CN113529079B - 一种在铝合金表面化学镀镍的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在铝合金表面化学镀镍的方法，包括如下步骤：步骤一，除油；步骤二，碱蚀；步骤三，去膜，将铝合金置于去膜溶液中浸渍60‑180s；步骤四，一次浸锌，将铝合金置于浸锌溶液中浸渍30‑90s；步骤五，退锌，将铝合金置于退锌溶液中浸渍30‑90s，退锌溶液包括40‑60ml/L的烷基磺酸、40‑60g/L的过二硫酸钠；步骤六，二次浸锌，将铝合金置于浸锌溶液中浸渍25‑35s；步骤七，制备纳米化学复合镀镍层；步骤八，制备电镀铜层；步骤九，再次制备纳米化学复合镀镍层；步骤十，化学镀镍。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料表面处理技术，具体涉及一种在铝合金表面化学镀镍的方法。
背景技术
化学镀不需要电源而依靠溶液中还原剂的催化反应放出电子使金属离子还原成金属原子。化学镀可以在金属材料或非金属材料的表面形成金属镀层。铝基材料进行化学镀镍可以提高铝基材料的表面硬度、耐腐蚀性、耐磨性、焊接性能及磁性能。铝的电极电位很负，很容易失去电子，并且铝的表面有一层天然的、致密的氧化膜，因此铝基材料进行化学镀镍前，需要在铝基材料表面先制备中间层，从而保证化学镀的正常进行和获得结合力良好的镀层。
目前，铝基材料进行化学镀镍的流程一般为：除油→浸蚀→第一次浸锌→硝酸退除→第二次浸锌→碱性化学镀镍→正常化学镀镍，铝基材料通过二次浸锌后获得的锌层来作为中间层。冷处理锻压铝合金含有的成分(Al、Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti)及成分占比与传统铝合金(例如硬铝合金AI-Cu-Mg系、超硬铝合金Al-Cu-Mg-Zn系、锻铝合金Al-Zn-Mg-Si系等)相比较有较大差异，适用于铝或传统铝合金的表面处理方法，并不完全适合冷处理锻压铝合金。现有适用于铝或传统铝合金的化学镀镍的技术方案应用于冷处理锻压铝合金存在如下的技术问题：
1.冷处理锻压铝合金经过二次浸锌后获得的锌层的厚度极薄，并且锌层和冷处理锻压铝合金的结合力较差；2.冷处理锻压铝合金经过二次浸锌后进行化学镀镍时，镍磷合金还未镀到冷处理锻压铝合金表面，浸锌层几乎完全溶解，毒化化学镀镍液；3.镍磷合金难以直接镀到冷处理锻压铝合金表面，因此浸锌层被溶解后，化学镀镍液会腐蚀冷处理锻压铝合金的基体。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种在铝合金表面化学镀镍的方法，本发明中所记载的铝合金为冷处理锻压铝合金，该冷处理锻压合金的强度优于软钢的强度，该冷处理锻压铝合金中Cu的质量百分比不小于1.2％、Mg的质量百分比不小于2.0％、Cr的质量百分比不小于0.18％、Zn的质量百分比不小于5.0％。
本发明采用如下技术方案：一种在铝合金表面化学镀镍的方法，具体包括如下步骤：
步骤一，除油，除油不少于10min，从而去除铝合金表面的油污，得到具有强活性的表面；
步骤二，碱蚀，使用碱蚀溶液对超声波除油后的铝合金的表面进行清洗不少于30s，通过碱蚀溶液来去除铝合金表面原有的致密的氧化膜，从而露出新鲜的铝合金表面；
步骤三，去膜，将铝合金置于去膜溶液中浸渍60-180s，去膜溶液包括50-100g/L的硫酸铁、50-100g/L的硫酸、5-10ml/L的硝酸，该步骤是通过去膜溶液中三价铁离子还原性，将铝合金表面的铝氧化物进行还原，露出新鲜的铝合金表面，在碱蚀后还要进行去膜的原因在于，由于铝合金表面的致密的氧化膜去除后露出新鲜的表面会在碱蚀溶液中生成铝氧化物残留在铝合金表面，因此去膜步骤能将残留的铝氧化物去除并且能够中和铝合金表面残留的碱性的碱蚀溶液；
步骤四，一次浸锌，将铝合金置于浸锌溶液中浸渍30-90s，浸锌溶液包括150-200g/L的氢氧化钠、60-80g/L的氧化锌、1-5g/L的硫酸铜、3-5g/L的硫酸镍，通过一次浸锌在新鲜的铝合金表面上置换出一层较细致的锌层；
步骤五，退锌，将铝合金置于退锌溶液中浸渍30-90s，退锌溶液包括40-60ml/L的烷基磺酸、40-60g/L的过二硫酸钠，利用退锌溶液中具有强氧化性的过二硫酸钠和烷基磺酸(有机强酸)的协同作用来稳定缓慢退除铝合金的表面的锌层；
步骤六，二次浸锌，将铝合金置于浸锌溶液中浸渍25-35s，该步骤所使用的浸锌溶液的组成与步骤四中所使用的浸锌溶液相同，通过二次浸锌在退锌后的铝合金的表面沉上一层结晶细致的锌层；
步骤七，制备纳米化学复合镀镍层，将铝合金放到纳米化学复合镀溶液中进行施镀60-120s，电流密度为2-3ASD，纳米化学复合镀溶液包括5-10g/L的硫酸镍、5-10g/L的次亚磷酸钠，并且该纳米化学复合镀溶液的pH为8.0-9.0，铝合金需要带电放入纳米化学复合镀溶液中防止置换锌析出而影响结合力，该步骤能得到无磁性的镀层；
步骤八，制备电镀铜层，将制备有纳米化学复合镀镍层的铝合金放入电镀铜溶液中进行施镀15-25min，电流密度为0.4-0.1.0ASD，电镀铜溶液包括15-20g/L的焦磷酸铜、200-300g/L的焦磷酸钾、不超过1g/L的柠檬酸盐，并且电镀铜溶液的pH为8.0-9.0，通过制备镀铜层能提升纳米化学复合镀镍层与铜层的电位差，从而提高抗腐蚀性；
步骤九，再次制备纳米化学复合镀镍层，将制备有镀铜层的铝合金放到纳米化学复合镀溶液中进行施镀60-120s，电流密度为0.1-0.2ASD，该步骤所使用的纳米化学复合镀溶液的组成与步骤七中所使用的纳米化学复合镀溶液相同，在镀铜层上制备纳米化学复合镀镍层从而代替活化钯，并且解决了在镀铜层上不能直接镀化学镍的问题，因此该步骤在降低成本的同时得到无磁性的镀层；
步骤十，化学镀镍，采用化学镀镍方法在铍铝合金表面镀镍磷合金层，从而制备无磁性镀层。
上述每个步骤之间均要进行去离子水清洗铝合金的表面。
在一实施例中，步骤一中所述的除油剂溶液包括10-30g/L的碳酸钠、10-30g/L的磷酸盐、0.1-0.5g/L的表面活性剂。
在一实施例中，步骤二中所述的碱蚀溶液包括10-30g/L的氢氧化钠和不超过1g/L无机盐缓蚀剂。
在一实施例中，步骤九中使用的化学镀溶液包括4-6g/L的硫酸镍、20-25g/L的次亚磷酸钠、不超过1g/L的柠檬酸、不超过1g/L的苹果酸，并且化学镀溶液的pH为4.6-5.2，将铝合金放入化学镀溶液中进行施镀，达到镀层厚度要求后即得到化学镀镍磷合金层。
在一实施例中，步骤九中使用的化学镀溶液包括10～30g/L的镍盐、10～35g/L的次亚磷酸钠、5～25g/L的络合剂、3～15g/L的缓冲剂、0.5～10g/L的活化剂、10～200mg/L的稳定剂，并且化学镀溶液的温度为60～90℃，将铝合金放入化学镀溶液中进行施镀，达到镀层厚度要求后即得到化学镀镍磷合金层。
冷处理锻压铝合金中同时满足Cu的质量百分比不小于1.2％、Mg的质量百分比不小于2.0％、Cr的质量百分比不小于0.18％、Zn的质量百分比不小于5.0％时，该铝合金进行二次浸锌处理后无法制备结合力好的锌层，虽然其中的原理尚未研究清楚，但该结果会导致该铝合金无法进行化学镀镍，因此实现该铝合金化学镀镍所需要解决的首要问题为在该铝合金表面制备结合力好的并且致密的锌层。本发明的技术方案是通过前处理(超声波除油、碱蚀和去膜)工序和浸锌工序相结合来在实现在该铝合金表面制备结合力好的并且致密的锌层。经过前处理的铝合金进行一次浸锌时可以提高制备的锌层和铝合金的结合力，但申请人发现，该铝合金中的Cu、Cr、Zn、Mg这些合金元素会对形成锌层产生不利影响，即刚开始在铝合金表面形成的锌层是致密的并且结合力良好，但随着锌层厚度的增大形成锌层为疏松多孔结构。因此需要在进行一次浸锌后进行退锌，即将靠近外侧的疏松多孔结构的锌层去除，留下致密并且与铝合金结合力良好的锌层。完成退锌后，铝合金进行二次浸锌时，由于烷基磺酸能够在退锌后留下的锌层的表面的某些晶面进行选择性吸附，因此减小了二次浸锌时金属锌离子的放电速度，抑制了某些晶面的生长速度，从而使金属锌沉积层晶粒细化从而形成结晶细致的锌层。
由于铝合金中的Cu、Cr、Zn、Mg这些合金元素会导致表面的锌层的电位的变化，因此若直接将二次浸锌后的铝合金放入化学镀溶液中会锌层会快速溶解从而无法进行镀镍磷合金。为解决该技术问题，本发明的技术方案是在铝合金的锌层的表面制备层叠的三层镀层(由内到外依次为纳米化学复合镀镍层、镀铜层、纳米化学复合镀镍层)，由于铝合金的锌层的表面是结晶细致的并且锌层与铝合金的结合力是优异的，因此具备了在锌层的表面制备纳米化学复合镀镍层的条件，通过制备该三层镀层，使得锌层被物理隔绝，从而使得铝合金能在化学镀溶液中制备厚度较厚并且结合力好的无磁性的镍磷合金层。
综上所述，相比于现有技术，本发明至少存在如下有益效果：
1.本发明提供的一种在铝合金表面化学镀镍的方法适用于冷处理锻压铝合金，也适用于铝或传统铝合金；
2.本发明冷处理锻压铝合金表面和浸锌制备的锌层结合力差的技术问题；
3.本发明制备纳米化学复合镀镍层时，通过改进电镀液组分配比和电镀参数，使镀层更加均匀致密，具有更优异的耐蚀性和耐磨性。
4.本发明合理利用纳米化学复合镀镍层、镀铜层及化学镀镍磷合金层的电化学特性及结构特点，根据牺牲阳极的原理，设计出了耐蚀性十分优异的多层复合镀层，该多层复合镀层的耐蚀性可以抵抗中性盐雾1000小时以上，该多层复合镀层均匀、致密、耐蚀、耐磨并且无磁性，可以确保铝合金在苛刻腐蚀环境中或强磁场环境中具有长久的使用寿命。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例中所记载的铝合金为冷处理锻压铝合金，更具体的，该冷处理锻压铝合金为7075铝合金。7075铝合金包括如下质量百分比的组分：0.40％的Si；0.50％的Fe；1.2-2.0％的Cu；0.30％的Mn；2.1-2.9％的Mg；0.18-0.28％的Cr；5.1-6.1％的Zn；0.20％的Ti；余量为Al。
本发明中，铝合金在化学镀镍溶液中制备的镀镍层由于含有磷，因此为了更准确的描述，因此化学镀镍层记载为化学镀镍磷合金层，因此本发明中记载的化学镀镍磷合金层等同于化学镀镍层。
本实施例提供一种在铝合金表面化学镀镍的方法，具体包括如下步骤：
步骤一，超声波除油，将铝合金置于除油剂溶液中浸渍后，采用不小于68KHZ的频率的超声波进行除油10-15min，除油剂溶液包括10-30g/L的碳酸钠、10-30g/L的磷酸盐、0.1-0.5g/L的表面活性剂，优选的，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；
步骤二，碱蚀，使用碱蚀溶液对超声波除油后的铝合金的表面进行清洗30-90s，碱蚀溶液包括10-30g/L的氢氧化钠和不超过1g/L无机盐缓蚀剂，无机盐缓蚀剂为铬酸盐、磷酸盐、硫酸锌、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐中的一种或几种混合；
步骤三，去膜，将铝合金置于去膜溶液中浸渍60-180s，去膜溶液包括50-100g/L的硫酸铁、50-100g/L的硫酸、5-10ml/L的硝酸；
步骤四，一次浸锌，将铝合金置于浸锌溶液中浸渍30-90s，浸锌溶液包括150-200g/L的氢氧化钠、60-80g/L的氧化锌、1-5g/L的硫酸铜、3-5g/L的硫酸镍；
步骤五，退锌，将铝合金置于退锌溶液中浸渍30-90s，退锌溶液包括40-60ml/L的烷基磺酸、40-60g/L的过二硫酸钠；
步骤六，二次浸锌，将铝合金置于浸锌溶液中浸渍30s，该步骤所使用的浸锌溶液的组成与步骤四中所使用的浸锌溶液相同；
步骤七，制备纳米化学复合镀镍层，将铝合金放到纳米化学复合镀溶液中进行施镀60-120s，电流密度为2-3ASD，纳米化学复合镀溶液包括5-10g/L的硫酸镍、5-10g/L的次亚磷酸钠，并且该纳米化学复合镀溶液的pH为8.0-9.0，铝合金需要带电放入纳米化学复合镀溶液；
步骤八，制备电镀铜层，将制备有纳米化学复合镀镍层的铝合金放入电镀铜溶液中进行施镀15-25min，电流密度为0.4-0.1.0ASD，电镀铜溶液包括15-20g/L的焦磷酸铜、200-300g/L的焦磷酸钾、不超过1g/L的柠檬酸盐，并且电镀铜溶液的pH为8.0-9.0；
步骤九，再次制备纳米化学复合镀镍层，将铝合金放到纳米化学复合镀溶液中进行施镀60-120s，电流密度为0.1-0.2ASD，该步骤所使用的纳米化学复合镀溶液的组成与步骤七中所使用的纳米化学复合镀溶液相同；
步骤十，化学镀镍，采用化学镀镍方法在铍铝合金表面镀镍磷合金层，采用酸性低磷、中磷、高磷的化学镀镍溶液均可。
本实施例中，纳米化学复合镀镍层、镀铜层及化学镀镍磷合金层的厚度可根据铝合金不同使用环境的腐蚀情况进行合理选择，如果腐蚀环境比较苛刻，每种镀层可以厚些，如果腐蚀环境相对温和，每种镀层可以薄些。上述步骤每个步骤完成后需要用去离子水洗。
本实施例在铝合金表面制备的多层复合镀层为银白色金属表面，优选的，两层纳米化学复合镀镍层的厚度均为5μm，镀铜层的的厚度为20μm，化学镀镍磷合金层的厚度为10μm，此时该多层复合镀层可以抵抗1000小时以上盐雾测试。采用划格法测试镀层结合力，该铝合金表面的层复合镀层没有镀层脱落，评级为0级。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种在铝合金表面化学镀镍的方法， 所述铝合金为7075铝合金，所述7075铝合金包括如下质量百分比的组分：0.40％的Si，0.50％的Fe，1.2-2.0％的Cu，0.30％的Mn，2.1-2.9％的Mg，0.18-0.28％的Cr，5.1-6.1％的Zn，0.20％的Ti，余量为Al，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一，超声波除油，将所述铝合金置于除油剂溶液中浸渍后，采用不小于68KHZ的频率的超声波进行除油10-15min，除油剂溶液包括10-30g/L的碳酸钠、10-30g/L的磷酸盐、0.1-0.5g/L的十二烷基苯磺酸钠；
步骤二，碱蚀，使用碱蚀溶液对超声波除油后的所述铝合金的表面进行清洗30-90s，碱蚀溶液包括10-30g/L的氢氧化钠和不超过1g/L无机盐缓蚀剂，无机盐缓蚀剂为铬酸盐、磷酸盐、硫酸锌、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐中的一种或几种混合；
步骤三，去膜，将所述铝合金置于去膜溶液中浸渍60-180s，去膜溶液包括50-100g/L的硫酸铁、50-100g/L的硫酸、5-10ml/L的硝酸；
步骤四，一次浸锌，将所述铝合金置于浸锌溶液中浸渍30-90s，浸锌溶液包括150-200g/L的氢氧化钠、60-80g/L的氧化锌、1-5g/L的硫酸铜、3-5g/L的硫酸镍；
步骤五，退锌，将所述铝合金置于退锌溶液中浸渍30-90s，退锌溶液包括40-60ml/L的烷基磺酸、40-60g/L的过二硫酸钠；
步骤六，二次浸锌，将所述铝合金置于浸锌溶液中浸渍30s，该步骤所使用的浸锌溶液的组成与步骤四中所使用的浸锌溶液相同；
步骤七，制备纳米化学复合镀镍层，将所述铝合金放到纳米化学复合镀溶液中进行施镀60-120s，电流密度为2-3ASD，纳米化学复合镀溶液包括5-10g/L的硫酸镍、5-10g/L的次亚磷酸钠，并且该纳米化学复合镀溶液的pH为8.0-9.0，所述铝合金带电放入纳米化学复合镀溶液；
步骤八，制备电镀铜层，将制备有纳米化学复合镀镍层的所述铝合金放入电镀铜溶液中进行施镀15-25min，电流密度为0.4-0.1.0ASD，电镀铜溶液包括15-20g/L的焦磷酸铜、200-300g/L的焦磷酸钾、不超过1g/L的柠檬酸盐，并且电镀铜溶液的pH为8.0-9.0；
步骤九，再次制备纳米化学复合镀镍层，将铝合金放到纳米化学复合镀溶液中进行施镀60-120s，电流密度为0.1-0.2ASD，该步骤所使用的纳米化学复合镀溶液的组成与步骤七中所使用的纳米化学复合镀溶液相同；
步骤十，化学镀镍，采用酸性低磷、中磷或高磷的化学镀镍溶液在铝合金表面镀镍磷合金层。
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