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汽车铝轮毂电镀工艺初探(一)

   日期:2018-10-16     来源:电镀与涂饰    浏览:5483    评论:0    
核心提示: 作者:倪孝平     (湖州泰金实业有限公司,上海  201318) 摘  要:介绍了汽车铝轮毂电

作者:倪孝平     (湖州泰金实业有限公司,上海  201318)

摘  要:介绍了汽车铝轮毂电镀工艺中各工序的技术规范与现场管理。文章分3期连载。第一部分叙述了毛坯检查、机械准备(研磨和抛光)、化学准备(除蜡和除油)、碱蚀、酸蚀等工序的操作要领以及质量控制的要求,并指出了挂具的技术要求。

关键词:铝;轮毂;电镀工艺;前处理;质量控制

中图分类号:TG146.21; TG178             文献标识码:B

文章编号:1004 – 227X (2007) 06 – 0033 – 04

Preliminary study on electroplating technology of automotive aluminum hubs ( I ) ∥NI Xiao-ping

Abstract: The technical specifications and on-site management of all procedures in electroplating process of automotive aluminum hubs were introduced. The article is published in three installments. The first part describes the key points of operations and quality control requirements of the inspection of semifinished products, mechanical preparation (grinding and polishing), chemical preparation (dewaxing and degreasing), alkaline etching and acid etching. The technical requirements of racks were presented.

Keywords: aluminum; hub; electroplating technology; pretreatment; quality control

First-author’s address: Huzhou Taijin Industrial Co., Ltd., Shanghai201318, China

1    前言

随着全球各国政府对节能、安全、环保的要求日趋严格,铝制汽车轮毂以其美观、节能、散热性好、质轻、寿命长、安全可靠、加工性好等优点,正逐步替代钢制轮毂。我国汽车铝轮毂制造业虽然起步较晚,但其发展如雨后春笋。预计再过几年,我国将成为世界汽车铝轮毂第一生产大国。

在激烈的市场竞争下,几乎每个铝轮毂电镀生产企业都面临如何提高核心竞争力的问题。要想提高生

 产效率与降低生产成本,提高电镀成品的质量是关键。不少企业奢望一种添加剂能治百病,偏信于一些添加剂厂商的夸大宣传,而将现场管理抛诸脑后,从而导致产品质量不稳定,效益很不理想。

笔者认为,只有认真做好科学、合理的现场管理,恪守整体防控的原则,才能提升产品的合格率。所谓“防”是指预防,即科学地维护槽液,及时调整溶液状态,防止工作液间相互污染;“控”则是指从源头上对影响产品质量的各种因素进行严格的控制。只有这样,企业的核心竞争力才能得到提升。

笔者根据多年从事铝合金电镀工作的经验,总结了汽车铝轮毂电镀工艺的现场管理中应注意的事项,希望能对从事铝轮毂电镀的实际工作人员有一定的帮助。文中纰漏之处,恳请专家们批评指正。

铝轮毂电镀工艺流程一般为:毛坯检查─机械准备(研磨、抛光)─化学准备(除蜡、除油)─碱蚀─酸蚀─沉锌─退锌─中和─预镀镍─酸性光亮镀铜─铜层抛光─镀多层镍(电解除油─酸活化─镀半光亮镍─镀高硫镍─镀光亮镍)─镍封─镀微孔铬。

下面就各主要工序,按顺序进行叙述。

2    毛坯检查

铝轮毂的电镀质量和耐蚀性与毛坯的表面状态有直接的关系。铸造、热处理和机械加工过程中的不良操作会使铝轮毂毛坯产生疏松、孔隙、开裂等缺陷,不仅影响电镀的质量,而且降低了材料的耐蚀性。一些表面的轻微瑕疵,可以通过机械研磨、抛光来补救,而较严重的缺陷则难以弥补,一旦加大抛磨量,就可能使铝轮毂变形,导致报废。因此,应根据GB/T 12611-1990《金属零(部)件镀覆前质量控制技术要求》建立毛坯进厂检验制度。毛坯进厂时的技术要求为:正面无可见白锈斑,无抛丸或喷丸遗漏区域,无砂眼、孔隙、裂缝、气孔(针孔)、冷隔(即液流搭接痕或冷接处)、欠铸(轮廓不清,边角残缺)、凹陷(缩凹)等,表面清洁、平整,无机械加工变形。

有缺陷的铝轮毂毛坯一般不允许进行电镀,应退回铝轮毂制造企业报废。如非镀不可,则应在协作厂同意降低质量标准后,方可进入电镀前处理工序,并且须提高磨光和抛光的技术等级以及延长电镀时间来弥补毛坯的质量欠缺。

3    机械准备

机械准备是改变铝轮毂表面粗糙度的关键工序。主要通过研磨和抛光来降低铝轮毂表面粗糙度,从而获得平整、光洁、无瑕的表面。针对不同形状的铝轮毂,研磨方式可分为压磨、枪磨、垂直磨等。

为了获得高整平、高光洁的表面,磨光工序一般分为几个步骤进行:首先是粗磨(初磨),即消除金属表面的不平处,所用磨料的粒度为150#,磨削量大,可磨去氧化皮、毛刺等;然后进行细磨,磨料粒度为180#,磨削量中等,可除去粗磨后的磨痕;接着是精磨,磨料粒度为240#以上,磨削量很小,可得到平整、光洁、平滑的表面。

研磨抛光时要注意以下事项:

(1)  轮毂的窗口、低凹等部位一定要研磨到位。

(2)  不能将铝轮毂的表面致密层磨穿。

(3)  在细磨和精磨时,适时地涂以抛光膏可提高精磨的效率和效果。

(4)  研抛后的工件不允许存放过久(气温高时甚至不能存放超过8 h),应及时清洗,并尽快施镀。因为粘在工件表面的抛光物干涸后就很难洗净,且附着在铝轮毂表面的抛光膏是碱性物质,会腐蚀工件表面。

由于某些毛坯进场检验时不易发现的隐性缺陷(如微裂纹)在粗磨(开砂)后才有可能显露出来,因此在粗磨后应设立一个质量控制点,将“漏网”的次品剔除,以免影响电镀的最终质量。研磨抛光的优劣是影响后续电镀质量的关键因素,因此精磨后的铝轮毂必须确认合格后才能进入化学准备工序。

千万不要以为多层镍镀液中的整平剂可以填平抛光后留下的丝流痕,而忽视机械准备的工作质量。即使在电镀中加入大量的添加剂和延长电镀时间,也不可能完全解决最终产品的质量问题。因为加大添加剂的使用量会使镀层中的夹杂物增多,影响耐蚀性;而电镀时间的延长会使镀层的内应力增大。铝轮毂的外观质量是“七分靠抛光、三分靠电镀”,因此复检后仍有瑕疵的轮毂必须进行整修,而对于变形较大、有明显粗丝痕的轮毂则应退回抛光部门返工或报废。

修整轮辋、筋条、轮内边和窗口处时,应采用轮磨、擦轮或麻轮。对于不能达到的部位,必须手工打磨,可采用800 ~ 1000#研磨纸垫在手指上分级进行研透。必须确保窗口的旮旯处无砂丝痕,并要注意渣孔(一般在气门孔对面)和裂纹(通常在筋条和轮边之间)。

4    化学准备

铝轮毂经机械研磨、抛光后,其表面会沾上油垢以及抛光膏所携带的垢物,使镀层与基体的结合力下降,这是铝轮毂电镀生产中产生废(次)品的主要原因。因此,在电镀前必须将铝轮毂表面的污垢彻底清除。

除蜡和除油虽分2步进行,但其溶液配方与工艺条件均相同,为:

磷酸三钠(Na3PO4)                                25 g/L

碳酸钠(Na2CO3)                                   20 g/L

磷酸氢二钠(Na2HPO4)                          20 g/L

焦磷酸钠(Na4P2O7·10H2O)                   7 g/L

999金属净洗剂

(杭州近江金属材料有限公司)            15 mL/L

pH                                                     9左右

θ                                    60 ~ 80 °C

t                                        3 ~ 6 min

化学准备工作的现场管理和维护的要求如下:

(1)  各技术参数应严格控制在工艺范围内。

(2)  工作液的液面应保持在规定的水平面,并保持溶液的清洁度。

(3)  除蜡(油)前应先预浸(也叫预脱脂),其目的是将研磨抛光后在工件表面上干涸了的污垢物软化,从而提高除蜡(油)的工作质量和速度。预浸溶液与除蜡水的组分相同,但液温稍低(约30 ~ 40 °C)。

(4)  随着生产的不断进行,除蜡(油)工作液中的原料逐渐被消耗,应适时补充;另外,污垢物的溶入也会使工作液越来越脏,应定期抽去部分缸脚或当溶液使用一定时间后换新,使杂质含量保持在允许范围内。

(5)  提高温度可以增进碱性盐的溶解度和水解,加速动(植)物油的皂化,增强工作液的对流,加快矿物油脂的乳化,从而加快除油过程,提高除油效率。但是温度过高会造成能源消耗过大,劳动环境变差,出槽后工件表面的皂化膜易干涸等。根据生产实践,化学除蜡(油)液的温度宜控制在60 ~ 70 °C,不得超过80 °C。

(6)  搅拌溶液或翻动(上下或左右转动)工件,可加速油脂皂化与乳化过程,提高除油速度与效果。

(7)  要除去凹角区域的油污,通常需要手工擦洗作为补充除油,即以海绵或棉布沾上除油剂,在铝轮毂工件表面手工揩擦。擦洗用的除油剂必须经常换新,海绵(或揩布)、工作台要保持清洁,尤其不能沾有油污和硬的微粒,以防划伤工件表面。工件与工作台之间不能相互碰撞。

(8)  除蜡(油)后的工件,应先用热水(40 ~ 50 °C)洗涤(有利于清除在工件表面形成的皂化膜),然后用冷水洗净。若工件从高温除蜡(油)液中取出后直接进入冷水槽清洗,由于清洗水的温度低(尤其是在冬季),会使工件表面上的皂化膜干涸,难以除去。

(9)  若除蜡(油)工作液或清洗槽中溶液的表面有油污漂浮,则提取工件时,油污会沾在工件表面,造成二次污染。因此,必须保持除蜡(油)工作液面以及清洗槽水面洁净。

5    上挂具的技术要求

上挂具的工作对保证镀件质量、提高生产效率、节约成本有十分密切的关系。具体要求如下:

(1)  挂具应清洁、完好。挂具上的绝缘层不能破损,否则会兜带溶液入下一道工序,污染和毒害下一道工序的工作液,导致故障;另外,破损的部位会抢占电流,镀件上实际电流的减少会使镀层变薄,严重时需要返工或补镀,且金属在挂具破损处的析出也造成了资源浪费。为此,当发现挂具绝缘层有破损时,应立即将其拣出,然后进行修补或换新。

(2)  挂具接触点要良好。若接触点镀层过厚,应及时清除和修平。

(3)  轮毂上挂的位置一定要正,气门孔朝向一致,倾斜的角度要调整到最佳,既要确保轮毂内圈的空气能够逸出,又要使轮毂下圈的溶液在出槽时能够流出。

(4)  挂具进缸时的速度应适当放慢,以免因槽液涌动而使接触点移动,从而影响导电;出槽时,工件应在槽边搁置片刻,使兜带的溶液流回槽中,以减少溶液带出损失,减轻对下一道工序溶液的污染。

6    碱蚀

碱蚀液的组成与操作条件如下:

                        配方Ⅰ(市售)         配方Ⅱ(自配)

氢氧化钠             40 ~ 50 g/L             50 ~ 60 g/L

AL-12                       50 ml/l                          ─

葡萄糖酸钠                       ─                 5 ~ 10 g/L

θ            30 ~ 40 °C                  30 ~ 40 °C

t               1 ~ 2 min                    1 ~ 2 min

上述2个配方都有脱脂、去除抛光变形层以及微粗化的功能,效果均很好。

碱蚀液的维护与管理的具体要求如下:

(1)  严格掌握碱蚀液的总碱度和密度,每2天至少检测一次。生产过程中应及时补充原料:采用配方Ⅰ时,处理约100件轮毂后应补充1 ~ 1.5 kg NaOH以及1 500 mL AL-12;若采用配方Ⅱ,则处理约100件轮毂后应补充1 ~ 1.5 kg NaOH,并根据实际情况,按比例添加辅助药品。此外,碱蚀液的液面应经常保持在配槽时的水平面,以免工作液过稠而影响碱蚀的效果。

(2)  碱蚀液使用一段时间后,其中的垢物及铝盐会逐渐增加,从而影响碱蚀的效果,因此应定期(每7 ~ 10天)抽弃部分(5 ~ 10%的槽液)老化了的溶液一次,补充新液。配制新液前要将碱蚀槽清洗干净。新配好的碱蚀液一定要冷却至工艺规范后才能使用。

(3)  经碱蚀后,铝轮毂的表面会残留少许碱蚀液,因此洗涤时应在装有绝对无油的空气搅拌装置的水槽中清洗,并上下移动工件几次(有条件者可先喷淋清洗,然后转入清洗槽中洗净)。洗净后,轮毂的表面应呈均匀连续的水膜(表面略为发暗属正常现象),否则应重新碱蚀。

7    酸蚀

铝合金轮毂中,除铝之外的其它金属(如铜、硅、锌)几乎不溶解于碱溶液。因此碱蚀过程中,铝被择优溶解,而铜、硅、铁等金属往往残留在表面,形成一层灰黑色的灰状物(俗称“挂灰”)。酸蚀的目的,就是除去这层灰状物,使基体裸露出来,为后续工序奠定基础。

酸蚀溶液的组分通常以硝酸为主,配方如下:

(1)  配方Ⅰ

硝酸(w= 95 %)                                370 mL/L

磷酸(w= 85%)                     100 mL/L

硫酸(w= 98%)                      40 mL/L

氢氟酸(w= 50%)                 0 ~ 20 mL/L

酸蚀剂AluoX-eplus                100 ~ 180 mL/L

θ                                             室温

(2)  配方Ⅱ

硝酸(w= 95%)                            300 ~ 350 mL/L

氟化氢铵                           10 ~ 30 g/L

θ                                           室温

酸蚀液的维护和管理要做到以下几点:

(1)  严格控制硝酸浓度和总酸度,并至少每3天测定一次。

(2)  酸蚀液以少加、勤补为宜。采用配方Ⅰ时,每处理300件轮毂后,应根据实际情况补加2 000 ~ 3 000 mL硝酸、800 ~ 1 500 mL磷酸和适量的AluoX-eplus;若采用配方Ⅱ,则需添加1 000 ~ 1 500 mL硝酸和适量的氟化物。

(3)  酸蚀时间应视实际情况而灵活调整。若温度和浓度较高,则时间可缩短;反之,则应延长。

(4)  酸蚀液的液面应保持在规定的水平面,并保持清洁(无悬浮物和油类物),避免二次污染。

(5)  使用过程中,酸蚀液中的垢物与溶解铝会逐渐增多,到一定程度后会导致酸蚀效果变差、性能蠕变,并使工件产生隐性缺陷。为了保证后续工序的顺利进行、延长酸蚀液的使用寿命,可在处理3 000件铝轮毂后,用虹吸法或液下泵将缸底的渣滓(槽液总体积的3% ~ 6%)抽出并送三废站处理,然后补充已冷却的新配工作液。当酸蚀液因杂质过多而达不到除垢的技术要求时,应及时更换。配液时应采用纯水,且必须先将工作槽清洗干净。

 
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