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    易切削303不锈钢板的镀金工艺

    发布时间:2021-09-01 09:31:43 点击量:213

    摘要:提出了一种易切削303不锈钢板电镀金工艺,其流程主要包括化学除油、电化学除油、去碱膜、活化、预镀镍、镀亮镍和镀金。介绍了各工序的配方、工艺条件和注意事项。除油后的去碱膜工序能很好地解决303不锈钢板易钝化、难电镀的问题,所得镀层均匀一致,结合力良好。该工艺拓宽了易切削303不锈钢板的应用范围。

    303不锈钢板是在304 不锈钢基础上加入硫、磷等元素的易切削不锈钢,主要用于要求易切削和表面光洁度高的场合,可提高零件的切削性能和抗高温粘结性能。

    易切削不锈钢经过一系列的表面处理工艺(如抛光、钝化、酸洗、电镀镍金、电镀铬等)后可扩大其使用范围,使零件表面的耐蚀能力更强、光洁度更高、耐磨性更强。但在易切削303不锈钢板的电镀过程中,采用常规 1Cr18Ni9Ti 不锈钢电镀方法很难获得结合力良好的镀层。

    射频同轴连接器作为射频同轴传输的主要组成部分,是传输信号的关键元件,可有效地传输射频磁能量,被广泛应用于微波通讯、航天航海、武器系统等领域中的天线、通信系统、射频发射或射频接受系统中,在高速数据传输设备中的应用也越来越广泛。将易切削303不锈钢板加工成射频同轴连接器元件,采用镀金工艺可有效提升其传输、耐蚀性能。

    本文在 1Cr18Ni9Ti 不锈钢零件电镀工艺的基础上,开发了一种射频同轴连接器的镀金工艺,详细阐述了易切削303不锈钢板的电镀工艺流程及难点。

    1 工艺流程

    原 1Cr18Ni9Ti 不锈钢零件的电镀工艺流程为:化学除油─电化学除油─活化─预镀镍─镀亮镍─镀金。易切削303不锈钢板零件的电镀是在上述流程的基础上,在电化学除油后增加了一步去碱膜工序,以确保预镀镍与易切削303不锈钢板基体之间具有牢固的结合力。

    2 主要工序的工艺条件及要点

    2. 1 除油

    2. 1. 1 化学除油

    化学除油通过碱性溶液及表面活性剂对油脂的皂化作用、乳化作用来除去油脂。化学除油的设备比较简单,成本低,但除油时间较长。除油液可以直接购买市售的多功能除油液。本文采用碱液除油方式对不锈钢零件进行除油,除油后先用60 °C 热水清洗,再进行二级逆洗。碱性除油配方如下:

    氢氧化钠 60 ~ 80 g/L

    碳酸钠20 ~ 40 g/L

    硅酸钠3 ~ 10 g/L

    磷酸钠20 ~ 40 g/L

    θ 70 ~ 90 °C

    2. 1. 2 电化学除油

    在化学除油后,用细铜丝把零件绑在专用挂具上(如图1),再进行电化学除油。

    图1电镀专用挂具

    电化学除油是将零件挂在碱性电解液的阴极或阳极上,利用电解时电极的极化作用和产生的大量气体将油污去除。电极的极化作用可以降低油与溶液界面的表面张力;电极表面析出的氢气或氧气泡对油膜具有强烈的撕裂作用和对溶液有机械搅拌作用,从而促使油膜更迅速地从零件表面脱落,转变为细小的油珠,加速和加强除油过程。电化学除油速率远远超过化学除油,而且能达到近乎彻底清除干净的除油效果。

    阴极除油效率高,析出的氢气(反应式为 2H2O +2e− = H2↑ + 2OH−)为阳极除油析出氧气(反应式为4OH− − 4e− = O2↑ + 2H2O)的2 倍,且基体不会被腐蚀,但容易渗氢,若溶液中含有金属杂质,这些金属杂质也容易沉积在零件表面。阳极除油不会发生氢脆,能除去零件表面的浸蚀残渣和某些金属薄膜,但除油效率低,零件易受腐蚀。

    本工艺采用阴阳极联合除油,电解除油后先用60 °C热水清洗,再进行二级逆洗,具体配方如下:

    氢氧化钠 5 ~ 60 g/L

    磷酸三钠20 ~ 60 g/L

    碳酸钠20 ~ 60 g/L

    硅酸钠3 ~ 10 g/L

    Jk 3 ~ 10 A/dm2

    θ 50 ~ 80 °C

    t 阴极电解≤10 min,阳极电解≤1 min

    2. 2 去碱膜

    由于以上除油溶液均为碱性溶液,易切削303不锈钢板零件除油后会形成一层碱膜,如果此层碱膜未完全去除,会直接影响电镀后的镀层结合力。在除油完成后, 使用热水清洗, 再进行活化和电镀, 可使1Cr18Ni9Ti 不锈钢零件取得良好的镀层。但是,采用同样方法处理的易切削303不锈钢板零件却难以获得具有良好结合力的镀层,会出现如图2 所示的镀层起皮现象。因此,选择在活化前,采用特种的不锈钢脱膜粉对易切削303不锈钢板进行处理。具体工艺为:不锈钢脱膜粉70 ~ 80 g/L,温度85 ~ 90 °C,时间5 ~ 8 min。

    图2易切削303不锈钢板表面镍的起皮现象

    2. 3 活化

    易切削 303不锈钢板的含铬量较高,易与空气或水形成钝化膜,所以在对303不锈钢板零件进行去碱膜处理后,必须采用一道活化工序或活化预镀一步法来去除钝化膜。

    不锈钢零件表面的钝化膜都存在一定的缺陷(如晶界、夹杂物、位错等),使用一定的手段使其在缺陷部位更加脆弱,就能破坏钝化膜。Cl−半径小,穿透力强,容易透过钝化膜中微小的孔隙后与金属相互作用形成可溶性化合物,对钝化膜的破坏最突出。Cl−透过零件缺陷部位进入晶格中后,代替不锈钢钝化膜中的H2O、OH−、O2−,降低了电极反应的活化能,加

    速基体的阳极溶解。

    因此,在室温条件下,使用400 ~ 500 mL/L 盐酸,并加入一定量的硫酸来除去钝化膜,以活化不锈钢表面。因硝酸容易使不锈钢表面重新钝化,所以不采用硝酸活化。把易切削303不锈钢板零件浸入活化液中,待零件表面产生气泡后,再继续活化5 min。活化完全后,不需水洗,迅速直接预镀镍。

    2. 4 预镀镍

    预镀能够防止镀件在浸入某些电镀液时基体被溶解,或基体与镀层结合力不好而置换出附着力不佳的镀层。预镀镍具有活化不锈钢表面与镀薄镍的作用,预镀镍层作为过渡层可增加亮镍层的附着力。

    在预镀镍开始时,用比正常电流密度大2 ~ 3 倍的电流对零件进行冲击电镀,冲击电流可使零件表面的化学活性均匀,并能迅速镀上一层氢过电位较大的镍层,从而提高零件表面镀层的覆盖度和均匀性,防止因电流太小而无法上镀。预镀镍是不锈钢电镀中最重要的环节,直接影响后面镀层质量的好坏。

    预镀镍的工艺配方如下:

    盐酸 0 ~ 120 mL/L

    氯化镍200 ~ 240 g/L

    Jk 3 ~ 15 A/dm2

    θ 20 ~ 30 °C

    t 5 ~ 8 min

    根据装挂零件数量和面积,计算零件预镀镍所需的电流,然后进行预镀镍。预镀镍注意事项如下:(1) 预镀镍溶液温度需保持在25 ~ 30 °C,否则容易出现零件表面镀不上镍的情况。

    (2) 零件入槽后先不通电流放置2 ~ 3 min,然后用大电流冲击5 ~ 10 min。

    (3) 预镀镍因为是大电流冲击,会导致零件表面产生大量气泡,如果不及时剧烈抖动,会使气泡附着在零件表面,而冲击不上镍。

    (4) 零件预镀镍完成后须仔细观察零件是否镀上了镍,如没有,需重新活化并预镀镍。

    (5) 预镀镍溶液内的铁离子不得超过 10 g/L,铜离子不得超过1 g/L。

    2. 5 电镀亮镍

    不锈钢零件在预镀镍后,经 5%(体积分数)H2SO4清洗5 ~ 10 s 后直接电镀亮镍。在镀镍过程中,需严格控制溶液成分、温度等工艺条件。

    (1) 当硫酸镍含量过高时,允许pH 偏低;硫酸镍含量低时,pH 应偏高。pH 的总变化范围控制在3.8 ~5.5 为好。如果过低,会使阴极电流效率下降,镀层脆性大,甚至得不到镀层,只有氢气析出;反之,则溶液浑浊,镀层发雾,产生毛刺并有严重脆性。

    (2) 温度对镍镀层的内应力有很大影响。温度升高可提高电流密度上限,加速沉积,镀层光亮耐用,光亮范围宽。但温度过高时,镍层易钝化,使镀铬困难,同时易产生毛刺和针孔,镀液分散能力也会降低。若温度过低,镀层内应力加大,镀层脆性增加。温度为10 ~ 35 °C 时,镀层内应力迅速降低;35 ~ 60 °C时,内应力降低较慢;60 °C 以上时,内应力几乎不变。所以,镀镍时最低温度必须在18 °C 以上,最高不超过60 °C,电镀亮镍温度在45 ~ 55 °C 之间较为适当。

    (3) 阴极电流密度直接影响着镀层质量,而阴极电流密度又与镀液中镍离子浓度、温度等有关。一般而言,镀液浓度较高,并升温和搅拌时,允许使用较高的电流密度,从而大大加快电镀过程。光亮快速镀镍一般采用2 ~ 5 A/dm2,甚至更高。

    电镀亮镍的具体配方和工艺条件如下:

    硫酸镍 250 ~ 300 g/L

    氯化镍30 ~ 60 g/L

    硼酸35 ~ 60 g/L

    添加剂 15 mL/L

    Jk 1 A/dm2

    θ 45 ~ 55 °C

    根据装挂零件的数量、面积以及电镀亮镍的电流密度,可以计算出镀镍时所需的电流。根据厂家对镀层厚度的要求电镀一定时间,镀镍后效果如图3。

    图3易切削303不锈钢板表面镀镍后照片

    2. 6 电镀硬金

    镀镍后的零件经二级逆洗、活化后,直接电镀硬金,根据厂家要求的厚度进行电镀。镀金后的效果如图4。

    图4易切削303不锈钢板表面镀金后照片

    电镀硬金配方如下:

    镀金开缸剂 600 mL/L

    金盐含量6 ~ 10 g/L

    pH 4.8 ~ 5.2

    Jk 1 A/dm2

    θ 15 ~ 30 °C

    t 5 ~ 8 min

    2. 7 镀后清洗

    镀金完成后,先用纯水或蒸馏水进行二级逆洗,再将零件清洗干净,以除去镀层表面残留的溶液,使镀层表面保持洁净,不至于因污染而降低镀层的抗蚀性。然后用热纯水或蒸馏水清洗,吹干后,再放入80 ~100 °C 烘箱中保温10 ~ 15 min。

    3 镀层检测

    根据用户需求,对 303不锈钢板零件的外观、镀层厚度及结合力进行检测。

    3. 1 镀层外观

    经电镀处理的不锈钢零件,镀层光泽均匀、结晶细致,不粗糙、不起皮、不鼓泡、不漏底、不发暗、不烧焦。镀层外观质量合格,符合用户需求。

    3. 2 厚度

    电镀后镀层的厚度必须满足图纸标注的最低厚度要求或在一定的允许范围(镍2.54 ~ 5.08 μm,金1.53 ~2.79 μm)。在判定镀层厚度前,首先要明确镀层的测厚部位。采用XRF-2000H 型测厚仪对该零件的3 个不同位置进行测厚。所测镀层厚度均满足要求。

    3. 3 结合力

    任何镀种都不允许出现镀层结合力不合格的现象。零件形状不同,结合力的测定方法也不同。针状或片状零件采用弯曲法检验,壳体零件采用压扁法检验,无法弯曲和基体硬脆或底镀层硬脆的零件采用淬火法检验。

    该零件采用压扁法进行检验,发现使用上述处理方法对易切削303不锈钢板零件进行电镀后,镀层没有出现起皮、脱落的现象,镀层结合力合格。

    4 结论

    对普通不锈钢零件进行电镀处理时,要获得具有良好结合力的镀层比较困难,对于易切削303不锈钢板而言更难控制。本工艺在原1Cr18Ni9Ti 不锈钢电镀工艺的基础上增加了去碱膜处理,很好地解决了镀层结合力的问题。电镀后,镀层表面均匀一致、结合力良好,进一步拓宽了易切削303不锈钢板的应用范围。

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