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案例:某研究院镀金层脱落的故障分析

放大字体  缩小字体发布日期:2019-03-02  浏览次数:969
核心提示:本文对一起镀金层脱落事故进行了跟踪,排査各工步和分析原因,及时、有效地解决了该问题。

金由于具有惰性,与各种酸、碱几乎都不发生作用,耐腐蚀性强,其接触电阻较低,导电性优,易焊接,在髙科技领域作为电子可靠性保证有重要的应用价值。

航空和航天领域中许多安全要求高的电子产品(如印制板、连接器和接插件等)都镀金。

镀金零件以铜基体居多。为提高金的功能性,防止铜-金相互扩散和曰后铜穿透出来泛在金镀层外表面并在该处造成变色和形成髙电阻的膜,铜件镀金往往要求有一层介于其间的镍阻挡层。

问题常出自镀金前的淸理和镀金液的控制。

本文对一起镀金层脱落事故进行了跟踪,排査各工步和分析原因,及时、有效地解决了该问题。

01故障描述

笔者所在研究院一直釆用酸性耐磨镀金工艺,所得镀层表面均匀、光亮、平滑,孔隙率低,硬度高(120〜190HV),耐磨,可焊性好,印制板抽头镀金的插拔次数可达1000次之多。

铜及铜合金镀金的简要工艺流程为:上挂一除油一水洗一活化一水洗一镀镍一水洗一镀金。当时按流程对一种黄锕零件镀金时,发生了金镀层起皮、脱落的事故。用放大镜观察,发现只有金层脱落,而镍层还完整地附着在基体表面。

02原因分析

根据金层脱落现象,主要是由于镍层与金层的结合力不好。结合现场各工步、工艺参数的维护和经验,可能的原因主要有4个:

(1) 镀镍槽液带有油污或有机物等杂质,或零件镀镍后用手触摸,导致镍层表面被污染。

(2) 镍层在空气中停贸的时间过长,被钝化。

(3) 工艺参数不合适。槽液温度过髙,电流密度太大和主盐浓度过高等因素均会使反应速率过快,生成的镀层疏松、粗糙,易脱落。但在操作过程中,所述因素都符合要求,因此被排除。

(4) 镀镍后清洗不干净,零件入槽时带有微费的Ni2+如果镀金液pH升高,Ni2+水解屯成氢氧化镍等碱式盐附在镀件表面,也会使镀层结合力不牢。

03试 验

针对上述原因,进行了下述工艺试验。

1、更换镀镍槽液

清洗干净镀槽后,根据工艺规范配制新的槽液。

按原工艺流程加工完后参照HB5052-1977《金镀层质量检验》中的加热法测试结合力,结果镀层仍起皮。故排除镀镍梢液是引起镀层起皮、脱落的原因。

2、增加活化工步

在原工艺流程上增加1道活化工步,即工艺流程为“上挂一除油一水洗一活化一水洗一镀镍一水洗一活化一水洗一镀金”。零件镀镍完水洗后立即活化。加工完毕测试结合力,镀层仍起皮。

3、调整镀金液pH和增加水洗

用柠檬酸盐和柠檬酸将镀金槽液pH调整至4.2〜4.5,同时,零件入镀金槽前增加1道水洗工步,即按照工艺流程“上挂一除油一水洗一活化一水洗一镀镍一水洗一活化一水洗一水洗一镀金”进行加工。结束后测试结合力,镀层完好,无起皮或脱落现象。

通过试验可知导致这次质景事故主要有2个原因:

(1)镍层被钝化;

(2)镀镍后将Ni2+带入了pH偏高的镀金液。

因此,改进了工艺参数和流程,调整镀金液的pH至4.2〜4.5,流程如上所示。加工后测试结合力,镀层无起皮、脱落现象,结合力好。

04总结

这一起金镀层起皮质量事故的原因主耍是镍层在空气中停衔的时间太长而被钝化,以及零件镀镍后淸洗不干净,带入镀金液中的Ni2+水水解后的产物附着在镍层上,造成镍层和金层结合力差。相应的对策如下:

(1)调整镀金液的pH为4.2〜4.5,并严格控制。

(2)在镀镍后增加1道活化和清洗工序。

(3)增加检测方法。每批零件都按HB5052-1977的加热法测试结合力。

通过改进,金镀层的结合力得到了极大的提商,产品合格率达到了100%,至今再未出现这类质量事故。

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