CN111962119A - 一种针对金属镀层难实现结构的电镀方法及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种针对金属镀层难实现结构的电镀方法及焊接方法，包括：步骤1，将待镀金属零件置于电镀槽中，与电镀槽中的阴极相连，该待镀金属零件具有窄深槽或异形曲面结构；步骤2，根据待镀金属零件的结构特征制作定向导电件，定向导电件置于电镀槽阳极与待镀金属零件之间且靠近待镀金属零件的窄深槽或异形曲面结构，定向导电件与电镀槽阴极相连；步骤3，接通连接电源、阳极、阴极、待镀金属零件和定向导电件的导电装置，实施电镀。本发明中电镀方法和焊接方法能够解决钎焊前金属零件表面由于边缘效应而造成的镀层不均匀，以及金属零件中金属镀层难实现结构镀层极薄或者无镀层的技术难题，保证钎焊质量。

Description

一种针对金属镀层难实现结构的电镀方法及焊接方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种针对金属镀层难实现结构的电镀方法及焊接方法，该金属镀层难实现结构为窄深槽结构、复杂异形曲面结构等难实现电导率平衡的产品结构。

背景技术

金属钎焊结构在航空航天、交通运输、电讯工程、国防等工业部门有着重要应用。为了保证产品的应用性能，采用金属零件电镀镀层后钎焊工艺，并实现了工程化应用。但在钎缝质量稳定性方面一直存在薄弱环节。其中，钎焊前的金属镀层难实现结构的镀层质量是造成钎缝质量不稳定的重要因素。

一直以来，国内外在提升金属镀层难实现结构的电镀镀层质量方面，进行了大量的研究工作，并实现了在汽车、卫星、高铁、飞机等非密封结构上的工程应用。但不可否认，金属镀层难实现结构钎焊质量控制一直是焊接领域的技术难点。

作为金属镀层难实现结构钎焊前的表面处理工序，产品零件结构如窄深槽、复杂异形曲面等钎焊部位的镀层质量对金属零件钎焊质量具有重要影响。如法兰盘(图1)上的窄深槽，由于零件形状复杂，客观上造成了电流分布不均匀，产生边缘效应，使得窄深槽内部镀层极薄，窄深槽外部镀层较厚，进而导致后续钎焊质量差，钎缝结构不一致。又如，火箭发动机叶轮(图2)用于燃料输送系统，需要电镀上满足要求厚度的镀层。然而，该叶轮表盘上具有排布成涡轮状结构的多层曲面，相邻曲面间形成曲面槽，涡轮状结构在电镀时存在边缘效应，叶片表面上镀层极薄，叶片端面(图2所示电镀面)上镀层较厚，但是由于叶片端面为后续钎焊的工作面，因而上述电镀效果难以实现后续钎焊后部件间的有效连接，导致钎焊接头结合性能下降，造成钎焊结构件功能失效。

因此，有必要对金属镀层难实现结构的电镀方法及焊接方法进行研究，以提高金属镀层难实现结构的电镀有效性以及钎焊稳定性。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种针对金属镀层难实现结构的电镀方法及焊接方法，能够解决钎焊前金属零件表面由于边缘效应而产生的镀层不均匀，以及金属零件中金属镀层难实现结构镀层极薄或者无镀层的技术难题，保证钎焊质量，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，一种针对金属镀层难实现结构的电镀方法，包括：

步骤1，将待镀金属零件置于电镀槽中，与电镀槽中的阴极相连，该待镀金属零件具有窄深槽或异形曲面结构；

步骤2，根据待镀金属零件的结构特征制作定向导电件，定向导电件置于电镀槽阳极与待镀金属零件之间且靠近待镀金属零件的窄深槽或异形曲面结构，定向导电件与电镀槽阴极相连；

步骤3，接通连接电源、阳极、阴极、待镀金属零件和定向导电件的导电装置，实施电镀。

第二方面，一种焊接方法，包括：

步骤1，对被电镀零件待钎焊部位施放钎料；电镀零件的电镀方法采用上述第一方面所述的电镀方法；

步骤2，将施放好钎料的零件置入钎焊炉内钎焊；

步骤3，待钎焊完成后，取出钎焊零件；

步骤4，进行钎焊后组合件的清洗、钎缝清理，并交接检查。

根据本发明提供的一种针对金属镀层难实现结构的电镀方法及焊接方法，具有以下有益效果：

(1)本发明由于在金属镀层难实现结构中使用与之相匹配的定向导电件，促进了各类镀层难实现结构的复杂曲面在电镀过程中的电导率平衡，为电镀过程中镀层阳离子的均匀移动附着提供了客观支撑条件，从而提高了被电镀镀层均匀一致性；

(2)本发明中定向导电件为简单几何形状，采用定向导电件或其组合，即可实现复异形杂曲面结构或者窄深槽的有效电镀；

(3)本发明使用纯铜材料制作定向导电件，使导电系数处于最佳状态，确保了镀层粒子的有效移动，为提升镀层质量提供了坚实的基础；

(4)由于在金属零件经物理去氧化膜处理、化学腐蚀处理后进行的电镀处理过程中，采用优化工艺参数及后续机械清理、加热纯水和酒精清洗等，使金属零件镀层的致密性获得很大提升，使均匀性达到了工艺要求规定的范围内。

附图说明

图1为金属零件法兰盘结构示意图；

图2为发动机上的带有涡轮状曲面结构的叶轮结构示意图；

图3为电镀装置结构示意图；

图4为单环型定向导电件结构示意图，图4A为主视图，图4B为侧视图；

图5为双环型定向导电件结构示意图，图5A为主视图，图5B为侧视图；

图6为铝合金法兰盘与不锈钢波纹管钎焊示意图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

根据本发明的第一方面，提供了一种针对金属镀层难实现结构的电镀方法，包括如下步骤：

步骤1，将待镀金属零件置于电镀槽中，与电镀槽中的阴极相连，该待镀金属零件具有窄深槽或异形曲面结构；

步骤2，根据待镀金属零件的结构特征制作定向导电件，定向导电件置于电镀槽阳极与待镀金属零件之间且靠近待镀金属零件的窄深槽或异形曲面结构，定向导电件与电镀槽阴极相连；

步骤3，接通连接电源、阳极、阴极、待镀金属零件和定向导电件的导电装置，实施电镀。电镀槽结构如图3所示。

在本发明中，待镀金属零件具有窄深槽或异形曲面结构，如带窄深槽的法兰盘，或者发动机上的带有涡轮状曲面结构的叶轮。

在本发明中，待镀金属零件电镀可以为整体零件电镀，或者针对特定部位如窄深槽或异形曲面结构的局部电镀。当局部电镀时，步骤1之前还包括使用装卡工装对待电镀零件的非电镀表面进行绝缘，并卡紧固定。

在本发明步骤1之前，还包括对待电镀金属零件表面进行清理，具体为：

对待电镀金属零件表面进行油污清理，如采用丙酮进行油污清理；和/或

对待电镀金属零件表面氧化物进行机械清理，如采用砂纸等进行机械清理；和/或

对待电镀零件表面过渡层进行化学处理，如采用弱酸进行化学处理。

在本发明步骤1中，按一次装挂3～5个零件要求，电镀槽的深度、长度、宽度均远大于待镀金属零件的尺寸。

在本发明步骤1中，金属零件窄深槽的深宽比(槽深与槽宽比)可达6:1～3:1。也就是说，本发明中该电镀方法适用于高深宽比窄深槽的电镀。

在本发明步骤2中，定向导电件根据待镀金属零件的结构特征制作，定向导电件的轮廓与待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构形成的整体轮廓相对应，也就是说，定向导电件的形状与金属零件的窄深槽或异形曲面结构的轮廓相吻合，或者覆盖该窄深槽或异形曲面结构的轮廓。提取待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构的整体轮廓后设计并采用对应的定向导电件，而并非依据待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构的所有细节结构设计完全对应的定向导电件，使得定向导电件可以设计为简单的几何形状或者采用简单几何形状的组合，这样提高了定向导电件的适用性，并降低了定向导电件的加工难度。

对于法兰盘上加工的围绕法兰盘轴心的圆环形纵向窄深槽，定向导电件设计为圆环形；对于法兰盘上加工的围绕法兰盘轴心开设的多段相同圆弧半径的弧形纵向窄深槽，定向导电件设计为圆环形；对于法兰盘上加工的围绕法兰盘轴心开设的多个与轴心距离相等的圆柱形纵向窄深槽，定向导电件设计为圆环形。对于发动机上的带有涡轮状曲面结构的叶轮，定向导电件设计为对应涡轮状曲面结构的圆环形。圆环形定向导电件如图4所示。

当待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构的整体轮廓为其他形状时，定向导电件的结构随之改变，如整体轮廓为三角形时，定向导电件设计为三角形。

在本发明中，当待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构的整体轮廓具有较大宽度时，定向导电件可以加工为同心环形结构，各同心环横向固定连接，如图5所示。

当待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构在待镀金属零件上具有较大深度时，定向导电件可以加工为多级纵向环形结构，各级环形件纵向连接。

在本发明中，定向导电件与待镀金属零件之间的间距为2～10mm。由于边缘效应是待镀金属零件自身结构导致的，在本发明步骤2中，设置靠近待镀金属零件的定向导电件，定向导电件的设置相当于改变了金属零件自身结构，定向导电件吸引电镀阳离子局部富集，进而弱化了边缘效应。定向导电件与待镀金属零件之间的间距对于金属镀层难实现结构的电镀有效性至关重要，若定向导电件与待镀金属零件之间的间距过小且小于上述范围的最小值，则待镀金属零件上靠近定向导电件的部分产生边缘效应，电镀阳离子还未进入窄深槽或附着在异形曲面结构上，即被吸引富集，定向导电件无法起到有效导向作用；若定向导电件与待镀金属零件之间的间距过大且大于上述范围的最大值，则定向导电件吸引的阳离子由于距离窄深槽或者异形曲面结构太远而无法定向富集。

在本发明中，定向导电件为纯铜材料制成。

在本发明步骤3中，电镀过程包括：

步骤3.1，采用镀层槽液进行冲击电流电镀，单个待镀金属零件的冲击电流强度为60～80A/dm²；

步骤3.2，采用镀层槽液对待镀金属零件镀层面进行电镀，单个待镀金属零件的电流强度为20～30A/dm²；

步骤3.3，清洗电镀后金属零件并吹干。

在本发明步骤3.1中，采用镀层槽液进行冲击电流电镀的具体方法为：镀层槽液温度20～40℃，电镀时间3～4min，冲击电流电镀过程中待镀金属零件和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变。

在本发明步骤3.2中，采用镀层槽液对待镀金属零件镀层面进行电镀的具体方法为：镀层槽液温度20～40℃，电镀时间8～10min，电镀过程中待镀金属零件和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变。

在本发明步骤3.1和步骤3.2中，待镀金属零件和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，这样，通过摆动产生电镀槽液湍流，使窄深槽或异形曲面结构周围的电镀阳离子均匀，且利于电镀阳离子“冲入”窄深槽或异形曲面结构，实现窄深槽或异形曲面结构的均匀电镀。该前后摆动配合定向导电件具有协同增效作用，相较于单纯的摆动或设置定向导电件，电镀效果提升明显。

在本发明步骤3.3中，清洗金属零件并吹干，包括：

步骤3.3.1，将电镀后的金属零件放入纯水池中，采用纯净水清洗，并用自来水管或水枪对零件进行冲洗；

步骤3.3.2，采用60～80℃热水冲洗零件，时间为3～5min；

步骤3.3.3，用洁净压缩空气将零件吹干。清洗被电镀零件，着重在镀层面的清洗。

在本发明步骤3.3.1中，纯水池的容积不小于槽液池。

根据本发明的第二方面，提供了一种焊接方法，包括：

步骤1，对被电镀零件待钎焊部位施放钎料；电镀零件的电镀方法采用上述第一方面所述的电镀方法；

步骤2，将施放好钎料的零件置入钎焊炉内钎焊至钎料熔化并取出；

步骤3，实施零件间钎焊；

步骤4，进行钎焊后组合件的清洗、钎缝清理，并交接检查。

在步骤2中，将钎焊炉内的零件转动起来，保证钎缝充分润湿，并控制添加钎料、钎剂数量，以保障焊角饱满和冷却通道不堵塞。

在步骤4中，钎焊后组合件清洗包括：

步骤4.1，钎焊后的组合件放入60～80℃流动的热水中清洗后，吹干；

步骤4.2，放入酒精中浸泡30～40min后，清洗并吹干；

步骤4.3，采用机械方式进行钎缝清理，直至目视观察没有残留钎剂；

在步骤4.3中，采用机械的方式进行钎缝清理，包括：使用机床、钢丝轮、钢丝刷、锉刀、砂纸、钢丝钩、0#砂纸、绸布等对钎缝内外侧进行清理。

实施例实施例1

如图6所示，铝合金法兰盘具有内径Ф70的窄深槽，深宽比3：1，铝合金法兰盘窄深槽镀铜后灌锡，与镀镍后挂锡的不锈钢波纹管进行钎焊装接，作为钎缝所在位置的窄深槽，镀铜厚度和均匀度直接影响挂锡效果和后续钎焊效果。

该铝合金法兰盘窄深槽镀铜方法和镀铜后钎焊方法如下：

(1)装挂电极

1.1零件清理：

对待电镀金属零件表面进行油污清理：丙酮进行油污清理；

对待电镀金属零件表面氧化物进行机械清理：采用砂纸进行机械清理；

对待电镀零件表面进行化学处理：如采用草酸进行化学处理。

1.2将铝合金法兰盘置于电镀槽中，与电镀槽中的阴极相连；

1.3按照铝合金法兰盘结构特征制作纯铜材料圆环形定向导电件，定向导电件的直径与法兰盘窄深槽的内径相当；

1.4定向导电件置于电镀槽阳极与铝合金法兰盘之间且靠近铝合金法兰盘的窄深槽，定向导电件与电镀槽阴极相连，与铝合金法兰盘之间的间距为6mm；

1.5接通连接电源、阳极、阴极、铝合金法兰盘和定向导电件的导电装置，实施电镀。

(2)零件电镀

2.1采用镀层槽液进行冲击电流电镀，单个零件冲击电流强度为60A/dm²，镀层槽液温度20℃，电镀时间4min；冲击电流电镀过程中铝合金法兰盘和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变；

2.2采用镀层槽液对窄深槽进行电镀，单个零件电流强度为20A/dm²，镀层槽液温度20℃，电镀时间10min；电镀过程中铝合金法兰盘和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变

2.3清洗金属零件并吹干：

将电镀后的铝合金法兰盘放入纯水池中，采用纯净水清洗，并用自来水管或水枪对铝合金法兰盘进行冲洗；

采用80℃热水冲洗零件，时间为3min；

用洁净压缩空气将零件吹干。清洗铝合金法兰盘，着重在窄深槽镀层面的清洗。

(3)钎焊

3.1在镀铜后的铝合金法兰盘窄深槽内灌锡；

3.2将铝合金法兰盘置入钎焊炉内加热至钎料熔化并取出；

3.3将镀镍后挂锡的不锈钢波纹管装入灌锡后的窄深槽，待钎料固化；

3.4进行钎焊后组合件的清洗、钎缝清理，并交接检查：

钎焊后的组合件放入80℃流动的热水中清洗后，吹干；

放入酒精中浸泡30min后，清洗并吹干；

采用机械方式进行钎缝清理，直至目视观察没有残留钎剂。

结果表明，采用本实施例中的环形定向导电件，法兰盘结构窄深槽边角效应明显降低，槽内镀层均匀性提高，经对钎缝做工业CT等无损检测，钎着率显著提升。

实施例2

如图2所示，对发动机上的铝制带有涡轮状曲面结构的叶轮进行镀铜。该叶轮的镀铜方法如下：

(1)装挂电极

1.1零件清理：

对待电镀金属零件表面进行油污清理：丙酮进行油污清理；

对待电镀金属零件表面氧化物进行机械清理：采用砂纸进行机械清理；

对待电镀零件表面进行化学处理：如采用草酸进行化学处理。

1.2将该叶轮置于电镀槽中，与电镀槽中的阴极相连；

1.3按照该叶轮的结构特征制作纯铜材料圆环形定向导电件，定向导电件的直径介于涡轮状曲面构成的圆环的内径和外径之间；

1.4定向导电件置于电镀槽阳极与该叶轮之间且靠近该叶轮的叶片端面，定向导电件与电镀槽阴极相连，与该叶轮之间的间距为6mm；

1.5接通连接电源、阳极、阴极、该叶轮和定向导电件的导电装置，实施电镀。

(2)零件电镀

2.1采用镀层槽液进行冲击电流电镀，单个零件冲击电流强度为80A/dm²，镀层槽液温度40℃，电镀时间3min；冲击电流电镀过程中该叶轮和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变；

2.2采用镀层槽液对该叶轮的叶片端面进行电镀，单个零件电流强度为30A/dm²，镀层槽液温度30℃，电镀时间8min；电镀过程中该叶轮和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变

2.3清洗金属零件并吹干：

将电镀后的叶轮放入纯水池中，采用纯净水清洗，并用自来水管或水枪对叶轮进行冲洗；

采用80℃热水冲洗零件，时间为3min；

用洁净压缩空气将零件吹干。清洗该叶轮，着重在叶片端面镀层面的清洗。

结果表明，采用定向导电件辅助电镀，叶轮的叶片端面的边角效应明显减弱，镀层厚度处于可控的范围内，保证了钎焊后焊接接头的结合强度。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (13)

1.一种针对金属镀层难实现结构的电镀方法，其特征在于，包括：

步骤1，将待镀金属零件置于电镀槽中，与电镀槽中的阴极相连，该待镀金属零件具有窄深槽或异形曲面结构；

步骤2，根据待镀金属零件的结构特征制作定向导电件，定向导电件置于电镀槽阳极与待镀金属零件之间且靠近待镀金属零件的窄深槽或异形曲面结构，定向导电件与电镀槽阴极相连；

步骤3，接通连接电源、阳极、阴极、待镀金属零件和定向导电件的导电装置，实施电镀。

2.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，待镀金属零件包括带窄深槽的法兰盘，或者发动机上的带有涡轮状曲面结构的叶轮。

3.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，步骤1之前还包括使用装卡工装对待电镀零件的非电镀表面进行绝缘，并卡紧固定。

4.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，步骤1中，金属零件窄深槽的深宽比可达6:1～3:1。

5.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，步骤2中，定向导电件设计为简单的几何形状或者采用简单几何形状的组合，其形状与金属零件的窄深槽或异形曲面结构的轮廓相吻合，或者覆盖该窄深槽或异形曲面结构的轮廓；

对于法兰盘上加工的围绕法兰盘轴心的圆环形纵向窄深槽，定向导电件设计为圆环形；对于法兰盘上加工的围绕法兰盘轴心开设的多段相同圆弧半径的弧形纵向窄深槽，定向导电件设计为圆环形；对于法兰盘上加工的围绕法兰盘轴心开设的多个与轴心距离相等的圆柱形纵向窄深槽，定向导电件设计为圆环形；对于发动机上的带有涡轮状曲面结构的叶轮，定向导电件设计为对应涡轮状曲面结构的圆环形。

6.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，步骤2中，当待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构的整体轮廓具有较大宽度时，定向导电件可以加工为同心环形结构，各同心环横向固定连接；和/或

当待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构在待镀金属零件上具有较大深度时，定向导电件可以加工为多级纵向环形结构，各级环形件纵向连接。

7.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，步骤2中，定向导电件与待镀金属零件之间的间距为2～10mm。

8.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，步骤3中，电镀过程包括：

步骤3.1，采用镀层槽液进行冲击电流电镀，单个待镀金属零件的冲击电流强度为60～80A/dm²；

步骤3.2，采用镀层槽液对待镀金属零件镀层面进行电镀，单个待镀金属零件的电流强度为20～30A/dm²；

步骤3.3，清洗电镀后金属零件并吹干。

9.根据权利要求8所述的电镀方法，其特征在于，步骤3.1中，采用镀层槽液进行冲击电流电镀的具体方法为：镀层槽液温度20～40℃，电镀时间3～4min，冲击电流电镀过程中待镀金属零件和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变。

10.根据权利要求8所述的电镀方法，其特征在于，步骤3.2中，采用镀层槽液对待镀金属零件镀层面进行电镀的具体方法为：镀层槽液温度20～40℃，电镀时间8～10min，电镀过程中待镀金属零件和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变。

11.根据权利要求8所述的电镀方法，其特征在于，步骤3.3中，清洗金属零件并吹干，包括：

步骤3.3.1，将电镀后的金属零件放入纯水池中，采用纯净水清洗，并用自来水管或水枪对零件进行冲洗；

步骤3.3.2，采用60～80℃热水冲洗零件，时间为3～5min；

步骤3.3.3，用洁净压缩空气将零件吹干。

12.一种焊接方法，其特征在于，包括：

步骤1，对被电镀零件待钎焊部位施放钎料；电镀零件的电镀方法采用上述权利要求1至11之一所述的电镀方法；

步骤2，将施放好钎料的零件置入钎焊炉内钎焊至钎料熔化并取出；

步骤3，实施零件间钎焊；

步骤4，进行钎焊后组合件的清洗、钎缝清理，并交接检查。

13.根据权利要求12所述的焊接方法，其特征在于，步骤4中，钎焊后组合件清洗包括：

步骤4.1，钎焊后的组合件放入60～80℃流动的热水中清洗后，吹干；

步骤4.2，放入酒精中浸泡30～40min后，清洗并吹干；

步骤4.3，采用机械方式进行钎缝清理，直至目视观察没有残留钎剂。

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