慧聪表面处理网讯：钨合金电镀工艺发展现状
曹鹏（淄博张店区紫荆园15号2单元301，山东淄博255000）
摘要：介绍了钨合金电镀的发展历程。说明了铁镍钨、酸性镍钨磷、镍钨和碱性镍钨磷这几种电镀工艺的典型配方及应用。按工艺步骤论述了一些常见故障并提出了处理措施。指出目前的主要问题是放大后规模化生产控制。展望了钨合金工艺发展前景。
关键词：钨合金；电镀；配方；工艺
中图分类号：TQ153.2文献标志码：B文章编号：1004–227X(2015)03–0153–05
钨合金电镀是兼顾耐磨与防腐双重性能的新型电镀，工艺环保，对操作人员无伤害，生产效率高，近年逐渐获得了机械行业的注目。从某高校研究室开始推广，到如今被列入国家“十二五”发展推广项目，钨合金多元电镀的应用经过了十几年的历程，起初其用以替代装饰性套铬，但在试用此技术时发现加工出的产品更适合用于功能性电镀。钨合金电镀首先应用于液压设备和石油机械，后逐步扩展到其他行业。一开始的问题就是如何从实验室走向大规模生产，如何从配方走向应用，这是一个长期的磨合过程。
1·几种典型的钨合金镀液配方及其应用
要详细说明整个钨合金的生产工艺，必须从配方说起。目前在市场上推广的配方中较普遍的是“镍钨磷”，该配方控制简单，溶液稳定，满足目前环保的高要求，因此一开始多用该配方对各行业产品进行实验性加工。最初认为“铁镍钨”配方较耐磨，当某些应用条件下镍钨磷的性能难以满足产品要求时，多以此镀种替代。“镍钨”或“碱性镍钨磷”在内壁加工中应用较多，优点是分散能力高于其他，但在维护上还有一定的技术难度，应用并不广泛。除此之外，还有人做出了镍钨铜、镍钨镁等，可见调制配方难度并不大。配方的可持续性和稳定性以及维护和控制难度，决定了这些配方在大规模生产中的应用。
1.1铁镍钨
配方由硫酸镍、钨酸钠、硫酸亚铁及配位剂组成，温度70~75°C，pH7.0~7.5。先加入硫酸镍，溶解后溶入对应的配位剂，再倒入加了适量还原剂的硫酸亚铁溶液，然后倒入配有另一种相应配位剂的钨酸钠溶液，加入所需光亮剂和低泡润湿剂，最后定容得到镀液。
在做烧杯实验时，2L溶液连续工作72h，持续添加相应消耗量的金属，加工出的试验件在性能上无变化，但在存放后出现白色沉淀，疑为三价铁、钨酸钠和配位剂生成的化合物。此配方的难度在于控制三价铁。烧杯的口径较小，溶液与空气的接触面小，相对于2L溶液而言，电解时的产氧量也同样较少，对硫酸亚铁的氧化作用不明显，但长时间工作之后三价铁开始积留，放置一段时间后自然出现沉淀。
为持续添加，必须配制合适比例的还原剂和配位剂来保证硫酸亚铁的稳定，导致二者过量加入。还原剂过量直接影响镀层元素排列和金属比例，而较高浓度的铁离子配位剂不仅与三价铁反应产生沉淀，而且易与钨酸钠反应产生沉淀。
控制铁镍钨稳定的难度相当大，3种金属、2种配位剂、1种还原剂加光亮剂的配制很复杂。在生产控制中，还原剂和光亮剂的分析也达不到配合程度。
后续的应用性实验还发现在有2种不同配位剂的情况下，异形加工件的凹凸结合处会起皮，因此必须用统一的配位剂，但更换配位剂后，加工件耐磨性有所下降。工业生产时槽面和产氧量较大，较难保证镀层中完全不掺杂沉淀的颗粒，从而影响镀层性能的稳定。对习惯了传统生产方式的企业来说，需做很大努力控制此镀种的生产，只有严格的管理才能保证生产的连续性。
1.2酸性镍钨磷
配方由硫酸镍、亚磷酸、钨酸钠及单一配位剂组成，无需配合光亮剂。工作温度65~70°C，pH2~3。配制方法较简单，将足量的配位剂加入钨酸钠溶液，再倒入硫酸亚铁溶液，最后加入亚磷酸即可。
用镍钨磷溶液做烧杯实验时，只需配合一定的低级润湿剂，高级配位剂反而不利于控制，会造成发黑或粗糙。该配方从配制到生产管理都十分简单，不必通过过量的配位剂来稳定溶液，且金属在水溶液中无氧化，在
电解过程中也就不生成影响性能的化合物，因此在钨合金电镀推广初期较易被行业接受。但问题仍有不少。其一，各元素的浓度所决定的镀层含量究竟应是多少，至今仍是各大委托加工方争论的焦点。其二，产生起皮、麻点和针孔的原因与以前专家提出的观点并不切合，付出了相当长的试验时间来探讨。其三，镍钨磷配比及工艺条件的变化对耐磨性的影响在获得相当大的行业支持后才逐渐被证实，继续提高耐磨性仍有研究空间。
镍钨磷较稳定，推广也较顺利，但存在对耐磨性的怀疑。实际上镍钨磷镀层的耐磨性可媲美镀铬，但由于硬度只能达到900HV，在运动速率和压力较高的环境下使用时，镀层还是会变形、损伤。
1.3碱性镍钨磷和镍钨
这2种配方是在客户对酸性镍钨磷的性能产生怀疑后开发出来的。碱性镍钨磷的钨含量较高，较受委托加工方推崇，或者说成了钨合金电镀工艺的一个卖点。客户认为钨含量高，产生的耐磨金属晶体量就高，其实不然。在实验中，较高的钨含量会出现镀层起砂的现象，即颗粒过多，粘合不够。这一点仍需在实验和生产中验证。
碱性镍钨磷配方由硫酸镍、钨酸钠、亚磷酸及配位剂组成，润湿剂的选择取决于产品的电镀方式，与酸性镍钨磷的配制方法相同，区别在于需加入大量的碱性配位剂和普通碱性溶液来提高pH至7.0~7.5，工作温度65~70°C。
此配方具有与酸性镍钨磷同样的特点，金属无氧化，配位剂加入较合理，但长期生产中也会发生有机物积留而影响镀速的情况，但不会出现不溶性沉淀，处理较简单。
碱性镍钨的配方由硫酸镍、钨酸钠和配位剂组成，是钨合金电镀体系中最简单的配方。配制方法与上述无区别，工作环境一致。长期工作同样存在有机物积累问题，处理方式与碱性镍钨磷相同。这2个镀种的优势是分散和整平能力较强。一般情况下，酸性镍钨磷和铁镍钨完全覆盖金属表面需达到30μm以上，而镍钨和碱性镍钨磷在20μm就可完全覆盖。一般内孔电镀中首先要求防腐蚀性能，铁镍钨并不适用，而酸性镍钨磷受工艺限制，碱性镍钨磷和镍钨就成为首选。
1.4评述
从应用情况来看，电镀钨合金产品的防腐蚀性能是毋庸置疑的。由金属及合金晶粒的本身属性决定了提高耐磨性的后续研究不同于铬和镉的研究路线。
