CN105349971A

CN105349971A - 一种铝合金表面改性工艺

Info

Publication number: CN105349971A
Application number: CN201510717948.3A
Authority: CN
Inventors: 沈秋
Original assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-02-24

Abstract

本发明公开了一种铝合金表面改性工艺，在对铝合金进行前期表面处理、去除表面氧化膜后，采用交流电解液预处理和表面镀镍的方法改善铝合金的表面力学性能，包括：开卷——冲压成型——化学除油——温水漂洗——机械清理去除表面氧化膜——碱洗——超声波水洗——酸洗中和——蒸馏水水洗——热处理——交流电解液处理——超声波水洗——化学镀镍——保温——加热炉烘干。交流电解液为硫酸溶液和硼酸溶液，溶液的PH为2-4，电流密度为2-3A/dm²。化学镀镍溶液为15-20g/L硫酸镍，20-25ml/L氢氟酸，19-25ml/L碳酸钠，5-6ml/L复合剂，复合剂为柠檬酸和乳酸混合溶液，温度为70-80度，时间60-90min。该发明简化了铝合金的表面改性工艺，提高镀层的耐蚀性，增强镀层和铝合金基体的结合力，是镀层稳定、致密。

Description

一种铝合金表面改性工艺

技术领域

本发明涉及一种铝合金表面改性工艺。

背景技术

铝及其合金材料由于具有比重小、延展性高、导电导热性能优良，易成型加工以及优异的物理、化学性能，己广泛应用于航空航天、电子、建筑装饰等领域，成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。铝合金在大气条件下，表面有一层致密的自然氧化膜使其免遭环境的侵蚀，但这种自然氧化膜非常薄易破损，在酸性或碱性条件下迅速溶解。同时，铝合金材料硬度低，耐磨性差也使其常发生磨蚀破损。因此铝合金在使用前往往须经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性。经过电镀之后可扬长避短，赋予防护一装饰和功能用途，可延长使用寿命和扩大应用范围。根据不同的目的，可以镀上不同的金属层：如为了防止铝制紧固件腐蚀，要镀以锌或镉；为了改善防护一装饰制品的外观，则要进行多层镀覆，最外层要套铬；为了防止铝制品表面的机械磨损，需镀上硬铬层；为了加强铝制品的焊接性能，要镀以锡或铜；为了增加铝制品的导电性能，则要镀铜或银；为了改善铝制件的装饰性，要镀上金或仿金合金镀层。

为了提高铝制品与橡胶热压结合时的结合力，则要镀黄铜：为了增加铝制品的微波传导性能，则要镀光亮镍或银。但是由于铝合金非常活泼，电极电位很负，因此铝上电镀比其他金属上要困难得多，主要是起泡和脱皮、结合力不良。究其原因是：①铝和氧有很强的亲和力，表面总有一层氧化膜存在；②铝是两性金属，没有适合直接电镀的电解液；③铝很活泼，与大多数金属易发生置换；④铝与镀层之间的膨胀系数相差较大；⑤铝基与镀层之间常有氢气吸附，容易鼓泡。因此，研究合理的铝合金电镀工艺，使镀层与基底具有良好的结合力，有着巨大的经济效益和现实应用前景。

针对当前铝合金电镀在实际生产中，电镀工艺过程繁琐，质量不易控制，废品率高等问题开展的。试图通过研究，找到一种工艺流程简单，又能使镀层金属或合金与基底结合力良好，从而使铝合金电镀工艺得到发展，使铝合金在更广泛的领域得到应用。

铝合金型材具有质量轻、强度高的优点，因而广泛应用于生产生活中。但由于铝的性质特别活泼，在空气中很容易被氧化；在恶劣的环境中极易受到腐蚀，从而严重的影响了铝合金的性能。对铝合金进行电镀是一种有效的防护与装饰方法。铝合金由于其本身的化学物理特性，因此在其表面电镀的工艺比一般金属镀件电镀复杂的多。

表面清理包括：铝合金的机械抛光、电化学抛光；有机溶剂除油，化学除油；碱浸蚀，酸浸蚀等。

根据铝合金镀件性能的要求，抛光可采用机械抛光、电化学抛光等，对于精密零件抛光要求更高一些。对于表面具有明显油渍的零件和采用机械抛光的零件，首先要采用汽油或其他表面活性洗涤剂清洗干净，然后采用化学除油，一般不加氢氧化钠的碱型除油液对基底没有浸蚀作用，适合于表面粗糙度低、精密的零件。当前铝合金电镀的表面清理的研究主要集中在碱浸蚀领域，有两种研究思路：其一是将化学除油和碱浸蚀结合起来，形成一步除油浸蚀配方。武汉材保所在此方面已经有成熟的配方和较广泛的应用。其二是研究碱浸蚀对铝合金基底的腐蚀作用，主要研究如何有效地去除氧化皮的同时又尽量降低对基底的腐蚀。有研究表明：在碱蚀液中加入用葡萄糖酸钠、山梨醇等配制的添加剂后，能有效地控制过腐蚀，提高碱液稳定性，并使工艺过程更易操作。由于碱浸蚀对于氧化皮的去除至关重要，而如果对基底过腐蚀，则会使镀层结合力下降。因此碱浸蚀的研究也较为重要。

酸浸蚀的作用是去除除油和碱蚀后残留在铝表面的挂灰，保持零件的清洁，同时活化基体，使表面光滑，达到提到结合力的作用。根据铝合金成分的不同，常用的是硝酸、硫酸、氢氟酸及其混合液。

表面处理干净后，为了提高铝合金上电镀层的结合力，要进行中间处理。针对铝合金本身的特点，开发了许多种处理方法，可以说表面准备的关键步骤是中间处理过程。中间处理是当前铝合金电镀的主要研究热点。

铸铝件浸入强碱性的锌镍合金溶液，表面迅速发生着复杂的反应：首先是铸铝件表面的极薄氧化膜从基体上溶解下来，接着无氧化膜的铸铝基体表面进行着锌、铁、镍的化学沉积。反应进行较慢，使沉积层均匀致密。同时，铝基体同强碱也发生反应，亚硝酸钠的加入可以促进基体的溶解，酒石酸钾钠或酒石酸氨钾能与其它物质形成稳定的络阴离子，防止氢氧化物生成。氯化镍和三氯化铁等能与铝发生微量的置换反应，加强了锌层与铝基体的结合力，并提高了抗腐蚀性能。

盐酸浸蚀是用300mL/L的盐酸溶液在室温下对铝合金材进行腐蚀。由于这种工业的环境污染较大，工业实用性差，已经很少应用。

阳极氧化是以铝合金制件作阳极，在电解液中发生氧化反应，在铝合金表面上生成具有～定厚度和多孔性氧化薄膜。电镀时，金属粒子沉积在这些孔隙中，以提高镀层的结合力。一般用磷酸阳极氧化法。同其它阳极氧化工艺相比，磷酸阳极氧化法得到的氧化膜具有超微观均匀的凹凸结构、最大的孔体积和最小的电阻，若在此表面上电沉积金属，则晶核形成多，沉积层可以很快覆盖表面，镀层平滑均匀、结晶细致、附着良好，从而可以获得合格的镀层。有文献报导，用硫酸一磷酸一醋酸混合酸进行多孔阳极氧化，可提高镀层结合强度。

文献中介绍，电镀前对新浸的钛材用含有络合剂的溶液进行冲洗，可防止在钛材表面重新形成钝态膜。而钛与铝在化学性质上十分相似，故而可以采用类似的方法。又据文献介绍，铝合金经腐蚀后，镀前用含氨基羧酸类络合剂的氨性溶液进行水洗，可获得良好的活化效果。表面条件化处理的原理是将铝合金浸在含有络合剂的腐蚀性溶液中进行微腐蚀，同时在表面生成络合物，防止了氧化膜的再形成，并且使铝合金表面保持了良好的活化状态。

在经过上述各种中间处理后，常常需要进行预镀。常用预镀层是铜、镍等。前面已经分析了二次浸锌的缺点，实际上预镀就是为了防止中间处理过程中得到的中间层被酸碱度较大的最终目的金属镀液溶解而采取的方法。因此预镀液一般采用较低浓度和接近于中性的镀液，一般时间较短，是中间层上镀上一薄层铜或镍层，然后再进入最终所需要的金属镀层的镀液中电镀。

前处理步骤过于繁琐，质量不易控制，是当前铝及合金上电镀的主要问题，大大限制了铝合金的用途。因此如何简化前处理工艺是研究的重点所在。下面是几种当前研究的前处理方法，都起到了简化工艺的效果：

1、交流电处理

这是一种新工艺，国外以前有一些报导，国内目前还处于研究阶段，哈尔滨工业大学在这方面有较大的发展。交流电处理的原理可分为两个过程：阳极过程和阴极过程。在阳极过程中，铝合金制件作为阳极发生氧化作用，形成多孔型表面；在阴极过程中，铝合金制件作为阴极，发生金属粒子的沉积，溶液中主要金属粒子在铝合金表面的氧化膜中沉积。这种工艺使铝合金的镀前准备工作大为简化，不需要经过预镀就可以直接进行电镀或化学镀。

2、酸电解法

这是最近日本丰田电研工业所开发成功的铝合金镀前处理新技术，据称，该酸电解法是在以硫酸为主体的酸溶液中通以特殊的电流波形，这种特殊的电流波形能够使正负电流在1s的时间内变换数十次。从而，由铝合金产生氢，除去表面的氧化膜，起到活化作用。然后再去除原材料中的杂质等，进行化学镀镍，及～般的金属电镀。以往的锌置换法是使原材料形成锌膜，再进行电镀的，它存在结合力不佳的问题，从而影响了其耐腐蚀性能。而采用酸电解法，可对原材料进行结合力优异的化学镀镍，因此耐腐蚀性提高到2倍，而工序则缩短到锌置换法的2/3，表面处理的材料成本也减少6％。即使是形状复杂的零件，也能对其细小部位进行完全的处理，不会产生次品。

发明内容

本发明的目的在于提出一种铝合金表面改性工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝合金表面改性工艺，在对铝合金进行前期表面处理、去除表面氧化膜后，采用交流电解液预处理和表面镀镍的方法改善铝合金的表面力学性能，包括：开卷——冲压成型——化学除油——温水漂洗——机械清理去除表面氧化膜——碱洗——超声波水洗——酸洗中和——蒸馏水水洗——热处理——交流电解液处理——超声波水洗——化学镀镍——保温——加热炉烘干。交流电解液为硫酸溶液和硼酸溶液，溶液的PH为2——4，电流密度为2——3A/dm²。化学镀镍溶液为15——20g/L硫酸镍，20——25ml/L氢氟酸，19——25ml/L碳酸钠，5——6ml/L复合剂，复合剂为柠檬酸和乳酸混合溶液，温度为70——80度，时间60——90min。

具体实施方式

实施例1

一种铝合金表面改性工艺，在对铝合金进行前期表面处理、去除表面氧化膜后，采用交流电解液预处理和表面镀镍的方法改善铝合金的表面力学性能，包括：开卷——冲压成型——化学除油——温水漂洗——机械清理去除表面氧化膜——碱洗——超声波水洗——酸洗中和——蒸馏水水洗——热处理——交流电解液处理——超声波水洗——化学镀镍——保温——加热炉烘干。铝合金型号为2A12，尺寸为100mm×200mm×10mm，交流电解液为硫酸溶液和硼酸溶液，溶液的PH为2，电流密度为2A/dm²。化学镀镍溶液为15g/L硫酸镍，20ml/L氢氟酸，19ml/L碳酸钠，5ml/L复合剂，复合剂为柠檬酸和乳酸混合溶液，温度为70度，时间60min。

实施例2

一种铝合金表面改性工艺，在对铝合金进行前期表面处理、去除表面氧化膜后，采用交流电解液预处理和表面镀镍的方法改善铝合金的表面力学性能，包括：开卷——冲压成型——化学除油——温水漂洗——机械清理去除表面氧化膜——碱洗——超声波水洗——酸洗中和——蒸馏水水洗——热处理——交流电解液处理——超声波水洗——化学镀镍——保温——加热炉烘干。铝合金型号为LY60，尺寸为铝合金管材，直径为40mm，壁厚5mm，交流电解液为硫酸溶液和硼酸溶液，溶液的PH为3，电流密度为3A/dm²。化学镀镍溶液为15g/L硫酸镍，30ml/L氢氟酸，25ml/L磷酸钠，6ml/L复合剂，复合剂为琥珀酸和乳酸混合溶液，采用机械搅拌，温度为80度，时间70min。

Claims

1.一种铝合金表面改性工艺，其特征在于在对铝合金进行前期表面处理、去除表面氧化膜后，采用交流电解液预处理和表面镀镍的方法改善铝合金的表面力学性能，包括：开卷——冲压成型——化学除油——温水漂洗——机械清理去除表面氧化膜——碱洗——超声波水洗——酸洗中和——蒸馏水水洗——热处理——交流电解液处理——超声波水洗——化学镀镍——保温——加热炉烘干。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的交流电解液为硫酸溶液和硼酸溶液，溶液的PH为2——4，电流密度为2——3A/dm²。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的化学镀镍溶液为15——20g/L硫酸镍，20——25ml/L氢氟酸，19——25ml/L碳酸钠，5——6ml/L复合剂，复合剂为柠檬酸和乳酸混合溶液，温度为70——80度，时间60——90min。