CN105296972A - 一种镁锂合金高耐蚀化学镀镍层的制备方法 - Google Patents

一种镁锂合金高耐蚀化学镀镍层的制备方法 Download PDF

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本发明涉及一种镁锂合金高耐蚀化学镀镍层的制备方法，尤其涉及一种应用于镁锂合金材料表面高耐蚀化学镀镍层防腐导电镀层的制备方法，属于镁锂合金表面防护技术领域。本发明采用焦磷酸盐溶液碱蚀的方法，有效去除零件表面尤其是零件复杂区域的油渍；同时进一步粗化基体表面提高镀层与基体的结合强度；碱蚀后，基体表面粗化均匀，无明显腐蚀痕迹，有效避免了传统酸蚀工艺对镁基体的过腐蚀。本发明采用氢氟酸活化，通过活化温度和活化时间参数控制，实现镁锂合金表面活化膜层致密性控制，从而实现化学镀镍反应速率控制。

Description

一种镁锂合金高耐蚀化学镀镍层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种镁锂合金高耐蚀化学镀镍层的制备方法，尤其涉及一种应用于镁锂合金材料表面高耐蚀化学镀镍层防腐导电镀层的制备方法，属于镁锂合金表面防护技术领域。
背景技术
镁锂合金材料是目前最轻的合金，材料密度为1.35～1.65g/cm3。镁锂合金材料不仅具有一般镁合金所具备的良好的阻尼减震性、导热性、电磁屏蔽性，而且还具有高比强度、比刚度以及良好的高低温韧性等。然而镁锂合金材料中还有合金化元素锂，材料化学活性高，使用过程中存在高的腐蚀风险。因此镁锂合金材料使用必须进行表面防腐处理。随着电子结构产品对轻量化的迫切需求，镁锂合金材料以其优越的性能被广泛应用。镁锂合金材料应用电子结构产品，其表面防腐涂层除满足防腐要求外，还应具备良好的导电性，因此镁锂合金表面金属镀覆层制备技术成为研究热点，尤其以化学镀镍技术研究应用最为广泛。
经相关专利和文献查阅，镁锂合金化学镀镍技术主要有浸锌前处理化学镀镍和直接化学镀镍。哈尔滨工程大学巫瑞智采用浸锌电镀镍在镁锂合金表面得到平整、致密并且光亮的银白色镍镀层；湖南大学余刚以硫酸镍作为主盐采用二次浸锌后化学镀镍方法在镁锂合金表面实现镍镀层的制备。浸锌前处理化学镀镍或电镀镍层质量与锌底层质量密切相关，而镁锂合金表面化学活性较高，锌层均匀性和致密性控制难度较大，因此镁锂合金化学镀镍以直接化学镀镍应用研究最为广泛。西安理工大学徐春杰采用酸洗活化两步法，以硫酸镍作为主盐实现镁锂合金表面镀镍；哈尔滨工程大学张中武在镁锂合金Ce(NO3)3-KMnO4转化膜上进行化学镀镍。镁锂合金直接化学镀镍的关键在于前处理技术直接影响镍镀层的结合力和外观状态，其作用是去氧化皮、活化表面，同时生成一层防护膜防止镁锂合金基体在化学镀镍溶液中过腐蚀。由于镁锂合金材料化学活性较高，采用酸洗方法去除氧化皮和粗化表面基体腐蚀风险较高。镁锂合金表面由于锂元素的存在，活化膜层致密性控制难度较大，导致在化学镀镍过程中反应速率较快，致使镀层粗糙孔隙率高，同时影响溶液的稳定性。镁锂合金材料化学镀镍溶液体系多以稳定性好的碱式碳酸镍体系，溶液成本较高，不易实现工程化应用；而成本较低的硫酸镍体系，存在基体材料在溶液中发生腐蚀的问题。
发明内容
本发明的技术解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种镁锂合金表面高耐蚀化学镀镍层的制备方法，进一步提高化学镀镍层对镁锂合金的防护性能；实现硫酸镍体系化学镀镍，降低工程化应用成本。
本发明的技术解决方案是：
一种镁锂合金高耐蚀化学镀镍层的制备方法，步骤为：
(1)采用无水乙醇擦拭镁锂合金材料表面，去除镁锂合金材料表面的油渍；
(2)将步骤(1)得到的镁锂合金材料表面进行碱蚀，碱蚀溶液配方及操作条件如下：
碱蚀完成后将镁锂合金从溶液中取出；
(3)将步骤(2)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用去离子水清洗；
(4)将步骤(3)得到的镁锂合金材料表面进行活化处理，活化溶液配方及操作条件如下：
氢氟酸(质量浓度为40％)150mL/L～170mL/L
温度20℃～30℃
时间3min～6min
活化完成后将镁锂合金从溶液中取出；
(5)将步骤(4)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用去离子水清洗；
(6)将步骤(5)得到的镁锂合金材料进行表面预镀碱镍处理，预镀碱镍溶液配方及操作条件如下：
预镀碱镍处理完成后将镁锂合金从溶液中取出；
(7)将步骤(6)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用去离子水清洗；
(8)将步骤7)得到的镁锂合金材料进行酸性镀镍处理，酸性镀镍溶液配方及操作条件如下：
酸性镀镍处理完成后将镁锂合金从溶液中取出；
(9)将步骤(8)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液去离子水清洗；
(10)将步骤9)得到的镁锂合金材料表面吹干后，进行热处理，热处理在烘箱内进行，热处理条件如下：
温度180℃～220℃
时间60min～90min
(11)热处理后从将镁锂合金从烘箱内取出，最终实现镁锂合金材料化学镀镍。
有益效果
(1)本发明采用焦磷酸盐溶液碱蚀的方法，有效去除零件表面尤其是零件复杂区域的油渍；同时进一步粗化基体表面提高镀层与基体的结合强度；碱蚀后，基体表面粗化均匀，无明显腐蚀痕迹，有效避免了传统酸蚀工艺对镁基体的过腐蚀。
(2)本发明采用氢氟酸活化，通过活化温度和活化时间参数控制，实现镁锂合金表面活化膜层致密性控制，从而实现化学镀镍反应速率控制。
(3)本发明化学镀镍过程中增加了预镀碱镍处理，在镁锂合金材料表面制备一层晶化程度较高的镍镀层；该镀层与基体具有很高的结合强度，避免了随着酸性镀镍层厚度增加，镀层应力增大引起的镀层起皮、起泡问题；同时预镀碱镍层除作为酸性镀镍的活性位点外，还具有一定的防护能力，能够避免基体在酸性镀镍中出现过腐蚀。
(4)本发明化学镀镍溶液均为硫酸镍体系，通过溶液组分优化和工艺参数控制可避免镁锂合金材料在溶液中腐蚀，有效降低了镁锂合金材料化学镀镍的工程化应用成本。
(5)本发明对镁锂合金表面镍镀层进行热处理，有效消除镀层内应力，提高镀层的结合强度。
(6)本发明适用于含锂量为≤10％的镁锂合金表面镍-磷合金镀层制备，解决了高含锂量镁锂合金在化学镀镍溶液中的腐蚀问题。
(7)本发明在镁锂合金表面制备的镍镀层具有较高的耐蚀性，经中性盐雾试验48h镀层保护评级在9级或以上。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为碱蚀后镁锂合金表面的微观形貌图；
图3为预镀碱镍后镁锂合金表面的微观形貌图；
图4为酸镍镀镍后镁锂合金表面的微观形貌图。
具体实施方式
一种镁锂合金高耐蚀化学镀镍层的制备方法，具有以下工艺过程和步骤。
a.有机溶剂除油：采用无水乙醇擦拭镁锂合金材料表面，去除镁锂合金材料表面的油渍。
b.碱蚀：将有机溶液除油后的镁锂合金材料表面进行碱蚀，进一步去除零件表面的油渍，同时粗化表面。碱蚀溶液配方为：焦磷酸钠50g/L～70g/L；无水碳酸钠30g/L～40g/L；氟化钾15g/L～20g/L；X-4052g/L～5g/L。
c.活化：在镁锂合金表面形成一层防护膜层，避免基体化学镀镍过程中出现腐蚀风险。活化溶液配方为：氢氟酸(40％)150mL/L～170mL/L。
d.预镀碱镍：在镁锂合金基体表面制备一层晶化程度较高的镍镀层，为后续酸性镀镍提供活性位点，同时提高镀层与基体的结合强度。预镀碱溶液配方为：硫酸镍30g/L～50g/L；次亚磷酸钠20g/L～30g/L；焦磷酸钠30g/L～50g/L；柠檬酸钠15g/L～25g/L；十二烷基磺酸钠0.2g/L～0.5g/L。
e.酸性镀镍：在预镀碱镍层上制备一层含磷量较高的镍镀层，提高镀层的耐蚀性。酸性镀镍溶液配方为：硫酸镍30g/L～50g/L；次亚磷酸钠20g/L～30g/L；柠檬酸15g/L～20g/L；氟化氢铵5g/L～10g/L；糖精钠1g/L～2g/L；十二烷基磺酸钠0.2g/L～0.5g/L。
f.热处理：镁锂合金化学镀镍完成后，在220℃烘箱内保温1h，进一步提高镀层与基体的结合强度，同时细化晶粒提高耐蚀性能。
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，镁锂合金材料高耐蚀化学镀镍层的制备方法，具体步骤如下：
(1)采用无水乙醇擦拭镁锂合金材料表面，去除零件表面的部分油渍；
(2)将步骤(1)得到的镁锂合金材料表面进行碱蚀，碱蚀溶液配方及操作条件如下：
(3)将步骤(2)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(4)将步骤(3)得到的镁锂合金材料表面进行活化处理，活化溶液配方及操作条件如下：
氢氟酸(40％)150mL/L
温度25℃
时间3min
(5)将步骤(4)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(6)将步骤(5)得到的镁锂合金材料进行表面预镀碱镍处理，预镀碱镍溶液配方及操作条件如下：
(7)将步骤(6)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(8)将步骤(7)得到的镁锂合金材料进行酸性镀镍处理，酸性镀镍溶液配方及操作条件如下：
(9)将步骤(8)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(10)将步骤(9)得到的镁锂合金材料表面吹干后，进行热处理，热处理在烘箱中进行，热处理条件如下：
温度180℃
时间60min
(11)热处理后从烘箱内取出，最终实现镁锂合金材料化学镀镍。
采用扫描电镜观察碱蚀、预镀碱镍和酸性镀镍后镀层的微观形貌图，如图2、图3和图4所示。碱蚀后表面均匀粗化；预镀碱镍镀层均匀、结晶细致；酸性镀镍最终镀层致密性好，表面镀层无明显孔隙。根据QJ479《金属镀覆层结合强度试验方法》中热震法规定，在220℃保温1h后投入冷水的条件下进行热震测试，测试后银镀层无起皮、起泡、裂纹以及脱落等现象。根据QJ2027《金属镀覆层耐盐雾试验方法》的中性盐雾试验规定，经48h后镀层表面无明显腐蚀，镀层保护评级在9级或以上。
实施例2
镁锂合金材料高耐蚀化学镀镍层的制备方法，具体步骤如下：
(1)采用无水乙醇擦拭镁锂合金材料表面，去除零件表面的部分油渍；
(2)将步骤(1)得到的镁锂合金材料表面进行碱蚀，碱蚀溶液配方及操作条件如下：
(3)将步骤(2)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(4)将步骤(3)得到的镁锂合金材料表面进行活化处理，活化溶液配方及操作条件如下：
氢氟酸(40％)170mL/L
温度30℃
时间6min
(5)将步骤(4)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(6)将步骤(5)得到的镁锂合金材料进行表面预镀碱镍处理，预镀碱镍溶液配方及操作条件如下：
(7)将步骤(6)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(8)将步骤(7)得到的镁锂合金材料进行酸性镀镍处理，酸性镀镍溶液配方及操作条件如下：
(9)将步骤(8)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(10)将步骤(9)得到的镁锂合金材料表面吹干后，进行热处理，热处理条件如下：
温度220℃
时间90min
(11)热处理后从烘箱内取出，最终实现镁锂合金材料化学镀镍。
采用扫描电镜观察碱蚀、预镀碱镍和酸性镀镍后镀层的微观形貌图，镁锂合金碱蚀后表面均匀粗化；预镀碱镍镀层均匀、结晶细致；酸性镀镍最终镀层致密性好，表面镀层无明显孔隙。根据QJ479《金属镀覆层结合强度试验方法》中热震法规定，在220℃保温1h后投入冷水的条件下进行热震测试，测试后银镀层无起皮、起泡、裂纹以及脱落等现象。根据QJ2027《金属镀覆层耐盐雾试验方法》的中性盐雾试验规定，经48h后镀层表面无明显腐蚀，镀层保护评级在9级或以上。
实施例3
镁锂合金材料高耐蚀化学镀镍层的制备方法，具体步骤如下：
(1)采用无水乙醇擦拭镁锂合金材料表面，去除零件表面的部分油渍；
(2)将步骤(1)得到的镁锂合金材料表面进行碱蚀，碱蚀溶液配方及操作条件如下：
(3)将步骤(2)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(4)将步骤(3)得到的镁锂合金材料表面进行活化处理，活化溶液配方及操作条件如下：
氢氟酸(40％)160mL/L
温度25℃
时间5min
(5)将步骤(4)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(6)将步骤(5)得到的镁锂合金材料进行表面预镀碱镍处理，预镀碱镍溶液配方及操作条件如下：
(7)将步骤(6)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(8)将步骤(7)得到的镁锂合金材料进行酸性镀镍处理，酸性镀镍溶液配方及操作条件如下：
(9)将步骤(8)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用水清洗；
(10)将步骤(9)得到的镁锂合金材料表面吹干后，进行热处理，热处理在烘箱中进行，热处理条件如下：
温度200℃
时间70min
(11)热处理后从烘箱内取出，最终实现镁锂合金材料化学镀镍。
采用扫描电镜观察碱蚀、预镀碱镍和酸性镀镍后镀层的微观形貌图，镁锂合金碱蚀后表面均匀粗化；预镀碱镍镀层均匀、结晶细致；酸性镀镍最终镀层致密性好，表面镀层无明显孔隙。根据QJ479《金属镀覆层结合强度试验方法》中热震法规定，在220℃保温1h后投入冷水的条件下进行热震测试，测试后银镀层无起皮、起泡、裂纹以及脱落等现象。根据QJ2027《金属镀覆层耐盐雾试验方法》的中性盐雾试验规定，经48h后镀层表面无明显腐蚀，镀层保护评级在9级或以上。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种镁锂合金高耐蚀化学镀镍层的制备方法，其特征在于步骤为：
(1)采用无水乙醇擦拭镁锂合金材料表面，去除镁锂合金材料表面的油渍；
(2)将步骤(1)得到的镁锂合金材料表面进行碱蚀，碱蚀溶液配方及操作条件如下：
碱蚀完成后将镁锂合金从溶液中取出；
(3)将步骤(2)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用去离子水清洗；
(4)将步骤(3)得到的镁锂合金材料表面进行活化处理，活化溶液配方及操作条件如下：
氢氟酸(40％)150mL/L～170mL/L
温度20℃～30℃
时间3min～6min
活化完成后将镁锂合金从溶液中取出；
(5)将步骤(4)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用去离子水清洗；
(6)将步骤(5)得到的镁锂合金材料进行表面预镀碱镍处理，预镀碱镍溶液配方及操作条件如下：
预镀碱镍处理完成后将镁锂合金从溶液中取出；
(7)将步骤(6)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液用去离子水清洗；
(8)将步骤7)得到的镁锂合金材料进行酸性镀镍处理，酸性镀镍溶液配方及操作条件如下：
酸性镀镍处理完成后将镁锂合金从溶液中取出；
(9)将步骤(8)得到的镁锂合金材料表面上残留的溶液去离子水清洗；
(10)将步骤9)得到的镁锂合金材料表面吹干后，进行热处理，热处理在烘箱内进行，热处理条件如下：
温度180℃～220℃
时间60min～90min
(11)热处理后从将镁锂合金从烘箱内取出，最终实现镁锂合金材料化学镀镍。
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