银铅合金电镀工艺优化探讨

1.概述

在航空航天工业，高速运转的发动机中需要使用高性能的滑动轴承，从所需强度、塑性及导热性能等几方面来看，使用银制轴承虽能满足高速发动机的要求，但是纯银镀层的润滑性能却不能令人满意。在高速旋转（在高负荷条件下）时，会产生转动不灵的现象。在纯银中加入少量铅金属形成的银铅合金镀层可以消除这一现象。实验发现，铅质量分数＜2%的银铅合金的硬度约为200HV，比纯银的硬度高一倍以上。采用冶炼方法获得的银铅合金，其硬度只有40HV。当电镀的银铅合金中的铅质量分数达到3%～5%时，可明显提高镀层的减摩性能。在高速轴承表面电镀铅质量分数＜1.5%的银铅合金时，其性能最好。

电镀的银铅合金镀层结构是亚稳态过饱和的固溶体合金，这是冶金法难以获得的合金。

2.工艺规范

氰化银 28～32g/L 温度 20～30℃

碱式碳酸铅 4g/L 电流密度 0.4A/dm²

氰化钾 20～24g/L 阳极 银板

酒石酸钾钠 38～42g/L 搅拌

氢氧化钾 0.5g/L

此工艺可获得铅质量分数为4%的银铅合金镀层。

镀液配制：在备用槽内加入氰化钾、氰化银和氢氧化钾，并稍加混合；加入去离子水至没过原料20cm，间歇搅拌至完全溶解；在另一容器内将酒石酸钾钠和碱式碳酸铅混合，然后加入少量去离子水搅拌至全部溶解成透明液体。

将两种溶液混合，补水至规定体积，加入1～2g/L粉末活性炭，搅拌2h后静置，最后过滤到镀槽。

3.镀液成分及控制

（1）氰化银和碱式碳酸铅 它们是镀液的主盐。这两种盐均不溶于水，需要与络合剂络合后才能形成水溶液。根据络合物理论，络合物在水溶液中能够发生电离。离解出来的金属离子在阴极接受电子还原成金属镀层。合金镀层中的成分受镀液中两种金属离子浓度比值的影响，还与各自配位体的浓度有关。

镀液中金属离子的总浓度对镀液的电流效率有较大影响。当总浓度高时，电流效率就高，反之则低。总浓度对镀液的均镀能力和覆盖能力均有影响。当总浓度高时，镀液的均镀能力好，而镀液的覆盖能力弱。当总浓度低时，镀液的均镀能力弱，而覆盖能力强。总浓度对镀层的合金成分没有影响。

（2）氰化钾和酒石酸钾钠 前者是银离子的配位体，后者是铅离子的配位体。金属离子与配位体形成络合物后，才能形成水溶液参与电化学反应。配位体又称络合剂。络合剂的浓度对镀液的稳定性十分重要。但络合剂的浓度较低时，镀液稳定性差，镀液浑浊，镀层粗糙无光（结晶粗大），阳极溶解困难。络合剂浓度较高时，镀层结晶细致有光泽，镀液稳定且均镀能力强。络合剂浓度过高，电流效率降低，阴极析氢严重，相应的金属离子沉积困难。例如氰化钾浓度太高，会使镀层中的银含量下降，铅含量升高，阳极溶解量大于阴极沉积量，造成金属离子失衡。

（3）氢氧化钾 这里的氢氧化钾是用来调节镀液pH值的，也有稳定氰化物的作用，同时利于银离子的析出。(www.zuozong.com)

4.操作条件及控制

（1）温度 温度升高有利于银离子的析出，在室温下生产时并不显著。低于温度下限时，离子运动缓慢，影响沉积速度。采用温度自动控制系统有利于镀层成分的稳定和镀速的稳定。

（2）电流密度 电流密度对镀层的合金成分影响极大。这是因为银铅合金电镀是典型的正则共沉积（电位较正的金属优先析出）。随着电流密度的升高，合金镀层中的铅含量快速增加，如图3-67所示。

图3-67 电流密度对镀层铅含量的影响

图3-67中游离氰化钾浓度分别是：1为14.2g/L，2为6.8g/L，3为2.4g/L。

从图中可以看出，电流密度对镀层成分的影响与镀液中的游离氰化钾浓度有关。在游离氰化钾浓度较高时，电流密度的影响很大（见曲线1）。在游离氰化钾浓度较低时，电流密度对合金成分的影响极小（见曲线3）。

（3）阳极 可以使用合金阳极，也可以使用双金属阳极或采用银板加补加铅盐的方法。在使用双金属阳极时要采用双电源。

采用合金阳极时，有利于镀液中的金属离子比稳定和镀层中的成分稳定。采用单金属阳极时，要经常化验镀液成分，以便及时补加铅盐。

5.不合格镀层的退除

（1）铜基体上的银铅合金镀层的退除

氰化钠80～100g/L 温度 15～70℃

氢氧化钠10～25g/L 阳极电流 1～5A/dm²

（2）钢铁、镍基体上的银铅合金镀层的退除

氰化钾12～15g/L 温度 15～25℃

双氧水70～80mL/L 浸泡至退净