DOI: 10.19289/j.1004-227x.2021.07.007
现代镀覆技术
唐春华
摘要：介绍了适用于含铬合金钢紧固件、钢铁制件、铝及铝合金制件的化学镀仿金工艺，对除油、活化、预处理、封闭、防锈、干燥、油封、浸漆等工序进行了说明。 关键词：化学镀；仿金；紧固件；钢铁；铝合金
中图分类号：TQ153.2 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2021) 07 – 0534 – 04
Modern plating technologies: Part IV—Electroless plating of imitation gold
TANG Chunhua
( Q uanzhou Chuangda Metal Surface Treatment Co., Ltd., Quanzhou 362000, China)
Abstract: A electroless plating process for applying finishes imitative of gold on chromium-containing alloy fasteners, iron and steel parts, as well as aluminum and aluminum alloy products was introduced. The procedures were described, including degreasing, activating, pretreatment, sealing, anti-rusting, drying, greasing, immersion painting, etc.
Keywords: electroless plating; imitation gold; fastener; iron and steel; aluminum alloy
汽车紧固件(汽车轮胎螺丝螺帽)的传统镀覆工艺为钢铁氧化、镀锌、功能性磷化等，其中功能性磷化满足汽车紧固件高强度的要求，应用极广。近几年随着人们对工业产品外观的审美追求，汽车紧固件的镀覆悄然发生了变化，最引人注目的是化学镀镍取代了功能性磷化在部分企业中的应用，并有强劲的发展趋势。不可否认，化学镀镍确实具有某些优异性能，其外观略胜功能磷化一筹。但化学镀镍用于紧固件也有明显的缺点：一是镍属致癌物质，生产废水多，处理难度大，且费用高；二是操作环境不友好，溶液挥发量大，有较浓的刺激气味；三是能耗较大，成本高。因此化学镀镍必然受到环保制约，这迫使企业又在寻新工艺来取而代之。
笔者经反复试验及现场考验，开发了一种用于工业生产的光亮化学镀仿金工艺。这种工艺不但镀覆外观美(可谓“光彩夺目”)，更重要的是能满足紧固件耐磨、耐蚀的要求(与镀覆后处理密切相关)，深受企业青睐。经批量工业生产证明，本工艺可成为紧固件镀覆的花品种之一，还可取代有氰电镀仿金。
1 机理[1]
这是以铜为主的硫酸盐多元合金体系。其中Cu2+及Sn2+与钢铁发生置换反应，微量Zn2+参与反应起调作用，形成化学仿金镀层。铜的置换反应比锡快得多，只有Cu2+的置换反应受到一定的限制或Sn2+置换反应得到适当的促进，使Cu2+和Sn2+的置换反应速度达到平衡时，才能持续获得所需的仿金镀层。添加合适的双配位剂与铜离子配位，降低铜的电极电位，并借助促进剂加速锡的析出，才可获得含铜量较低的仿金层。适量添加剂的加入可起到湿润、平整、光亮的作用，提高仿金层的光泽。操作时要注意控制铜盐消耗量与补充量得当。 收稿日期： 2019–12–17 修回日期：2020–12–25
作者简介： 唐春华（1938–），男，江西萍乡莲花县人，电化学覆盖专业，高级工程师，长期从事金属表面处理技术工作。率先在国内将金属抛丸除氧化皮工艺成功应用到汽车轮胎螺栓、螺帽功能磷化大批量工业化生产中，获得良好的经济效益和社会效果，并有金属化学镀铜、化学
仿金工业应用实例，有望代替电镀。多年研发金属磷化系列产品，发表学术文章300余篇，编著有《金属表面磷化技术》。
引用格式： 唐春华. 现代镀覆技术: 第四部分──化学镀仿金[J]. 电镀与涂饰, 2021, 40 (7): 534-537.
TANG C H. Modern plating technologies: Part IV—Electroless plating of imitation gold [J]. Electroplating & Finishing, 2021, 40 (7): 534-537.
2 特点
2. 1 环保性较好
不存在致癌元素、有毒物的废水排放；省去酸蚀(以抛丸代替酸蚀[2])，避免了酸气、酸液的污染；化学镀液在常温下操作，无刺激性气味，有利于人体健康。
2. 2 节能
除除油、封闭需要加热外，其他工序为常温操作，能耗比化学镀镍低得多，与电镀仿金相比也节省了电源。
2. 3 工艺简单，易过渡
可利用原有化学镀镍设备，节省投产费用。本工艺仅比化学镀镍多了一道工序；比普通电镀仿金减少3道工序(预镀镍、酸性镀铜和光亮镀镍[3])。
2. 4 成本较低
本工艺在配槽用料、药剂消耗、药液寿命等方面的综合成本(约400元/t)低于化学镀镍的生产成本(700元/t左右)，加之化学仿金时间短(≤60 s)，化学镀镍时间长(30 min)，有利于省材节时。
2. 5 工艺稳定
该仿金液稳定，可调性好。相比之下，化学镀镍液加热蒸发量大，槽液补加频繁，稳定性差。
3 工艺流程
3. 1 含铬合金钢紧固件化学镀仿金
一次碱液化学除油→水洗→二次碱液化学除油→水洗→活化→水洗→化学镀仿金→水洗→预处理→封闭→水洗→热水洗→自干→油封。
注：若表面光洁度尚好(经抛丸、机加工和磨光，但螺栓头部、螺帽无法磨光)，镀前只需活化。3. 2 钢铁制件化学镀仿金
碱液化学除油→水洗→酸蚀/抛丸→水洗→活化→水洗→化学镀镍/电镀镍→水洗→化学镀仿金→水洗→钝化→水洗→干燥→浸漆→干燥。
注：到底是酸蚀还是抛丸，应视工件表面状况或现场条件而定。
前列腺素e2
3. 3 铝及铝合金制件化学镀仿金
碱性除油→热水洗→水洗→碱蚀→水洗→硝酸出光→水洗→一次浸锌→水洗→褪锌→水洗→二次浸锌→水洗→碱性化学镀镍→水洗→酸性化学镀镍→水洗→化学镀仿金→水洗→钝化→水洗→干燥→浸漆→干燥。腐蚀试验
注：若使用东莞霖辉金属表面处理有限公司提供的脱脂碱蚀二合一处理方法，可省去浸锌工序。
4 工艺说明
4. 1 工件装挂
工件装入浸塑胶铁质篮筐内，每筐盛工件约15 kg，手动电葫芦行车运行。由于除油时间长，仿金时间短，因此为了保证生产速率的衔接性，除油槽篮筐数量多于化学镀仿金槽的篮筐量。
4. 2 表面准备
纯战略纳什均衡
镀前滚光、磨光能使基材表面有较高的光亮平整度，对提高仿金层外光质量和抗变能力起双重作用。
除油是决定化学镀仿金质量的先决条件，一定要彻底。因为螺栓、螺帽的滚牙和攻牙以植物油(如花生油、菜籽油等)作润滑剂，螺帽油污更难除净，尤其是干固了的油膜。除油时要间歇抖动篮筐，除油后清洗完了要检查除油质量。有条件的最好采用超声波除油，以提高除油效率和质量。
4. 3 活化
活化使工件表面呈活态，尤其是光洁度较高的车、磨表面，镀前不酸蚀，必须活化。
4. 4 化学镀仿金
施镀时间不宜过长，螺栓10 s，螺帽15 s。操作时要适度抖动篮筐，使工件彩一致，防止产生接触印迹，尽量减少差。但螺栓头部、螺帽因表面非磨光，镀面泽偏暗(在质量指标允许范围内)。
4. 5 预处理
为封闭打下良好基础，对加快封闭速率，增加封闭层厚度和均匀性均有好处。
溢价能力4. 6 封闭
betterwmf封闭是保证螺栓、螺帽丝牙部位仿金层耐磨性的关键所在。换言之，紧固件仿金层需要封闭处理才能达到使用要求，通过“打风炮”检验(见6.4节)。另外，能否通过“打风炮”检验还取决于紧固件的配套形式：若螺栓、螺帽全部镀仿金，则它们都需封闭；若只是螺栓镀仿金，螺帽为黑磷化(浸黑+ 普通锌系磷化[4])，则允许螺栓仿金层不封闭，而这种配套更能增强差，外观更耀眼，别具一格。配套方式视客户需要而定，紧固件镀覆后按客户需要在出厂前进行包装。
4. 7 热水防锈
热水洗能加快封闭层的干燥，并起到防锈作用(水中含适量防锈剂)，便于油封。
4. 8 油封
油封对3.1节的仿金工艺产生协同效应。仿金层油封既要求能起到防锈性(仿金层+ 封闭层+ 油层的功能总和，可以大幅提高镀覆层的耐蚀性)，同时又不能影响仿金层的外观(油膜要薄、透明度高)。为此，笔者研究了一种专用仿金层防锈油(择优防锈油与防锈剂配制而成)，其干燥快，便于生产。
5 工作条件与药液维护
5. 1 除油
碱性除油剂60 ~ 70 g/L，温度80 ~ 85 °C，时间5 ~ 10 min(以螺帽内表面完全被水湿润为止)。工作时需勤捞除油液面油沫，生产前补足除油剂的消耗量，按除油剂35 g/L补加。5 d清槽一次，10 d换槽一次(视槽液变化情况而定)。
5. 2 活化
活化剂7 ~ 8 g/L，pH 2，常温，时间10 s。2 d换一次槽。
5. 3 化学镀仿金
化学镀仿金液分装，铜主盐单独配制浓剂，其他成分混合配制。生产中发现，化学镀仿金液的成分全部混合后，放置时间一长就会反应慢(成时间延长至3 ~ 4 min)，且效果不好。改为分装后，长时间放置也无影响。使用时按配方用量将2种药液混合即可。生产中补加药剂的原则是根据仿金颜深浅而调。药液处理量(单位容积的槽液可处理工件的质量)为130 kg/L。因容积过小，负载量大，故每生产2 d 更换1/2槽液。
5. 4 预处理
预处理剂1 g/L，常温，时间5 s。每天更换一次槽液。
5. 5 封闭
封闭剂200 mL/L，温度70 °C，时间4 min(螺栓)或5 min(螺帽)。生产前补加封闭剂(浓缩型)23 mL/L，1份浓缩剂加4份水稀释后加入。
每天生产前(上下午各一次)补加水至工作面。每4 d清槽一次，以保持封闭液的清洁度，15 d换一次槽。
5. 6 热水防锈
防锈剂2 g/L，温度80 ~ 85 °C。每天补加防锈剂1 g/L，4 d换一次槽。
5. 7 干燥
用无水无油的压缩空气吹干或烘干；浸漆后甩干(甩干机)。注意吹掉篮筐底部积水。
5. 8 油封
采用干性防锈油，常温，时间2 min。
5. 9 浸漆
浸漆是决定3.2节和3.3节的化学镀仿金抗变能力的关键因素，其质量好坏又与涂料特性及施涂方式密切相关，最理想的是TA、854、8251-3护光油等涂料。严格地讲，水溶性涂料用于化学仿金层不理想，这是由于水溶性涂料中含有氨的成分，对铜有腐蚀作用，会导致仿金层变绿[5]。
6 质量检验
6. 1 外观
呈透明光亮的仿金(车、磨表面)或缎面金黄(抛丸表面)，镀层均匀细致，不允许有露底、斑点、泛红、黑点等缺陷，表面应无附着物，不掉。
6. 2 抗变能力
在包装良好的情况下，要求一年内库存不变。实际测试表明，可以2年以上不变。
6. 3 抗腐蚀能力
5% NaCl连续喷雾腐蚀48 h内无锈点(允许有个别锈点)。要求包装后的仿金件在库存期内不锈蚀。
6. 4 耐磨性
耐磨性是紧固件的关键检验项目，可通过“打风炮”来快速检测。自制的“打风炮”装置由厚板固定架、气动套筒、空压机等组成。测试时将螺栓快速旋到螺栓底部，然后又快速旋出至螺栓端头，重复旋进旋出4 ~ 5次后停机，卸下试验件进行仔细检测。若螺帽无卡死，螺栓丝牙无损伤，则耐磨性合格，允许
仿金层掉。本工艺生产的仿金件的耐磨性均在4次以上，达到企业标准(测时件均为仿金层配套)。参考文献：
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回龙观北郊医院一届全国转化膜及表面精饰学术年会论文集. [出版地不详: 出版者不详], 2016: 114-116.
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[3] 马静, 吕明威. 无氰黄铜锡合金电镀工艺的研究[C] // 第十届全国转
化膜及表面精饰学术年会论文集. [出版地不详: 出版者不详], 2014: 99-102.
MA J, LV M W. Non cyanide copper tin alloy plating technology [C] // Proceedings of 10th National Conversion Coating and Surface Finishing Conference. [S.l.: s.n.], 2014: 99-102.
[4] 唐春华. 汽车紧固件抛丸黑磷化滚浸自动线工艺改进[J]. 汽车工艺
与材料, 2015 (2): 37-40.
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[5] 唐春华. 提高仿金层抗变的途径[J]. 腐蚀科学与防护技术, 1990, 2 (2):
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TANG C H. Approaches to improve the tarnish resistance of imitation gold coatings [J]. Corrosion Science and Protection Technology, 1990, 2 (2): 53-54, 52.
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