越差。另外，在接觸體中的部分插孔件，插孔開口處縫隙寬度大于孔壁厚度，由于在電鍍過程中鍍件不斷翻轉(zhuǎn)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)部分鍍件之間相互對(duì)插的現(xiàn)象(見圖3)，這對(duì)電鍍質(zhì)量影響很大。因?yàn)閷?duì)插易造成插孔鍍后孔內(nèi)“黑孔”，鍍層厚度分布不均勻，在互相對(duì)插的部位鍍層較薄甚至沒有鍍層。為達(dá)到用戶要求，操作者不得不在生產(chǎn)過程中將對(duì)插的零件拔開，然后反復(fù)加鍍，造成人力、物力的浪費(fèi)，并且也可能因?yàn)楹穸炔粔虻膯栴}而造成用戶退貨，從而損失更大。
圖3鍍件鍍金時(shí)出現(xiàn)的對(duì)插現(xiàn)象
Figure?3?Interlacing?of?pieces?during?gold?electroplating
表3是在某種插孔鍍金后，將對(duì)插的一對(duì)插孔和未發(fā)生對(duì)插的插孔中抽樣進(jìn)行鍍金層測厚的結(jié)果對(duì)比，測量部位為孔內(nèi)0．6mm處。表3對(duì)插插孔和非對(duì)插插孔的金層厚度檢測結(jié)果對(duì)比
Table?3?Comparison?between?thickness?testing?results?forinterlacing?and?non-interlacing?during?gold?electroplating
試樣類型?樣件編號(hào)?δ(鍍層)／um?
一對(duì)插試樣???1?0.116?
2?0.084?
非對(duì)插試樣?1?0.420?
2?0.533?
3?0.478?
從表3的檢測結(jié)果可以看出，對(duì)插后試樣的鍍層厚度受到明顯影響。為減少上述倍況的發(fā)生，可對(duì)該類鍍件的生產(chǎn)流程進(jìn)行重新調(diào)整。將這類插孔收口后再進(jìn)行電鍍，以杜絕電鍍時(shí)在劈槽口產(chǎn)生對(duì)插的現(xiàn)象。以某種插孔為例，鍍金后孔內(nèi)厚度要求達(dá)到0．1μm。
以前的生產(chǎn)工序流程是：電鍍工序除油一酸洗一鈍化一電鍍一成品工序收口后裝配。由于在電鍍過程中鍍件相互對(duì)插，導(dǎo)致部分鍍件孔內(nèi)金層厚度達(dá)到0．2μm以上，部分鍍件孔內(nèi)沒有鍍金層。后將生產(chǎn)工序流程改為：電鍍工序除油一酸洗一鈍化一成品工序收口一電鍍工序電鍍一成品工序裝配，鍍件對(duì)插的問題得以解決。表4是工藝改進(jìn)前、后，該插孔鍍金后的鍍層分布情況對(duì)比。
表4改變生產(chǎn)流程對(duì)有對(duì)擂現(xiàn)象的插孔金層厚度的影晌
Table?4?Influence?of?changing?process?flow?on?goldelectroolating?layer?thickness?with?interlacing
樣品編號(hào)?δ（鍍層）/μm?
原生產(chǎn)工序?現(xiàn)生產(chǎn)工序?
1?0．175?0．071?
2?0．201?0．085?
3?0．185?0．077?
4?0．146?0．091?
5?0．187?0．079?
6?0．194?0．101?
7?0．213?0．082?
由表4可以看出，按原生產(chǎn)工序進(jìn)行鍍金操作時(shí)，由于要考慮電鍍時(shí)鍍件對(duì)插的影響，為了保證鍍金后孔內(nèi)厚度按要求達(dá)到0．1?μm，大部分鍍件的金層超厚，造成生產(chǎn)成本浪費(fèi)；而改進(jìn)生產(chǎn)工序后，鍍層平均厚度明顯下降。由此可見，當(dāng)鍍件的基體形狀影響到鍍層分布時(shí)，在不能及時(shí)改變鍍件設(shè)計(jì)尺寸的情況下，如果采取合適的工藝流程也可以改善鍍金層在零件表面的分布，同時(shí)達(dá)到節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。
3結(jié)論
(1)鍍層在鍍件表面分布的均勻性與鍍液的性能、鍍件表面電流密度分布的情況有一定的關(guān)系。另外，鍍層的均勻性還要受到電鍍方式、電鍍?cè)O(shè)備性能、鍍件裝載量以及鍍件生產(chǎn)流程的影響。
(2)選擇分散能力較好的鍍液，采用性能優(yōu)良的電鍍?cè)O(shè)備，選擇適合鍍件形狀的電鍍方式和電鍍生產(chǎn)流程，以較低的電流密度也可以獲得比較均勻的鍍層。
參考文獻(xiàn)：
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