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        航空電連接器接觸體局部鍍金工藝研究

        2015-05-30 08:15:38中航工業(yè)沈陽(yáng)興華航空電器有限責(zé)任公司徐加有
        航空制造技術(shù) 2015年9期
        關(guān)鍵詞:鍍金鍍層電鍍

        中航工業(yè)沈陽(yáng)興華航空電器有限責(zé)任公司 孫 淼 徐加有

        隨著航空技術(shù)產(chǎn)業(yè)的需求及發(fā)展,對(duì)接觸體電鍍的精度要求也越來(lái)越高,電鍍技術(shù)也隨著產(chǎn)業(yè)在向前發(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)外高速局部鍍金工藝的逐漸完善及局部電鍍?cè)O(shè)備自動(dòng)化程度的加強(qiáng),越來(lái)越多的軍民品都由原來(lái)的整體鍍金改為局部鍍金,從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求和降低成本角度考量,都在推動(dòng)著局部鍍金技術(shù)的發(fā)展[1]。

        航空電連接器接觸體按用途和材料可分為A、B、C、D 4種類(lèi)型。A型(一般使用要求的銅合金接觸體)、B型(用于氣密封的鐵合金接觸體)、D型(用于屏蔽工況用途的銅合金接觸體)航空電連接器接觸體(特殊產(chǎn)品除外)除使用部位規(guī)定的區(qū)域必須達(dá)到規(guī)定的鍍金層厚度外,其余部位鍍層厚度可不做要求,因此航空電連接器接插件可以采用局部鍍金工藝進(jìn)行生產(chǎn)[2]。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證不同金離子濃度、添加劑濃度和電源的選擇都影響電流密度范圍、沉積速率和鍍層質(zhì)量,局部鍍金可以滿足航空電連接器的產(chǎn)品性能,同時(shí)可以節(jié)約成本1/3~1/2,經(jīng)濟(jì)效益好。

        1 試驗(yàn)方法

        1.1 局部電鍍?cè)?/h3>

        局部電鍍?cè)頌橥ㄟ^(guò)鍍液和產(chǎn)品接觸區(qū)域的控制來(lái)達(dá)到產(chǎn)生局部電鍍層的工藝過(guò)程,也就是要電鍍區(qū)域浸在鍍液中,零件與溶液接觸的部位會(huì)被電沉積金鍍層,未浸在溶液中的部位因接觸不到溶液,則不會(huì)有金鍍層沉積。

        1.2 局部鍍金基準(zhǔn)鍍液與試驗(yàn)條件

        以給定的基準(zhǔn)鍍液及試驗(yàn)條件為標(biāo)準(zhǔn)(局部鍍金工藝規(guī)范見(jiàn)表1),每次試驗(yàn)只改變其中某一項(xiàng)工藝參數(shù),其他的工藝參數(shù)暫不改變,進(jìn)行局部鍍金試驗(yàn)[3-5]。

        表1 局部鍍金工藝規(guī)范

        1.3 試驗(yàn)件及局部鍍金部位

        本試驗(yàn)以22D#航空接觸體做為試驗(yàn)件進(jìn)行局部鍍金試驗(yàn)(圖1所示為試驗(yàn)件零件),其中X部位鍍金層厚度要求達(dá)到1.27μm以上,非X部位鍍金層厚度不做要求,即X部位為需要局部鍍金的部位。

        2 試驗(yàn)結(jié)果

        2.1 金離子濃度

        試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著[Au]濃度的提高,電流密度的上限也相應(yīng)提高:

        當(dāng)[Au]=5g/L時(shí),電流密度的上限值為Dk=6A/dm2;

        當(dāng)[Au]=10g/L時(shí),電流密度的上限值為Dk=12A/dm2;

        當(dāng)[Au]=15g/L時(shí),電流密度的上限值為Dk=14A/dm2。

        圖1 22D#航空接插件零件Fig.1 22D# aero electrical connector

        在滿足鍍金層質(zhì)量的前提下,提高金離子含量可以增大電流密度范圍,提高沉積速率。但批量生產(chǎn)過(guò)程中由于鍍件帶出而消耗的槽液占槽液量的10%~20%,如果槽液中金離子含量提高,那么帶出損耗及成本都會(huì)提高,從經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量等多方面考慮,我公司工藝規(guī)定金離子濃度以8~12g/L。

        2.2 電流密度

        由于鍍金過(guò)程沉積速率與電流密度成正比,即電流密度越大,得到規(guī)定厚度的鍍層花費(fèi)的時(shí)間越少,同時(shí)也就意味著局部鍍金設(shè)備所需要設(shè)置的槽體長(zhǎng)度也越短,但當(dāng)電流密度增至一定程度時(shí),沉積速率的變化趨于緩慢。

        試驗(yàn)結(jié)果表明:

        當(dāng)Dk=2~4A/dm2時(shí),沉積速率變化最為明顯;

        當(dāng)Dk=10~14 A/dm2時(shí),沉積速率變化非常緩慢。

        局部鍍金電流密度與沉積速率關(guān)系見(jiàn)圖2。

        圖2 電流密度與沉積速率關(guān)系圖Fig.2 Re lationship between current density and deposition rate

        2.3 添加劑濃度

        試驗(yàn)結(jié)果表明:未加入HSN添加劑時(shí),其電流密度上限值為6A/dm2,同時(shí)沉積速率也明顯降低,沉積速率達(dá)到1.0μm/min后增加非常緩慢;加入HSN添加劑后,電流密度上限值提高到15A/dm2左右。HSN添加劑濃度在8~15m l/L之間時(shí),電流密度—沉積速率曲線沒(méi)有明顯變化。加入HSN添加劑后,電流密度上限值明顯增加,同時(shí)鍍層滲透力、附著力也增強(qiáng),產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。

        2.4 硅整流電源

        由于脈沖電流對(duì)傳質(zhì)過(guò)程的影響,在脈沖電鍍時(shí),消耗的金屬離子迅速擴(kuò)散、補(bǔ)充到陰極附近,金屬離子濃度得以快速恢復(fù)。脈沖電鍍的峰值電流可以大大高于平均電流,促使晶種的形成速度高于晶體長(zhǎng)大的速度,使鍍層結(jié)晶細(xì)化,排列緊密、孔隙減少、鍍層均勻性好,脈沖電鍍提高了瞬時(shí)電流密度,加速了電沉積速度。而使用直流電鍍時(shí)在陰極和溶液界面處形成較厚的擴(kuò)散層,使陰極表面金屬離子濃度降低產(chǎn)生濃差極化,電沉積的速度變慢[6-7]。

        2.5 產(chǎn)品質(zhì)量

        為了保證鍍金層結(jié)合力,局部鍍金前在接觸體表面進(jìn)行了滾鍍金處理。對(duì)X部位進(jìn)行局部鍍金后,外觀質(zhì)量略有變化(圖3所示為X部位局部鍍金后接觸體外觀)。為了滿足產(chǎn)品外觀一致性的要求,我公司對(duì)局部鍍金后的零件整體進(jìn)行了閃鍍金處理(整體閃鍍金后接觸體外觀見(jiàn)圖4)。

        為直觀了解局部鍍金層狀態(tài),對(duì)局部鍍金部位和非局部鍍金部位進(jìn)行了金相檢測(cè),鍍層連續(xù)、均勻,局部鍍金部位鍍層厚度明顯高于非局部鍍金部位(試驗(yàn)件金相圖見(jiàn)圖5、圖6)。

        圖3 X部位局部鍍金后外觀圖Fig.3 Appearance of X parts after selective gold-plating

        圖4 整體閃鍍金后外觀圖Fig.4 Appearance after whole gold-plating

        圖5 X部位金相圖Fig.5 Metallograph of X parts

        圖6 非X部位金相圖Fig.6 Metallograph of non-X parts

        為驗(yàn)證局部鍍金產(chǎn)品質(zhì)量性能,對(duì)局部鍍金后接觸體進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,除外觀檢查外,試驗(yàn)項(xiàng)目還包括鍍層厚度試驗(yàn)、結(jié)合力試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、耐鹽霧試驗(yàn)、耐熱性試驗(yàn)、耐濕熱性試驗(yàn)、耐磨性試驗(yàn)、孔隙率試驗(yàn)、耐硝酸試驗(yàn)共9項(xiàng)試驗(yàn)[8]。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)品性能滿足國(guó)軍標(biāo)及ASTM等標(biāo)準(zhǔn)要求[9](具體試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2)。

        3 經(jīng)濟(jì)效益

        航空電連接器接觸體除規(guī)定的區(qū)域鍍金層厚度要求達(dá)到1.27μm以上外,其余部位鍍層厚度可不做要求。以試驗(yàn)件22D#航空接插件為例,零件表面積為0.109dm2,X部位的表面積僅為0.033dm2,占總面積的30.28%,以X部位平均鍍層厚度1.35μm,非X部位鍍層平均鍍層厚度0.5μm計(jì)算,采用局部鍍金成本只為整體鍍件成本的56.1%。可見(jiàn),與整體鍍金相比航空接插件采用局部鍍金成本可節(jié)約1/3~1/2。

        4 結(jié)論

        (1)在局部鍍金中,除了金離子濃度外,添加劑的加入和硅整流電源的選擇也是對(duì)電流密度范圍、沉積速率和鍍層質(zhì)量有較大影響的工藝參數(shù)。

        表2 試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)結(jié)果

        (2)局部鍍金的航空電連接器接插件無(wú)論是外觀質(zhì)量還是產(chǎn)品性能都可以滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

        (3)航空電連接器接插件采用局部鍍金工藝可以節(jié)約成本1/3~1/2,經(jīng)濟(jì)效益好。

        [1] 秦勇飛.精密局部鍍金技術(shù)在連續(xù)電鍍方面的應(yīng)用.江蘇表面工程, 2010(111):36-38.

        [2] 佘玉芳,裴學(xué)良,曾志高,等.GJB1216-1991電連接器接觸件總規(guī)范,1991.

        [3] 張?jiān)收\(chéng),胡如南,向榮.電鍍手冊(cè) 第4版. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 2011.

        [4] Schlesinger M, Paunovic M.現(xiàn)代電鍍 第4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社. 2006.

        [5] 沈涪.接插件電鍍 第1版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2007.

        [6] 劉勇,羅義輝,魏子棟.脈沖電鍍的研究現(xiàn)狀.電鍍與精飾,2005, 5(27):25-29.

        [7] 許維源.近年來(lái)脈沖電鍍發(fā)展概況.電鍍與精飾, 2003,6(22):41-45.

        [8] 于東林,趙長(zhǎng)春,周志春,等.GJB1941-94金電鍍層規(guī)范,1994.

        [9] ASTM B488-01 Standard Specification for Electrodeposited Coatings of Gold for Engineering Uses.United States:ASTM International,2001.

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