铝合金表面处理技术的研究进展

铝合金表面处理技术的研究进展

1铝合金化学镀镍前处理由于密度低、强度高、压力加工简单、易于加工，铝和铝已成为广泛使用的结构材料。它在电子、航空、国防等领域得到了广泛应用。但是,由于其硬度低、耐磨耐蚀性差等弱点,在结构件中的应用受到了限制,常常需要采用表面处理技术改进其制件的表面性能。铝合金化学镀镍可明显提高铝合金表面硬度、耐磨、耐腐蚀性,还可赋予铝合金表面许多功能特性,如焊接性、可抛光性等。由于铝是一种比较活泼的金属,在大气中其表面极易生成一层薄且致密的氧化膜,影响基体镀层的结合力。因此,要在铝表面得到结合力强,性能优良的镀镍层,镀前处理是关键。国内外对铝合金化学镀镍前处理,进行了许多研究,主要可归纳为三种技术途径:(1)浸锌-预镀层法;(2)阳极氧化法;(3)直接化学镀镍。目前用得最多,比较稳定的乃属开发最早的浸锌—预镀层法。浸锌法的主要缺点是在潮湿的腐蚀性环境中,锌相对于镍镀层是阳极,将受到横向腐蚀,最终导致镀层剥落。此外,过渡锌层熔点低,限制了应用范围,而且两次浸锌之间还有一次硝酸退锌工序,污染环境;浸锌溶液如未清洗干净带入镀液中,可能会发生溶液污染中毒。直接化学镀镍虽有不少人进行研究,但仍未在工业上广泛使用。本实验针对铝基体前处理方法中的活化工序进行了对比研究,在此基础上,对有机活化液进行了改进,提出了直接化学镀镍的预处理方法。并对不同的铝基体,筛选出了最适宜前处理方法,取得了较好的效果。其特点在于无浸锌层,能简化工序,改善生产环境。2实验部分2.1水合硫酸镍-柠嗪-氨甲基酯类农药仪器:电热套(河南省巩义市英峪豫华仪器厂);DKW-Ⅲ型电子节能控温仪(河南省巩义市英峪豫华仪器厂);电子天平(Mettler-toledoGroup)药品:六水合硫酸镍;次亚磷酸钠;柠檬酸钠;DL-苹果酸;乳酸等。(均为分析纯)试片材料:LY-12:30mm×30mm×0.5mmL4-M:30mm×30mm×0.5mmPS版:30mm×30mm×0.5mm2.2工艺丙酮洗→碱洗→热水洗→冷水洗→活化→冷水洗→吹干→施镀→冷水洗→吹干→检测2.3实验方法2.3.1面织物的选择碱洗除油是指用含有碱性化学药剂的处理液除去表面油污的方法。碱洗除油配方见表1。采用碱洗液在75℃下浸蚀2-5min后,先用50℃热水清洗,再用冷水冲洗,以冷水洗后基体不挂水珠为合格。2.3.2富铝层的制备工艺活化是要剥离工件表面的加工变形层以及在前处理工序生成的极薄的氧化膜。将基体的组织暴露出来以便镀层金属在其表面进行生长。方案一:单酸一步活化1∶1硝酸浸蚀20-30s,处理完成后用冷水冲洗。方案二:单酸分步活化(1)采用1∶4盐酸在室温下浸蚀0.1-1min,以去除表面的脏物及铝表面氧化膜。(2)采用1∶1硝酸在室温下浸蚀几秒钟,以除去表面合金元素,获得均匀富铝层。(3)采用10%硫酸在室温下浸蚀几秒钟。酸浸蚀后均用冷水冲洗。方案三:混酸活化工艺配方见表2。在常温下将基体放入活化液中10s,活化完成后用冷水冲洗。方案四:新型活化液活化活化液配方见表3温度:50-65℃,时间:3-5min,活化后用冷水冲洗。方案五:碱性活化液Ⅰ活化碱性活化液Ⅰ配方见表4pH值:9-9.5,温度:30-35℃,时间:5min,活化后用冷水冲洗。方案六:碱性活化液Ⅱ活化碱性活化液Ⅱ配方见表5pH值:9,温度:30℃,时间:4min,活化后用冷水冲洗。2.3.3化学和浪费镀液配方及工艺条件见表6。2.3.4综合力试验2.3.4.镀层结合力的检验采用锋锐的刀尖在试样表面划两至多条平行线或者矩形网格,并运用足够的力量使刀尖划到基体,然后根据平行线或网格是否有镀层脱落或从基体裂开来判断镀层结合力的好坏。2.3.4.2.锉刀法将镀件夹在台钳中,用锉刀锉镀层的边棱,锉刀与镀层表面大约成45°,并由基体金属向镀层方向锉,检查镀层是否揭起或脱落。2.3.4.3.弯曲法将试样沿一轴,反复弯曲180°,直至试样的基体金属断裂,检查镀层是否起皮或脱落。3碱性活化液应用采用不同的活化方案直接化学镀镍镀层性能见表7。由上述结果可以看出,对于LY-12铝,方案4新型活化液中适中的羟基羧酸(乳酸100g/L)以及络合剂,可使其获得良好的结合力。碱性活化液Ⅰ也可获得较好的结合力,但镀液稳定性差。采用碱性活化液的方案5,络合剂适中,镀层光亮度好,结合力好,比较稳定,适用于L4-M铝的活化。对于L4-M铝,采用碱性活化液Ⅰ和碱性活化液Ⅱ都可使其镀层光亮度好,结合力好。但经碱性活化液Ⅰ处理后,L4-M铝的化学镀镍沉积速度比碱性活化液Ⅱ大。对于PS版来说,最佳活化处理方案为碱性活化液Ⅱ,加入焦磷酸钠、三乙醇胺,使PS版处于最佳活化状态,为后续化学镀创造了条件。处理后再进行化学镀的PS版不仅镀层光亮,还具有良好的结合力。碱性活化液操作温度低,pH为9-9.5。不但能提高镀层的结合强度,并对后续酸性化学镀液污染较少。4酸活化液与酸活化液的结合力(1)采用一种新型活化液对LY-12铝进行活化比单酸、混酸活化后所得的镀层光亮度好,且结合力强,避免了酸