CN103540968A - 在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法。利用本发明能在铝铜复合材料构件表面获得良好结合力的镀镍层。本发明通过以下步骤得予以实现：a）碱腐蚀；b)出光：通过一次出光、二次出光工艺得到洁净的基体表面；c）浸锌：通过一次浸锌、退锌、二次浸锌：将铝铜复合材料构件在氢氧化钠、氧化锌、酒石酸盐、三氯化铁、硝酸钠溶液中均匀的浸覆上一层锌；d）电镀镍：在柠檬酸盐溶液中，以铝铜复合材料为阴极，通以阴极电流，使其表面沉积上一层均匀的镍层。本发明镀镍溶液成分稳定，分散能力好，对铝铜复合材料铝基腐蚀小，能有效避免铝铜复合材料在电镀镍过程中的腐蚀，解决了铝铜复合材料电镀镍时，铝层基体及铝铜复合部位腐蚀和镀层结合力差的问题。
Description
技术领域
本发明是关于在铝铜复合材料构件表面电镀镍的工艺方法，通过该方法处理后，在铝铜复合材料表面沉积上一层均匀的镀镍层，通过镀镍、镀银后使铝铜复合材料具有优良的焊接性能。
背景技术
具有高散热性能的铝铜复合材料，是主要用于电力、传热工程材料领域中替代铝、铜单质材料，把低密度、易成型、价格低的铝与铜的高导热率和强度等优点结合起来，适应高科技产品的需求，促进科技事业的发展，制造高档散热器产品新型复合材料，这种复合材料及应用它制造的高档散热器产品，已在市场中获得了广泛、大量的应用。在现有技术中，它是用热压力加工方法、热轧复合、摩擦焊、钎焊、扩散焊、爆炸焊接等不同的工艺方法将铝基和铜基金属热熔压合在一起的一种双金属复合材料。由于铝铜的焊接性较差，为了对铝铜复合材料构件进行装配焊接，通常需对铝铜复合材料进行电镀镍、电镀银，使其具有良好的焊接性能。铝铜复合材料包括铝层基体部分、铜层基体部分、及一种Cu-Al类金属化合物层的铝铜复合部位。由于这种特殊的成分使得铝铜复合材料本身存在铝层基体和铜层基体膨胀系数的差异和铝的双金属性，因此铝铜复合材料电镀镍时镀层的结合力和铝层基体、铝铜复合部位的腐蚀问题尤为突出，目前无针对此铝铜复合材料的电镀镍工艺。
传统的电镀镍工艺，通常是在铜及铜合金基体材料上，通过电化学除油、弱腐蚀、出光后直接采用硫酸盐型和氯化物型镀镍溶液电镀镍，且硫酸盐型和氯化物型镀镍溶液的PH值一般控制在3～6的范围，对铝铜复合材料的铝层基体部位腐蚀性较大，容易造成铝铜复合材料铝层基体的腐蚀，并且在铝铜复合部位难以沉积上完整的金属镍层。由于膨胀系数的差异使得铝铜复合材料铝层基体上沉积的镀镍层与铝层基体结合力差，容易起皮、脱落。
传统的电镀镍工艺，一般是在铝及铝合金基体材料上通过碱腐蚀、出光、浸锌前处理，采用化学镀镍打底后，再在硫酸盐型镀镍溶液或氯化镍型镀镍溶液中电镀镍；或经上述前处理后采用氰化镀铜打底，再在硫酸盐型镀镍溶液或氯化镍型镀镍溶液中电镀镍。该传统工艺对铝铜复合材料进行处理时，对铝铜复合材料铜层基体、及铝铜复合部位前处理不够彻底，易造成镀镍层与铝铜复合材料铜层基体、铝铜复合部位结合力不足，尤其是铝铜复合材料电镀镍时，铝层基体及铝铜复合部位如：棱边、孔壁易腐蚀及镀镍层与铝铜复合材料基体结合力差的情况表现尤为突出；且电镀镍溶液PH值控制在3～6的范围，在铝铜复合材料铜层基体、铝铜复合部位浸锌层存在缺陷的情况下，在后续的电镀镍过程中由于槽液呈酸性易导致铝铜复合材料铝层基体及铝铜复合部位的腐蚀，造成铝基复合材料构件的报废。
发明内容
本发明的任务是提供一种镀镍溶液成分稳定，分散能力好，PH值接近中性，对铝铜复合材料铝基的腐蚀小，能有效避免铝铜复合材料在电镀镍过程中的腐蚀，具有良好结合力，覆盖完整，镀层结晶致密，能在铝铜复合材料表面电镀镍的工艺方法。
为了达到上述目的，本发明提供的一种在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于，该工艺方法由以下步骤组成：
a）碱腐蚀：将铝铜复合材料构件浸入氢氧化钠碱性溶液中，通过化学除油的方法去除铝铜复合材料表面的油污；
b）出光：通过一次出光和二次出光工艺将铝铜复合材料构件浸入硝酸、氢氟酸溶液和硫酸、铬酐溶液，去除铝铜复合材料表面氧化皮；
c）二次浸锌：通过一次浸锌、退锌、二次浸锌工艺：将铝铜复合材料构件在氢氧化钠、氧化锌、酒石酸盐、三氯化铁和硝酸钠混合溶液中均匀的浸覆上一层锌；
d）镀镍：将二次浸锌后的铝铜复合材料构件作为阴极，在硫酸镍、柠檬酸盐、氯化钠和硼酸溶液混合溶液中，通以阴极电流，使其表面沉积上一层均匀的镍层。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明提供的铝铜复合材料构件电镀镍工艺，根据铝铜复合材料的特点，在铝铜复合材料前处理过程中采用碱腐蚀、二次出光、二次浸锌特殊的前处理方法有效的解决了铝铜复合材料膨胀系数差异及材料成分不同对镀层结合力的影响。将铝铜复合材料经以上前处理后直接电镀镍，不需进行化学镀镍打底或氰化镀铜打底，操作过程简单；采用的柠檬酸盐型电镀镍溶液，溶液成分稳定，分散能力好，PH值范围广并接近中性，对铝铜复合材料铝基的腐蚀小，有效的避免了铝铜复合材料在电镀镍过程中的腐蚀。
通过本发明能在铝铜复合材料构件表面获得与铝铜复合材料具有良好的结合力的镀镍层。本发明在铝铜复合材料构件表面获得一层稍带浅黄色调的银白色镀镍层，镀层结晶细致均匀，具有优良防护性能，覆盖完整，电镀镍层与铝铜复合材料铜层基体、铝层基体、铝铜复合部位如棱边、孔壁部位具有良好的结合力，解决了铝铜复合材料电镀镍时铝层基体及铝铜复合部位如棱边、孔壁易腐蚀及镀镍层结合力差的问题。
具体实施方式
在以下实施例中将进一步举例说明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而对本发明没有限制。
在以下实施例中，在常温常压下，按常规工艺将铝铜复合材料构件放入碱腐蚀溶液中，进行化学除油。主要工艺流程包括：有机溶剂除油、自然干燥、碱腐蚀、热水洗、冷水洗、一次出光 、冷水洗、二次出光、冷水洗、一次浸锌、锌、退锌、冷水洗、二次浸锌、冷水洗、电镀镍、冷水洗、干燥。其中，碱腐蚀溶液其成分含量及工艺参数包括：氢氧化钠含量为5～8g/L,十水碳酸钠含量为45～55 g/L，磷酸钠含量为45～55g/L，硅酸钠含量为1～3g/L,温度：60～70℃，时间0.5～2min。出光采用二次出光工艺，一次出光溶液成分如下：硝酸含量为70%（体积比）、氢氟酸含量为30%（体积比）；二次出光溶液成分：铬酐含量为90～150g/L、硫酸含量为20～40g/L。铝铜复合材料构件一次浸锌及二次浸锌采用同槽处理，浸锌处理溶液为：氢氧化钠120～130 g/L、氧化锌25～30 g/L、酒石酸钾钠15～20g/L、三氯化铁1～5g /L、硝酸钠1～2g/L。铝铜复合材料退锌工艺配方及参数包括：硝酸含量为400～600ml/L，时间：＜1min，温度：16～40℃；电镀镍的采用硫酸镍含量为200～300g/L、柠檬酸钠含量为250～330g/L、氯化钠含量为7～20 g/L、硼酸含量为20～25 g/L的硫酸盐溶液，控制溶液的PH值为6.8～7.5，温度30～40℃，阴极电流密度1～2A/dm2。铝铜复合材料构件带电下槽，下槽后应开正常电流2～3倍的冲击电流电镀时间1分钟。
实施例1
铝铜复合材料构件在电镀镍前需在碱腐蚀溶液中进行化学除油，铝铜复合材料电镀镍重要的前处理工艺。以除去表面油脂。一般采用NaOH含量为5g/L,十水碳酸钠含量为45g/L，磷酸钠含量为45g/L，硅酸钠含量为1g/L的溶液,操作温度：60℃，时间0.5min。该碱腐蚀溶液对铝铜复合材料的铝基腐蚀性小，有效防止了铝铜腐蚀材料在前处理过程中的过腐蚀，并能有效去除铝铜复合材料表面油脂。
铝铜复合材料构件在碱腐蚀溶液中进行化学除油，经热水和流动冷水清洗后要进二次出光处理：将铝铜复合材料先浸入硝酸含量为70%（体积比）、氢氟酸含量为30%（体积比）的一次出光溶液在20℃下处理0.5min，经流动水洗后再浸入铬酐含量为90g/L,硫酸含量为20g/L的二次出光溶液中20℃下处理10S；
经过二次出光处理的铝铜复合材料构件进浸入氢氧化钠含量为120 g/L、氧化锌含量为25 g/L、酒石酸盐钾钠含量为15g/L、三氯化铁含量为1g /L、硝酸钠含量为1g/L的浸锌溶液中，在16℃下进行一次浸锌30S；一次浸锌后在硝酸含量为400ml/L的溶液中退掉浸锌层，经流动冷水清洗后将铝铜复合材料构件在上述浸锌溶液中在16℃进行二次浸锌时间45S，二次浸锌后铝铜复合材料表面应均匀的沉积一层完整的浸锌层，以保证在电镀镍的过程中能在铝铜复合材料表面获得均匀的镀镍层，防止由于浸锌层的缺陷导致铝铜复合材料在电镀镍的过程中镀镍层沉积不完整造成腐蚀；
采用七水硫酸镍含量为200g/L、柠檬酸钠含量为250g/L、氯化钠含量为7g/L、硼酸含量为20g/L的柠檬酸盐溶液进行电镀镍，溶液的PH值为6.8，在16℃下，将二次浸锌后的铝铜复合材料构件作为阴极带电下槽，下槽后应开正常电流2倍的冲击电流，电镀时间1分钟后采用1A/dm2的阴极电流密度电镀30min。目测电镀镍层外观：结晶均匀、细致完整，颜色为稍带浅黄色调的银白色，镀层与基体结合力：用钳子将铝铜复合材料反复弯曲90°，直至铝铜复合材料断裂镀镍层不起泡、脱落，与铝铜复合材料不分离。
实施例2
铝铜复合材料构件在电镀镍前需在碱腐蚀溶液中进行化学除油，铝铜复合材料电镀镍重要的前处理工艺。以除去表面油脂。采用氢氧化钠含量为8g/L,十水碳酸钠含量为55 g/L，磷酸钠含量为55g/L，硅酸钠含量为3g/L,温度： 70℃，时间2min。
铝铜复合材料构件在碱腐蚀溶液中进行化学除油，经热水和流动冷水清洗后要进二次出光处理：将铝铜复合材料先浸入硝酸含量为70%（体积比）、氢氟酸含量为30%（体积比）的一次出光溶液在20℃下处理0.5min，经流动水洗后再浸入铬酐含量为150g/L,硫酸含量为40g/L的二次出光溶液中20℃下处理10S；
经过二次出光处理的铝铜复合材料构件进浸入氢氧化钠含量为130 g/L、氧化锌含量为30 g/L、酒石酸盐钾钠含量为20g/L、三氯化铁含量为2g /L、硝酸钠含量为1g/L的浸锌溶液中，在40℃下进行一次浸锌1min；一次浸锌后在硝酸含量为600ml/L的溶液中退掉浸锌层，经流动冷水清洗后将铝铜复合材料构件在上述浸锌溶液中，在40℃进行二次浸锌时间1min，二次浸锌后铝铜复合材料构件表面应均匀的沉积一层完整的浸锌层，以保证在电镀镍的过程中能在铝铜复合材料构件表面获得均匀的镀镍层，防止由于浸锌层的缺陷导致铝铜复合材料在电镀镍的过程中镀镍层沉积不完整造成腐蚀；
采用七水硫酸镍含量为300g/L、柠檬酸钠含量为330g/L、氯化钠含量为20 g/L、硼酸含量25g/L的柠檬酸盐溶液进行电镀镍，溶液的PH值为7.5，在40℃下，将二次浸锌后的铝铜复合材料作为阴极带电下槽，下槽后应开正常电流3倍的冲击电流，电镀时间1分钟后采用2A/dm2的阴极电流密度电镀30min。目测电镀镍层外观：结晶均匀、细致完整，颜色为稍带浅黄色调的银白色。镀层与基体结合力：用钳子将铝铜复合材料反复弯曲90°，直至铝铜复合材料断裂镀镍层不起泡、脱落，与铝铜复合材料不分离。
以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，比如，本发明镀液配方添加量的比例和工艺参数并不限于上述范围的限定数据，比例范围可以根据电镀零件的大小和数量进行改变，这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于，该工艺方法由以下步骤组成：
a）碱腐蚀：将铝铜复合材料构件浸入氢氧化钠碱性溶液中，通过化学除油的方法去除铝铜复合材料表面的油污；
b）出光：通过一次出光和二次出光工艺将铝铜复合材料构件浸入硝酸、氢氟酸溶液和硫酸、铬酐溶液，去除铝铜复合材料表面氧化皮；
c）二次浸锌：通过一次浸锌、退锌、二次浸锌工艺：将铝铜复合材料构件在氢氧化钠、氧化锌、酒石酸盐、三氯化铁和硝酸钠混合溶液中均匀的浸覆上一层锌；
d）镀镍：将二次浸锌后的铝铜复合材料构件作为阴极，在硫酸镍、柠檬酸盐、氯化钠和硼酸溶液混合溶液中，通以阴极电流，使其表面沉积上一层均匀的镍层。
2.根据权利要求1所述的在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于：碱腐蚀溶液其成分含量及工艺参数包括：氢氧化钠含量为5～8g/L,十水碳酸钠含量为45～55 g/L，磷酸钠含量为45～55g/L，硅酸钠含量为1～3g/L,温度：60～70℃，时间0.5～2min。
3.根据权利要求1所述的在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于：出光采用二次出光工艺，一次出光溶液成分如下：硝酸含量为70%（体积比）、氢氟酸含量为30%（体积比）；二次出光溶液成分：铬酐含量为90～150g/L、硫酸含量为20～40g/L。
4.根据权利要求1所述的在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于：铝铜复合材料构件一次浸锌及二次浸锌采用同槽处理，浸锌处理溶液为：氢氧化钠120～130g/L、氧化锌25～30g/L、酒石酸钾钠15～20g/L、三氯化铁1～5g/L、硝酸钠1～2g/L。
5.根据权利要求4在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于：铝铜复合材料退锌工艺配方及参数包括：硝酸含量为400～600ml/L，时间：＜1min，温度：16～40℃。
6.根据权利要求1在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于：电镀镍采用硫酸镍含量为200～300g/L、柠檬酸钠含量为250～330g/L、氯化钠含量为7～20 g/L、硼酸含量为20～25 g/L的柠檬酸盐溶液，控制溶液的PH值为6.8～7.5，温度30～40℃，阴极电流密度1～2A/dm2。
7.根据权利要求1在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于：一次浸锌后在硝酸含量为400ml/L的溶液中退掉浸锌层，经流动冷水清洗后将铝铜复合材料构件在上述浸锌溶液中进行二次浸锌。
8.根据权利要求7在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于：在16℃下，将二次浸锌后的铝铜复合材料构件作为阴极带电下槽，下槽后给予正常电流2～3倍的冲击电流，电镀时间1分钟后，采用1A/dm2的阴极电流密度电镀。
9.根据权利要求1在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于：电镀镍采用七水硫酸镍含量为200g/L、柠檬酸钠含量为250g/L、氯化钠含量为7g/L、硼酸含量为20g/L的柠檬酸盐溶液，溶液的PH值为6.8。
10.根据权利要求1在铝铜复合材料构件上电镀镍的工艺方法，其特征在于：经过二次出光处理的铝铜复合材料构件浸入氢氧化钠含量为130 g/L、氧化锌含量为30 g/L、酒石酸盐钾钠含量为20g/L、三氯化铁含量为2g /L、硝酸钠含量为1g/L的浸锌溶液中，在40℃下进行一次浸锌1min；一次浸锌后在硝酸含量为600ml/L的溶液中退掉浸锌层，经流动冷水清洗后将铝铜复合材料在上述浸锌溶液中在40℃进行二次浸锌时间1min。
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