马氏体不锈钢保持架镀银工艺
发布时间：2014-12-09刘群 付明
（中国一航空空导弹研究院，河南洛阳 471003）
摘 要：介绍了用于X105CrMo17马氏体不锈钢保持架的电镀银工艺，其工艺流程主要包括：电化学除油，超声波清洗，酸蚀，活化-预镀镍，电镀银，干燥。采用“活化-预镀镍”前处理方法，能有效提高镀层的结合力。Z佳的工艺配方及操作条件为：氯化镍240 g/L，浓盐酸126 mL/L，室温，电流密度5~8 A/dm2，时间10~15 min。采用该工艺可在不锈钢表面获得结合力良好的镀银层（平均厚度为18.9 μm），适用于批量加工。 （中国一航空空导弹研究院，河南洛阳 471003）
关键词：不锈钢；轴承保持架；镀银；前处理；活化；预镀镍
1 前言
不锈钢表面存在一层自然形成的富铬氧化薄膜即钝化膜。研究表明，这层钝化膜非常稳定，无孔，不易溶解，难以剥落且可自行修复[1]。电镀过程中需去除此钝化膜，以获得与基体结合良好的镀层。生产过程中一般通过前处理的酸洗、预镀等工序来去除表面钝化膜。
本文结合不锈钢保持架零件出现的镀银层结合力差的现象，通过实验，就去除钝化膜、活化零件表面等方面进行了初步探讨，找到了适合该零件的Z佳前处理工艺配方，解决了镀层结合力不好的难题，Z终满足了使用要求。
2 工艺介绍
2.1 工艺要求
轴承保持架能引导并带动轴承滚动体在正确的滚道上滚动，并且可以防止轴承滚动体的脱落，它是轴承能正常工作的前提保证。在其表面镀银能够提高轴承的润滑性能，从而延长轴承的使用寿命，因此保持架的镀银质量直接影响到轴承的使用状况。一般考察的指标包括镀层外观、镀层厚度以及镀层结合力等。
本文试验的保持架材质为X105CrMo17（德国牌号）马氏体不锈钢，表面要求镀银15~20 μm。
2.2 工艺流程
考虑到该零件材料为不锈钢，镀层厚度又较厚，为了获得合格的镀层，故将零件的前处理工艺由钢铁零件的预镀铜更换为预镀镍。该零件形状较为复杂，棱角较多，因此增加超声波除油以保证除油效果。在进行了结合力工艺试验之后，Z终确定的工艺流程为：
电化学除油─热水洗─冷水洗─超声波清洗─热水洗─冷水洗─酸蚀─冷水洗─活化-预镀镍─冷水洗─电镀银─冷水洗─干燥。
2.3 工艺参数
2.3.1 电化学除油
电化学除油是为了去除零件表面的油污，配方如下：
氢氧化钠 30~50 g/L
磷酸钠 20~30 g/L
硅酸钠 3~5 g/L
碳酸钠 20~25 g/L
θ 60~80℃
J 3~10 A/dm2
2.3.2超声波清洗
超声波清洗是利用超声波的空化作用对物体表面上的污物进行撞击、剥离，以达到清洗目的。因该零件表面光洁度很高，在清洗时需注意控制好超声波的频率和清洗时间，防止零件表面产生蚀点。一般清洗5~10 min即可。
2.3.3 酸蚀
为了使镀层与基体结合牢固，需在100~150 g/L浓盐酸（ρ=1.18 g/mL）的水溶液中室温酸蚀1~5 min，也就是活化处理。经过此工序后，零件表面处于活化状态。
2.3.4 活化-预镀镍
为了改善镀层和不锈钢基体的结合力，用以下工艺预镀镍：
氯化镍 240 g/L
盐酸（ρ=1.18 g/mL） 126 mL/L
θ 室温
J 5~8 A/dm2
t 10~15 min
该工艺使用了酸性较强的盐酸，这样即使酸蚀活化后的零件表面生成了新的钝化膜，在进入镀镍槽后，槽液中大量的盐酸也会和钝化膜发生反应，从而使其二次活化。
按此工艺方法进行预镀镍时，酸蚀后的零件需先在槽液中浸泡3~5 min，然后再通电进行预镀镍。
根据软硬酸碱理论，由于不锈钢钝化膜中的铬离子是硬酸，而酸蚀溶液中的氯离子是硬碱，因此它们之间有很强的亲和力，易生成配阴离子，牢固地吸附在零件表面，从而使零件表面与溶液之间又形成新的阻隔层。这些配阴离子在酸性介质中会被溶解掉，但水洗后不可避免地会有部分残留在零件表面，从而形成新的钝化膜[2]。因此，此工序如果用普通的预镀镍工艺，活化后零件表面生成的新钝化膜就会影响镀层与基体之间的结合力，导致镀层出现起皮、起泡现象，严重时还会造成镀层整体剥落。
2.3.5 电镀银
为了获得结晶细致、光亮度高的镀层，采用氰化物光亮镀银工艺，并辅以阴极移动来保证镀层的均匀性。镀银时需带电下槽，并以大电流冲击镀约1 min，然后降至正常电流进行电镀。
氰化银 25~50 g/L
氰化钾 90~150 g/L
氢氧化钾 5~10 g/L
光亮剂A 30 mL/L
光亮剂B 15 mL/L
θ 20~40℃
J 0.5~1.0 A/dm2
其中的光亮剂A、B均为深圳华美电镀技术有限公司的产品。
3 镀层质量检验
3.1 外观
采用目视法，镀层结晶细致、均匀，无起皮、鼓泡现象。
3.2 厚度
采用德国Fischerscope X射线测厚仪测得其平均厚度为18.9 μm，符合工艺要求。
3.3 结合力
将零件放入300℃的烘箱内，2 h后取出观察，零件表面无起泡现象，说明结合力良好。
对整批零件都进行检测，结果全部合格，满足使用要求。
4 结论
不锈钢电镀的关键就是前处理的活化、预镀等工序，不同的镀种有不同的处理方法。采用“活化-预镀镍”的前处理工艺方法可以在马氏体不锈钢上获得结合力良好的银镀层，工艺简单又能满足使用要求，是不锈钢镀银较为理想的前处理工艺方法。
参考文献：
[1] 陆世英，张廷凯，康喜范，等.不锈钢概论[M].北京: 中国科学技术出版社，2007.
[2] 陈天玉.不锈钢表面处理技术[M].北京: 化学工业出版社，2004.
超声波清洗是利用超声波的空化作用对物体表面上的污物进行撞击、剥离，以达到清洗目的。因该零件表面光洁度很高，在清洗时需注意控制好超声波的频率和清洗时间，防止零件表面产生蚀点。一般清洗5~10 min即可。
2.3.3 酸蚀
为了使镀层与基体结合牢固，需在100~150 g/L浓盐酸（ρ=1.18 g/mL）的水溶液中室温酸蚀1~5 min，也就是活化处理。经过此工序后，零件表面处于活化状态。
2.3.4 活化-预镀镍
为了改善镀层和不锈钢基体的结合力，用以下工艺预镀镍：
氯化镍 240 g/L
盐酸（ρ=1.18 g/mL） 126 mL/L
θ 室温
J 5~8 A/dm2
t 10~15 min
该工艺使用了酸性较强的盐酸，这样即使酸蚀活化后的零件表面生成了新的钝化膜，在进入镀镍槽后，槽液中大量的盐酸也会和钝化膜发生反应，从而使其二次活化。
按此工艺方法进行预镀镍时，酸蚀后的零件需先在槽液中浸泡3~5 min，然后再通电进行预镀镍。
根据软硬酸碱理论，由于不锈钢钝化膜中的铬离子是硬酸，而酸蚀溶液中的氯离子是硬碱，因此它们之间有很强的亲和力，易生成配阴离子，牢固地吸附在零件表面，从而使零件表面与溶液之间又形成新的阻隔层。这些配阴离子在酸性介质中会被溶解掉，但水洗后不可避免地会有部分残留在零件表面，从而形成新的钝化膜[2]。因此，此工序如果用普通的预镀镍工艺，活化后零件表面生成的新钝化膜就会影响镀层与基体之间的结合力，导致镀层出现起皮、起泡现象，严重时还会造成镀层整体剥落。
2.3.5 电镀银
为了获得结晶细致、光亮度高的镀层，采用氰化物光亮镀银工艺，并辅以阴极移动来保证镀层的均匀性。镀银时需带电下槽，并以大电流冲击镀约1 min，然后降至正常电流进行电镀。
氰化银 25~50 g/L
氰化钾 90~150 g/L
氢氧化钾 5~10 g/L
光亮剂A 30 mL/L
光亮剂B 15 mL/L
θ 20~40℃
J 0.5~1.0 A/dm2
其中的光亮剂A、B均为深圳华美电镀技术有限公司的产品。
3 镀层质量检验
3.1 外观
采用目视法，镀层结晶细致、均匀，无起皮、鼓泡现象。
3.2 厚度
采用德国Fischerscope X射线测厚仪测得其平均厚度为18.9 μm，符合工艺要求。
3.3 结合力
将零件放入300℃的烘箱内，2 h后取出观察，零件表面无起泡现象，说明结合力良好。
对整批零件都进行检测，结果全部合格，满足使用要求。
4 结论
不锈钢电镀的关键就是前处理的活化、预镀等工序，不同的镀种有不同的处理方法。采用“活化-预镀镍”的前处理工艺方法可以在马氏体不锈钢上获得结合力良好的银镀层，工艺简单又能满足使用要求，是不锈钢镀银较为理想的前处理工艺方法。
参考文献：
[1] 陆世英，张廷凯，康喜范，等.不锈钢概论[M].北京: 中国科学技术出版社，2007.
[2] 陈天玉.不锈钢表面处理技术[M].北京: 化学工业出版社，2004.
来源：《电镀与涂饰》2010，29（12）