CN104419952A

CN104419952A - 在镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法

Info

Publication number: CN104419952A
Application number: CN201310377057.9A
Authority: CN
Inventors: 王正波; 奚昊敏
Original assignee: Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd
Current assignee: Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-18

Abstract

本发明公开一种在ZK61M镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法。该方法包括焦磷酸盐镀铜步骤、化学镀镍步骤以及电镀镍步骤。由于本发明采用无毒的焦磷酸盐镀层体系，该体系包括电镀铜、化学镀镍、电镀镍的多层镀镍工艺，通过该工艺获得的镀层耐蚀性能高，中性盐雾试验可以达到72小时，另外，电镀铜工艺保证了镀层的结合力、化学镀镍工艺提高了镀层的耐蚀性能、电镀镍工艺保证了镀层的导电性能。

Description

在镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术，尤其涉及在ZK61M镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法。

背景技术

镁合金具有比强度和比刚度高，减震、降噪性能好的优点，其比强度高于铝合金和某些高强度钢。所以镁合金可以代替铝合金和钢材，减轻金属结构件的质量，镁合金已成为了航空航天的理想金属。

由于镁合金化学活性高、耐蚀性能差，因此必须对其表面进行化学或电化学防护处理。镁合金表面的防护处理方法主要有化学氧化法、电化学氧化法、微弧氧化法、化学镀镍法、电镀法等。但是，上述表面防护处理后的镁合金具有产品导电性能和单层电镀耐蚀性能差的问题，另外，现有的表面处理方法采用剧毒的氰化镀铜体系，这种体系对环境和操作人员的危害大。

发明内容

本发明解决的问题是ZK61M镁合金表面处理后产品耐蚀性能差的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种在ZK61M镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法，该方法包括如下步骤：S2、；焦磷酸盐镀铜：溶液成分：Cu2+（以焦磷酸铜加入）（15～25）g/L、焦磷酸钾（280～320）g/L、柠檬酸铵10～15）g/L、磷酸氢二钾（20～30）g/L、pH 8.2～8.8；操作条件：温度（30～50）℃、电流密度（1.0～1.5）A/dm2、时间（60～90）min；S4、化学镀镍：在该步骤中，溶液成分：硫酸镍（20～30）g/L、次亚磷酸钠（20～30）g/L、柠檬酸钠（18～25）g/L、乳酸（8～15）ml/L、丁二酸（5～10）g/L、无水醋酸钠（20～30）g/L、烯丙基硫脲（0.5～1）mg/L、pH 4.4～4.8；操作条件：温度：（86～90）℃、时间：（45～60）min；S6、电镀镍：在该步骤中，溶液成分：硫酸镍（140～200）g/L、硫酸镁（30～50）g/L、硫酸钠（50～70）g/L、硼酸（25～35）g/L、氯化钠（6～10）g/L、pH 4.8～5.4；操作条件：温度（20～35）℃、电流密度（0.5～1.0）A/dm²、时间（45～70）min。

作为进一步方案，在所述焦磷酸盐镀铜之前，还包括焦磷酸盐预镀铜：在该步骤中，溶液成分：Cu²⁺（以焦磷酸铜加入）（2～4）g/L、焦磷酸钾（170～300）g/L、柠檬酸铵（10～15）g/L、磷酸氢二钾（20～30）g/L、pH 8.2～8.8；操作条件：温度：（20～40）℃、电流密度：（0..3～0.4）A/dm²、时间：5min。

作为可选方案：在焦磷酸盐镀铜步骤中，镀液pH高于8.8时，用稀柠檬酸溶液调整，pH低于8.2时，采用稀氢氧化钾溶液调整。

作为进一步方案，在焦磷酸盐预镀铜之前，还包括有机溶剂除油、化学除油、浸蚀、活化和浸锌步骤，其中，有机溶剂除油采用航空汽油进行除油，自然凉干后转下道工序；化学除油：溶液成分：碳酸钠（30～50）g/L、磷酸三钠（30～50）g/L、硅酸钠（10～15）g/L、操作条件：温度（50～70）℃、时间（20～30）min；浸蚀：溶液成分：铬酸（160～200）g/L、硝酸铁（35～45）g/L、氟化钾（3～4）g/L、操作条件：溶液温度（室温）、时间（0.5～3.0）min；活化：溶液成分：磷酸（190～200）ml/L、氟化氢铵（90～100）g/L、操作条件：溶液温度（16～30）℃、时间（0.5～2.0）min；浸锌：溶液成分：硫酸锌（30～50）g/L、焦磷酸钾（120～150）g/L、碳酸钠5g/L、氟化锂3g/L；pH 10.2～10.4；操作条件：温度（60～80）℃、时间（3.0～10）min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、由于本发明采用无毒的焦磷酸盐镀层体系，该体系包括电镀铜、化学镀镍、电镀镍的多层镀镍工艺，通过该工艺获得的镀层耐蚀性能高，中性盐雾试验可以达到72小时，另外，电镀铜工艺保证了镀层的结合力、化学镀镍工艺提高了镀层的耐蚀性能、电镀镍工艺保证了镀层的导电性能。

2、焦磷酸盐预镀铜步骤中，铜离子含量低，焦磷酸钾含量高，该配方具有良好的覆盖能力，可以用于复杂镁合金零件的预镀，镀层结合力良好。

附图说明

图1是本发明在ZK61M镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法的流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图1，本发明在ZK61M镁合金表面电镀铜、化学镀镍和电镀镍的方法，下面详述该方法如下：

镀前验收→有机溶剂除油→化学除油→热水洗→冷水洗→浸蚀→回收→冷水洗→活化→冷水洗→浸锌→冷水洗→焦磷酸盐预镀铜→焦磷酸盐镀铜→回收→冷水洗→化学镀镍→回收→冷水洗→电镀镍→回收→冷水洗→热纯水洗→干燥→包装→入库或转下道工序。

上述工序中，主要工序说明如下：

1、有机溶剂除油：采用航空汽油进行除油，自然凉干后转下道工序

使用有机溶剂除油能去除零件表面的大部分油污，且除油速度快，操作简单。

2、化学除油

化学除油是应用最广的除油方法，它的优点是成本点，除油效果明显，能将零件表面的油污完全去除干净，得到一个清洁的表面。

溶液成分：碳酸钠（30～50）g/L

磷酸三钠（30～50）g/L

硅酸钠（10～15）g/L

操作条件：温度：（50～70）℃

时间：（20～30）min

较佳地，溶液成分为：碳酸钠40g/L、磷酸三钠45g/L、硅酸钠12g/L；操作条件为：65℃，30 min。

3、浸蚀

浸蚀能够去除掉零件表面的氧化物、锈迹、及带应力的塑性变形表层等，同时，零件经过浸蚀后可有效提高后续镀层与基体的机械咬合力。

溶液成分：铬酸（160～200）g/L

硝酸铁（35～45）g/L

氟化钾（3～4）g/L

操作条件：溶液温度：室温

时间：（0.5～3.0）min

较佳地，溶液成分为：铬酸180g/L、硝酸铁40g/L、氟化钾3.5g/L；操作条件为：室温，2.5min。

4、活化

活化可以除去浸蚀后的残余氧化膜，及在浸蚀与活化工序间产生的薄氧化膜，还可以减弱表面电势差距，以减少局部原电池对后续浸锌处理的影响。

溶液成分：磷酸（190～200）ml/L

氟化氢铵（90～100）g/L

操作条件：溶液温度：室温

时间：（0.5～2.0）min

较佳地，溶液成分为：磷酸200ml/L、氟化氢铵95g/L；操作条件为：1.5min。

5、浸锌

经过浸锌处理后，可以在基体表面置换上一层电极电位远高于镁合金基体的锌层，从而缩小了镁合金与铜镀层的电位差，避免基体在后续镀铜工序中发生强烈腐蚀。

溶液成分：硫酸锌（30～50）g/L

焦磷酸钾（120～150）g/L

碳酸钠 5g/L

氟化锂 3g/L

pH 10.2～10.4

操作条件：温度：（60～80）℃

时间：（3.0～10）min

较佳地，溶液成分为：硫酸锌45g/L、焦磷酸钾140g/L、碳酸钠5g/L、氟化锂3g/L，pH=10.3；操作条件为：70℃，6min。

6、焦磷酸盐预镀铜

通过预镀铜，可以在浸锌后的基体表面镀上一层结合力良好的铜镀层。

溶液成分：Cu²⁺（以焦磷酸铜加入）（2～4）g/L

焦磷酸钾（170～300）g/L

柠檬酸铵（10～15）g/L

磷酸氢二钾（20～30）g/L

pH 8.2～8.8

操作条件：温度：（20～40）℃

电流密度：（0..3～0.4）A/dm²

时间：（3～5）min

较佳地，溶液成分为：Cu²⁺（以焦磷酸铜加入）3g/L、焦磷酸钾260g/L、柠檬酸铵25g/L、磷酸氢二钾25g/L，pH=8.6；操作条件为：30℃，电流密度0.4A/dm²，5min。

注意事项：（a）控制Cu²⁺浓度不能超过4g/L，温度不能超过40℃；（b）镀液pH升高时用稀柠檬酸溶液调整，pH过低可采用稀氢氧化钾溶液调整；（c）零件应带电入槽，应采用1～3倍正常电流进行冲击电镀30s～60s。

7、焦磷酸盐镀铜

焦磷酸盐镀铜的优点是镀液无毒，且呈弱碱性，不会对基体产生腐蚀，同时，一定厚度的铜镀层还可以提高镀层的耐蚀性能。

溶液成分：Cu²⁺（以焦磷酸铜加入）（15～25）g/L

焦磷酸钾（280～320）g/L

柠檬酸铵（10～15）g/L

磷酸氢二钾（20～30）g/L

pH 8.2～8.8

操作条件：温度：（30～50）℃

电流密度：（1.0～1.5）A/dm²

时间：（60～90）min

较佳地，溶液成分为：Cu²⁺（以焦磷酸铜加入）20g/L、焦磷酸钾300g/L、柠檬酸铵12g/L、磷酸氢二钾25g/L，pH=8.6；操作条件为：40℃，电流密度1.2A/dm²，80min。

注意事项：（a）控制焦磷酸根与Cu²⁺浓度之比不能在（7～8）之间，温度不能超过50℃；（b）镀液pH升高时用稀柠檬酸溶液调整，pH过低可采用稀氢氧化钾溶液调整。

8、化学镀镍

化学镀镍镀层具有很高的耐蚀性能，通过该工序，可以进一步提高镀层的耐蚀性能。

溶液成分：硫酸镍（20～30）g/L

次亚磷酸钠（20～30）g/L

柠檬酸钠（18～25）g/L

乳酸（8～15）ml/L

丁二酸（5～10）g/L

无水醋酸钠（20～30）g/L

烯丙基硫脲（0.5～1）mg/L

pH 4.4～4.8

操作条件：温度（86～90）℃

时间（45～60）min

较佳地，溶液成分为：硫酸镍25g/L、次亚磷酸钠25g/L、柠檬酸钠20g/L、乳酸12ml/L、丁二酸8g/L、无水醋酸钠25g/L、烯丙基硫脲0.8g/L，pH=4.6；操作条件为：88℃，60min。

9、电镀镍

电镀镍是多层电镀的最后一道工序，该镀层导电性能良好，保证了镀层具有良好的导电性能。

溶液成分：硫酸镍（140～200）g/L

硫酸镁（30～50）g/L

硫酸钠（50～70）g/L

硼酸（25～35）g/L

氯化钠（6～10）g/L

pH 4.8～5.4

操作条件：温度：（20～35）℃

电流密度：（0.5～1.0）A/dm²

时间：（45～70）min

较佳地，溶液成分为：硫酸镍180g/L、硫酸镁40g/L、硫酸钠60g/L、硼酸30g/L、氯化钠8g/L，pH=5.2；操作条件为：30℃，电流密度0.8A/dm²，60min。

10、干燥

在干燥箱中进行干燥处理。

操作条件：温度： 100±20℃

时间：(30～60) min

较佳地，操作条件为：100℃，45min。

4.2.11 包装

用棉纸包扎零件并放入专用包装箱中。

综上所述，由于本发明采用无毒的焦磷酸盐镀层体系，该体系包括电镀铜、化学镀镍、电镀镍的多层镀镍工艺，通过该工艺获得的镀层耐蚀性能高，中性盐雾试验可以达到72小时，另外，电镀铜工艺保证了镀层的结合力、化学镀镍工艺提高了镀层的耐蚀性能、电镀镍工艺保证了镀层的导电性能。

Claims

1.在ZK61M镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

S1、；焦磷酸盐镀铜：溶液成分：Cu²⁺（以焦磷酸铜加入）（15～25）g/L、焦磷酸钾（280～320）g/L、柠檬酸铵(10～15）g/L、磷酸氢二钾（20～30）g/L、pH 8.2～8.8；操作条件：温度（30～50）℃、电流密度（1.0～1.5）A/dm²、时间（60～90）min；

S2、化学镀镍：在该步骤中，溶液成分：硫酸镍（20～30）g/L、次亚磷酸钠（20～30）g/L、柠檬酸钠（18～25）g/L、乳酸（8～15）ml/L、丁二酸（5～10）g/L、无水醋酸钠（20～30）g/L、烯丙基硫脲（0.5～1）mg/L、pH 4.4～4.8；操作条件：温度：（86～90）℃、时间：（45～60）min；

S3、电镀镍：在该步骤中，溶液成分：硫酸镍（140～200）g/L、硫酸镁（30～50）g/L、硫酸钠（50～70）g/L、硼酸（25～35）g/L、氯化钠（6～10）g/L、pH 4.8～5.4；操作条件：温度（20～35）℃、电流密度（0.5～1.0）A/dm²、时间（45～70）min。

2.根据权利要求1所述的在ZK61M镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法，其特征在于：在所述焦磷酸盐镀铜之前，还包括焦磷酸盐预镀铜：在该步骤中，溶液成分：Cu²⁺（以焦磷酸铜加入）（2～4）g/L、焦磷酸钾（170～300）g/L、柠檬酸铵（10～15）g/L、磷酸氢二钾（20～30）g/L、pH 8.2～8.8；操作条件：温度：（20～40）℃、电流密度：（0.3～0.4）A/dm²、时间：5min。

3.根据权利要求1或2所述的在ZK61M镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法，其特征在于：在焦磷酸盐镀铜步骤中，镀液pH高于8.8时，用稀柠檬酸溶液调整，pH低于8.2时，采用稀氢氧化钾溶液调整。

4.根据权利要求2所述的在镁合金表面电镀铜、化学镀镍及电镀镍的方法，其特征在于：在焦磷酸盐预镀铜之前，还包括有机溶剂除油、化学除油、浸蚀、活化和浸锌步骤，其中，

有机溶剂除油采用航空汽油进行除油，自然凉干后转下道工序；

化学除油：溶液成分：碳酸钠（30～50）g/L、磷酸三钠（30～50）g/L、硅酸钠（10～15）g/L、操作条件：温度（50～70）℃、时间（20～30）min；

浸蚀：溶液成分：铬酸（160～200）g/L、硝酸铁（35～45）g/L、氟化钾（3～4）g/L、操作条件：溶液温度（室温）、时间（0.5～3.0）min；

活化：溶液成分：磷酸（190～200）ml/L、氟化氢铵（90～100）g/L、操作条件：溶液温度（16～30）℃、时间（0.5～2.0）min；

浸锌：溶液成分：硫酸锌（30～50）g/L、焦磷酸钾（120～150）g/L、碳酸钠5g/L、氟化锂3g/L；pH 10.2～10.4；操作条件：温度（60～80）℃、时间（3.0～10）min。