CN102477570A - 一种铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，属于金属材料防腐蚀技术和表面处理技术领域。采用的工艺流程如下：去油处理→两道水洗→碱洗→两道水洗→酸洗→两道水洗→去离子水洗→黑色电镀→两道水洗→去离子水洗→酒精洗→吹干。本发明通过电镀工艺在铝基碳化硅复合材料表面形成的黑色镀层的表面吸收率可达80％～97％，镀层厚度为2～30μm；经多次高低温交变试验镀层未见脱落、鼓泡和开裂，可满足卫星环境使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，属于金属材料防腐蚀技术和表面处理技术领域。
背景技术
铝基碳化硅是一种新型复合材料，它除具有普通铝合金的优良性能之外，最突出的优点就是具有超强的硬度和很小的热膨胀系数，是航空航天产品较为理想的材料。目前，该材料多用于卫星照相机系统的结构件。由于用途特殊，结构件都要表面发黑，发黑后表面吸收率要求不低于90％，要求较高。
铝合金表面发黑有多种方式，一般采用阳极氧化着黑色工艺。此外还可以对其进行电解着色和表面镀覆工艺。由于该材料中硅含量较高，使其着色极为困难，一般通用的着色工艺都不能满足使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在铝基碳化硅复合材料上进行发黑处理的方法及工艺，使铝基碳化硅复合材料表面吸光率达到80％～97％。
本发明针对铝基碳化硅复合材料拟采用表面镀覆有色金属的电化学处理工艺。主要的工艺过程包括除油、碱洗、酸洗、电镀、吹干。除油、碱洗、酸洗都属于前处理过程，是直接影响基体与镀层结合力和镀层吸光率的关键因素。电镀工序是材料表面发黑的主要工序，可以在铝基碳化硅复合材料表面均匀的镀覆一层黑色金属及其化合物。该工艺不受基体材料碳化硅含量的影响，通过镀液配方、镀液的pH值、电流密度来保证镀层吸收率指标和镀层厚度的均匀。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，采用的工艺流程如下：去油处理→两道水洗→碱洗→两道水洗→酸洗→两道水洗→去离子水洗→黑色电镀→两道水洗→去离子水洗→酒精洗→吹干。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述的碱洗在碱洗溶液中进行，碱洗溶液为含氢氧化钠5～300g/L、十二烷基磺酸钠0～10g/L的水溶液。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述的碱洗的工艺参数是温度30～85℃，时间10s～10min。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述的酸洗在酸洗溶液中进行，酸洗溶液为硝酸、硫酸、氢氟酸、铬酐中两种或两种以上的水溶液，其中硝酸含量为0～200ml/L，硫酸含量为0～100ml/L，氢氟酸含量为0～50ml/L，铬酐含量为0～200g/L。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述酸洗的工艺参数是温度为室温，时间为10s～10min。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述黑色电镀在黑色电镀溶液中进行，黑色电镀溶液含有20～200g/L的硫酸镍，20～200g/L的硫酸锌，还含有发黑剂，所述发黑剂为硫氰酸铵和/或蛋氨酸，其中，硫氰酸铵含量为0～200g/L，蛋氨酸含量为0～100g/L。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述黑色电镀溶液还含有走位剂，走位剂为硫酸镍铵和/或三乙醇胺，其中，硫酸镍铵含量为0～200g/L，三乙醇胺含量为0～100g/L。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述黑色电镀溶液还含有缓冲剂，缓冲剂为硼酸，含量为0～150g/L。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述黑色电镀的工艺参数为温度25～70℃，电流密度0.1～2A/cm2。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述的铝基碳化硅复合材料为以铝为基体，碳化硅含量为10％～90％的复合材料。
本发明的有益效果为：
本发明通过电镀工艺在铝基碳化硅复合材料表面形成的黑色镀层的表面吸收率可达80％～97％(采用光谱仪测试，波长范围175～3300nm)，镀层厚度为2～30μm。有黑色镀层的表面经20次高低温交变试验(-160℃～+125℃，相对环境湿度：＜50％)，镀层未见脱落、鼓泡和开裂，可满足卫星环境使用要求。
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
具体实施方式
配制碱洗液、酸洗液和电镀液，对铝基碳化硅复合材的镀件按“去油处理→两道水洗→碱洗→两道水洗→酸洗→两道水洗→去离子水洗→黑色电镀→两道水洗→去离子水洗→酒精洗→吹干”的流程进行操作。其中去油处理选用常规的金属去油剂和操作工艺进行即可以。以下实施例中分别说明具体的工艺参数。在下述实施例中电镀时间均为20min。
实施例1：镀件材料为碳化硅含量10％铝基复合材料。
1)碱洗溶液是氢氧化钠5g/L、十二烷基磺酸钠10g/L的水溶液，其工艺参数是温度85℃，时间10min。
2)酸洗溶液是硝酸200ml/L，硫酸100ml/L，氢氟酸50ml/L，铬酐200g/L。温度为室温，时间为10s。
3)黑色电镀溶液是含硫酸镍200g/L、硫酸锌200g/L、硫氰酸铵200g/L、硫酸镍铵含量为200g/L、硼酸150g/L的水溶液，工艺参数是温度25℃，电流密度2A/cm2。
实施例2：镀件材料为碳化硅含量90％铝基复合材料。
1)碱洗溶液是氢氧化钠300g/L的水溶液，其工艺参数是温度30℃，时间10s。
2)酸洗溶液是硝酸100ml/L，硫酸50ml/L，铬酐200g/L。温度为室温，时间为20s。
3)黑色电镀溶液是含硫酸镍20g/L、硫酸锌含量100g/L、硫氰酸铵含量为200g/L、硫酸镍铵含量为100g/L。电镀工艺参数是温度70℃，电流密度0.1A/cm2。
实施例3：镀件材料为碳化硅含量60％铝基复合材料。
1)碱洗溶液是氢氧化钠200g/L的水溶液，其工艺参数是温度60℃，时间20s。
2)酸洗溶液是硝酸200ml/L，氢氟酸50ml/L。温度为室温，时间为1min。
3)黑色电镀溶液是含硫酸镍100g/L，硫酸锌含量40g/L，硫氰酸铵含量为80g/L，蛋氨酸含量为10g/L、三乙醇胺含量为100g/L。电镀工艺参数是温度40℃，电流密度0.5A/cm2。
实施例4：镀件材料为碳化硅含量40％铝基复合材料。
1)碱洗溶液是氢氧化钠150g/L的水溶液，其工艺参数是温度60℃，时间10s。
2)酸洗溶液是硫酸50ml/L，铬酐20g/L。温度为室温，时间为10min。
3)黑色电镀溶液是含硫酸镍量为100g/L、硫酸锌含量150g/L、硫氰酸铵含量为50g/L、蛋氨酸含量为10g/L、硫酸镍铵含量为60g/L、三乙醇胺含量为10g/L、硼酸40g/L。电镀工艺参数是温度30℃，电流密度0.1A/cm2。
实施例5：镀件材料为碳化硅含量20％铝基复合材料。
1)碱洗溶液是氢氧化钠100g/L的水溶液，其工艺参数是温度60℃，时间15s。
2)酸洗溶液是硝酸100ml/L，硫酸50ml/L，氢氟酸20ml/L，铬酐50g/L。温度为室温，时间为30s。
3)黑色电镀溶液是含硫酸镍量75g/L，硫酸锌130g/L，硫氰酸铵40g/L，蛋氨酸含量为20g/L、硫酸镍铵50g/L、三乙醇胺含量为10g/L、硼酸50g/L。电镀工艺参数是温度40℃，电流密度0.1A/cm2。
实施例6：镀件材料为碳化硅含量15％铝基复合材料。
1)碱洗溶液是氢氧化钠100g/L的水溶液，其工艺参数是温度60℃，时间15s。
2)酸洗溶液是硝酸100ml/L，硫酸50ml/L，氢氟酸20ml/L，铬酐50g/L。温度为室温，时间为30s。
3)黑色电镀溶液是含硫酸镍量75g/L、硫酸锌130g/L、硫氰酸铵40g/L、硼酸50g/L。电镀工艺参数是温度40℃，电流密度0.1A/cm2。
实施例7：镀件材料为碳化硅含量10％铝基复合材料。
1)碱洗溶液是氢氧化钠100g/L的水溶液，其工艺参数是温度60℃，时间15s。
2)酸洗溶液是硝酸100ml/L，硫酸50ml/L，氢氟酸20ml/L，铬酐50g/L。温度为室温，时间为30s。
3)黑色电镀溶液是含硫酸镍量75g/L，硫酸锌20g/L，蛋氨酸含量为100g/L、三乙醇胺含量为10g/L、硼酸50g/L。电镀工艺参数是温度40℃，电流密度0.2A/cm2。
采用Lambda950光谱仪(波长范围175～3300nm)，对上述各实施例的黑色镀层进行吸光率(即黑度)测试、厚度测试、高低温交变20次测试，结果列在表1中。
表1铝基碳化硅复合材料表面黑色镀层的吸光率、高低温试验和厚度测试结果
试验测试波长范围175～3300nm，实施例1-7所得黑色镀层的表面吸收率为80％～97％，通过金相检测镀层厚度为5～30μm；有黑色镀层的表面经多次高低温交变测试(-160℃～+125℃，相对环境湿度：＜50％)，镀层未见脱落、鼓泡和开裂，可满足卫星环境使用要求。
综上，根据本发明方法在铝基碳化硅(10～70％)复合材料表面通过电镀工艺可形成吸收率达80～97％的黑色镀层，镀层厚度2～30μm，经20次高低温交变试验(-160℃～+125℃)镀层未见脱落、鼓泡和开裂。
Claims (10)
1.一种铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，采用的工艺流程如下：去油处理→两道水洗→碱洗→两道水洗→酸洗→两道水洗→去离子水洗→黑色电镀→两道水洗→去离子水洗→酒精洗→吹干。
2.根据权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，其特征在于：所述的碱洗在碱洗溶液中进行，碱洗溶液为含氢氧化钠5～300g/L、十二烷基磺酸钠0～10g/L的水溶液。
3.根据权利要求2所述的铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，其特征在于：所述的碱洗的工艺参数是温度30～85℃，时间10s～10min。
4.根据权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，其特征在于：所述的酸洗在酸洗溶液中进行，酸洗溶液为硝酸、硫酸、氢氟酸、铬酐中两种或两种以上的水溶液，其中硝酸含量为0～200ml/L，硫酸含量为0～100ml/L，氢氟酸含量为0～50ml/L，铬酐含量为0～200g/L。
5.根据权利要求4所述的铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，其特征在于：所述的酸洗的工艺参数是温度为室温，时间为10s～10min。
6.根据权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，其特征在于：所述黑色电镀在黑色电镀溶液中进行，黑色电镀溶液含有20～200g/L的硫酸镍，20～200g/L的硫酸锌，还含有发黑剂，所述发黑剂为硫氰酸铵和/或蛋氨酸，其中，硫氰酸铵含量为0～200g/L，蛋氨酸含量为0～100g/L。
7.根据权利要求6所述的铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，其特征在于：所述黑色电镀溶液还含有走位剂，走位剂为硫酸镍铵和/或三乙醇胺，其中，硫酸镍铵含量为0～200g/L，三乙醇胺含量为0～100g/L。
8.根据权利要求7所述的铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，其特征在于：所述黑色电镀溶液还含有缓冲剂，缓冲剂为硼酸，含量为0～150g/L。
9.根据权利要求8所述的铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，其特征在于：所述黑色电镀的工艺参数为温度25～70℃，电流密度0.1～2A/cm2。
10.根据权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料上进行黑色电镀处理的方法，其特征在于：所述的铝基碳化硅复合材料为以铝为基体，碳化硅含量为10％～90％的复合材料。
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