劉振，全一能，張迪生

成都宏明雙新科技股份有限公司，四川 成都 610091

常用的接插件端子鍍金工藝主要包括浸鍍和刷鍍。這兩種工藝都通過屏蔽膠帶和人工調(diào)試來控制鍍金層尺寸，主要存在如下缺點：金層尺寸公差大；金溶液流速慢，金離子交換不夠快，還原沉積不均勻，導致金層厚度公差大。點鍍可以根據(jù)產(chǎn)品要求的金層面積，定制與產(chǎn)品配套的專用模具，借助專用點鍍模具來控制金層尺寸；金溶液以加壓噴射方式循環(huán)流動，流速高，金離子沉積均勻，金層厚度公差小。

本文在卷對卷連續(xù)電鍍生產(chǎn)線上對不銹鋼接插件端子點鍍金，主要圍繞提高鍍金層的尺寸精度、厚度精度及性能展開研究，以期降低鍍金成本。采用改進的工藝后所得鍍金層可滿足尺寸最大公差±0.2 mm、厚度最大公差±0.1 μm的要求，鍍層結(jié)合力合格(可承受額定功率為80 W的高速精密沖床施加的沖擊力)、耐蝕性好(能通過24 h以上的中性鹽霧試驗)。

1 卷對卷連續(xù)選擇性接插件端子點鍍金工藝

1.1 操作工序

傳統(tǒng)工藝的主要工序包括：1)原材料排樣卷料成型(對原材料沖制定位孔)；2)沖壓成型；3)電鍍鎳和金(包含選擇性電鍍鎳和刷鍍金工藝)。

改進工藝的主要工序包括：1)原材料排樣卷料成型(對原材料沖制定位孔，如圖1a和圖1b所示)；2)凸包電鍍鎳和金，其余部位電鍍鎳(如圖1c所示)；3)電鍍料排樣卷料成型(如圖1d和圖1e所示)。

圖1 接插件端子成型過程Figure 1 Process for fabrication of connector terminal

點鍍金的工藝流程為：陰極電化學除油→水洗→陽極電化學除油→水洗→化學浸蝕→水洗→陰極電化學浸蝕→水洗→沖擊鍍鎳→水洗→氨基磺酸鍍鎳→水洗→預浸蝕→水洗→檸檬酸浸蝕→水洗→氰化亞金鉀鍍金→水洗→退鍍金→水洗→烘干。

從操作工序看，改進的插接件端子點鍍金工藝較傳統(tǒng)工藝而言僅僅是流程順序有所改變。但是細分可知，電鍍金過程中的陰極電化學浸蝕、沖擊鍍鎳及預浸蝕能夠大幅提高鎳層與基材及金層之間的結(jié)合力，令鍍料能夠承受額定功率為80 W的高速精密沖床施加的沖擊力；電鍍金通過高速噴射點鍍方式進行，能夠顯著降低金層厚度公差及提高金層尺寸精度。因此，點鍍金工藝能夠有效規(guī)避傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)效率不高、端子彈力合格率低、端子變形率高，以及金層厚度和尺寸控制難的問題。

1.2 各工序配方和工藝參數(shù)

1.2.1 (電)化學除油

市售WD-CL2型除油劑30 ~ 80 g/L，溫度55 ~ 65 ℃，時間1.2 ~ 2.2 min。陰極電化學除油采用不銹鋼板作為陽極，電流密度為3.5 ~ 4.5 A/dm2。

1.2.2 (電)化學浸蝕

HCl 2.4 ~ 3.6 mol/L，室溫，時間1.2 ~ 2.2 min。陰極電化學浸蝕采用石墨陽極，電流密度為4.5 ~ 5.5 A/dm2。

1.2.3 沖擊鍍鎳

HCl 1.2 ~ 2.2 mol/L，NiCl2?6H2O 150 ~ 300 g/L，溫度35 ~ 40 ℃，電流密度3.5 ~ 4.5 A/dm2，時間0.1 ~ 0.6 min。

1.2.4 氨基磺酸鍍鎳

Ni(NH2SO3)2?4H2O 450 ~ 650 g/L，NiCl2?6H2O 20 ~ 30 g/L，H3BO340 ~ 60 g/L，pH 3.8 ~ 4.1，溫度50 ~ 55 ℃，電流密度7 ~ 10 A/dm2，時間6 ~ 10 min。

1.2.5 預浸蝕

采用市售PT-CL2型浸蝕液。

1.2.6 檸檬酸浸蝕

檸檬酸40 ~ 60 g/L，室溫，時間0.1 ~ 0.5 min。

1.2.7 電鍍金

采用高速噴射點鍍加工模式，工藝布局如圖2所示。加工流程如下：

圖2 高速噴射點鍍金裝置的示意圖(a)和實物圖(b)Figure 2 Sketch (a) and photo (b) of the set-up for high-speed jet gold spot plating

1) 金溶液自母槽循環(huán)至溶液子槽的圓形水囊中，圓形水囊外側(cè)均勻排列著鍍鉑金的鈦陽極(見圖3a)，金溶液從陽極縫隙中噴射出來。

圖3 高速噴射點鍍金的水囊(a)和模具(b)照片F(xiàn)igure 3 Photos of water pocket (a) and mold (b) for high-speed jet gold spot plating

2) 根據(jù)材料鍍金尺寸要求，圓形水囊外套圓形模具，圓形模具外圈輪廓開設不同尺寸的微孔(見圖3b)，自圓形水囊噴出的金溶液通過微孔噴射到材料表面、圓形模具和材料接觸的位置，并借助硅膠膠?？刂平饘映叽纭?/p>

1.2.8 退鍍金

采用市售PN STG-700無氰化學剝金粉，質(zhì)量濃度為6 ~ 10 g/L，時間0.2 ~ 0.5 min。

1.3 性能檢測

1.3.1 形貌、厚度和尺寸

用奧斯維CO-HD228S型視頻顯微鏡觀察鍍層形貌，用Helmut FISHER XDLM 237型測厚儀測量鍍層厚度，以及用新天JVB300型影像測量儀測量鍍層尺寸。

1.3.2 結(jié)合力

通過劃格法、彎曲法和沖壓試驗檢測鍍層結(jié)合力。

1) 劃格法：根據(jù)ASTM D3359-17Standard Test Methods for Rating Adhesion by Tape Test中的方法B(十字交叉切割法)進行結(jié)合力檢測和評級，使用德國BYK-5123型百格刀。

2) 彎曲法：根據(jù)ASTM B571-97Standard Practice for Qualitative Adhesion Testing of Metallic Coatings，裁出長20 cm的試樣，保持電鍍面向外，沿著直徑4倍于材料厚度的芯軸反復彎折至180°，鍍層無鼓泡、無脫落為結(jié)合力合格。

3) 沖壓試驗：在日本電產(chǎn)京利的ANEX-80W型高速精密沖床上對接插件端子進行沖壓試驗，模具閉合高度212.02 mm，每模1件，沖速270 ~ 320沖次/min，加油頻率3 ~ 5沖次/滴。

1.3.3 耐腐蝕性能

在全壹HL-90-BS型鹽霧試驗箱中進行中性鹽霧試驗，采用50 g/L的NaCl溶液(pH 6.5 ~ 7.2)，試驗溫度33 ~ 37 ℃，進氣壓力0.3 ~ 0.4 mPa，噴霧壓力84 kPa，試驗時間24 h。

2 電鍍效果

2.1 不同因素對電鍍層結(jié)合力的影響

2.1.1 陰極電化學浸蝕的影響

陰極電化學浸蝕過程中，隨著電解反應的進行，陰極產(chǎn)生大量原子氫，原子氫在酸性環(huán)境下令氧化膜中的金屬離子還原，從而有效去除工件表面的氧化膜[1]。此外，原子氫聚合而成的氫氣泡有利于進一步去除零件表面可能殘留的油漬。因此，陰極電化學浸蝕可有效去除基體材料表面的氧化膜和油污，保證鍍鎳層與基體之間的結(jié)合力。

2.1.2 沖擊鍍鎳的影響

沖擊鍍鎳對鍍鎳層結(jié)合力的影響主要體現(xiàn)在，基體表面在強酸性的沖擊鍍鎳液中迅速形成很薄的鎳層，防止基體發(fā)生二次氧化。

2.1.3 預浸蝕的影響

行業(yè)中常用氨基磺酸體系和硫酸體系電鍍裝飾性及功能性鎳鍍層，鍍液中一般會加入各種有機添加劑來滿足鍍層外觀要求。有機添加劑對鎳離子還原的阻化作用會導致鎳電沉積的電流效率下降，且鍍層內(nèi)夾雜添加劑及其分解產(chǎn)物會引起鎳層晶格變形和脆性[2]。鍍層發(fā)脆不僅導致結(jié)合力下降，而且嚴重影響鍍層的其他性能。鍍鎳溶液中少用或不用有機添加劑，以及電鍍完成后進行除氫或其他高溫處理，都可有效降低鍍層的脆性[3]。然而，長時間不用或者少用有機添加劑勢必會影響鍍鎳層外觀和生產(chǎn)效率，除氫或其他高溫處理也會影響鍍層的焊接性能及降低生產(chǎn)效率[4]。多次實驗驗證后發(fā)現(xiàn)，在氨基磺酸鍍鎳后增加預浸蝕工藝，可借助預浸蝕溶液的強酸性將鍍層中的有機雜質(zhì)溶解掉，并且不會損傷鎳層的晶格或引起鎳層脆性，從而顯著提高金層與鎳層之間的結(jié)合力。

無預浸蝕工序時，金層與鎳層之間的劃格法結(jié)合力為4B級(見圖4a)，彎曲后無鼓泡、無脫落(見圖4b)，但在沖壓試驗后金層出現(xiàn)脫落現(xiàn)象(見圖4c)。增加預浸蝕工序后，金層的結(jié)合力還是4B級(見圖4d)，彎曲后無鼓泡、無脫落(見圖4e)，并且在沖壓試驗后無任何金層脫落現(xiàn)象(見圖4f)，結(jié)合力良好。

2.2 電鍍層的耐蝕性

如圖5所示，鍍鎳(厚度>2.5 μm)+金(厚度>1.0 μm)的不銹鋼試樣在中性鹽霧試驗24 h后表面無任何銹點和異色，說明其耐蝕性良好。

圖5 鍍鎳+金試樣中性鹽霧試驗24 h后的照片F(xiàn)igure 5 Photo of nickel- and gold-plated sample after 24 hours of neutral salt spray test

2.3 高速噴射點鍍金層的尺寸和厚度

金層尺寸和金層厚度決定了鍍金的成本。因此，控制金層尺寸和厚度是降低鍍金成本的關(guān)鍵。金層尺寸最大公差為± 0.2 mm，金層厚度最大公差可滿足± 0.1 μm的要求。

筆者所在公司加工某款接插件端子時要求鍍金層長邊尺寸公差為短邊尺寸公差為鍍金層厚度公差為隨機測量5個不同部位的金層尺寸和厚度，結(jié)果列于表1。采用式(1)和式(2)計算標準偏差(S)和相對標準偏差(RSD)，結(jié)果列于表2。

表1 接插件端子上金層的尺寸和厚度Table 1 Size and thickness of gold coatings on connector terminals

表2 接插件端子上金層尺寸和厚度的精度Table 2 Precision of size and thickness of gold coating on connector terminals

式中xi為樣品i的厚度或尺寸，為樣品的平均厚度或尺寸。

從表2可知，鍍金層長邊和短邊的平均長度為1.974 mm和1.620 mm，平均厚度為1.320 μm，鍍金層的尺寸和厚度精度都較高，偏差小，滿足要求。

3 結(jié)語

本文介紹的卷對卷選擇性接插件端子點鍍金工藝能獲得結(jié)合力好、耐蝕性強、尺寸精度和厚度精度高的鍍層，且滿足后續(xù)高速沖壓車床生產(chǎn)的要求。目前該工藝已經(jīng)應用于生產(chǎn)，日產(chǎn)能最大可達5 000 m，產(chǎn)品合格率在99.5%以上。