纯铁镀镍：置换引起变色，发黄，找准问题“对症下药”
功率继电器的磁路部件采用电解镍镀层，以满足磁路部件的防护和耐磨要求。
磁路零件基体材料为电工纯铁，电镀方式为滚镀镍，镀层厚度为3-5μm。
磁路零件电镀工艺流程如下：
冲孔——振光去毛刺——热处理前处理（化学脱脂——电解脱脂——水洗——酸洗水洗）——镀暗镍——暗镍回收——镀亮镍——亮镍回收——后处理（中和——水洗——热水洗离心烘干——烘干）——包装——入库。
由于没有采用镀铜作为打底，大量纯铁件在镀镍后反复发黄。
造成电镀镍发黄的原因有很多，最常见的有：后处理不当造成水痕发黄、镀镍液被有机杂质污染导致镀层颜色变暗变黄、零件存放环境湿度大造成腐蚀发黄、零件低电流密度区域镀层较薄、防护不好造成镀层发黄或生锈等。
业界对于镀镍发黄问题已经进行了很多的研究，分析和改善相对比较容易。
本文针对电镀过程中铁与铜发生取代反应而产生的铜氧化变色问题以及振光去毛刺过程中磨料残留物引起的发黄问题进行重点解决。
01故障描述
故障现象1.
镍镀层表面局部呈淡红色，看上去就像铜的氧化变色。
故障现象2。
镍镀层表面出现黄斑或淡黄色斑点，黄斑不能用稀盐酸清洗去除。
镀层不良现象如图1所示
02原因分析及解决方案
针对电工纯铁件镀镍后镀层失效现象，对不良样品进行扫描电镜（SEM）分析，查找原因，并针对不同原因提出了排除故障的措施，现分述如下。
1、故障现象
原因分析及解决方法
1）检测。故障现象1为镀镍后的零件表面局部出现淡红色，而其他区域为金属镍的颜色，即镀镍层的颜色。利用扫描电镜对镀层中的淡红色区域进行分析，结果如图2所示。
图2表明，除了基体铁和镀层镍外，在浅红色区域中还检测到了铜。
这说明浅红色区域内含有铜元素，由于未镀铜，在电镀过程中可能会发生置换反应，导致局部有铜沉积，因此判断该类故障现象为铁与铜发生置换反应，导致置换出来的铜发生氧化变色。
2）铜置换现象产生的原因分析。
金属活性大小顺序为：钾、钙、钠、镁、钼、锌、铁、锡、铅、（氢）、铜、汞、银、铂、金。
金属在金属活性序列中位置越靠后，其金属活性越弱，原子还原性也越弱；金属在金属活性序列中位置越靠前的，其金属活性越强，原子还原性也越强。
铁元素排在铜元素之前，也就是说铁的金属活性比铜强，纯铁件在电镀生产过程中会发生铜的置换反应。
电镀生产过程中唯一使用铜材料的部件是镀槽内的阳极铜棒和滚筒内的阴极铜线。
镀槽阳极棒采用纯铜实心管制成，除与阳极钛篮钩接触的外露部分外，其余部分均涂有挂杆胶，吊车上设有接液盘，在槽体转动过程中，不会有镀液或水滴落在阳极棒上而造成氧化腐蚀。
因此电镀生产过程中镀液基本上不存在铜离子污染。
滚筒阴极线导电部分也采用纯铜空心铜管，使用前将铜管压扁镀S锡，非导电部分套上塑料管，塑料管与铜管之间留有缝隙，电镀过程中电镀液会进入缝隙中，铜导电头被腐蚀溶解到电镀液中。
在电镀过程中，在不通电的状态下，纯铁零件与镀液中的铜离子会发生置换反应，导致零件表面出现置换铜。
3）解决铜置换现象。
为了解决纯铁零件在进入镀槽但未通电的情况下，可能产生铜置换反应的问题，设计了带电入槽装置，以防止零件在与镀液接触但未通电的情况下发生铜置换反应。
为了防止压延阴极丝铜管腐蚀污染镀液，针对压延阴极丝的缺点，采用可拆卸导电头阴极丝，将非导电部分用热塑管紧紧包裹，防止镀液进入腐蚀铜线，引起铜置换反应。
改进后，通过不断的生产跟踪和验证，解决了电工纯铁镀镍代铜的问题。
2、故障现象
原因分析及解决方法
1）检测。故障现象2：零件镀镍层表面出现黄斑或黄点。
利用扫描电镜对不良样品进行分析，发现表面出现黄斑、黄点等异常K区形貌，如图3所示。
从图3中可以看出，异常位置的涂层不完整，且含有明显的异物。
同时对异常区域进行元素分析，发现可检测到Si、Al等元素。
电镀生产过程中不存在Si、Al等杂质的污染，而金属加工振动工艺中采用的陶瓷磨料中含有Si、Al等元素，因此可以判断此类不良现象是由于振动工艺中残留的磨料导致镀镍层发黄所致。
2）原因分析。
进一步利用能谱仪对零件的黄变区域和正常的非黄变区域进行分析，结果如图4所示。
从图4可以看出，在发黄区域检测出了Si、Al等磨料元素，而在正常的不发黄区域只检测出了Ni、Fe，没有其它元素。这说明基体表面混入了非导电磨料，部分区域没有镀镍形成缝隙，缝隙中残留液体，导致基体腐蚀生锈，出现黄斑、黄点。
磨料异物污染来自于脱脂去毛刺工序，为了去除零件表面的油污和毛刺，在振动时会加入规定规格的脱脂粉和陶瓷磨料，但后续清洗时，粘附油脂的磨料清洗不干净，导致陶瓷磨料异物残留在零件表面。经过高温热处理烧结后，电镀前的盐酸洗涤无法完全去除，最终导致零件镀镍后发黄。
3）解决磨料残留造成涂层发黄的问题。
解决金属加工过程中残留的陶瓷磨料造成镀镍层发黄的方法是将较易磨损的陶瓷磨料替换为更耐磨的棕刚玉磨料；在金属加工后热处理前增加超声波脱脂清洗，彻底清除零件表面的油脂，防止热处理时高温烧结后零件经过振动过程残留在表面的磨料异物无法完全清除，导致电镀镍层发黄。
03 结论
通过对槽液进行装料、改进鼓形阴极丝材质及结构，解决了纯铁基件镀镍过程中因铁与铜发生置换反应，造成置换铜氧化变色的问题。
通过更换磨具、加强振动后热处理前的清理等措施，可以有效解决金属加工振动去毛刺磨具中异物残留污染而导致镀镍层发黄的问题。
故障实例表明，电镀质量问题的解决也遵循“对症下药”的原则，只有先找到问题的真正原因，才能有效地消除问题。