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浅谈无氰镀银层变色的原因及解决方法

时间:2020-07-17      浏览:164

浅谈无氰镀银层变色的原因及解决方法


前言:银是一种银白色、可锻、可塑、可焊及易于抛光、有优良反光能力的贵金属,由于银的贵重,在日常生活或工业上纯银实体使用较少,绝大多数是在以铁、铝、铜及其各自的合金等基体上镀覆或包裹一层银使用。镀银是各种基体材料上获得功能性银层最多、最常用的方法,传统的镀银液几乎都含有氰化物,无论氰化物电镀性能和操着有多么的优良,只因氰化物属剧毒物,严重污染环境、危害工作人员健康、危害公共安全,法律法规明文禁止生产使用,而今的无氰镀银工艺正在取代氰化电镀。银作为装饰性镀层,在餐具、首饰等工艺与工艺品上大量应用;银具有优良的导热性、电导率和钎焊性能,于电器、电子、通讯设备、仪器仪表以及高频元件和波导等方面得到广泛的应用。银在碱液和某些有机酸中十分稳定;除硝酸外,在其他酸中也比较稳定;与水和空气中的氧不起反应。但银在含有氯化物和硫化物的空气中,表面会很快变色并失去反光能力,而且严重地影响镀层的焊接性能和导电性。银的变色即是银失去宝贵的装饰性能和其他重要功能。因此,甄别影响镀银层变色的因素是解决银变色问题的前提,从而才能有针对性的实施管理控制,系统的、全面的防止或阻断镀银层的变色。

      1 镀银层变色的影响因素分析:

      1.1银镀层中夹杂的有机物(光亮剂)和表面吸附的有机、无机杂质;

      1.1.12016年7月以前,我公司的无氰镀银工艺使用的是无氰(亮)银,工件电镀出来就是细致光亮的,问题就是零件变色严重,180℃烘烤1h变色、起泡,严重的起皮。而无氰(哑)银工艺镀出来的工件,经同样条件的烘烤,不变色、不起泡、不起皮。我们分析:无氰(哑)银工艺没有添加光亮剂,只使用了配位剂(药剂公司提供),而无氰(亮)银使用了配位剂,还用了A/B组份光亮剂。分析认为是(亮)银工艺在电镀时镀层有有机分解产物夹杂或吸附导致镀银层变色等问题。由于客户对产品质量要求严格,原有的(亮)银工艺镀出来产品不能满足客户的高温变色问题,我们就用无氰(哑)银工艺镀出的产品经过浸亮后处理等到亮银产品,从而取代(亮)银工艺直接镀亮银产品,成功解决了变色和结合力问题。经过(哑)银浸亮处理后的工件,经300℃烘烤1h不变色、不起泡、不起皮。甚至有不锈钢基材镀银产品经700℃烘烤2h不变色、不起泡、不起皮。

      1.1.2在电镀银过程中,我们也曾遇到过水洗不干净导致产品变色的情况,这是由于所使用的水中含有铜离子、银离子及一些添加剂,在电镀零件清洗后残留在镀银层表面,在后续的处理中产生氧化,或者诱导周围银层氧化,最终导致产品颜色发生变化,为了解决这一问题,采用流水方式,始终保持水的清洁度,可以避免清洗过程中其它杂质所带来的影响。

      1.2 Cu原子的渗透扩散。

    1.2.1镀银层厚度对高温变色的影响

      在生产中,客户的要求不同,银层的厚度就不同,有厚有薄;电镀时,由于工件的几何尺寸导致电力线的分布及镀液本身的分散能力、覆盖能力等原因,导致工件不同部位镀层厚度有厚有薄。我们发现银层厚的工件或部位比银层薄的工件或部位变色浅,较厚镀银层还不会变色这个现象。恰逢2017年6月,公司购进一台天瑞牌Thick800A测厚仪,我们就用这台测厚仪选择几个厚度段镀银工件进行烘烤试验如下表:

      铜上镀银厚度对高温烘烤后银层外观的影响

银层厚度μm

外观

备注

1~2

严重发黄

高温烘烤

180℃×1h

3~5

   发黄

6~8

轻微发黄

9以上

   不发黄

在铜上镀银,随着镀银层厚度的增大,其抗高温能力呈不断提高的趋势。

     1.2.1镀银前施镀薄镍层(0.2μm以上)

     2018年9月,我们给客户加工一批不锈钢基材的镀银产品,客户要求厚度6~8μm,高温烘烤700℃×2h,不变色、不起泡、不起皮。当初我们都不敢接单。后经过不锈钢预镀冲击镍、无氰预镀银、无氰镀(哑)银和(哑)银浸亮处理等工序,产品质量客户很满意。从中我们受到启发,将铜基及镀铜工件在镀银前镀上一层薄薄的镍层再镀银,结果发现这层镍对银层的高温烘烤抗变色很起作用。如下表:

         

         镍

镀镍工艺

镀银1μm外观

镀银3μm外观

备注

δ=0.2μm

δ=0.5μm

δ=1.0μm

δ=0.2μm

δ=0.5μm

δ=1.0μm

烘烤温度

180℃×1h

电镀镍

合格

合格

合格

合格

合格

合格

化学镍

合格

合格

合格

合格

合格

合格

注:外观合格是指不变色、不起泡、不起皮

        在镀银前电镀或化学镀一层薄薄的镍层(0.2μm)以上,就能很好的提高银层的高温变色能力。

         1.2.1脉冲电镀镀覆银层,厚度6μm就有较好的抗高温烘烤变色能力

        我们用尝试用脉冲电源镀银,发现脉冲电源电镀的银层致密性比直流电源好,孔隙率低。脉冲电源和直流电源试验记录如下:

       电源

         银

基底

直流电源外观

脉冲电源外观

备注

δ=2μm

δ=6μm

δ=9μm

δ=2μm

δ=5μm

δ=6μm

烘烤温度

180℃×1h

铜基材

严重发黄

微发黄

合格

发黄

微发黄

合格

镀铜

严重发黄

微发黄

合格

发黄

微发黄

合格

注:外观合格是指不变色、不起泡、不起皮

        从试验数据看,达到同等级的抗变色能力,脉冲电源电镀的厚度平均比直流电源薄2~3μm

       2 结束语

综合以上试验和分析,提高镀银层抗变色能力,主要是做好两个方面的工作。一方面选择合适的工艺和加强工序间清洗,正如我们用镀无氰(哑)银浸亮工艺取代无氰(亮)银工艺就是很好的选择;另一方面是阻断Cu原子向银层渗透扩散,可以增加银层厚度、镀银前先镀上一层薄镍阻挡层、脉冲电镀增加致密性及降低孔隙率等措施来阻止Cu原子向银层渗透扩散,也就很好的提高了银层的高温抗变色能力。通过这两方面的措施与管控,我公司无氰镀银工艺满足了不同产品及客户的技术需求,实现了无氰化生产。