适用于输配电行业的铜件镀银工艺

茅红裕

（正泰电气(上海)股份有限公司，上海 201614）

适用于输配电行业的铜件镀银工艺

茅红裕

（正泰电气(上海)股份有限公司，上海 201614）

介绍了适用于输配电铜及铜合金件镀银工艺，其流程主要包括化学除油、盐酸活化、混酸酸洗、氰化镀铜、氰化镀银、电解钝化。说明了各工艺的操作条件及注意事项。给出了银镀层变色后的处理，不合格品的褪镀方法，以及镀层抗变色性能、结合力和显微硬度的测试方法。指出了该工艺对环保方面的要求。针对实际生产中遇到的漏镀和镀层有少量颗粒的问题，提出了改进措施。

铜；镀银；后处理；逆流水洗；防变色；烘烤；褪镀

Author’s address:CHINT Electronics (Shanghai) Co., Ltd., Shanghai 201614, China

1 前言

输配电行业是一个很重要的行业，在国民经济中有着不可估量的作用。其关键的产品零部件(如触指、触头、导电环、导体、导电杆、接地铜排、气缸、触头座、屏蔽罩、支持件等)都必须镀银，以获得较低的接触电阻，从根本上保证良好的导电性能。产品的材质主要是铜或铝。其中铜件的材质主要有紫铜 T20、铬青铜、铍青铜和黄铜。由于产品用途的特殊性，要求导电、耐腐蚀、抗变色、耐磨，因此其电镀工艺较复杂，对生产设备的要求较高。本文着重介绍一种适用于输配电行业中的铜及铜合金件镀银工艺，其流程如下：

上挂─化学除油─水洗─活化─水洗─混酸洗─水洗─镀铜─双联逆流水洗─预镀银─镀银─水洗2道─电解钝化─水洗─热水洗─下挂。

2 工艺说明

2. 1 化学除油

在铜件镀银工艺中，除油是一道很重要的工序。工件在机加工过程中，大多采用含矿物油与植物油的混合油作为冷却液，因此必须把机加工产生的油污充分去除。对于有大量油污存在的工件，可以在上生产线之前进行手工处理，其方法一般是用抹布擦拭表面。一些形状比较复杂、易积累油的部位，如内孔、深腔，应充分进行擦拭处理。本工艺采用化学除油法，以保证除油的彻底性。

化学除油液的主要成分是一些常用的碱性物质，如片碱、纯碱，水玻璃。笔者所在单位采用外购的除油剂 TW-718，其生产厂家为杭州阿兰地化工有限公司，使用温度40 ～ 60 °C，质量分数为10% ～ 20%。采用化学浸泡的方式，直至工件上的油除尽为止。

工件在除油处理后必须进行充分水洗，观察表面有无水珠流挂，是否达到了亲水状态。若有水珠，说明油未除尽，应重新进行除油处理，直到除尽为止。

2. 2 活化

活化也是一道不可或缺的工序。由于铜件表面在空气中放置一段时间后，表层会生成氧化物，如氧化铜，前道除油无法将其去除。通过活化，一方面可以去除氧化层，另一方面可以得到比较疏松、连续的铜氧化膜。

活化液的主要成分可以是盐酸或硫酸。本文采用质量分数为30% ～ 40%的盐酸，在常温下浸泡，时间视产品而定，一般为0.5 ～ 2.0 min。

2. 3 混酸洗

混酸洗是一道比较重要的工序。由于有些铜件要求局部镀银，在镀银前必须浸可剥漆，而混酸洗的好坏在一定程度上决定了镀银后可剥漆处理的难易程度。好的混酸洗处理能减少可剥漆处理的时间，缩短整个镀银工序的时间，提高生产效率，既可以保证较低的处理及维护成本，又可以达到很好的效果，药液也比较稳定，使用寿命长。混酸洗还能除尽前几道工序后表层残留的杂质，起到很好的光亮效果。值得注意的是：对于局部镀银件，一般在酸洗处理后进行钝化，然后经热水烫干后浸可剥漆2 ～ 3遍，干后根据图纸要求对电镀区剥漆，再按上述工艺流程进行余下操作。

混酸液主要是硫酸、硝酸、盐酸和水的混合液，常温浸泡5 ～ 10 s即可。

混酸洗操作时应注意安全，避免被酸液溅到。经混酸处理及水洗后，观察工件表面的亮度及色泽，若局部状态有差异，应重新进行混酸处理。坚持快速多次，上下水洗彻底的原则，以保证后续镀铜或预镀银工序能获得连续、均匀、光亮的底层。

2. 4 镀铜

镀铜是一个非常重要的工序，用于提高镀层的结合强度。尤其是对于输配电行业的镀银件而言，由于产品在户外风吹日晒，有些甚至放置在海拔高的地方，因此对导电性、耐腐蚀性、耐磨性、防变色等性能都提出了更高的要求。而镀铜层作为中间镀层，可以起到导电的作用。对于紫铜件，酸洗后通常可不经过镀铜工序，而直接进入预镀银工序；而对于特殊件如铬铜、磷铜、黄铜、铍铜，一般必须经过镀铜工序，以保证后续镀层的结合力。另外，由于铜镀层无孔隙，因此还可以起到提高防腐蚀性能的作用，能适应户外使用的恶劣条件。镀铜药液稳定，开槽和维护的成本都较低。

镀铜液的主要成分为：氰化钠 60 g/L，氰化亚铜40 g/L，酒石酸钾钠30 g/L。阳极为电解铜板，尺寸为800 mm × 200 mm × 10 mm，施镀温度为50 ～ 60 °C，时间5 ～ 10 min。控制镀液的pH很重要，一般在12.2 ～12.8之间为宜。pH太高不仅会使电流效率下降，而且有可能使工件腐蚀。当pH过高时，可用硫酸氢钠调整。

由于是镀铜采用氰化物溶液，因此操作时必须注意安全，做好相关的防护措施，佩戴手套、口罩、面具等。对于受氰化物污染的器具，应该用硫酸亚铁还原处理后再水洗。现场设通风装置，污水处理采用适用于含氰废水(包括后续预镀银、镀银工序产生的废水)的技术。

2. 5 预镀银

由于铜、铁的标准电极电位都比银负，因此，当铜及其合金件进入镀银液时，由于电镀时间短，行车下降慢，镀件表面会形成置换层，这不仅严重影响镀层和基体的结合力，而且置换过程所产生的铜离子还会污染镀液。因此，镀件进入镀银槽之前，除常规处理外，还必须进行特殊处理，如汞齐化、浸银和预镀银。由于汞齐化的毒性太大，而浸银可能含硫而使银层变色，因此采用预镀银法。另外，为了防止发生置换反应，选择带电入槽。

预镀银溶液的主要成分为：硝酸银3 g/L，氰化钾150 g/L。施镀温度20 ～ 30 °C，时间10 ～ 60 s，阳极材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢板。若采用银板阳极，则银板在高浓度的氰化钾溶液中充分溶解，银液中银离子会快速积累，容易超出工艺范围。

2. 6 电镀银

镀银液分为氰化镀银液和无氰镀银液。20世纪70年代以来，广大电镀工作者在无氰镀银方面做了大量的工作，但至今仍没有重大的突破，只有少数单位使用硫代硫酸盐镀银液、亚氨基二磺酸铵镀银液、磺基水杨酸镀银液等。氰化物镀银液由于均镀和深镀能力好，镀层结晶细致，外观为银白色，而且镀液稳定，抗杂质能力强，满足了输变电行业对镀银产品的导电性、耐蚀性和耐磨性的要求。

目前生产中基本上仍采用氰化镀银液，其主要成分为：硝酸银60 g/L，氰化钾200 g/L。

考虑到光亮剂本身含有机杂质，对镀层性能有影响，因此高压输配电产品中不予采用。而对于一般有外观要求的低压输配电镀银件，可以添加光亮剂。一般而言，施镀温度为20 ～ 25 °C，根据具体产品的厚度来确定施镀时间。电流密度通常为0.8 ～ 2.0 A/dm2，0.8 A/dm2时的沉积速率约为0.5 µm/min。阳极材料采用银的质量分数为99.999 9%的纯银板。若银阳极板纯度不高，银极表面会形成黑膜并脱落，导致镀层粗糙。在电镀控制中，阳极面积值得注意，阴、阳极面积比失调会导致镀层厚度不均，出现烧焦、漏镀、不光亮、结合力差等现象。推荐的最佳面积比是A(阳极)∶A(阴极)＞ 2∶1。

值得注意的是，氰化镀银通常使用氰化钾而不使用氰化钠[1]。

采用安美特 056光亮剂，能使镀层表面产生一层比较柔和的亮色，而且电阻率也较低，完全满足电气行业用产品镀银件的要求，维护时也比较方便，可根据产品外观质量和实际生产时间进行添加。要注意的是，补加后溶液应充分循环过滤，保证光亮剂充分混匀，方可生产。

另外，在生产线上还设置了硬银工序，通过选择合适的脉冲电源后，能同时满足高压导电产品件耐磨性的要求。

2. 7 电解钝化

电镀银后处理最重要的就是防变色处理。镀银件在运输和储存的过程中，遇到大气中的二氧化碳、硫化氢、卤化物等腐蚀性介质时，银层表面很快生成氯化银、硫化银、硫酸银等难溶性物质，使其光泽消失，并逐渐变成淡黄色，再变成蓝紫色甚至黑褐色。镀银层变色与其本身的纯度，周围介质的性质、浓度，温度、湿度等因素有关，但更重要的是电磁波的辐射。银层变色不但影响其外观，而且严重影响镀层的焊接性能和导电性能。目前一般采用的防变色处理方法有化学钝化、电解钝化、涂覆有机保护膜、电镀贵金属等。本生产线采用电解钝化法，镀银件作为阴极在电解后形成一层钝化膜，其防变色性能比化学钝化膜好得多，而焊接性能、接触电阻和外观色泽几乎不受影响。工艺条件如下：

AMFIN AG S PLUS电解保护粉(上海敖美)20 ～60 g/L，温度40 ～ 45 °C，时间0.5 ～ 5.0 min，阳极为不锈钢板。

该工艺为无铬钝化工艺，不含六价铬，无毒无害，所产生的废水只需经过简单处理就能排放。

2. 8 水洗

水洗是电镀生产中不可缺少的一道工序，水洗质量直接决定了产品的质量。电镀液必须用纯水配制，以防止其他杂质离子(如Cl-、Ca2+、Mg2+等)污染镀液，而最后一道热水洗也必须采用纯水，防止零件在烫干后表面产生水痕。

2. 9 变色后的处理

镀银产品经光整、打磨后，去除了表面的灰尘、银屑等污物，再用PE膜包装。

在装配或运输过程中，由于各种原因造成银层变色的话，需要重新进行处理，一般采取以下2种方法。

(1) 打磨处理法：用百洁布打磨后，表面除油，然后水洗，再用酒精擦拭，最后涂覆防银变色剂305。

(2) 化学处理法：表面除油，然后水洗，接着用含硫脲50 ～ 100 g/L的10% ～ 20%(质量分数)硫酸溶液进行处理，然后水洗，再用酒精擦拭，最后涂覆防银变色剂305。

2. 10 不合格品的褪镀

褪银一般采用 95%(体积分数)的 H2SO4和 5% HNO3的混合溶液，切勿将水分带入，以免引起基体过腐蚀。

3 镀层性能的测试方法

3. 1 防变色性能

采用硫化钾溶液浸泡法[2]，即在5%(质量分数)的硫化钾溶液中浸泡5 min，不变色即为达到要求，可存放较长时间。而对于有更高防变色要求的产品零部件，按照GB 5943–1986《轻工产品金属镀层和化学处理层的抗变色腐蚀试验方法 硫化氢试验法》进行试验，硫化氢浓度0.5% ± 0.1%(体积分数)，温度(42 ± 1) °C，相对湿度95% ± 5%，试验时间2 h。按GB 5944–1986《轻工产品金属镀层腐蚀试验结果的评价》进行评级。

3. 2 结合力

产品在160 ～ 200 °C下经过烘箱烘烤后，镀层应无起皮、起泡现象。严格的还要做热冷浸渍试验：将高温烘烤后的产品直接浸渍到室温(有时要求为0 °C)的液体中，看是否出现结合力问题。另外，也可用粘接力800 g以上的塑料胶带压紧后横向90 °C拉扯，观察镀层是否有脱层现象。

3. 3 硬度

用维氏硬度计测试，载荷0.05 kg，硬度要求100 HV。

4 节能环保型生产

4. 1 节能措施

电镀本身是一个重污染的行业，要消耗大量的水和电。本生产线采用了双联逆流漂洗，节约了水资源。另外更为重要的是，在污水处理方面采用了废水回用的方式，回用水经过管路重新回到各条生产线，极大地节约了水资源，而且经处理的回用水的电导率控制在10 μS/cm以下，而且还能自己生产去离子水，满足了各条生产线对于纯水的需求，节省了成本之余又保证了质量。生产线采用了自动给水系统和搅拌装置，不仅有效地节约了水资源，而且节约了电，避免了空气搅拌的全天开启。

4. 2 环保措施

由于本生产线有含氰废水，含锡、镍、铬废水，酸、碱综合废水，以及铜酸洗废水，经过污水处理设备的多级处理，能达到相关的排放标准，达到国家的环保要求。生产线上产生废气的环节，如除油、活化、酸洗、镀铜、预镀银、镀银、电解钝化，都有专门的通风设施及处理塔，能达到废气排放的标准。另外，通风设施为内置式结构，大大地节约了空间，减少了不必要的管路。

5 产品质量分析

以上工艺在试生产后，2009年6月、7月、8月连续3个月的产品合格率数据见表1。

表1 连续3个月的产品合格率Table 1 Passing rate of products in three consecutive months

从表 1可以看出，造成不合格品的主要原因是镀银层表面有少量的颗粒，以及镀银层漏镀现象。由于其中大部分不合格件为镀银层有少量颗粒，经过简单的处理后仍然可以达到相关质量要求，因此实际的最终合格率还是很高，一般在95%以上。

针对以上漏镀和镀层有少量颗粒这两大原因，采取了如下现场工艺措施：

(1) 增加清洗滤芯的频次，定期清理镀槽底部的污物，增加阳极袋定期清洗的次数，镀银挂具做一批褪一批，保证镀液能够充分过滤微小的杂质，防止颗粒的产生。

(2) 改善可剥漆的性能，规范剥漆，避免漆粒附在表面而导致漏镀。

通过上述改进，一次送检合格率有了明显的提高。最近的检测数据表明，一般高压输配电产品镀银件的一次送检合格率都在 95%以上。当然，这些不同批次产品经过抽样，热震试验(190 °C烘烤30 min)后均无起皮或起泡，结合力良好。

[1] 曾华梁, 吴仲达, 陈钧武, 等. 电镀工艺手册[M]. 2版. 北京: 机械工业出版社, 1997: 263.

[2] 程永红. 铜合金直接镀银工艺[J]. 电镀与环保, 2006, 26 (4): 41-43.

Silver plating process for copper parts used in power transmission and distribution industry //

MAO Hong-yu

A process for silver plating on copper parts used in power transmission and distribution industry was introduced. Its process flow is mainly composed of chemical degreasing, hydrochloric acid activating, mixed acid pickling, cyanide copper plating, cyanide silver plating, and electrolytic passivating. The operation conditions and problems needing attention were described. The treatment of tarnished coatings, the removal of rejected coatings, and the methods for testing of tarnish resistance, adhesion strength, and microhardness were given. The requirements of environmental protection were pointed out. Some countermeasures for preventing skip plating and a small amount of particles existing on coatings during practical production were presented.

copper; silver plating; post-treatment; countercurrent rinsing; anti-tarnishing; baking; coating removal

TQ153.16

A

1004 – 227X (2011) 06 – 0008 – 04

2010–11–18

2010–12–26

茅红裕（1980–），男，江苏海门人，大专，助理工程师，主要从事电镀与涂装的研究。

作者联系方式：(E-mail) maohy_2009@yeah.net。

[ 编辑：温靖邦 ]