铝合金化学镀镍在连接器中的应用及注意事项

铝合金化学镀镍在连接器中的应用及注意事项

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铝作为地壳中较为常见的金属元素，由于其导电导热性能优良、易加工等特点，在国民经济的生产生活中被广泛应用于航天航空武器装备等。铝合金虽然具有诸多优点，但为了提高连接器材料的综合性能，保证部件的相关性能，不少企业都会对连接器中的铝合金材料进行表面处理，处理方式有阳极氧化、电镀、喷漆、纳米喷涂、化学镀等。其中化学镍磷镀层工艺在连接器铝合金材料中应用较为广泛。铝合金化学镀镍后，基体铝合金的硬度较低，化学镀镍层硬度较高，类似“鸡蛋”状结构。为了在部件上更好的识别和装配产品，一般都会进行标记和铆接工序。这种特殊的“鸡蛋”状结构，如果在装配过程中不小心，就会导致部件性能下降，存在过早失效的风险。

通过生产实践，总结了连接器装配过程中铆接、标记等工序对连接器铝合金化学镀镍的影响，查找了问题的原因，制定了检验措施，保证了连接器外壳的综合性能。

零部件生产、装配及性能测试

1.1铝合金化学镀镍及装配工艺

挂镀→超声波除油→水洗→碱蚀→水洗→微蚀→水洗→浸锌→水洗→退锌→水洗→溢流纯水洗→二次浸锌→溢流纯水洗→预镀镍→溢流纯水洗→化学镀镍→磷化→水洗→烘干→装配工序（铆接或标记）。

1.2外观及性能检查

1.2.1涂层外观检查

（1）铝合金外壳镀好后，用10倍放大镜观察，零件表面不应有明显的颗粒、气泡、腐蚀坑等；

（2）用40倍放大镜观察组装好的壳体，标记、铆接位置应无明显裂纹。

1.2.2 性能测试

（1）耐腐蚀试验：采用铝试剂孔隙率试验法进行表征。具体方法为：按照QB/T3823-1999《轻工产品金属镀层孔隙率试验方法》规定，采用滤纸法，试验液成分为3.5g/L铝试剂、150g/L氯化钠。将滤纸润湿后贴于镀件表面，室温放置10分钟。然后用蒸馏水冲洗干净并晾干，检查镀层是否有红色斑点；

（2）涂层厚度：采用高精度X射线荧光测厚仪（XDV-SDD）测试厚度，单位为μm。

（3）用硝酸将故障产品的板材剥去，在放大镜下观察铝合金基体，判断故障现象；

（4）金相显微镜：采用ACE-160金相显微镜观察基体和镀层内部组织结构；

（5）盐雾试验：按国家标准规定，用盐雾试验机，通过观察零件从放入试验箱开始到经过96小时盐雾腐蚀的时间，来判断涂层是否被腐蚀。主要操作方法为：

①盐雾试验温度：（35±2）℃，盐溶液浓度：5%，pH=6.5~7.2。

②调整盐雾箱喷雾时间间隔为5分钟，喷雾5小时，使盐雾沉积量在0.5～3.0mL/80cm2/h之间。

③将板材挂在V型杆上，与垂直方向约呈30°角。

④启动喷水按钮，观察零件表面的变化，记录镀层板放入盐雾室到开始腐蚀的时间。

结果与讨论

铝合金连接器壳体经铝合金预处理、化学镀镍后进行装配，镍磷合金镀层厚度一般控制在18～25μm，零件装配前进行耐硝酸试验、镀层厚度试验、镀层外观检查、镀层孔隙率试验、镀层耐中性盐雾试验，各项试验均合格。装配工序转入装配车间，在装配车间对镀层的破坏性标记工序、铆接工序进行探讨，找出连接器壳体失效的真正原因，并制定措施进行讨论。

2.1 标记过程的影响

为了更好的识别连接器外壳，公司一般采用激光打标技术，在外壳上打上公司标识、产品型号及批次号等。激光打标是一种非接触式热加工方法，对被打标物具有破坏性，会造成涂层部分脱落，打标的标识会留在涂层上，以便更好的识别。通过我们大量产品的生产验证，部分激光打标产品如果加大打标仪器能量，会导致涂层被激光打穿。铝合金基体如果长期留在空气中的水分及腐蚀性气体中，会发生腐蚀，导致产品局部鼓起，过早失效。因此，选择合适的激光打标能量及激光打标参数非常重要。同时，由于激光打标对涂层的破坏，2系铝合金的硬度为100HV，镀上高磷化学镍磷合金后，涂层显微硬度可达500HV。 一旦对内软外硬的结构施加较强的力，涂层的应力就会释放，产品的耐腐蚀性能就会下降。做孔隙度试验时，在标记穿透的标示位置会出现玫瑰红色的斑点。做中性盐雾试验时，涂层会凸起。当将涂层剥离时，可以明显观察到铝合金已经氧化腐蚀。

图1：激光打标位置凸起状态图

因此，对于经过激光打标的铝合金化学镀镍连接器产品，必须设置合适的激光打标参数，才能在保证产品耐腐蚀性能的同时，使标记清晰显示。可以采取的措施是在激光打标后对此类部位涂敷防护剂，进一步将铝合金基体与外界腐蚀气氛隔离，提高产品的耐腐蚀性能。

图2：激光打标位置的孔隙率测试和盐雾测试

2.2铆接工艺的影响

由于连接器的特殊设计结构，有些铝合金化学镀镍连接器外壳在装配过程中会在外壳孔边缘留有铆钉，以方便产品发挥功能。此工序主要利用固定夹具将零件固定，在铆接机上铆接铆钉，使铆钉固定在连接器外壳孔的位置，达到产品使用的目的。铆接工序如下：（1）将铆接下模固定在脚踏冲床设备上，将杆套通过内台阶插入下模并定位在下模上；（2）将杆套插入外壳法兰安装孔；（3）脚踏冲床驱动部，冲头带动铆接上模向下运动，铆接上模将杆套的铆接部位冲出，铆接部位变形固定装配在外壳法兰安装孔内。

图3：铆钉涂层开裂实拍图

图4 铆接铝合金脱镀后裂纹观察

在此过程中，由于铆接机是手工操作，力度控制不当，会造成不锈钢铆钉与铝合金化学镀镍产品之间产生应力释放，严重时会造成镀层直接开裂。为了更好的找出镀层开裂的真正原因，通过在退镀放大镜下对开裂部位进行观察，可以清楚的看到，造成镀层开裂的真正原因，主要是因为铝合金基体的开裂，导致镀层应力释放，从而造成镀层开裂。同时，将故障产品放在金相显微镜下进行分析，通过金相显微镜观察，可以看出铆接操作不当，会造成铆接位置镀层断裂，局部位置无镀层。这再一次证明了铆接工艺会造成铝合金化学镀镍壳体开裂。 因此对于需要进行不锈钢铆钉铆接的铝合金化学镀镍连接器外壳产品，为保证产品的综合性能，需要在铆接工具操作过程中选择合适的力度，同时铆接后在放大镜下观察铆接位置，如果铆接后出现明显开裂，则产品不能使用，如果在放大镜下未发现开裂，可立即在铆接位置涂上防护剂，进一步阻隔腐蚀性气氛进入铝合金基体，增加产品的使用寿命。

图5 化学镀镍铝合金铆接开裂金相图像

2.3铆接标板鼓包问题的机理分析

因此对铆接面开裂引起的化学镀镍基体镀层鼓起现象进行分析。具体来说，由于铝合金的电位比镍低，是典型的阴极性镀层，只有当基体金属与外界腐蚀介质隔绝时，阴极性镀层才能起到保护作用。因此，镀镍层对基体的保护作用只有在镀层没有损伤的情况下才能起作用。当空气中的水汽沉降在镀件上，当壳体镀层受到损伤时，该位置镀层的孔隙率会增大，零件的耐蚀性能会下降，电位会比其他位置更负。由于壳体上不同位置的孔隙率不同，所以不同位置的电位差也不同。在环境试验条件下，不同的电位差会形成原电池，在加速速率大的位置发生腐蚀，腐蚀产物体积膨胀而外露。 具体机理为：当以铝合金基体中的铝为负极时，反应生成白色疏松的腐蚀产物（氢氧化铝），以镍为正极（腐蚀成二价镍离子的镍离子不断被还原为金属，加剧铝合金的腐蚀）。此过程中反应的电极为：

负极：

正极：

同时铝合金与空气接触还存在化学腐蚀现象：

无论是铝、镍的电偶腐蚀，还是电化学不均匀引起的微观局部腐蚀，都会产生伴随体积膨胀的腐蚀产物，随着反应的继续进行，腐蚀产物不断积累，最终迫使涂层起泡、脱层、凸起。

2.4 标记和铆接故障产品性能测试

对于铆接、标记等引起的不良产品，同时分成两组进行温度冲击试验，一组外壳涂有防护剂，一组不涂防护剂，然后在-55~125℃下进行10次循环的温度冲击试验筛选，每次循环高低温保持时间为1小时，高低温转换时间不超过1分钟。试验后观察两组样品涂层均未发生脱落，其余位置涂层正常。对于用户退回的不良产品，同时分成两组进行盐雾试验，一组外壳涂有3S防护剂，一组不涂防护剂，然后进行96小时盐雾试验，中性盐雾试验后产品状态为两组样品涂层均未发生脱落，其余位置涂层正常。

综上所述

通过实际生产中装配过程中的铆接、标记工序，得知铝合金化学镀镍产生腐蚀鼓包、涂层脱落的真正原因，主要是因为在涂层厚度及相关性能满足要求的前提下，装配工艺参数不合理及人为因素等导致产品耐腐蚀性能下降。因此，只有选择合适的标记参数、合理的铆接强度，才能减少铝合金化学镀镍产品的腐蚀问题。同时，在装配工序后产品外观合格的情况下，及时在标记位置、铆接位置涂敷防护剂，将进一步保证产品的耐腐蚀性能，延长产品的使用寿命。