CN107699873B - 一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法 - Google Patents

一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在增材制造铝合金表面镀Ni‑P合金的方法，属于表面改性技术领域。本发明所述方法首先对镀件进行喷砂、碱除油和酸蚀去膜预处理过程，再在镀件表面镀锌，最后在镀件上镀镍合金；与针对铸造工件的表面处理工艺相比，本发明所述方法主要是通过改善镀件预处理工艺、改变碱液的组成成分以及含量、调控镍镀液中的组成成分及其含量，实现对3D打印成型件的稳定、均匀施镀，大幅度降低3D打印成型件表面粗糙度，提高3D打印成型件的抗腐蚀、耐磨性、可焊性和电接触性能。

Description

一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法
技术领域
本发明涉及一种在金属表面镀Ni-P合金的方法，具体涉及一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法，属于表面改性技术领域。
背景技术
3D打印技术，又称增材制造技术或3D快速成型技术，起源于20世纪80年代，是一种以数字模型文件为基础，采用离散材料(液体、粉末、丝、片、板等)，通过逐层累加的方式来制造任意复杂形状物体的技术。近年来，3D打印技术作为一项前沿性的先进制造技术迅猛发展，并且正迅速改变着人们的生产生活方式，在航空航天、生物医学、工业制造、建筑制造、文化艺术等领域逐步发挥了重要的作用。
3D打印技术虽然在复杂结构的成型方面具备独特优势，但也存在不可忽略的缺点：结构件的最大尺寸受限，成型精度较差，表面粗糙度较大，需要后处理工艺才能够达到更高的精度。目前已形成多种对基于熔融沉积成型等技术3D打印零部件的后处理技术，例如：RedEye公司(3D打印最大公司之一)通常使用砂纸打磨、珠光处理以及蒸汽平滑这三种技术。砂纸打磨是一种廉价且行之有效的方法，一直是3D打印零部件后期抛光最常用、使用范围最广的技术，但该方法无法处理微小的零部件。珠光处理一般是在一个密闭的腔室里进行的，能处理的对象是有尺寸限制的。蒸汽平滑所处理的零件尺寸也有限制，最大处理零件尺寸一般为3×2×3英尺。
除上述表面处理方法外，化学镀膜是一种有效的表面处理方法。化学镀镍操作非常简便，无孔不入的特点使得结构再复杂的零件只要能够接触到镀液就有镀层覆盖，均镀能力强。化学镀镍也是铝及铝合金理想的表面改性技术之一，经化学镀镍所得镍磷镀层厚度均匀，使其抗蚀性、耐磨性、可焊性和电接触性能提高。由于3D打印件的成型工艺与铸造成型工艺有较大差异，和铸造件相比，其层层叠加的成型过程直接导致了3D打印工件精度和表面粗糙度较大，且工件表面存在严重的粘粉等问题。因此，用于现有的针对铸造铝合金工件的表面处理工艺不适用于3D打印成型铝合金工件的表面的处理。
发明内容
针对基于增材制造技术的铝合金表面处理工艺存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法，该方法主要是通过对镀件的表面预处理、调控镀液中的组成成分及其含量，实现对3D打印成型件的稳定、均匀施镀，大幅度降低3D打印成型件表面粗糙度，提高3D打印成型件的抗腐蚀、耐磨性、可焊性和电接触性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法，所述方法步骤如下：
(1)镀件预处理
(1.1)喷砂处理：对镀件进行喷砂预处理，除去表面缺陷；再分别用水清洗、超声清洗，除去镀件表面粘结的粉尘；
(1.2)碱除油处理：将喷砂处理后的镀件放入50℃～55℃的碱液中，25min～30min后取出，再分别用水清洗、超声清洗；
所述碱液的溶剂为水，其组成成分及各成分的浓度：碳酸钠30g/L～50g/L，磷酸钠30g/L～40g/L，硅酸钠20g/L～30g/L；
(1.3)酸蚀去膜处理：将碱处理后的镀件放入酸液中1s～3s，取出后分别用水清洗、超声清洗；
所述酸液是硝酸与氢氟酸的混合溶液；硝酸的体积分数为75％～80％，氢氟酸的体积分数为20％～25％；
(2)镀件表面镀锌
(2.1)一次浸锌：将酸处理后的镀件放入浸锌溶液中，浸泡1min～1.5min后取出，并用水清洗；
(2.2)退锌：将一次浸锌后的镀件放入退锌溶液中10s～15s，取出后用水清洗；
(2.3)二次浸锌：再将退锌处理后的镀件放入浸锌溶液中浸泡1min～1.5min，取出后用水清洗；
所述浸锌溶液的溶剂为水，其组成成分及各成分的浓度：硫酸锌35g/L～40g/L，氢氧化钠85g/L～90g/L，氯化铁0.8g/L～1.0g/L，酒石酸钾钠8g/L～10g/L；
所述退锌溶液是由硝酸与水按照1:1的体积比混合得到的；
(3)镀件表面镀镍合金
用氨水将镍液的pH值调至4.6～5.0并加热至82℃～90℃，再将二次浸锌后的镀件放入镍液中浸泡1h～3h，并且镍液的pH值一直控制为4.6～5.0，取出后再浸入80℃～85℃热水中5min～7min，最后用水清洗，干燥，在镀件表面形成Ni-P合金镀层；
所述镍液的溶剂为水，其组成成分及各成分的浓度：六水合硫酸镍25g/L～30g/L，次亚磷酸钠25g/L～30g/L，乳酸20mL/L～25mL/L，柠檬酸钠15g/L～20g/L，醋酸钠8g/L～10g/L。
所述硝酸的质量分数为65％～68％，乳酸的质量分数为75％～80％。
进一步的，镀件的预处理过程中，所述水清洗、超声清洗的具体操作如下：先用自来水清洗3～5遍，再超声清洗10min～30min，最后用去离子水清洗3～5遍。
有益效果：
(1)与铸造工艺制备的铝合金工件相比，针对3D打印成型件，本发明在镀件的喷砂、碱除油以及酸蚀去膜过程中分别增加了超声清洗过程，这是因为3D打印成型件的表面存在严重的粘粉现象，超声清洗可以彻底清除工件表面粘结的粉尘，避免施镀过程中粉尘进入镀液造成污染；
(2)与常规采用主要成分为高浓度的NaOH(60g/L～80g/L)溶液相比，本发明减小了碱液的浓度，而且没有使用强碱NaOH，既能达到清洗镀件表面的目的又避免对镀件表面产生过度腐蚀；
(3)针对增材制造成型工艺的特点，本发明采用柠檬酸钠和乳酸两种络合剂，采用醋酸钠作为缓蚀剂和络合剂，保证了镍镀液的稳定，使镀件能够在平稳的状态下进行施镀，减少施镀过程中微粒的生成；
结合本发明对3D打印成型件的预处理工艺、以及镍镀液的成分及其含量的调控，实现对3D打印成型件均匀的施镀，大大降低3D打印成型件表面粗糙度，提高3D打印成型件的抗腐蚀、耐磨性、可焊性和电接触性能。
附图说明
图1为实施例1中镀件镀膜前的表面形貌测试曲线图。
图2为实施例1中镀件镀膜后的表面形貌测试曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
对于采用增材制造工艺制备的铝合金工件进行表面镀Ni-P合金的步骤如下：
(1)镀件预处理
(1.1)喷砂处理：在喷砂机中对镀件进行喷砂预处理，除去表面缺陷；然后，先用自来水冲洗3遍，再超声清洗30min，最后用去离子水冲洗5遍；
(1.2)碱除油处理：将喷砂处理后的镀件放入55℃的碱液中，30min后取出，先用自来水冲洗5遍，再超声清洗30min，最后用去离子水冲洗3遍；
所述碱液的溶剂为水，其组成成分及各成分的浓度：碳酸钠40g/L，磷酸钠40g/L，硅酸钠30g/L；
(1.3)酸蚀去膜处理：将碱处理后的镀件放入酸液中3s，取出后先用自来水冲洗5遍，再超声清洗20min，最后用去离子水冲洗5遍；
所述酸液是由氢氟酸与质量分数为65％的硝酸按照1:3的体积比混合而成的；
(2)镀件表面镀锌
(2.1)一次浸锌：将酸处理后的镀件放入浸锌溶液中，浸泡1min后取出，并用去离子水冲洗干净；
(2.2)退锌：将一次浸锌后的镀件放入退锌溶液中10s，取出后用去离子水冲洗干净；
(2.3)二次浸锌：再将退锌处理后的镀件放入浸锌溶液中浸泡1min，取出后用去离子水冲洗干净；
所述浸锌溶液的溶剂为水，其组成成分及各成分的浓度：硫酸锌40g/L，氢氧化钠90g/L，氯化铁1.0g/L，酒石酸钾钠10g/L；
所述退锌溶液是水与质量分数为65％的硝酸按照1:1的体积比混合而成的；
(3)镀件表面镀合金
用氨水将镍液的pH值调至5.0并加热至89℃，再将二次浸锌后的镀件放入镍液中浸泡3h，其中，每10min测一次镍液的pH值并将pH控制在4.6～5.0；从镍液中取出后再浸入85℃热水中5min，取出后再用去离子水冲洗干净，吹干，在镀件表面形成Ni-P合金镀层；
所述镍液的溶剂为水，其组成成分及各成分的浓度：六水合硫酸镍30g/L，次亚磷酸钠30g/L，质量分数80％的乳酸20mL/L，柠檬酸钠15g/L，醋酸钠8g/L。
分别测量镀件镀膜前、镀膜后的表面粗糙度，测量结果如图1和图2所示；其中，采用Ra(轮廓算术平均偏差)和Rz(微观不平度十点高度)评定镀件的表面粗糙度。由图1中的表面形貌测试曲线可知，镀件未镀膜前的表面粗糙度Ra为23.856μm，Rz为122.83μm；由图2中的表面形貌测试曲线可知，镀件镀膜后的表面粗糙度Ra降为18.052μm，Rz降为103.29μm，即经过本实施例镀膜处理后，镀件的表面粗糙度Ra降低了24.3％，Rz降低了15.9％，达到预期处理要求。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法，其特征在于：所述方法步骤如下，
(1)镀件预处理
对镀件进行喷砂预处理，并分别用水清洗、超声清洗；将喷砂处理后的镀件放入50℃～55℃的碱液中，25min～30min后取出，再分别用水清洗、超声清洗；将碱处理后的镀件放入酸液中1s～3s，取出后分别用水清洗、超声清洗；
(2)镀件表面镀锌
将酸处理后的镀件放入浸锌溶液中，浸泡1min～1.5min后取出，并用水清洗；然后，将浸锌处理后的镀件放入退锌溶液中10s～15s，取出后用水清洗；再将退锌处理后的镀件放入浸锌溶液中浸泡1min～1.5min，取出后用水清洗；
(3)镀件表面镀镍合金
先用氨水将镍液的pH值调至4.6～5.0并加热至82℃～90℃，再将第二次浸锌处理后的镀件放入镍液中浸泡1h～3h，并且镍液的pH值一直控制为4.6～5.0；从镍液中取出后再浸入80℃～85℃热水中5min～7min，最后用水清洗，干燥，在镀件表面形成Ni-P合金镀层；
所述镍液的溶剂为水，其组成成分及各成分的浓度：六水合硫酸镍25g/L～30g/L，次亚磷酸钠25g/L～30g/L，乳酸20mL/L～25mL/L，柠檬酸钠15g/L～20g/L，醋酸钠8g/L～10g/L；其中，乳酸的质量分数为75％～80％。
2.根据权利要求1所述的一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述碱液的溶剂为水，其组成成分及各成分的浓度：碳酸钠30g/L～50g/L，磷酸钠30g/L～40g/L，硅酸钠20g/L～30g/L。
3.根据权利要求1所述的一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述酸液是硝酸与氢氟酸的混合溶液；其中，硝酸的体积分数为75％～80％，氢氟酸的体积分数为20％～25％，硝酸的质量分数为65％～68％。
4.根据权利要求1所述的一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述浸锌溶液的溶剂为水，其组成成分及各成分的浓度：硫酸锌35g/L～40g/L，氢氧化钠85g/L～90g/L，氯化铁0.8g/L～1.0g/L，酒石酸钾钠8g/L～10g/L。
5.根据权利要求1所述的一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述退锌溶液是由硝酸与水按照1:1的体积比混合得到的；其中，所述硝酸的质量分数为65％～68％。
6.根据权利要求1所述的一种在增材制造铝合金表面镀Ni-P合金的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述水清洗、超声清洗的具体操作如下：先用自来水清洗3～5遍，再超声清洗10min～30min，最后用去离子水清洗3～5遍。
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