电源转换器插片镀镍工艺的改进

茅红裕*，岑契森，沈建耀，罗瑞元，冯玲丽

（1.公牛集团有限公司转换器事业部研发中心，浙江 慈溪 315000；2.慈溪东方电镀有限公司，浙江 慈溪 315000；3.宁波杭州湾电镀有限公司，浙江 慈溪 315000；4.宁波兴发电镀有限公司，浙江 慈溪 315000）

【经验交流】

电源转换器插片镀镍工艺的改进

茅红裕1,*，岑契森2，沈建耀3，罗瑞元3，冯玲丽4

（1.公牛集团有限公司转换器事业部研发中心，浙江 慈溪 315000；2.慈溪东方电镀有限公司，浙江 慈溪 315000；3.宁波杭州湾电镀有限公司，浙江 慈溪 315000；4.宁波兴发电镀有限公司，浙江 慈溪 315000）

介绍了国内常用插座和电源转换器上插片的传统电镀镍工艺。针对镀镍层易氧化形成斑点的问题，从基材材质及其加工工艺，镀前处理，镍层性能和厚度，产品仓储和运输等方面分析原因，制定了新的镀镍工艺流程，增加了96 h中性盐雾和结合力两项检测要求。

电源转换器；插片；电镀镍；氧化；前处理

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电源转换器(俗称排插、拖线板)分为民用和工业用两种。工业用插座主要用于较大电流和电压的环境。本文介绍的是民用交流电用插座上插头的电镀镍工艺。由于电镀镍具有耐蚀性好、硬度高(一般维氏硬度为140 ～ 160 HV)、美观、导电性好、成本低等优势，因此民用插座、拖线板的组装插头一般采用电镀光亮镍工艺。但采用传统镀镍工艺插片组装所得插头成品(包括组装插头和包胶插头)或多或少都存在一些镀层氧化、斑点等质量问题，厂家也经常收到客户的相关投诉。本文针对这一问题开展了相关研究并提出了解决措施。

1 传统插片电镀镍工艺

研磨(专用研磨剂)→水洗→烘干→送至电镀线→浸泡除油(市售除油剂，温度60 ～ 80 °C，时间30 ～60 min)→热水洗(温度 60 ～ 80 °C，时间 30 ～ 60 s，下同)→水洗→电解除油(市售电解除油剂，温度 60 ～80 °C，电流密度2 ～ 4 A/dm2)→热水洗→水洗→酸洗(盐酸10% ～ 30%，最多1 min)→水洗2道→活化(硫酸 2% ～ 5%，5 ～ 10 s)→(水洗)→电镀光亮镍(硫酸镍 180 ～ 240 g/L，氯化镍 30 ～ 60 g/L，硼酸 30 ～ 60 g/L，添加剂，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→热水烫洗→甩干→烘烤(温度80 ～ 120 °C，时间30 ～ 120 min)→晾干→检验→包装(尽可能阻隔潮湿水气和腐蚀性气体)。

2 插片表面电镀镍层的性能要求

要求外观呈光亮的银白色，不允许有严重的磕碰、划伤、凹坑，明显的毛刺及颗粒、起皮、起泡、橘皮、色差等现象。关键面(主要是插片两侧宽平面)的镀层厚度一般要求在0.8 ～ 2.0 μm之间。一些电镀小作坊对插片镀层没有厚度要求或者镀层厚度较低(一般只有0.2 ～ 0.8 μm)。

除了厚度和外观外，结合力也必须满足一定的要求，但目前一般电镀厂对此并没有明确的结合力检测方法。

3 目前插片电镀镍存在的主要问题及原因分析

3.1 主要问题

(1) 未组装的插片存放一段时间后，镀层表面出现斑点(见图1a)；

(2) 组装成品在经销商处仓储一段时间后，镀层表面出现黑色氧化斑点(见图1b)；

(3) 转换器插座在商场、超市中放置一段时间后或在梅雨季节时，包装内包胶插片镀层局部也有氧化斑点。

3.2 原因分析

3.2.1 基体材料问题

插片多采用H59、H62和H65黄铜基材。通过对铜材厂家的加工工艺进行了解得知，铜材在加工过程中也有酸洗，酸洗后再采用拉伸油处理。理论上讲，在该过程中铜材表面的光亮度会明显改善，但孔隙率会增大。另外，拉伸油也是一种防锈油，虽然能保证铜材不氧化生锈，但在某种程度上也不利于后续电镀。所以，应对铜材的加工工艺进行改进：

(1) 改进酸洗配比。原有酸洗液由体积分数分别为50%和15%的硫酸与硝酸组成。为降低酸洗液对铜材表面的腐蚀，分别将硫酸、硝酸的体积分数降至40%和10%。另外，酸洗后的清洗水也应经常更换，防止残酸夹杂在铜带表面而导致潜在的腐蚀。

(2) 通过改进熔铸温度、压力等工艺参数(目前温度1 020 ～ 1 180 °C，逐步抽成真空；改进后温度取上限1 180 °C，高于真空)，适当增加铜材的致密度，当然硬度可能会随之升高，应保证维氏硬度在140 ～160 HV之间，由下限转至上限。

(3) 铜带加工好之后加强检测，观察铜材的表面状态，包括磕碰、划伤、腐蚀麻坑、局部氧化等现象。

(4) 目前铜材牌号规定的锌含量有相关的国家标准，一般无法改善，只能选择铜含量较高、锌含量较低的牌号(如H65)，但需要考虑成本问题。若对铜材含量存在疑虑，可安排第三方机构提供含量检测报告。

3.2.2 插片在五金厂中的研磨问题

铜带加工好进入五金厂加工成插片时要进行研磨，以除去插片边缘的飞边和毛刺，使表面更光滑，并可在一定程度上去除油分，有利于后续电镀。

目前一般采用除油剂、专用研磨剂等进行研磨，这些药剂多数偏碱性，也有少数采用稀硫酸进行研磨。研磨并水洗后，插片表面常有药剂残余，残余液会慢慢渗进基材孔隙中，最终影响后续电镀。为了解决这个问题，增加一道研磨工艺——采用弱酸性的柠檬酸进行研磨，用于改善前一道研磨后的表面不良状态，同时柠檬酸还有除杂、去污、光亮和整平的作用。一般1 kg柠檬酸可处理50 kg的插片。

3.2.3 镀前处理操作不当

目前插片电镀镍生产多为小作坊式，生产过程缺少相关的工艺管控，导致产品质量参差不齐。电镀前除油后水洗不净，酸洗液浓度过高或采用强酸，返工产品退镀时间过长而使基材受损，镀层厚度不够等问题都有可能导致镀镍插片在潮湿环境下发生局部氧化或腐蚀而生成斑点。

针对这些问题，必须制定电镀厂现场工艺管控计划，严格规范各道工序的操作，以消除隐患。

3.2.4 镀镍层性能不佳

镀镍层本身孔隙率较高是插片在潮湿环境下发生镀层氧化的一个客观因素。通过一段时间的调研，对比目前市场上的插头产品，发现采用氰化镀铜层打底可以在很大程度上改善镀层的氧化问题，部分国外企业和国内名牌产品插片都使用该工艺。

将采用该工艺所得插片组装成产品后投放到市场上，到目为止已将近1年，都未收到投诉。中性盐雾腐蚀(NSS)试验表明，采用氰化镀铜层打底后的镀镍插片的耐NSS腐蚀时间在96 h以上，关键面保守估计在168 h以上。而只镀镍0.8 μm厚度的插片耐NSS腐蚀时间仅在54 h左右。

3.2.5 镀层厚度设计问题

增加氰化镀铜打底是预防锈斑生成的好方法。前期样品的铜层厚度为1 μm，镍层平均厚度为3 μm。考虑到质量过剩问题，最终将镍层厚度控制在2 μm。所以最终确定镀铜层厚度1 μm，镍层厚度2 μm。名牌插片基本上也是如此。

3.2.6 包装问题

产品若采用纸盒或纸箱包装，其中的胶类成分在沿海潮湿的仓储环境中易形成密闭的酸性腐蚀环境，加速镀镍层表面腐蚀氧化。因此建议采用PVC袋、PE袋或复合膜包装袋，如此可有效阻隔潮湿酸性气体的腐蚀。

3.2.7 仓储环境问题

目前的客户投诉多数集中在沿海、沿江一带，其他地区则很少有相关的投诉。这说明潮湿环境加速了镀层的腐蚀，也是影响镀层质量的一个重要因素。所以将成品置于干燥环境中贮存，减少潮湿空气对镀层的氧化腐蚀，也是一个很重要的方面。

3.2.8 运输问题

在运输过程中出现淋雨或受潮，也大大增加了镀层氧化腐蚀的概率，尤其是镀层在镀制时有前处理不良或在镀后接触过酸性物质。

4 解决方案

综上，在保证前处理良好(包括除油及水洗彻底，酸洗浓度和时间控制好且不伤底材)的前提下，提出如下新电镀工艺流程：专用研磨剂研磨→水洗→柠檬酸研磨→水洗→烘干→送至电镀线→化学浸泡除油→热水洗→水洗→电解除油→热水洗→水洗→酸洗→水洗2道→中和I→预浸→氰化镀铜(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→镀亮镍(2 μm)→回收→水洗3道→出光→水洗2道→(保护→水洗2道)→热水烫洗→甩干→烘烤→晾干→检验→包装。

4.1 预浸

氰化钠2 ～ 5 g/L，常温，时间10 ～ 60 s，通风。其作用是中和残酸，防止它们被带入到氰化镀铜溶液中，以免产生氰化氢有毒气体，同时防止表面氧化。

4.2 中和I

采用5% ～ 10%的氢氧化钠溶液中和前道酸液，时间10 ～ 30 s。

4.3 氰化镀铜

氰化亚铜 45 ～ 55 g/L，游离氰化钠 10 ～ 15 g/L，酒石酸钾钠 40 ～ 60 g/L，温度 50 ～ 60 °C，阴极电流密度1 ～ 5 A/dm2，时间50 ～ 90 min，阳极为电解铜板，阴极移动，通风。

4.4 中和II

硫酸1% ～ 3%(体积分数)，常温，不超过10 s。一边晃动网子，一边中和，保证中和残余的氰化物，尤其是铆接处，保证后续镀镍层光亮、完好、厚度均匀。中和后水洗，再甩干，如此重复3 ～ 5次，直至铆接处表面无残余氰化物及酸。

4.5 保护

需要指出的是，为了进一步保证产品质量，可考虑在镀镍后增加保护工艺。如采用3 ～ 10 g/L重铬酸钾或1 ～ 3 g/L铬酸酐钝化3 ～ 5 s。钝化后需水洗彻底，防止钝化液残留而导致变色，影响外观。也可采用市售含镍水性保护剂，根据厂家的工艺要求使用。具体采用何种工艺均需根据环保要求而定。

5 新电镀工艺的检验方法

除了镀层厚度和外观以外，增加了96 h中性盐雾试验和结合力这两项检测。NSS试验按GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》进行，结合力按GB/T 5270-2005《金属基体上的金属覆盖层 电沉积和化学沉积层 附着强度试验方法评述》中的折弯和划格试验来做。

6 结语

目前新电镀工艺已准备导入，希望能很好地解决镀层出现氧化斑点的问题。鉴于这个问题在相关行业中都比较普遍，希望能引起关注和重视。当然也希望本文能对业内相关电器及开关插座等生产厂家有所帮助。

[ 编辑：周新莉 ]

《电镀与涂饰》持续被Inspec数据库收录

英国工程技术学会IET（The Institution of Engineering and Technology）的网站（www.theiet.org）公布了截至2017年7月Inspec（Information Service in Physics, Electro-Technology, Computer and Control）数据库的索引期刊目录，《电镀与涂饰》（Electroplating & Finishing, ISSN 1004–227X）位列其中。

Inspec的纸本是“科学文摘”（Science Abstract，简称SA，始于1898年），由IET（前身IEE，1871年成立）出版，是理工学科最重要、使用最为频繁的数据库之一，也是全球在理工科领域最权威的二次文献数据库之一。Inspec中的每一种期刊都是通过客观评价，且按照高标准的要求而选择出来的，有效地杜绝了混乱和繁杂的信息，可确保提供准确、有意义和及时的数据。Inspec的专业面覆盖物理、电子与电气工程、计算机与控制工程、信息技术、生产和制造工程等领域，并覆盖材料科学、海洋学、核工程、天文地理、生物医学工程、生物物理学等领域的内容，为物理学学家、工程师、信息专家、研究人与科学家提供了不可或缺的信息服务。

据统计，目前Inspec总共收录4 342种期刊（比2017年4月公布的数据多了3种），其中中国大陆期刊维持220种（约占5.1%）。《电镀与涂饰》是国内表面处理及涂料涂装领域唯一被收录的专业性期刊。

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

茅红裕（1980-），男，江苏海门人，大专，工程师，主要从事电镀、涂装喷漆、五金件的结构设计等工作。

作者联系方式：(E-mail) maohy_2012@126.com。

10.19289/j.1004-227x.2017.17.006