陰極上金屬鍍層分布的均勻性是決定鍍層質(zhì)量的重要因素。在電鍍生產(chǎn)中，人們總是希望在鍍件表面獲得均勻的鍍層。

接插件，由于功能件是插孔的內(nèi)表面，如果被鍍件的內(nèi)外表面鍍層能夠均勻分布，就可以最大程度地降低生產(chǎn)成本。但實(shí)際上，無論用什么樣的電鍍液，總有鍍層厚度不均勻的現(xiàn)象。

       根據(jù)法拉第定律，在電鍍過程中，當(dāng)電流通過電鍍液(電解質(zhì)溶液)時(shí)，陰極上析出的物質(zhì)的量與通過的電量成正比。從這個(gè)角度來看，零件表面涂層的分布取決于陰極表面電流的分布，所以所有影響陰極表面電流分布的因素都會影響陰極表面涂層的分布。

        此外，在電鍍過程中，陰極上的反應(yīng)往往不是簡單的金屬沉淀，而是經(jīng)常伴隨著金屬沉淀發(fā)生析氫或其他副反應(yīng)，這說明鍍層分布也受到溶液性能的影響，還涉及到電流效率。筆者在日常接觸鍍金生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，鍍層在陰極上的均勻分布能力除了與溶液的性質(zhì)有關(guān)外，還與被鍍件的形狀、電鍍方法的選擇、電鍍電源的選擇、電流密度范圍的選擇、被鍍件的負(fù)載能力等密切相關(guān)。

影響陰極表面涂層分布的因素

1、電流密度

任何鍍液都有獲得良好鍍層的電流密度范圍，鍍金液也不例外。電鍍過程中電流密度超過工藝范圍上限時(shí)，往往會形成粗大的晶粒，在此基礎(chǔ)上得到的鍍層粗糙；然而，在低電流密度下操作時(shí)獲得的涂層更細(xì)。對于滾鍍金或振動(dòng)鍍金，由于鍍金液中金的質(zhì)量濃度較低(一般為2 ~ 6 g/L)，當(dāng)電流密度在0.1 ~ 0.4a/dm2之間時(shí)，可以獲得良好的鍍層。然而，當(dāng)使用較高的電流密度時(shí)，陰極附近的[Au(CN)2]–會不足，導(dǎo)致陰極上的析氫反應(yīng)加劇，電流效率降低。所以電流密度為0.2 A/dm2的電鍍和電流密度為0.1 A/dm2的電鍍在生產(chǎn)時(shí)間上不是簡單的倍數(shù)關(guān)系。

在滾鍍和振動(dòng)鍍低速鍍金過程中，如果電流密度較高，尖端效應(yīng)的可能性會增加。特別是在振動(dòng)電鍍中，由于整個(gè)鍍金過程中被鍍件的尖端始終朝向陽極(陽極環(huán)在振動(dòng)篩外)，尖端效應(yīng)更加明顯，鍍件邊緣或插腳或插座尖端的鍍層較厚而低端的鍍層相對較薄，導(dǎo)致零件表面鍍層厚度分布不均勻。因此，在應(yīng)用低速鍍金工藝時(shí)，針對細(xì)長的針孔觸點(diǎn)，一般采用工藝中電流密度范圍的下限進(jìn)行操作，通過小電流、長時(shí)間的電鍍獲得較為均勻的鍍層厚度。

2、電鍍電源

在目前的接插件電鍍行業(yè)中，常用的電鍍電源有三種:DC電源、脈沖電源和雙向脈沖電源。目前，DC電源應(yīng)用最為廣泛。為了使孔內(nèi)鍍金層的厚度滿足圖紙要求，如果使用傳統(tǒng)的DC電源，孔外鍍金層的厚度會比孔內(nèi)鍍金層的厚度厚，特別是對于接觸體中的許多小孔部分，孔內(nèi)外鍍金層厚度的差異更加明顯。但使用周期換向脈沖電源時(shí)，在電鍍金的過程中，施加正向電流時(shí)，金作為陰極沉積在被鍍件表面，被鍍件的凸起部分是高電流密度區(qū)，使鍍層快速沉積；當(dāng)施加反向電流時(shí)，被鍍零件表面的涂層溶解，原來的高電流密度區(qū)域溶解更快，從而可以在零件凸起處去除更多的涂層，涂層厚度均勻。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，周期性換向脈沖電源不僅可以改善觸點(diǎn)體孔內(nèi)外表面鍍金層的分布，而且可以提高電鍍時(shí)整個(gè)鍍液中鍍層的均勻性。表1顯示了在使用兩種不同的電鍍電源振動(dòng)鍍金之后，根據(jù)1.3μm厚度(圖中指定的1.27μm)的要求，使用孔徑為1 mm且孔深度大于3 mm的接觸件(稱為布線導(dǎo)管)，以0.1 A/dm2的陰極電流密度檢測的電鍍厚度數(shù)據(jù)。

3、電鍍零件的負(fù)載能力

電鍍負(fù)荷是否合適對于鍍金層在被鍍零件上的均勻分布也非常重要。無論采用振動(dòng)電鍍還是滾鍍，如果被鍍件數(shù)小于裝載量的下限，在電鍍過程中被鍍件容易受到導(dǎo)電性差的影響，鍍層的均勻性也會受到明顯的影響。必須增加一些伴隨的鍍件，保證鍍件不會中途被切掉，同時(shí)鍍件也要統(tǒng)一翻轉(zhuǎn)。當(dāng)被鍍零件的負(fù)載較大時(shí)，被鍍零件在滾筒或振動(dòng)篩中的位置沒有完全交換，一些被鍍零件總是處于高電流密度狀態(tài)，而另一些被鍍零件總是處于低電流密度狀態(tài)，導(dǎo)致被鍍零件之間的涂層分布不均勻。所以一般電鍍廠都規(guī)定了工藝中每個(gè)鍍件的加載范圍。一般來說，電鍍零件的負(fù)載根據(jù)以下原則選擇:

(1)被鍍零件在滾筒或振動(dòng)篩內(nèi)完全可以連續(xù)導(dǎo)電，不會因負(fù)荷過小而導(dǎo)致導(dǎo)電不良。

2)在滾筒或振動(dòng)篩中，電鍍零件的位置在良好狀態(tài)下相互交換。

3)被鍍零件的負(fù)荷一般為滾筒或振動(dòng)篩容積的1/3，不超過1/2。

4、電鍍方法和電鍍設(shè)備的選擇

根據(jù)被鍍零件的形狀不同，在選擇電鍍方法時(shí)應(yīng)該會有所區(qū)別。例如，對于直徑大于1 mm的非盲孔的異形鍍件和細(xì)長接觸體，一般宜采用滾鍍的方法。對于孔徑小于1 mm的小型插腳和插座，尤其是帶有盲孔的觸點(diǎn)，一般適合采用振動(dòng)電鍍[2]?？傊?，對于不同形狀的零件采用合理的電鍍方法，對于鍍金層分布的均勻性至關(guān)重要。此外，為了減少鍍液的濃差極化，應(yīng)注意鍍液的攪拌。鍍金液一般采用循環(huán)過濾。在傳統(tǒng)滾鍍工藝中，為了防止針尖插入桶壁，桶壁上的濾液孔往往設(shè)計(jì)得很小，桶內(nèi)外的溶液不能快速交換(見圖1)。電鍍過程中，由于陰極附近的[Au(CN)2]–不能快速補(bǔ)充，鍍液容易發(fā)生濃差極化，影響分散能力，最終影響鍍層的均勻性。

近年來，針對傳統(tǒng)滾鍍生產(chǎn)線的缺點(diǎn)，開發(fā)了一種新型滾鍍生產(chǎn)線。除了將導(dǎo)電編織物改為陰極接觸方式的導(dǎo)電釘外，新滾筒與舊滾筒最大的區(qū)別在于新滾筒設(shè)計(jì)有喇叭形的進(jìn)液口，使用時(shí)可與鍍液循環(huán)過濾泵的出液口相連，以加速滾筒內(nèi)外溶液的循環(huán)，減少電鍍過程中鍍液的濃差極化。

對于用舊鼓電鍍的樣品，鍍件的前端和后端之間的涂層厚度差超過0.2微米；而新滾筒電鍍的樣品前后端厚度差只有0.07 μ m左右，我公司某型號高頻連接器的外殼A和外殼B在用傳統(tǒng)滾鍍生產(chǎn)線用舊滾筒電鍍時(shí)，要求內(nèi)孔4 ~ 6 mm處有0.38μm厚的深孔鍍金件， 如果鍍件孔內(nèi)金屬的厚度滿足上述要求，外表面金層的厚度將分別達(dá)到0.5 ~ 0.9μm和1.5 ~ 2.0μm左右，造成金材料的極大浪費(fèi)。 當(dāng)孔內(nèi)金層厚度達(dá)到0.38μm時(shí)，在新的滾鍍生產(chǎn)線上用新的輥?zhàn)舆M(jìn)行電鍍后，被鍍零件的外表面厚度可降至0.6 ~ 0.7μm。這說明改進(jìn)后的新型輥鍍制的鍍件鍍層厚度分布比較均勻，也說明鍍制設(shè)備的改進(jìn)可以改善鍍件表面金鍍層的分布，使鍍層更加均勻。

5、矩陣形狀

涂層的均勻性隨著基底的形狀而變化。接觸越薄或孔越深，涂層的均勻性越差。另外，在觸頭本體的一些插座部分中，插座開口處的間隙寬度大于孔壁的厚度。由于電鍍過程中被鍍件不斷翻轉(zhuǎn)，不可避免地會有一些被鍍件相互插入(見圖3)，對電鍍質(zhì)量影響很大。因?yàn)椴寮婂兒笕菀自斐煽變?nèi)“黑洞”，鍍層厚度分布不均勻，相互插接處鍍層薄甚至無鍍層。為了滿足用戶的要求，操作人員在生產(chǎn)過程中不得不拔掉插入的零件，然后反復(fù)加鍍，造成人力物力的浪費(fèi)，還可能因?yàn)楹穸炔粔虻膯栴}導(dǎo)致用戶退貨，造成更大的損失。

插入樣品的鍍層厚度明顯受到影響。為了減少上述情況，可以重新調(diào)整這類電鍍件的生產(chǎn)工藝。這種插孔在電鍍前應(yīng)封閉，以防止電鍍時(shí)在開口處出現(xiàn)插對現(xiàn)象。以一個(gè)插孔為例，鍍金后孔的厚度要達(dá)到0.1 μ m。

之前的生產(chǎn)工藝流程是:電鍍工序脫脂-酸洗-鈍化-電鍍-成品工序封閉后組裝。電鍍過程中，被鍍件相互插入，導(dǎo)致部分被鍍件孔內(nèi)金層厚度達(dá)到0.2μm以上，部分被鍍件孔內(nèi)無金層。生產(chǎn)工序改為:電鍍工序脫脂-酸洗-鈍化-成品工序封閉-電鍍工序-成品工序組裝后，解決了鍍件對接問題。表4是工藝改進(jìn)前后鍍金后插座的鍍層分布對比。

按原生產(chǎn)工藝進(jìn)行鍍金時(shí)，由于電鍍時(shí)考慮到被鍍零件對插入的影響，為了保證鍍金后孔的厚度達(dá)到要求的0.1μm，大部分被鍍零件的金層超厚，造成生產(chǎn)成本的浪費(fèi)；改進(jìn)生產(chǎn)工藝后，涂層平均厚度明顯降低?？梢钥闯觯?dāng)被鍍零件的基體形狀影響鍍層的分布時(shí)，如果不能及時(shí)改變被鍍零件的設(shè)計(jì)尺寸，則可以改善零件表面的鍍層分布，并且可以節(jié)約生產(chǎn)成本。

3結(jié)論

(1)鍍件表面鍍層分布的均勻性與鍍液的性能和鍍件表面的電流密度分布有一定的關(guān)系。此外，鍍層的均勻性還受到電鍍方法、電鍍設(shè)備性能、被鍍零件的負(fù)載能力和被鍍零件的生產(chǎn)工藝的影響。

(2)選擇分散能力好的鍍液，采用性能優(yōu)良的電鍍設(shè)備，選擇適合被鍍件形狀的電鍍方法和電鍍生產(chǎn)工藝，可以用較低的電流密度獲得較均勻的鍍層。