CN101619475B - 一种铝合金电镀方法 - Google Patents

Abstract

一种铝合金电镀方法，该方法包括预处理过程和电镀过程，所述预处理过程包括将铝合金基体与碱性浸蚀液、酸性除膜液和表面调整液接触，所述碱性浸蚀液为含有碱金属氢氧化物的水溶液，其中，所述碱性浸蚀液中还含有浸蚀添加剂，所述浸蚀添加剂为碱金属的硅酸盐、葡萄糖、碱金属的藻酸盐、芳香醛、酚、黄著胶和琼脂中的一种或几种。本发明通过在预处理过程中向碱性浸蚀液中加入添加剂，不但能够加强前处理力度，使铝合金表面暴露纯净的金属基体，为后续的沉积金属层打下良好的基础，增强镀层结合力，而且能够避免金属铝过多腐蚀，确保工件外观平整。

Description

一种铝合金电镀方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金电镀方法。

背景技术

铝及其合金具有质轻、导电和导热等优良的物理性能，在现代航空、航天、电力、电子、石油、化工、建材、交通、轻工和国防等工业中，得到了极其广泛的应用并在不断的扩展新的应用领域。

铝是一种很特别的金属，在大气中易氧化生成保护膜，但作为典型的两性金属，在酸性和碱性环境下又都会被腐蚀，其应用因此受到很大限制。对铝及其合金进行电镀一方面可以强化其物理性能，另一方面可以避免酸碱环境对其腐蚀，使其应用范围更广。

铝合金的牌号很多，各种不同组分的铝合金，使用的电镀工艺差别很大，而且难度也较大。

高硅铝铸件的铸造性能很好，使用量逐年增加，已经得到了大量的应用。高硅铝合金性质比较活泼，电镀或化学镀十分困难；又由于其中硅含量高，一般在6-13％之间，最高可达22-25％，组成分布不均匀，表面不能完全活化。电镀时在浸锌过程中，由于表面置换不完全造成表面沉锌不均匀，致使后续电镀结合力差，极易起泡，造成电镀产品外观不平整；同时铸件本身也存在着的一些缺陷，如，压铸件内层结构疏松，晶粒粗大，存在气孔、夹杂物和砂眼等。在电镀过程中，砂眼、气孔和夹杂常会滞留溶液和氢气，从而影响镀层与基体的结合力，因此高硅铝铸件电镀比一般铝合金电镀更为困难。如果预处理力度过大，则会造成产品过腐蚀，引起外观改变；如果前处理力度过轻，又会由于表面不清洁，引起产品起泡，外观不平整等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中铝合金尤其是铸造铝合金电镀方法造成镀层结合力差、外观不平整的缺点，提供一种结合力好、外观平整的铝合金电镀方法。

本发明提供了一种铝合金电镀方法，该方法包括预处理过程和电镀过程，所述预处理过程包括将铝合金基体与碱性浸蚀液、酸性除膜液和表面调整液接触，所述碱性浸蚀液为含有碱金属氢氧化物的水溶液，其中，所述碱性浸蚀液中还含有浸蚀添加剂，所述浸蚀添加剂为碱金属的硅酸盐、葡萄糖、碱金属的藻酸盐、芳香醛、酚、黄著胶和琼脂中的一种或几种。

本发明通过在预处理的过程中向碱性浸蚀液中加入添加剂，不但能够加强前处理力度，使铝合金表面暴露纯净的金属基体，为后续的沉积金属层打下良好的基础，增强镀层结合力，而且能够避免金属铝过多腐蚀，确保工件外观平整。

具体实施方式

本发明提供的铝合金电镀方法包括预处理过程和电镀过程，所述预处理过程包括将铝合金基体与碱性浸蚀液、酸性除膜液和表面调整液接触，所述碱性浸蚀液为含有碱金属氢氧化物的水溶液，其中，所述碱性浸蚀液中还含有浸蚀添加剂，所述浸蚀添加剂为碱金属的硅酸盐、葡萄糖、碱金属的藻酸盐、芳香醛、酚、黄著胶和琼脂中的一种或几种。

其中，所述浸蚀添加剂的浓度可以为2-200克/升，对于不同的浸蚀添加剂，可以具有不同的优选浓度范围，例如，碱金属的硅酸盐的浓度可以优选为20-80克/升，葡萄糖的浓度可以优选为50-150克/升，碱金属的藻酸盐的浓度可以优选为20-50克/升，芳香醛和酚的浓度可以优选为15-50克/升，黄著胶的浓度可以优选为4-10克/升，琼脂的浓度可以优选为2-20克/升。所述碱金属氢氧化物的浓度可以为5-50克/升，优选为10-40克/升。

所述芳香醛可以为苯甲醛和/或取代苯甲醛，所述取代苯甲醛可以具有一个或多个取代基，所述取代基可以为C1-C8的烃基、羟基、氯和溴中的一种或几种。

所述酚可以包括苯酚和取代苯酚，所述取代苯酚可以为邻甲酚、间甲酚、对甲酚、邻(对)苯二酚、邻(对)氯酚、邻(对)硝基酚和邻(对)氨基酚中的一种或几种。

所述碱金属的硅酸盐可以为各种碱金属的硅酸盐，优选为硅酸钠和/或硅酸钾，更优选为硅酸钠。所述碱金属的藻酸盐可以为各种碱金属的藻酸盐，优选为藻酸钠和/或藻酸钾，更优选为藻酸钠。

所述碱性浸蚀液除了含有上述添加剂外，其它成分以及浓度可以和常规的碱性浸蚀液的成分和浓度相同，例如，为了使表面具有白色光泽，还可以含有碱金属的氟化物。所述碱金属的氟化物的浓度可以为3-30克/升，优选为5-20克/升。优选情况下，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述碱金属的氟化物为氟化钠和/或氟化钾，更优选情况下，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠，所述碱金属的氟化物为氟化钠。

所述碱性浸蚀的方法可以为使铝合金待镀件与碱性浸蚀液接触，接触的方式可以为浸泡或喷淋，接触的条件可以包括：接触的温度可以为15-40℃，优选为20-35℃；接触的时间可以为10-60秒，优选为20-40秒。

所述酸性除膜液可以为常规的含有无机酸的水溶液，所述无机酸的浓度可以为4-10摩/升，优选为5-8摩/升，所述无机酸可以为硝酸、硫酸和磷酸中的一种或几种。优选情况下，所述无机酸为硝酸。

所述酸性除膜的方法可以为使铝合金待镀件与酸性除膜液接触，接触的方式可以为浸泡或喷淋，接触的条件可以包括：接触的温度可以为15-40℃，优选为20-35℃；接触的时间可以为5-40秒，优选为10-30秒。

根据本发明提供的铝合金电镀方法，其中，为了在酸性除膜过程中更好地保护铝合金待镀件，所述酸性除膜用的溶液中可以含有除膜添加剂，所述除膜添加剂可以为六次甲基四胺、苯甲酸、取代苯甲酸、硫脲、取代硫脲和碱金属的六氟磷酸盐中的一种或几种。

所述除膜添加剂的浓度可以为0.5-15克/升，对于不同的除膜添加剂，还可以具有不同的优选浓度范围，例如，六次甲基四胺的浓度可以优选为1-10克/升，苯甲酸及取代苯甲酸的浓度可以优选为5-15克/升，硫脲及取代硫脲的浓度可以优选为1-10克/升，碱金属的六氟磷酸盐的浓度可以优选为0.5-5克/升。

所述取代苯甲酸可以具有一个或多个取代基，所述取代基可以为C1-C8的烃基、羟基、磺基、羧基、氯和溴中的一种或几种。优选情况下，所述取代苯甲酸为邻苯二甲酸、间苯二甲酸、水杨酸、邻氨基苯甲酸和磺基水杨酸中的一种或几种；所述取代硫脲可以具有一个或多个取代基，所述取代基可以为C1-C8的烃基中的一种或几种。优选情况下，所述取代硫脲为N-烷基硫脲、苯基硫脲、N-N’二乙基烷基硫脲和N-N’二邻甲苯硫脲中的一种或几种。

所述碱金属的六氟磷酸盐可以为各种碱金属的六氟磷酸盐，优选为六氟磷酸钠和/或六氟磷酸钾，更优选为六氟磷酸钠。

根据本发明提供的铝合金电镀方法，其中，所述表面调整的方法可以为将除膜后的铝合金待镀件与调整液接触，接触的方式可以为浸泡或喷淋，所述接触的条件包括，接触的温度可以为15-40℃，优选为20-35℃；接触的时间可以为5-40秒，优选为10-30秒。所述表面调整用的调整液可以为1-5克/升的氢氧化钠和/或氢氧化钾的水溶液，优选为2-4克/升。

根据本发明提供的铝合金电镀方法，其中，根据需要，所述预处理过程还可以包括在碱性浸蚀之前，对铝合金待镀件进行机械抛光和/或除蜡除油。

根据本发明提供的铝合金电镀方法，其中，该方法还可以包括在预处理过程和电镀过程之间进行的化学镀，所述化学镀可以包括将锌、镍和铜中的一种或几种用化学方法沉积到铝合金表面。例如，常规的浸锌、化学镀铜和化学铜镍即属于所述化学镀过程。

所述化学镀的方法包括将铝合金待镀件与含有金属盐和还原剂的化学镀液接触。金属盐选自金属的水溶性盐酸盐和硫酸盐中的一种或几种，优选为氯化镍、硫酸镍、氯化铜和硫酸铜中的一种或几种。还原剂选自次磷酸盐、甲醛和硼氢化物中的一种或几种，所述次磷酸盐优选为次磷酸钠和/或次磷酸钾。化学镀的反应条件包括化学镀温度可以为40℃-90℃，优选为40-80℃；化学镀液pH值可以为4-12；化学镀时间可以为0.05-0.5小时，优选为0.1-0.2小时；化学镀液中所述还原剂的浓度可以为0.2-1.0摩尔/升，金属盐的浓度可以为0.1-0.25摩尔/升。

所述浸锌过程在浸锌液中实现，所述浸锌液可以商购得到，例如富利特化学有限公司的HAl-201浸锌液、同道精饰技术有限公司的Zincate CNF浸锌液等。所述浸锌处理通常包括至少两次。所述多次浸锌可以在同一浸锌液中进行，也可以在不同的浸锌液中进行。所述浸锌的具体操作方法已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

所述电镀过程可以包括将铜、金、镍、铁和铬中的一种或几种电沉积到铝合金表面，金属的电沉积厚度通常为0.1-20微米。

所述电镀的方法包括将铝合金待镀件浸在镀液中作为阴极，金属板或石墨板作为阳极，接通直流电源后，在待镀件表面就会沉积出金属镀层。所述金属板可以是电镀层金属的金属板。无论采用哪种金属板作为阳极，只要保证镀液中金属离子具有一定的浓度，就可以使镀液中的金属离子还原成需要的镀层金属并沉积到待镀件上。

在上述每个阶段之后，本发明的铝合金电镀方法还可以包括水洗和干燥的步骤，以除去基体材料表面残留的溶液；所述水洗步骤所用的水为现有技术中的各种水，如去离子水、蒸馏水、纯净水或者它们的混合物，优选为去离子水。可以采用本领域技术人员公知的方法进行干燥，例如鼓风干燥、自然风干或在40-100℃下烘干。

本发明的方法适用于各种铝合金基材，尤其适用于高硅铝铸件(硅占铸件总重量的10-24重量％)，例如，型号为AC8A、ZL303、YL117、KS282或ZL102的铝合金。

下面将通过实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

该实施例用于说明本发明提供的铝合金电镀方法。

(一)预处理

(1)机械抛光：采用抛光机对牌号为AC8A，尺寸为50毫米×35毫米×3毫米的铝合金待镀件进行机械抛光(2500转/分钟)，抛去表面划痕。

(2)除蜡除油：采用5重量％铝合金除蜡水(帮琳化工公司，DHQ-929)的水溶液，在60℃，对步骤(1)得到的铝合金待镀件超声处理3分钟。

(3)碱性浸蚀：将步骤(2)得到的铝合金待镀件完全浸入含氢氧化钠30克/升，氟化钠10克/升，葡萄糖100克/升的浸蚀液中。在25℃下浸泡30秒，之后用去离子水洗涤至无氢氧根离子被检出。

(4)酸性除膜：将步骤(3)得到的铝合金待镀件放入含浓硝酸6摩/升，六次甲基四胺5克/升的除膜液中。在25℃下浸泡20秒，之后用去离子水洗涤至无硝酸根离子被检出。

(5)表面调整：将步骤(4)得到的铝合金待镀件放入氢氧化钠3克/升的调整液中。在25℃下浸泡15秒，之后用去离子水洗涤至无氢氧根离子被检出。

(二)化学镀

(6)浸锌

将步骤(5)得到的铝合金待镀件放入浸锌液(富利特化学有限公司的HAl-201浸锌液)中，在25℃下浸渍1分钟，之后用去离子水洗涤至无锌离子被检出；然后在浓度为45重量％的硝酸溶液中浸渍5秒钟，之后用去离子水洗涤至无硝酸根离子被检出；最后再在上述浸锌液中浸渍45秒，之后用去离子水洗涤至无锌离子被检出。

(三)电镀

(7)沉积金属

将步骤(6)得到的铝合金待镀件放入碱性化学镀镍溶液(富利特化学有限公司的H02B系列化学镍)中，在80℃下浸渍15分钟；然后转到酸性化学镀镍溶液(富利特化学有限公司的H02B系列化学镍)中，在90℃下浸渍15分钟，之后用去离子水洗涤至无镍离子被检出。

对得到的铝合金待镀件依次进行下列电镀过程：在55℃下，以2安/平方分米的电流密度在半光镍溶液(罗门哈斯公司的NICKEL GLEAM SB 200半光镍)中电镀5分钟；在20℃下，以3安/平方分米的电流密度在酸铜溶液(永星化工有限公司的TSC系列酸铜)中电镀15分钟；在55℃下，以4安/平方分米的电流密度在光镍溶液(NICKEL GLEAM BR 220光镍)中电镀10分钟；在35℃下，以10安/平方分米的电流密度在三价铬溶液(上马科技有限公司的TVC系列三价铬)中电镀2分钟。制得的铝合金镀件记作A1。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的铝合金电镀方法。

按照实施例1的方法对ZL303铝合金待镀件(尺寸为50毫米×35毫米×3毫米)进行电镀，不同的是，步骤(3)为：将步骤(2)得到的铝合金待镀件完全浸入含氢氧化钠30克/升，氟化钠10克/升，琼脂3克/升的浸蚀液中，在25℃下浸泡30秒，之后用去离子水洗涤至无氢氧根离子被检出；步骤(4)为：将步骤(3)得到的铝合金待镀件放入含浓硝酸6摩/升，三羟基苯甲酸10克/升的除膜液中，在25℃下浸泡20秒，之后用去离子水洗涤至无硝酸根离子被检出。制得的铝合金镀件记作A2。

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的铝合金电镀方法。

按照实施例1的方法对AC8A铝合金待镀件(尺寸为50毫米×35毫米×3毫米)进行电镀，不同的是，步骤(3)为：将步骤(2)得到的铝合金待镀件完全浸入含氢氧化钠30克/升，氟化钠10克/升，苯酚15克/升的浸蚀液中，在25℃下浸泡30秒，之后用去离子水洗涤至无氢氧根离子被检出；步骤(4)为：将步骤(3)得到的铝合金待镀件放入含浓硝酸6摩/升的除膜液中，在25℃下浸泡20秒，之后用去离子水洗涤至无硝酸根离子被检出。制得的铝合金镀件记作A3。

实施例4

本实施例用于说明本发明提供的铝合金电镀方法。

按照实施例1的方法进行电镀，不同的是，步骤(3)中所用的浸蚀添加剂为浓度为25克/升的藻酸钠和浓度为25克/升的硅酸钠，步骤(4)所用的除膜添加剂为硫脲，其浓度为2克/升。制得的铝合金镀件记作A4。

实施例5

本实施例用于说明本发明提供的铝合金电镀方法。

按照实施例1的方法进行电镀，不同的是，步骤(3)中所用的浸蚀添加剂为浓度为15克/升的苯甲醛，步骤(4)所用的除膜添加剂为浓度为10克/升的六氟磷酸钠和浓度为1克/升的苯甲酸。制得的铝合金镀件记作A5。

实施例6

按照实施例1的方法进行电镀，不同的是，步骤(3)中所用的浸蚀添加剂为浓度为5克/升的黄著胶，步骤(4)所用的除膜添加剂为苯基硫脲，其浓度为3克/升。制得的铝合金镀件记作A6。

对比例1

本对比例用于说明现有技术的铝合金电镀方法。

按照实施例1的方法对AC8A铝合金待镀件(尺寸为50毫米×35毫米×3毫米)进行电镀，不同的是，步骤(3)的碱性浸蚀液中不添加葡萄糖，且步骤(4)的酸性除膜液中不添加六次甲基四胺。制得的铝合金镀件记作C1。

对比例2

本对比例用于说明现有技术的铝合金电镀方法。

按照对比例1的方法对ZL303铝合金待镀件(尺寸为50毫米×35毫米×3毫米)进行电镀，制得的铝合金镀件记作C2。

镀层性能测试

按照下述方法对实施例1-3得到的电镀产品A1-A3和对比例1-2得到的电镀产品C1-C2进行高温烘烤、附着力和耐冷热冲击性能的测试，并对镀件的外观进行目测，结果如表1所示。

(一)高温烘烤：将各个铝合金镀件在180℃下烘烤30分钟，然后自然冷却至室温，观察有无起泡现象。

(二)附着力测试

测试的标准：ISO 2409。

测试方法：使用外科手术刀的刀背在镀层上划12道划痕，其中至少两条划痕与其它划痕成90°角，以便在表面上形成栅格，栅格的边长为1毫米。确保每条划痕都切割至铝合金基体。沿着划痕的两个方向各用刷子刷5次。把胶带(3M(中国)有限公司500透明胶带)粘在表面上，用指尖将胶带擦紧，确保与涂层的良好接触，在5分钟时从胶带的自由端起以60°的角度在0.5-1秒内将胶带有规则的揭开撕去胶带。

等级划分：

0级：切口的边缘完全平滑，格子的方块都没有剥落；

1级：剥落部分的面积不大于与表面接触的胶带面积的5％；

2级：剥落部分的面积大于5％，而不超过15％；

3级：剥落部分的面积大于15％，而不超过35％；

4级：剥落部分的面积大于35％，而不超过65％；

5级：剥落部分的面积大于65％。

接受标准：0级和1级接收。对于划痕的交叉处不允许交角翘起或变大。

(三)温度冲击

测试方法：将镀件在-40℃和85℃每个温度下各放置45分钟，为一个周期，转换时间小于10秒，共27个周期，测试完成后在室温下恢复2小时。然后观察样品状况。

接受标准：产品表面镀层无开裂，起泡，脱落等现象

(四)观察外观：观察工件表面是否光滑，棱角是否分明。

表1

样品编号

高温烘烤前起泡

高温烘烤后起泡

附着力测试

温度冲击

表面外观

棱角外观

A1

无

无

0级

无异常

光滑

分明

A2

无

无

0级

无异常

光滑

分明

A3

无

无

0级

无异常

光滑

轻微变圆

A4

无

无

0级

无异常

光滑

分明

A5

无

无

0级

无异常

光滑

分明

A6

无

无

0级

无异常

光滑

分明

C1

有

有

1级

起泡

有坑点

变圆

C2

无

有

1级

起泡

有坑点

变圆

从表1中可以看出，本发明在铝合金电镀过程中，通过在预处理过程中向碱性浸蚀液中加入添加剂，不但能增强镀层的结合力，而且能够避免金属铝过多腐蚀，确保工件外观。

Claims (9)

1.一种铝合金电镀方法，该方法包括预处理过程和电镀过程，所述预处理过程包括将铝合金基体与碱性浸蚀液、酸性除膜液和表面调整液接触，所述碱性浸蚀液为含有碱金属氢氧化物的水溶液，其特征在于，所述碱性浸蚀液中还含有浸蚀添加剂，所述浸蚀添加剂为碱金属的硅酸盐、葡萄糖、碱金属的藻酸盐、芳香醛、酚、黄著胶和琼脂中的一种或几种，在所述碱性浸蚀液中，所述浸蚀添加剂的浓度为2-200克/升，所述碱金属氢氧化物的浓度为5-50克/升，铝合金基体与碱性浸蚀液接触的条件包括：接触的温度为15-40℃，接触的时间为10-60秒。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述芳香醛为苯甲醛和/或取代苯甲醛，所述取代苯甲醛具有一个或多个取代基，所述取代基为C1-C8的烃基、羟基、氯和溴中的一种或几种；所述酚为苯酚和/或取代苯酚，所述取代苯酚为邻甲酚、间甲酚、对甲酚、邻苯二酚、对苯二酚、邻氯酚、对氯酚、邻硝基酚、对硝基酚、邻氨基酚和对氨基酚中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碱性浸蚀液中还含有碱金属的氟化物，所述碱金属的氟化物的浓度为3-30克/升。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，铝合金基体与酸性除膜液接触的条件包括：接触的温度为10-35℃，接触的时间为5-40秒。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述酸性除膜液为含有无机酸的水溶液，所述无机酸的浓度为4-10摩/升，所述无机酸为硝酸、硫酸和磷酸中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述酸性除膜液中还含有除膜添加剂，所述除膜添加剂的浓度为0.5-15克/升，所述除膜添加剂为六次甲基四胺、苯甲酸、取代苯甲酸、硫脲、取代硫脲和碱金属的六氟磷酸盐中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，铝合金基体与表面调整液接触的条件包括：接触的温度为15-40℃，接触的时间为5-40秒；所述表面调整液为含有碱金属氢氧化物的水溶液，碱金属氢氧化物的浓度为1-5克/升。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括在预处理过程和电镀过程之间进行化学镀，化学镀的金属为锌、镍或铜。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电镀过程包括将铜、金、镍、铁和铬中的一种或几种用电镀法沉积到铝合金表面。