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铝合金材料在化学镀镍的前要怎么处理?

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铝合金材料在化学镀镍的前要怎么处理?

发布日期:2016-07-27 作者: 点击:

在做化学镀镍的金属基体中,铝合金是继钢和铁之后,做化学镀镍的最多的基材。化学镀镍可以赋予铝基板硬度、耐磨性、可焊性和耐腐蚀等诸多性能。铝和铝合金的前处理是很特殊的,因为铝暴露在空气中,被氧化物覆盖,必须在部件被镀前去除,否则很难形成后续的镀层。此外,在转移过程中也必须保护好脱氧的部分,因为在去除氧化膜后的铝表面与空气接触后会迅速形成氧化膜,即要避免高活性铝表面的再氧化。

铝的另一个特点是它与化学镀镍溶液的潜在反应性。磷镍化学镀液多为酸性,镍在电化学上电极电势比铝正,会发生镍的沉积和铝基体的化学侵蚀,影响化学镀镍层的良好附着力。为了在加工过程中保护铝表面,就需要做浸锌处理,锌的置换镀层会保护铝免受大气暴露时的重新氧化,并在化学镀镍溶液中重新溶解,避免无氧化物的铝基底暴露,在其上沉积镍形成附着镀层。

铝零件通常通过碱洗、酸蚀或碱蚀、除垢和浸锌来制备。

1.碱洗

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用温和的碱性清洁剂进行清洁,这种清洁剂不会腐蚀(或只轻微腐蚀)基材,同时还能去除表面的有机污染物。强碱性清洁剂会攻击铝,干扰化学镀镍层的外观和附着力。

2.酸蚀或碱蚀

(1)酸蚀

用酸浸蚀对铝的腐蚀小,不仅可以保证表面的光洁度,而且由于合金元素去除较彻底,所能达到的结合力较高。酸性浸蚀的腐蚀远低于碱性浸蚀,由于合金的腐蚀一般是电化学腐蚀,合金元素与铝元素基体形成原电池,浸蚀发生在合金元素的周围,当浸蚀严重时容易产生毛细孔洞,这种孔洞进入的溶液很难清洗,当溶液进入化学镍溶液时,无锡镀锌孔洞中的脏污会慢慢溢出,轻则造成镀层粗糙,重则引发针孔起泡。

(2)碱蚀

对于有些合金采取碱性浸蚀的效果更好。另外对于表面光洁较差或者经加工车削后有螺纹的零件,碱性浸蚀有助于去除化学镍难以完整覆盖的毛刺和锐边。此外,碱性浸蚀有助于在氧化严重的铸件上获得更薄、更均匀的去除氧化膜的新鲜表面。

3.除垢

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由于铝合金中通常含铜、铁、镁、硅等成分,其中加入硅能使铝合金加工与成型更方便,但这其中的硅又会使产品表面形成一层阻碍结合力的膜层,所以必须通过除垢工艺除掉这层膜,使铝工件表面裸露出洁净金属基体。而除垢一定要控制温度、浓度和时间这三个要素,特别温度,这是夏季铝合金易起泡的罪魁祸首,在夏天一定要有冷冻降温设备。通常市面上有成品的除垢剂可以使用。对于纯工业铝和铝镁锻造合金,简单的50%硝酸溶液就可以使用。但对于硅含量比较高的铸件,需要加入适当的氢氟酸来溶解硅,具体的添加量要看合金的成分而定。

4.浸锌

(1)第一次浸锌

化学镀镍时,铝的表面有一层致密的氧化膜,这层膜大约有5-20um,不去除它就很难形成后续的镀层。就氧化层本身来说,去除并不困难,无锡镀锌问题是在去除氧化膜后的表面与空气接触的表面会迅速形成氧化膜,浸锌的目的一方面是去除这层氧化膜,另一方面是去除氧化膜的同时再铝的表面形成锌的置换层,起阻挡作用,使去除了氧化膜的表面与大气隔绝,免受氧化。

浸锌溶液的配合中加入少量的金属盐,是为了与置换了的锌产生合金化作用,改变锌层的晶体学结构,获得细小的晶粒。更重要的是可以改善锌层与各种铝合金的结合力。

浸锌一般在室温下进行,第一次浸锌一般为30-50s。浸锌以后,原来白色的表面被一层均匀的灰色锌层所代替。

(2)硝酸退除

第一次浸锌获得的锌层一般比较粗糙,覆盖不完全,而且浸锌时对基体的腐蚀可能又使合金加杂物暴露出来。为了得到较均匀的浸锌层,一般要用体积比为1:1的硝酸退除,进行第二次浸锌。

(3)第二次浸锌

经过硝酸退除,进一步纯化了铝的基体,露出更均匀的富铝表面。第二次浸锌就可以获得更好更薄更均匀更致密的浸锌层。第二次浸锌层如果发现色泽不均匀或色斑,需要重新退除,再浸锌。第二次浸锌与第一次相同,如果要求不高也可以是同一缸,但浸锌的时间更短,一般15-20s。

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浸锌的锌酸盐溶液是碱性很强的溶液,对铝有相当强的腐蚀作用。浸锌的时候首先溶解掉铝表面的氧化膜,进而又腐蚀晶界处和合金元素的周围,容易形成如浸蚀一节所述的毛细孔洞,成为镀层与基体结合的隐患。因此,浸锌与除油、浸蚀一样,十分重要,不可使铝基体产生腐蚀。

5.碱性化学镀镍

工业上普遍采用ph值为4.2-5.2的酸性化学镍溶液。当经浸锌处理的铝零件浸入这种溶液时候,锌层会迅速溶解,这一结果会带来两个不利的影响:

(1)锌层迅速溶解会使铝材失去保护作用,仍会产生结合力不良的问题,对于老化的镀液,这一问题尤为突出。老化液中积累了各种副产物,使镀液的离子浓度不断提高,加速了对锌层的溶解;

(2)另一个不利的影响是:浸锌层溶解进入溶液,会沾污镀液,使镀液的寿命缩短。超过一定范围,镀层与基体的结合力就会得不到保证。

碱性化学镀镍就是经过浸锌处理的零件先在碱性化学镀镍液中镀镍。由于锌在这种碱性介质中的腐蚀速率较小,由于置换反应覆盖一层极薄的镍后(0.5um),再进入酸性化学镀镍的溶液时与镀液接触的阻挡层不是锌层,而是不会在酸性镀液中溶解的,可以引发化学镀镍的镍层,这种镍层既可以保证浸锌层不被过度腐蚀,保护了去除氧化膜的新鲜铝表面,从而保证了镀层的结合质量,同时又可避免锌层溶解到酸性化学镀镍液中,延长了镀液的使用寿命,事实证明,采用这一步骤可以显著减少镀层的缺陷,改善结合力,所谓两种阻挡层指的就是浸锌层和预镀镍层。

由于碱性化学镀镍的镀层厚度仅为0.5um左右,故不需要经常补充调换。但每次使用之后溶液需要过滤,并在下一次使用前重新调整ph值。

6.实践中的应用:

(1)锻造铝合金——溶剂预处理(如有必要)——水洗——碱性浸泡清洗——水洗——用15%硫酸(80℃)或50g/L氢氧化钠蚀刻(50℃),1-3min。——水洗——硝酸(50%)30至60秒——水洗——二次浸锌处理——水洗——碱性化学镀镍——水洗——酸性化学镀镍。

(2)铸造铝合金

溶剂预处理(如有必要)——水洗——碱性浸泡清洗——水洗——酸蚀刻30秒,硝酸(50%),硫酸(25%),和氟化氢铵(120 g/L)——水洗——二次浸锌处理——水洗——碱性化学镀镍——水洗——酸性化学镀镍。


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