电连接器铝合金镀金工艺研究
吴成华
（西安创联电镀有限责任公司 陕西 西安 710065 ）
摘要：针对铝合金镀金质量问题较多对工艺进行改进，通过经二次浸锌处理，以碱性化学镀镍作底层，然后进行酸性化学镀镍镀金，能在铝合金表面获得光亮的、具有优异附着力和良好的防腐蚀性能的镀金层。 关键词：铝合金；二次浸锌；化学镀镍；附着力
Abstract：More to improve the process for aluminum alloy plating quality problem, through the secondary zinc immersion treatment, using alkaline chemical nickel plating for the bottom, and then to acidic electroless nickel plating, to gain a bright in aluminum alloy surface, excellent adhesion and good anti-corrosion performance of gold plated layer.
Key words：Aluminum alloy; Secondary zinc leaching; Electroless nickel plating; adhesion 引 言
铝及其合金是应用最广泛的金属之一，具有导电性好、传热快、比重轻、比强度高，易于成型等优点，但是铝及其合金有硬度低、不耐磨、易发生晶间腐蚀、不易焊接等缺点，影响其应用范围和使用寿命，经过电镀之后可扬短避长。日渐成为一种常用的结构材料，在电子、航空航天、国防等诸多领域得到广泛应用。但是，铝及其合金电镀又存在许多困难，由于铝化学性质活泼，电化学电位很负(E＝-1.66V)，在酸碱中均不稳定，化学反应复杂。为了有效解决电连接器铝合金镀金产品的合格率，对铝及其合金进行了工艺研究，在过程中采用了化学镀 Ni-P合金、超声波等工序，电镀金后的一次合格率明显得到提高，整个工艺过程控制要点也得到了很好的固化。 一、电连接器铝合金镀金常见问题
铝及其合金由于其硬度低、耐磨耐蚀性差等弱点，在结构件中的应用受到了限制，常常需要采用表面处理技术改进其制件的表面性能。而铝合金电镀金工艺复杂，槽液涉及品种较杂，加上电连接器铝合金产品型号特殊，棱角、螺纹、内
孔等较多，几何形状复杂，导致电镀后问题现象较多，常见的问题主要有以下三点：
1、铝上电镀比其它金属上电镀要困难的多，主要是起泡和脱皮，结合力不良、究其原因是：①铝和氧有很强的亲和力，表面总有一层氧化膜存在，极易氧化；②铝是两性金属，没有适合直接电镀的电解液；③铝很活泼，与许多金属易发生置换；④铝的膨胀系数大(24×10-6/℃)，比一般金属大；⑤铝基与镀层之间常有氢气吸藏，容易鼓泡。
2、铝合金电镀金后容易出现漏镍或漏镀层甚至漏基材的现象，经常出现在棱边、螺纹、口部等尖角处，需要电镀后进行挑选重新返镀，而究其主要原因，与过程中操作随意不规范导致磕碰伤有关。
3、电镀金后表面红斑严重，由于产品特殊，外型较大，不适合采用机械甩干，人工方法不当导致表面残留水迹印较重。
二、铝合金镀金问题机理分析
通过对现象问题的深入剖析，针对铝及其合金气泡起皮产品，采用刀片将镀层划开，在25-100倍放大镜下观察，发现电镀金镍层已经脱离基体，严重区域用手可以将电镀层部分撕下，脱落处基体裸露，因此，可以判断为电镀镍层和基体结合力不良导致。原有铝及其合金工艺流程为：零件-碱洗-酸洗-浸锌-褪锌-二次浸锌-电镀镍-活化-电镀金，再通过人、机、料、法、环等方面入手，对比排除寻找磕碰伤、红斑产生环节，通过对工艺的研究，发现以下几个方面的问题:
1、浸Zn层沉积质量差，导致锌层和电镀镍结合力差，引起气泡起皮现象。 究其原理，因为铝表面的氧化膜经酸碱腐蚀去除后，在空气或水溶液中能迅速重新生成。为此，铝上电镀必须进行特殊前处理，其目的在于去除这些氧化膜，使其不能重新形成，并迅速赋予一层薄而均匀的金属镀层作为进一步按正常工艺电镀的底层。可见，能否置取这样一层理想的金属层乃是获得铝上电镀(化学镀)层附着力良好的工艺关键，工艺上普遍采用的方法是浸锌酸盐法。
2、通过问题产品的破坏观察，电镀镍和浸锌层没有形成良好的结合力，尝试用化学镀镍替代电镀镍，用碱性化学镍打底后再进行酸性化学镀镍。
而化学镀镍与电镀从原理上的区别就是电镀需要外加的电流和阳极，化学镀镍是依靠在金属表面所发生的自催化反应。化学镀镍层是极为均匀的，只要镀液
能浸泡得到，溶质交换充分，镀层就会非常均匀。电镀镍无法对一些形状复杂的工件进行全表面施镀，但化学镀镍可以满足任何形状工件施镀。
实践证明，两次浸锌工艺是铝合金获得附着力优异的化学镀镍层的前提条件，但是这层薄而致密的锌层在随后的化学镀镍溶液中会发生化学溶解作用，常规化学镀镍使用酸性溶液(pH＝4～5)，工作温度高(90℃)，显而易见如果铝合金浸锌后直接在酸性镀液中化学镀镍，锌层很快溶解掉，而且溶解的锌会污染镀液，为了减缓锌层的溶解作用，提高化学镀镍层对基体铝合金的结合力，延长化学镀镍溶液的使用寿命，必须采用碱性化学镀镍预镀工艺，再进行酸性化学镀镍，这也是铝合金化学镀金成功与否的关键所在。
3、内孔及螺纹处电镀层外观有瑕疵，有黑斑或残留铝屑。对问题现象进行观察，零件几何形状复杂，黑斑或残留铝屑主要集中在内孔台阶、凹槽处，明显为电镀前铝件清洗不干净导致，因此，对内孔及螺纹处容易粘连铝屑的地方考虑增加超声波清洗除油。
4、产品外型较光滑，要求无磕碰伤，但是因为磕碰伤导致后道挑选的却较多，对工艺流程从开始到最后进行排查发现，在绑镀工序、清洗环节、活化方式、干燥后摆放零件等工序中存在不合理现象，导致零件互相磕碰，最终形成了漏基材的严重情况。因此，在上述环节必须进行工艺方式更改，避免零件在过程中进行互相接触。
5、表面红斑是清洗后水迹残留在产品外壳平面处，干燥后形成局部红斑，红斑形成原因是零件甩干时力度太小，平面残留清洗水迹，在干燥后形成难以擦拭的水迹印，由于颜色较红，俗称红斑。
三、电连接器铝合金镀金的工艺试验思路
从铝及其合金对耐环境的影响、不同电镀方式方法、工艺过程细节的控制得出如下结果：
1、如果在浸锌液中加入以铁、镍为主的金属离子，在发生共沉积时易形成金属化合物，由于生成这类化合物相对自由能最低，使所得的化学置换层的化学活性更趋稳定。尤其是镍离子呈更稳定络离子形式存在，从而能使镍离子与锌离子一起缓慢而均匀地置换沉积在铝表面，得到的锌镍合金层比常规浸锌更薄更均匀；
2、化学镀镍由于其质量轻、厚度均匀、硬度高、可焊性良好并具有扩散阻挡