CN103668132B - 一种活化溶液及其在镁合金化学镀镍层中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明一种活化溶液及其在镁合金化学镀镍层中的应用；该活化溶液中溶质包括柠檬酸、焦磷酸钾、氟化氢铵；柠檬酸的浓度为30～120g/L，焦磷酸钾的浓度为10～60g/L，氟化氢铵的浓度为10～100g/L；利用该溶液对镁合金化学镀镍层进行处理的过程为：采用丙酮或乙醇浸泡或超声对镁合金化学镀镍层进行清洗；将清洗后的镁合金化学镀镍层自然晾干；采用强碱性除油溶液，对镁合金化学镀镍层表面作二次除油；采用二级或多级流动水对二次除油镁合金化学镀镍层表面进行清洗；利用活化溶液对清洗后的镁合金化学镀镍层在15℃～35℃下进行活化处理1～10min；将活化处理后的镁合金化学镀镍层进行镀铜、镀银、镀金等后续镀层操作。

Description

一种活化溶液及其在镁合金化学镀镍层中的应用
技术领域
本发明属于表面工程领域，涉及一种镁合金化学镀镍层的活化处理方法。
背景技术
卫星有效载荷产品实现“轻量化”是其一个重要发展目标，对个单机产品的重量都有极为严格的要求。采用轻型材料（如铝合金、镁合金等）设计加工结构件是实现“轻量化”的有效途径之一。
目前卫星有效载荷产品的结构部件（例如各单机的外壳），其材料主要为铝合金，铝合金的密度约为2.7g/cm3。而镁及其合金具有许多优良的物理和机械性能：密度低（约为1.7g/cm3）、比强度高，减震性好、能承受较大的冲击震动负荷，磁屏蔽性能优良，且易于切削加工、易于铸造、导电导热性好等；为达到减轻产品重量，部分产品更希望使用镁合金材料作为结构材料。
但镁及镁合金是一种难于直接进行电镀或化学镀的金属，即使在大气环境下，镁合金表面也会迅速形成一层疏松惰性氧化膜，影响与镀层的结合强度。同时，由于镁的电极电位很低（-2.34V，相对标准氢电极），易于发生电偶腐蚀，在电解质中与其它金属接触时，易形成腐蚀微电池，导致镁合金表面被腐蚀。因此，首先要解决镁合金的防腐问题；同时，航天有效载荷电子产品对各性能要求较高，除了防腐要求之外，表面还需要镀金、镀银处理，以提高产品的导电、焊接、散热等性能。总之，镁合金材料的广泛应用是国内外工业发展的趋势，也是卫星有效载荷产品未来结构材料发展应用的一个趋势。随着镁合金电镀表面处理技术的不断完善和成熟，镁合金材料在航天产品上的应用将越来越广泛。
镁合金镀金、镀银，一般都采用化学镀镍作为底镀层。化学镀镍层可以有效提高镁合金镀银、镀金产品的耐蚀性。
镁合金化学镀镍后为了去除镀层应力和提高镀层结合力，需要在高温下进行热处理。在热处理后化学镀镍层表面会产生少量的氧化物，因此，在镀银或镀金之前需要对镁合金化学镀镍层进行活化处理。
所谓活化处理，就是将化学镀镍层表面的氧化物清除干净，使之呈现出具有活性的原子态镀层表面。如果这些氧化物不清除干净，则会导致后续镀层（镀铜、镀银、镀金）的结合力下降，甚至起皮、鼓泡。化学镀镍层的活化处理的质量对后续镀覆层的结合力等有着直接的影响。
目前，国内外大多是采用稀盐酸、稀硫酸、弱酸性的酸盐等进行镁合金表面化学镀镍层的活化。由于化学镀镍层厚度在低于25微米时，镀层或多或少都存在一些微孔，而上述活化溶液在去除氧化物的同时，还会透过孔隙对镁合金基体产生腐蚀，这导致活化过程的控制较为困难。经常出现活化不充分，氧化物清除不彻底，或者活化处理过程中产生镁合金基体被腐蚀的现象，导致后续镀层（镀银、镀金等）的结合力较差和质量不稳定，合格率不大于50%。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种活化溶液及其在镁合金化学镀镍层中的应用，解决镁合金表面化学镀镍层的活化问题，避免因活化过程导致镁合金基体腐蚀及表面镀层起泡现象，提高了镀层结合力、镀层质量和产品电镀合格率。
本发明的技术方案是：一种活化溶液，该活化溶液中溶质包括柠檬酸、焦磷酸钾、氟化氢铵；柠檬酸的浓度为30～120g/L，焦磷酸钾的浓度为10～60g/L，氟化氢铵的浓度为10～100g/L。
一种如权利要求1所述的活化溶液在镁合金化学镀镍层中的应用，步骤如下：
1）采用丙酮或乙醇对镁合金化学镀镍层进行浸泡，或采用超声对镁合金化学镀镍层进行清洗，去除化学镀镍层表面被污染的油污；
2）将步骤1）浸泡清洗后的镁合金化学镀镍层自然晾干；
3）采用强碱性除油溶液，对镁合金化学镀镍层表面作二次除油；
4）采用二级或多级流动水对二次除油镁合金化学镀镍层表面进行清洗；
5）利用权利要求1所述的活化溶液对步骤4）得到的清洗后的镁合金化学镀镍层在15℃～35℃下进行活化处理1～10min；
6）将步骤5）获得的活化处理后的镁合金化学镀镍层进行镀铜、镀银、镀金等后续镀层操作。
步骤3）强碱性除油溶液为氢氧化钠和磷酸钠的混合溶液。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）本发明的镁合金表面化学镀镍层的活化处理方法，工艺简单，工艺参数范围较宽，过程控制更容易。
（2）本发明的活化工艺方法，质量可靠，能有效提高了镁合金化学镀镍层上后续镀覆层的结合力及质量。镁合金化学镀镍层表面的后续电镀层（银、金），经过220℃的热震结合力试验，表面镀层无起泡、起皮、脱落等现象。
（3）本工艺对化学镀镍层具有很好的活化作用，而对镁合金基体的腐蚀性很小，克服了传统的盐酸、硫酸或酸盐等活化工艺存在的质量不稳定以及容易产生镁基体腐蚀等问题，进一步提高了镁合金化学镀镍层上后续镀覆层的结合力及镀层质量，合格率达到98%以上。适用于各种镁合金基材表面化学镀镍层的活化，可以显著提高后续镀层（铜、银、金）的结合力，确保产品的质量，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为镁合金化学镀镍层活化处理的工艺流程。
具体实施方式
根据镁合金的化学特性，通过研究和实验，本发明提出了针对镁合金化学镀镍层的新型活化液和工艺方法。该活化液既能对化学镀镍层进行活化，又可以防止镁合金基体被腐蚀，确保后续镀层（镀银、镀金等）的结合力良好和质量稳定。
实例1：将镁合金化学镀镍的样件，在浓度为30g/L的柠檬酸、浓度为10g/L的焦磷酸钾、浓度为10g/L的氟化氢铵的混合溶液中，在15℃下处理1min后，进行镀铜镀银（Cu4Ag10）。电镀后采用220℃的热震结合力试验，在5－8倍放大镜下检查，未见镀层起泡、起皮、脱落等现象，说明镀层的结合力良好。
实例2：在浓度为70g/L的柠檬酸、浓度为40g/L的焦磷酸钾、浓度为60g/L的氟化氢铵的混合溶液中，在20℃下处理5min后，进行镀铜镀银（Cu4Ag10）。电镀后采用220℃的热震结合力试验，在5－8倍放大镜下检查，未见镀层起泡、起皮、脱落等现象，说明镀层的结合力良好。
实例3：在浓度为120g/L的柠檬酸、浓度为60g/L的焦磷酸钾、浓度为100g/L的氟化氢铵的混合溶液中，在35℃下处理10min后，然后进行镀铜镀银（Cu4Ag10）。电镀后采用220℃的热震结合力试验，在5－8倍放大镜下检查，未见镀层起泡、起皮、脱落等现象，说明镀层的结合力良好。
表1镁合金化学镀镍层活化效果比较
如图1所示，镁合金化学镀镍层活化处理的工艺流程为：
有机溶剂除油：采用丙酮浸泡或超声清洗，去除化学镀镍层表面被污染的油污等。
干燥：自然晾干。
化学除油：采用强碱性的除油溶液，对化学镀镍层表面进行彻底除油。
流动水清洗：采用二级或多级流动水进行清洗。
活化处理：采用本发明的化学镀镍层活化溶液进行活化处理。
后续电镀：活化处理后进行镀铜、镀银、镀金等后续镀层。
作用效果：
不同活化液对镁合金化学镀镍层的活化效果比较，详见见表1。
产品实例：镁合金化学镀镍活化后镀银零件。采用本发明的化学镀镍层活化处理工艺方法处理后，进行镀铜镀银。镀层结合力良好，经过220℃的热震结合力试验，表面镀层无起泡、起皮、脱落等现象。
表2活化处理溶液工艺配方及操作条件
溶液成分及操作条件 范围
柠檬酸（C6H8O7·1H2O），（g/L） 30～120
焦磷酸钾（K4P2O7），（g/L） 10～60
氟化氢铵（NH4HF），（g/L） 10～100
温度（℃） 15～35
时间（min） 1～10
柠檬酸：主要用于化学镀镍层表面氧化物的清除，同时对化学镍层进行弱腐蚀，达到活化效果。
焦磷酸钾：作为络合剂，主要用于对镍离子的络合。
氟化氢铵：作为缓蚀剂，主要用于对镁合金基体的保护，防止活化溶液对镁合金基体的腐蚀。同时还可辅助有机酸对化学镍层进行弱腐蚀。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种活化溶液，其特征在于：该活化溶液中溶质包括柠檬酸、焦磷酸钾、氟化氢铵；柠檬酸的浓度为30～120g/L，焦磷酸钾的浓度为10～60g/L，氟化氢铵的浓度为10～100g/L。
2.一种如权利要求1所述的活化溶液在镁合金化学镀镍层中的应用，其特征在于步骤如下：
1）采用丙酮或乙醇对镁合金化学镀镍层进行浸泡，或采用超声对镁合金化学镀镍层进行清洗，去除化学镀镍层表面被污染的油污；
2）将步骤1）浸泡清洗后的镁合金化学镀镍层自然晾干；
3）采用强碱性除油溶液，对镁合金化学镀镍层表面作二次除油；
4）采用二级或多级流动水对二次除油镁合金化学镀镍层表面进行清洗；
5）利用权利要求1所述的活化溶液对步骤4）得到的清洗后的镁合金化学镀镍层在15℃～35℃下进行活化处理1～10min；
6）将步骤5）获得的活化处理后的镁合金化学镀镍层进行镀铜、镀银、镀金等后续镀层操作。
3.根据权利要求2所述的一种活化溶液在镁合金化学镀镍层中的应用，其特征在于：步骤3）强碱性除油溶液为氢氧化钠和磷酸钠的混合溶液。
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