CN108265281A - 一种铝合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝合金复合材料的制备方法，包括：将铝合金依次进行碱洗、酸洗、酸浸蚀、第一次浸锌、退锌，第二次浸锌、化学镀铜和化学镀镍磷合金，得到铝合金复合材料。本发明提供的铝合金复合材料的制备方法能够较好的在铝合金表面镀镍磷合金，得到的铝合金镀层表面光亮、均匀连续、无起皮、脱落、局部粗糙现象。另外，本发明提供的铝合金复合材料中含有铜层，使这种铝合金复合材料具有良好的耐腐蚀性。

Description

一种铝合金复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料领域，尤其涉及一种铝合金复合材料及其制备方法。
背景技术
铝合金具有质量轻、热稳定好、高韧性、抗腐蚀等特点，铝合金的易加工性、材料成本低等许多优良特性，在航天、航空、计算机制造、汽车领域及高精、高速度传导轨道等制造工业中有广阔的应用前景，已成为一种越来越重要的新型材料。
进一步提高铝合金的性能成为本领域技术人员研究的重点，在合金表面进行化学镀层能够使合金获得所需的性能。但是，现有技术无法在铝合金表面实现良好的化学镀镍磷合金，限制了铝合金的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝合金复合材料及其制备方法，本发明提供的方法能够在铝合金表面获得质量良好的镍磷合金镀层。
本发明提供了一种铝合金复合材料，包括：
铝合金基体；
附着在所述铝合金基体表面的镍磷合金层。
本发明提供了一种上述技术方案所述的铝合金复合材料的制备方法，包括：
将铝合金依次进行碱洗、酸洗、酸浸蚀、第一次浸锌、退锌、第二次浸锌、化学镀铜、化学镀镍磷合金，得到铝合金复合材料。
在本发明中，将所述铝合金进行碱洗之前优选将所述铝合金采用有机溶剂进行脱脂处理；所述有机溶剂优选为丙酮。在本发明中，所述有机溶剂脱脂的方法优选为：将机械加工好的铝合金用有机溶剂擦拭，特别注意整体擦拭，尤其注意盲孔、沟槽、螺纹部位，以实现脱脂的目的。
在本发明中，所述碱洗为将铝合金浸入碱中；所述碱洗的时间优选为10～20秒，更优选为12～18秒，最优选为14～16秒；所述碱洗的温度优选为60～70℃，更优选为62～66℃，最优选为64～66℃。在本发明中，所述碱洗的溶液优选包括碳酸钠、磷酸钠和氢氧化钠。在本发明中，所述碳酸钠、磷酸钠和氢氧化钠的质量比优选为(2～4)：(1～3)：1，更优选为(2.5～3.5)：(1.5～2.5)：1，最优选为3:2:1；所述碱性耐蚀剂的浓度优选为0.5～1.5mL/L，更优选为0.8～1.2mL/L，最优选为1mL/L。在本发明中，所述碳酸钠在碱洗的溶液中的质量含量优选为55～65g/L，更优选为58～62g/L，最优选为60g/L；磷酸钠在所述碱洗的溶液中的质量含量优选为35～45g/L，更优选为38～42g/L，最优选为40g/L；氢氧化钠在所述碱洗的溶液中的质量含量优选为15～25g/L，更优选为18～22g/L，最优选为20g/L。在本发明中，所述碱洗完成后优选用水进行清洗，所述水优选为去离子水，所述清洗的时间优选为1～5分钟，更优选为2～4分钟，最优选为3分钟。
在本发明中，所述酸洗为将碱洗后的铝合金浸入酸中进行清洗，所述清洗的时间优选为5～10秒，更优选为6～8秒。在本发明中，所述酸洗的溶液包括硫酸和铬酐。在本发明中，所述硫酸和铬酐的质量比优选为(5～15)：1，更优选为(8～12)：1，最优选为10:1。在本发明中，所述硫酸在酸洗的溶液的质量含量优选为80～120g/L，更优选为90～110g/L，最优选为100g/L；所述铬酐在所述酸洗的溶液中的质量含量优选为5～15g/L，更优选为8～12g/L，最优选为10g/L。在本发明中，所述酸洗完成后优选采用水清洗，所述水优选为去离子水，所述清洗的时间优选为5～100秒，更优选为10～80秒，更优选为20～60秒，最优选为30～40秒。
在本发明中，所述酸浸蚀的浸蚀液优选包括硝酸、氢氟酸和双氧水；所述硝酸在酸浸蚀液中的质量含量优选为35～40％，更优选为36～38％；所述氢氟酸在酸浸蚀液中的浓度优选为5～15mL/L，更优选为8～12mL/L，最优选为10mL/L；所述双氧水在酸浸蚀液中的浓度优选为1～3mL/L，更优选为1.5～2.5mL/L，最优选为2mL/L。在本发明中，所述酸浸蚀的时间优选为3～5秒，更优选为4秒；所述酸浸蚀的温度优选为22～27℃，更优选为24～26℃，最优选为25℃。在本发明中，所述酸浸蚀完成后优选用去离子水清洗20～30秒，更优选为22～28秒，最优选为24～26秒。
在本发明中，所述第一次浸锌的浸渍液优选包括氧化锌、氢氧化钠和酒石酸钾钠。在本发明中，所述第一次浸锌的时间优选为5～60秒，更优选为8～40秒，更优选为10～30秒，更优选为15～20秒，更优选为17～18秒；所述第一次浸锌的温度优选为10～40℃，更优选为20～30℃，更优选为22～27℃，更优选为24～26℃，最优选为25℃。在本发明中，所述氧化锌、氢氧化钠和酒石酸钾钠的质量比优选为(0.5～1.5)：(2～6)：(0.5～1.5)，更优选为(0.8～1.2)：(3～5)：(0.8～1.2)，最优选为1：4：1。在本发明中，所述氧化锌在第一次浸锌的浸渍液中的质量含量优选为10～30g/L，更优选为15～25g/L，最优选为20g/L；所述氢氧化钠在第一次浸锌的浸渍液中的质量含量优选为70～90g/L，更优选为75～85g/L，最优选为80g/L；所述酒石酸钾钠的质量含量优选为10～30g/L，更优选为15～25g/L，最优选为20g/L。在本发明中，所述第一次浸锌完成后优选采用去离子水清洗20～30秒，更优选为22～28秒，最优选为24～26秒。
在本发明中，所述退锌为将第一次浸锌后的产品浸入硝酸中；所述退锌的时间优选为2～20秒，更优选为5～15秒，最优选为8～12秒；所述退锌的温度优选为5～40℃，更优选为10～35℃，更优选为15～30℃，最优选为20～25℃。在本发明中，所述硝酸的体积浓度优选为20～40％，更优选为25～35％，最优选为30％。在本发明中，所述退锌完成后优选用去离子水清洗20～30秒，更优选为22～28秒，最优选为24～26秒。
在本发明中，所述第二次浸锌的浸渍液优选包括氧化锌、氢氧化钠、酒石酸钾钠、硝酸钠、三氯化铁、硫酸锌、硫酸镍和乳化剂。在本发明中，所述乳化剂优选为OP-10。在本发明中，所述氧化锌在第二次浸锌的浸渍液中的浓度优选为10～30g/L，更优选为15～25g/L，最优选为20g/L；所述氢氧化钠在第二次浸锌的浸渍液中年的浓度优选为110～130g/L，更优选为115～125g/L，最优选为120g/L；所述酒石酸钾钠在第二次浸锌的浸渍液中的质量含量优选为40～60g/L，更优选为45～55g/L，最优选为50g/L；所述硝酸钠在第二次浸锌的浸渍液中的质量含量优选为0.5～1.5g/L，更优选为0.8～1.2g/L，最优选为1g/L；所述三氯化铁在第二次浸锌的浸渍液中的质量含量优选为1～3g/L，更优选为1.5～2.5g/L，最优选为2g/L；所述硫酸锌在第二次浸锌的浸渍液中的质量含量优选为3～7g/L，更优选为4～6g/L，最优选为5g/L；所述硫酸镍在第二次浸锌的浸渍液中的质量含量优选为3～7g/L，更优选为4～6g/L，最优选为5g/L；所述乳化剂在第二次浸锌的浸渍液中的浓度优选为0.03～0.07mL/L，更优选为0.04～0.06mL/L，最优选为0.05ml/L。在本发明中，所述第二次镀锌的时间优选为2～10秒，更优选为3～8秒，最优选为4～6秒。在本发明中，所述第二次镀锌的温度优选为5～40℃，更优选为10～35℃，更优选为15～30℃，最优选为20～25℃。
在本发明中，所述化学镀铜的作用为预镀镍处理，所述碱性化学镀铜的镀液优选包括硫酸铜、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、甲醛、葡萄糖、氢氧化钠、亚铁氰化钾。在本发明中，所述硫酸铜在所述化学镀铜的镀液中的质量含量优选为6～10g/L，更优选为7～9g/L，最优选为8g/L；所述酒石酸钾钠在所述化学镀铜的镀液中的质量含量优选为35～45g/L，更优选为38～42g/L，最优选为40g/L；所述EDTA-2Na在所述化学镀镍的镀液中的质量含量优选为25～35g/L，更优选为28～32g/L，最优选为30g/L；所述甲醛在所述化学镀铜的镀液中的质量含量优选为5～15mL/L，更优选为8～12mL/L，最优选为10mL/L；所述葡萄糖在所述化学镀铜的镀液中的质量含量优选为15～25g/L，更优选为18～22g/L，最优选为20g/L；所述氢氧化钠在所述化学镀铜的镀液中的质量含量优选为5～10g/L，更优选为6～9g/L，最优选为7～8g/L；所述亚铁氰化钾在所述化学镀铜的镀液中的质量含量优选为40～60mg/L，更优选为45～55mg/L，最优选为50mg/L。在本发明中，所述化学镀铜的温度优选为10～60℃，更优选为20～50℃，最优选为30～40℃。在本发明中，所述化学镀铜的时间优选为2～20分钟，更优选为5～15分钟，最优选为8～12分钟。在本发明中，所述化学镀铜的pH值优选为10～13.5，更优选为11～13，最优选为12。在本发明中，所述化学镀铜完成后优选用去离子水清洗10～50秒，更优选为20～40秒，最优选为25～35秒。
在本发明中，所述化学镀镍磷合金优选为酸性化学镀镍磷合金。在本发明中，所述化学镀镍磷合金的温度优选为85～92℃，更优选为88～90℃。在本发明中，所述化学镀镍磷合金的pH值优选为4.65～4.75，更优选为4.7。在本发明中，所述化学镀镍磷合金的时间优选为0.5～1.5小时，更优选为1～1.5小时，最优选为1小时。
在本发明中，所述化学镀镍磷合金的镀液优选包括硫酸镍、次亚磷酸钠、有机酸和光亮剂；所述硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂。在本发明中，所述化学镀镍磷合金的镀液的pH值优选为4.5～4.8，更优选为4.6～4.7。在本发明中，所述化学镀镍磷合金的镀液中镍离子的浓度优选为5.4～6.0g/L，更优选为5.6～5.8g/L。本发明对所述化学镀镍磷合金的镀液的成分和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的化学镀镍磷合金的镀液即可，可由市场购买获得。在本发明中，所述化学镀镍磷合金完成后优选用40～65℃的去离子水清洗1～10分钟，更优选为2～8分钟，最优选为3～6分钟。
本发明通过碱洗、酸洗、酸浸蚀后二次浸锌然后镀铜，最后进行化学镀镍磷合金，能够很好的克服铝合金表面的氧化膜的存在导致的镍磷合金镀层与基体之间结合力不良，沉积镀层易发生起皮、脱落等不良现象；而且本发明在制备过程中形成了铜层，提高了铝合金复合材料的耐蚀性。
在本发明中，所述化学镀镍磷合金完成后优选将得到产物进行钝化，所述钝化的试剂优选为重铬酸钾溶液；所述重铬酸钾溶剂的质量含量优选为25～35g/L，更优选为28～32g/L，最优选为30g/L。在本发明中，所述钝化的时间优选为15～25分钟，更优选为20分钟。在本发明中，所述钝化完成后优选进行保温处理，所述保温处理的温度优选为180～240℃，更优选为200～220℃；所述保温处理的时间优选为1～3小时，更优选为2小时。
与现有技术相比，本发明提供的方法能够较好的在铝合金表面镀镍磷合金，本发明提供的方法制备得到的镍磷合金镀层表面光亮、均匀连续、无起皮、脱落、局部粗糙现象。按照OB-T 3821-1999《轻工产品金属镀层的结合强度测试方法》标准，将零件加热到210℃并保温1小时，然后取出立即放入20℃的清水中，镀层无鼓包和起皮的现象，使铝合金能够得到更为广泛的应用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。
本发明以下实施例所用原料均为市售商品，所用的化学镀镍磷合金溶液为安美特公司提供的镍磷合金镀液，以硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂，还包括有机酸和光亮剂，pH值为4.5～4.8，镍离子浓度为5.4～6.0g/L。
实施例1
用丙酮整体擦拭铝合金前体，然后将铝合金浸入碱液中碱洗，清洗温度为60℃，时间为10秒，碱液为60g/L的碳酸钠、40g/L的磷酸钠和20g/L的氢氧化钠，然后用去离子水清洗。
将清洗后的铝合金浸入硫酸和铬酐的混合酸溶液中酸洗，时间为5秒，混合酸为100g/L的硫酸和50g/L的铬酐，然后用去离子水清洗。
将清洗后的铝合金浸入酸侵蚀液中侵蚀3秒，酸侵蚀液为40wt％的硝酸、10mL/L的氢氟酸和2mL/L双氧水的混合酸，随后用常温去离子水清洗。
将清洗之后的铝合金浸入第一次浸锌的溶液中15秒，温度为15℃，第一次浸锌的溶液中含有20g/L的氧化锌、80g/L的氢氧化钠、20g/L的酒石酸钾钠，然后用去离子水清洗。
将清洗后的铝合金浸入体积浓度为30％的硝酸中退锌5秒，温度为15℃，然后用去离子水清洗。
将清洗之后的铝合金浸入第二次浸锌的溶液中10s，温度为15℃，第二次浸锌的溶液中含有氧化锌20g/L、氢氧化钠120g/L、酒石酸钾钠50g/L、硝酸钠1g/L、三氯化铁2g/L、硫酸锌5g/L、硫酸镍5g/L和乳化剂(OP-10)0.05ml/L，然后用去离子水清洗。
将清洗的后的铝合金浸入碱性化学镀铜溶液中预镀10分钟，温度55℃，pH值为12，碱性化学镀铜溶液含有硫酸铜8g/L、酒石酸钾钠40g/L、EDTA-2Na30g/L、甲醛10ml/L、葡萄糖20g/L、氢氧化钠7g/L、亚铁氰化钾50mg/L，然后用45～50℃去离子水清洗10秒。
将清洗后的铝合金直接浸入酸性化学镀镍磷合金溶液中处理，温度85℃，时间2小时，PH为4.65～4.72；
将化学镀镍磷合金后铝合金放在30g/L的重络酸钾溶液中钝化20分钟，钝化后在180℃恒温箱中保温处理2小时，获得表面具有镍磷合金层的铝合金复合材料。
本发明实施例1制备的铝合金复合材料的镍磷合金镀层表面光亮、均匀连续，无起皮、脱落、局部粗糙等现象。
参照标准OB-T 3821-1999《轻工产品金属镀层的结合强度测试方法》，将零件加热到210℃并保温一小时，然后取出立即放入20℃的清水中，镀层无鼓泡和起皮的现象。
采用盐雾试验箱腐蚀方法测试本发明实施例1制备得到的铝合金复合材料的耐蚀性，检测结果为，本发明实施例1制备得到的铝合金复合材料的耐蚀性为在中性盐雾试验中超过300小时。
实施例2
按照实施例1的方法制备得到铝合金复合材料，与实施例1不同的是碱洗的温度为70℃，时间为15秒。
本发明实施例2制备得到的铝合金复合材料的镍磷合金镀层表面光亮、均匀连续，无起皮、脱落、局部粗糙等现象。
参照标准OB-T 3821-1999《轻工产品金属镀层的结合强度测试方法》，将零件加热到210℃并保温一小时，然后取出立即放入20℃的清水中，镀层无鼓泡和起皮的现象。
按照实施例1的方法，测试本发明实施例2制备得到的铝合金复合材料的耐蚀性为在中性盐雾试验中超过300小时。
实施例3
按照实施例1的方法制备得到铝合金复合材料，与实施例1不同的是第一次浸锌的时间为20秒。
本发明实施例3制备得到的镍磷合金镀层表面光亮、均匀连续，无起皮、脱落、局部粗糙等现象。
参照标准OB-T 3821-1999《轻工产品金属镀层的结合强度测试方法》，将零件加热到210℃并保温一小时，然后取出立即放入20℃的清水中，镀层无鼓泡和起皮的现象。
按照实施例1的方法，测试本发明实施例3制备得到的铝合金复合材料的耐蚀性为在中性盐雾试验中超过300小时。
实施例4
按照实施例1的方法制备得到铝合金复合材料，与实施例1的不同的是酸洗的时间为10秒。
本发明实施例4制备的镍磷合金镀层表面光亮、均匀连续，无起皮、脱落、局部粗糙等现象。
参照标准OB-T 3821-1999《轻工产品金属镀层的结合强度测试方法》，将零件加热到210℃并保温一小时，然后取出立即放入20℃的清水中，镀层无鼓泡和起皮的现象。
按照实施例1的方法，测试本发明实施例4制备得到的铝合金复合材料的耐蚀性为在中性盐雾试验超过中300小时。
实施例5
按照实施例4的方法制备得到铝合金复合材料，与实施例4不同的是碱性化学镀铜的时间为8分钟。
本发明实施例5制备的镍磷合金镀层表面光亮、均匀连续，无起皮、脱落、局部粗糙等现象。
参照标准OB-T 3821-1999《轻工产品金属镀层的结合强度测试方法》，将零件加热到210℃并保温一小时，然后取出立即放入20℃的清水中，镀层无鼓泡和起皮的现象。
按照实施例1的方法，测试本发明实施例5制备得到的铝合金复合材料的耐蚀性为在中性盐雾试验中超过300小时。
由以上实施例可知，本发明提供了一种铝合金复合材料的制备方法，包括：将铝合金依次进行碱洗、酸洗、酸浸蚀、第一次浸锌、退锌，第二次浸锌、化学镀铜和化学镀镍磷合金，得到铝合金复合材料。本发明提供的铝合金复合材料的制备方法能够较好的在铝合金表面镀镍磷合金，得到的铝合金镀层表面光亮、均匀连续、无起皮、脱落、局部粗糙现象。另外，本发明提供的铝合金复合材料中含有铜层，使这种铝合金复合材料具有良好的耐腐蚀性。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝合金复合材料的制备方法，包括：
将铝合金依次进行碱洗、酸洗、酸浸蚀、第一次浸锌、退锌、第二次浸锌、化学镀铜和化学镀镍磷合金，得到铝合金复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸洗的酸包括硫酸和铬酐；
所述硫酸和铬酐的质量比为(5～15)：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸浸蚀的浸蚀液包括硝酸、氢氟酸和双氧水。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次浸锌的浸渍液包括氧化锌、氢氧化钠和酒石酸钾钠。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退锌的试剂为硝酸。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二次浸锌的浸渍液包括氧化锌、氢氧化钠、酒石酸钾钠、硝酸钠、三氯化铁、硫酸锌、硫酸镍和乳化剂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学镀铜的镀液包括硫酸铜、酒石酸钾纳、乙二胺四乙酸二钠、甲醛、葡萄糖、氢氧化钠和亚铁氰化钾。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镀镍磷合金的镀液包括：硫酸镍、次亚磷酸钠、有机酸和光亮剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镀镍磷合金完成后还包括：
将镀镍磷合金后的产物进行钝化，得到铝合金复合材料；
所述钝化的试剂为重络酸钾溶液。
10.权利要求1～9中任意一项所述的方法制备得到的铝合金复合材料，包括：
铝合金基体；
附着在所述铝合金基体表面的镍磷合金层。
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