茅紅裕*，岑契森，沈建耀，羅瑞元，馮玲麗

（1.公牛集團有限公司轉(zhuǎn)換器事業(yè)部研發(fā)中心，浙江 慈溪 315000；2.慈溪東方電鍍有限公司，浙江 慈溪 315000；3.寧波杭州灣電鍍有限公司，浙江 慈溪 315000；4.寧波興發(fā)電鍍有限公司，浙江 慈溪 315000）

【經(jīng)驗交流】

電源轉(zhuǎn)換器插片鍍鎳工藝的改進

茅紅裕1,*，岑契森2，沈建耀3，羅瑞元3，馮玲麗4

（1.公牛集團有限公司轉(zhuǎn)換器事業(yè)部研發(fā)中心，浙江 慈溪 315000；2.慈溪東方電鍍有限公司，浙江 慈溪 315000；3.寧波杭州灣電鍍有限公司，浙江 慈溪 315000；4.寧波興發(fā)電鍍有限公司，浙江 慈溪 315000）

介紹了國內(nèi)常用插座和電源轉(zhuǎn)換器上插片的傳統(tǒng)電鍍鎳工藝。針對鍍鎳層易氧化形成斑點的問題，從基材材質(zhì)及其加工工藝，鍍前處理，鎳層性能和厚度，產(chǎn)品倉儲和運輸?shù)确矫娣治鲈?，制定了新的鍍鎳工藝流程，增加?6 h中性鹽霧和結(jié)合力兩項檢測要求。

電源轉(zhuǎn)換器；插片；電鍍鎳；氧化；前處理

Abstract:The domestic traditional process for nickel electroplating on plug pins of usual power strip and converter was introduced.As for the problem that the oxidation spots are easily formed on nickel coatings, the causes were analyzed from several aspects including the material quality and processing technology of substrate, surface preparation prior to electroplating, properties and thickness of nickel coating, as well as storage and transportation of products.A new nickel electroplating process flow was developed.Neutral salt spray test for 96 h and adhesion strength test are required.

Keywords:power converter; plug pin; nickel electroplating; oxidation; pretreatment

First-author’s address:R&D Center of the Power Converter Division of Bull Group Co., Ltd., Cixi 315000, China

目前市面上的插座和電源轉(zhuǎn)換器(俗稱排插、拖線板)分為民用和工業(yè)用兩種。工業(yè)用插座主要用于較大電流和電壓的環(huán)境。本文介紹的是民用交流電用插座上插頭的電鍍鎳工藝。由于電鍍鎳具有耐蝕性好、硬度高(一般維氏硬度為140 ～ 160 HV)、美觀、導電性好、成本低等優(yōu)勢，因此民用插座、拖線板的組裝插頭一般采用電鍍光亮鎳工藝。但采用傳統(tǒng)鍍鎳工藝插片組裝所得插頭成品(包括組裝插頭和包膠插頭)或多或少都存在一些鍍層氧化、斑點等質(zhì)量問題，廠家也經(jīng)常收到客戶的相關(guān)投訴。本文針對這一問題開展了相關(guān)研究并提出了解決措施。

1 傳統(tǒng)插片電鍍鎳工藝

研磨(專用研磨劑)→水洗→烘干→送至電鍍線→浸泡除油(市售除油劑，溫度60 ～ 80 °C，時間30 ～60 min)→熱水洗(溫度 60 ～ 80 °C，時間 30 ～ 60 s，下同)→水洗→電解除油(市售電解除油劑，溫度 60 ～80 °C，電流密度2 ～ 4 A/dm2)→熱水洗→水洗→酸洗(鹽酸10% ～ 30%，最多1 min)→水洗2道→活化(硫酸 2% ～ 5%，5 ～ 10 s)→(水洗)→電鍍光亮鎳(硫酸鎳 180 ～ 240 g/L，氯化鎳 30 ～ 60 g/L，硼酸 30 ～ 60 g/L，添加劑，40 ～ 60 °C，0.3 ～ 1.0 A/dm2，30 ～ 60 min)→回收→水洗 3 道→出光(稀硫酸 1% ～ 3%)→水洗2道→熱水燙洗→甩干→烘烤(溫度80 ～ 120 °C，時間30 ～ 120 min)→晾干→檢驗→包裝(盡可能阻隔潮濕水氣和腐蝕性氣體)。

2 插片表面電鍍鎳層的性能要求

要求外觀呈光亮的銀白色，不允許有嚴重的磕碰、劃傷、凹坑，明顯的毛刺及顆粒、起皮、起泡、橘皮、色差等現(xiàn)象。關(guān)鍵面(主要是插片兩側(cè)寬平面)的鍍層厚度一般要求在0.8 ～ 2.0 μm之間。一些電鍍小作坊對插片鍍層沒有厚度要求或者鍍層厚度較低(一般只有0.2 ～ 0.8 μm)。

除了厚度和外觀外，結(jié)合力也必須滿足一定的要求，但目前一般電鍍廠對此并沒有明確的結(jié)合力檢測方法。

3 目前插片電鍍鎳存在的主要問題及原因分析

3.1 主要問題

(1) 未組裝的插片存放一段時間后，鍍層表面出現(xiàn)斑點(見圖1a)；

(2) 組裝成品在經(jīng)銷商處倉儲一段時間后，鍍層表面出現(xiàn)黑色氧化斑點(見圖1b)；

(3) 轉(zhuǎn)換器插座在商場、超市中放置一段時間后或在梅雨季節(jié)時，包裝內(nèi)包膠插片鍍層局部也有氧化斑點。

3.2 原因分析

3.2.1 基體材料問題

插片多采用H59、H62和H65黃銅基材。通過對銅材廠家的加工工藝進行了解得知，銅材在加工過程中也有酸洗，酸洗后再采用拉伸油處理。理論上講，在該過程中銅材表面的光亮度會明顯改善，但孔隙率會增大。另外，拉伸油也是一種防銹油，雖然能保證銅材不氧化生銹，但在某種程度上也不利于后續(xù)電鍍。所以，應對銅材的加工工藝進行改進：

(1) 改進酸洗配比。原有酸洗液由體積分數(shù)分別為50%和15%的硫酸與硝酸組成。為降低酸洗液對銅材表面的腐蝕，分別將硫酸、硝酸的體積分數(shù)降至40%和10%。另外，酸洗后的清洗水也應經(jīng)常更換，防止殘酸夾雜在銅帶表面而導致潛在的腐蝕。

(2) 通過改進熔鑄溫度、壓力等工藝參數(shù)(目前溫度1 020 ～ 1 180 °C，逐步抽成真空；改進后溫度取上限1 180 °C，高于真空)，適當增加銅材的致密度，當然硬度可能會隨之升高，應保證維氏硬度在140 ～160 HV之間，由下限轉(zhuǎn)至上限。

(3) 銅帶加工好之后加強檢測，觀察銅材的表面狀態(tài)，包括磕碰、劃傷、腐蝕麻坑、局部氧化等現(xiàn)象。

(4) 目前銅材牌號規(guī)定的鋅含量有相關(guān)的國家標準，一般無法改善，只能選擇銅含量較高、鋅含量較低的牌號(如H65)，但需要考慮成本問題。若對銅材含量存在疑慮，可安排第三方機構(gòu)提供含量檢測報告。

3.2.2 插片在五金廠中的研磨問題

銅帶加工好進入五金廠加工成插片時要進行研磨，以除去插片邊緣的飛邊和毛刺，使表面更光滑，并可在一定程度上去除油分，有利于后續(xù)電鍍。

目前一般采用除油劑、專用研磨劑等進行研磨，這些藥劑多數(shù)偏堿性，也有少數(shù)采用稀硫酸進行研磨。研磨并水洗后，插片表面常有藥劑殘余，殘余液會慢慢滲進基材孔隙中，最終影響后續(xù)電鍍。為了解決這個問題，增加一道研磨工藝——采用弱酸性的檸檬酸進行研磨，用于改善前一道研磨后的表面不良狀態(tài)，同時檸檬酸還有除雜、去污、光亮和整平的作用。一般1 kg檸檬酸可處理50 kg的插片。

3.2.3 鍍前處理操作不當

目前插片電鍍鎳生產(chǎn)多為小作坊式，生產(chǎn)過程缺少相關(guān)的工藝管控，導致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。電鍍前除油后水洗不凈，酸洗液濃度過高或采用強酸，返工產(chǎn)品退鍍時間過長而使基材受損，鍍層厚度不夠等問題都有可能導致鍍鎳插片在潮濕環(huán)境下發(fā)生局部氧化或腐蝕而生成斑點。

針對這些問題，必須制定電鍍廠現(xiàn)場工藝管控計劃，嚴格規(guī)范各道工序的操作，以消除隱患。

3.2.4 鍍鎳層性能不佳

鍍鎳層本身孔隙率較高是插片在潮濕環(huán)境下發(fā)生鍍層氧化的一個客觀因素。通過一段時間的調(diào)研，對比目前市場上的插頭產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)采用氰化鍍銅層打底可以在很大程度上改善鍍層的氧化問題，部分國外企業(yè)和國內(nèi)名牌產(chǎn)品插片都使用該工藝。

將采用該工藝所得插片組裝成產(chǎn)品后投放到市場上，到目為止已將近1年，都未收到投訴。中性鹽霧腐蝕(NSS)試驗表明，采用氰化鍍銅層打底后的鍍鎳插片的耐NSS腐蝕時間在96 h以上，關(guān)鍵面保守估計在168 h以上。而只鍍鎳0.8 μm厚度的插片耐NSS腐蝕時間僅在54 h左右。

3.2.5 鍍層厚度設(shè)計問題

增加氰化鍍銅打底是預防銹斑生成的好方法。前期樣品的銅層厚度為1 μm，鎳層平均厚度為3 μm?？紤]到質(zhì)量過剩問題，最終將鎳層厚度控制在2 μm。所以最終確定鍍銅層厚度1 μm，鎳層厚度2 μm。名牌插片基本上也是如此。

3.2.6 包裝問題

產(chǎn)品若采用紙盒或紙箱包裝，其中的膠類成分在沿海潮濕的倉儲環(huán)境中易形成密閉的酸性腐蝕環(huán)境，加速鍍鎳層表面腐蝕氧化。因此建議采用PVC袋、PE袋或復合膜包裝袋，如此可有效阻隔潮濕酸性氣體的腐蝕。

3.2.7 倉儲環(huán)境問題

目前的客戶投訴多數(shù)集中在沿海、沿江一帶，其他地區(qū)則很少有相關(guān)的投訴。這說明潮濕環(huán)境加速了鍍層的腐蝕，也是影響鍍層質(zhì)量的一個重要因素。所以將成品置于干燥環(huán)境中貯存，減少潮濕空氣對鍍層的氧化腐蝕，也是一個很重要的方面。

3.2.8 運輸問題

在運輸過程中出現(xiàn)淋雨或受潮，也大大增加了鍍層氧化腐蝕的概率，尤其是鍍層在鍍制時有前處理不良或在鍍后接觸過酸性物質(zhì)。

4 解決方案

綜上，在保證前處理良好(包括除油及水洗徹底，酸洗濃度和時間控制好且不傷底材)的前提下，提出如下新電鍍工藝流程：專用研磨劑研磨→水洗→檸檬酸研磨→水洗→烘干→送至電鍍線→化學浸泡除油→熱水洗→水洗→電解除油→熱水洗→水洗→酸洗→水洗2道→中和I→預浸→氰化鍍銅(1 μm)→回收2道→水洗2道→中和II→多次(一般3 ～ 5次)水洗和甩干→水洗→鍍亮鎳(2 μm)→回收→水洗3道→出光→水洗2道→(保護→水洗2道)→熱水燙洗→甩干→烘烤→晾干→檢驗→包裝。

4.1 預浸

氰化鈉2 ～ 5 g/L，常溫，時間10 ～ 60 s，通風。其作用是中和殘酸，防止它們被帶入到氰化鍍銅溶液中，以免產(chǎn)生氰化氫有毒氣體，同時防止表面氧化。

4.2 中和I

采用5% ～ 10%的氫氧化鈉溶液中和前道酸液，時間10 ～ 30 s。

4.3 氰化鍍銅

氰化亞銅 45 ～ 55 g/L，游離氰化鈉 10 ～ 15 g/L，酒石酸鉀鈉 40 ～ 60 g/L，溫度 50 ～ 60 °C，陰極電流密度1 ～ 5 A/dm2，時間50 ～ 90 min，陽極為電解銅板，陰極移動，通風。

4.4 中和II

硫酸1% ～ 3%(體積分數(shù))，常溫，不超過10 s。一邊晃動網(wǎng)子，一邊中和，保證中和殘余的氰化物，尤其是鉚接處，保證后續(xù)鍍鎳層光亮、完好、厚度均勻。中和后水洗，再甩干，如此重復3 ～ 5次，直至鉚接處表面無殘余氰化物及酸。

4.5 保護

需要指出的是，為了進一步保證產(chǎn)品質(zhì)量，可考慮在鍍鎳后增加保護工藝。如采用3 ～ 10 g/L重鉻酸鉀或1 ～ 3 g/L鉻酸酐鈍化3 ～ 5 s。鈍化后需水洗徹底，防止鈍化液殘留而導致變色，影響外觀。也可采用市售含鎳水性保護劑，根據(jù)廠家的工藝要求使用。具體采用何種工藝均需根據(jù)環(huán)保要求而定。

5 新電鍍工藝的檢驗方法

除了鍍層厚度和外觀以外，增加了96 h中性鹽霧試驗和結(jié)合力這兩項檢測。NSS試驗按GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》進行，結(jié)合力按GB/T 5270-2005《金屬基體上的金屬覆蓋層 電沉積和化學沉積層 附著強度試驗方法評述》中的折彎和劃格試驗來做。

6 結(jié)語

目前新電鍍工藝已準備導入，希望能很好地解決鍍層出現(xiàn)氧化斑點的問題。鑒于這個問題在相關(guān)行業(yè)中都比較普遍，希望能引起關(guān)注和重視。當然也希望本文能對業(yè)內(nèi)相關(guān)電器及開關(guān)插座等生產(chǎn)廠家有所幫助。

[ 編輯：周新莉 ]

《電鍍與涂飾》持續(xù)被Inspec數(shù)據(jù)庫收錄

英國工程技術(shù)學會IET（The Institution of Engineering and Technology）的網(wǎng)站（www.theiet.org）公布了截至2017年7月Inspec（Information Service in Physics, Electro-Technology, Computer and Control）數(shù)據(jù)庫的索引期刊目錄，《電鍍與涂飾》（Electroplating & Finishing, ISSN 1004–227X）位列其中。

Inspec的紙本是“科學文摘”（Science Abstract，簡稱SA，始于1898年），由IET（前身IEE，1871年成立）出版，是理工學科最重要、使用最為頻繁的數(shù)據(jù)庫之一，也是全球在理工科領(lǐng)域最權(quán)威的二次文獻數(shù)據(jù)庫之一。Inspec中的每一種期刊都是通過客觀評價，且按照高標準的要求而選擇出來的，有效地杜絕了混亂和繁雜的信息，可確保提供準確、有意義和及時的數(shù)據(jù)。Inspec的專業(yè)面覆蓋物理、電子與電氣工程、計算機與控制工程、信息技術(shù)、生產(chǎn)和制造工程等領(lǐng)域，并覆蓋材料科學、海洋學、核工程、天文地理、生物醫(yī)學工程、生物物理學等領(lǐng)域的內(nèi)容，為物理學學家、工程師、信息專家、研究人與科學家提供了不可或缺的信息服務。

據(jù)統(tǒng)計，目前Inspec總共收錄4 342種期刊（比2017年4月公布的數(shù)據(jù)多了3種），其中中國大陸期刊維持220種（約占5.1%）。《電鍍與涂飾》是國內(nèi)表面處理及涂料涂裝領(lǐng)域唯一被收錄的專業(yè)性期刊。

Improvement of nickel electroplating for plug pin of power converter

MAO Hong-yu*, CEN Qi-sen, SHEN Jian-yao,LUO Rui-yuan, FENG Ling-li

TQ153.12; TG178

B

1004 - 227X (2017) 17 - 0928 - 04

2017-05-14

2017-09-04

茅紅裕（1980-），男，江蘇海門人，大專，工程師，主要從事電鍍、涂裝噴漆、五金件的結(jié)構(gòu)設(shè)計等工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) maohy_2012@126.com。

10.19289/j.1004-227x.2017.17.006