鋁合金表面鍍鎳預處理工藝

【摘 要】研究了鋁合金表面化學鍍鎳工藝的前處理工藝、鍍液配方及工藝條件對處理效果的影響。結果表明：能在鋁合金表面獲得一層薄而均勻活潑且結合力優良的預鍍鎳層，是隨后酸性化學鍍鎳的理想底層。

【關鍵詞】鋁合金 預處理 化學鍍鎳

1前言

鋁合金件性質獨特，在其表面進行化學鍍有一定的難度。因為鋁與氧有很強的親和力，表面極易生成氧化膜，即使用化學方法去除，在鍍覆其他金屬之前又會形成新的氧化膜。這種氧化膜與鍍層的結合力很差。另外，鋁的標準電極電位很負（-1.66V），在鍍液中易與電位較正的金屬離子發生置換反應生成疏松層，影響鍍層結合力。因此，要在鋁表面獲得結合力強、性能優良的鍍鎳層，鍍前預處理是關鍵。

2鋁合金化學鍍鎳的預處理工藝

鋁合金化學鍍鎳的預處理工藝流程為：毛坯檢驗→打磨→水洗→堿性化學除油→熱水洗→冷水洗→活化→冷水洗→吹干→堿性預鍍。

2.1毛坯檢驗與打磨

鋁合金化學鍍的難點主要是化學成分不均勻，如含偏析較為嚴重，還有縮孔等缺陷，會導致起泡和針狀麻點。鋁在空氣中易氧化生成氧化膜，導致鍍層與基體結合不良，因此應盡量減少工件在空氣中的暴露時間。在試驗中，首先對零件的表觀狀態進行檢驗。表面不應有裂紋、氣泡、疏松、劃痕等影響化學鍍質量的缺陷。如果有缺陷看是否可通過磨光、拋光予以排除，若不能，則不予施鍍。由于機械加工導致鋁合金基體表面有一層比較厚的氧化皮和臟物，所以需要對表面進行打磨。打磨方法：用砂紙由低到高進行打磨，直到磨凈氧化皮，表面平整光潔為宜。

2.2堿性化學除油

本試驗采用堿性除油溶液，是借溶液的皂化和乳化作用除油。當帶有油污的零件放入堿性除油溶液中時，可皂化油與堿發生皂化反應，反應生成的肥皂和甘油都能很好的溶解于水中，非皂化油靠乳化作用除油，除油液中必須加入乳化劑，乳化劑吸附在界面上，降低油液界面張力，使油與溶液的接觸面積增大，使油膩變成小油滴分散在溶液中。同時，此工藝通過堿的弱腐蝕使鋁材露出基體表面，而有利于提高鍍層與基體的結合力。堿洗除油配方見表1。

表1 鋁合金表面化學除油工藝規范

成分磷酸鈉十二烷基硫酸鈉溫度時間

含量35g/L0.6g/L70℃10s

2.3活化

活化是要剝離鋁合金件表面的加工變形層以及前處理工序生成的極薄的氧化膜。將基體的組織暴露出來以便鍍層金屬在其表面進行生長。鋁是化學活性極強的金屬，暴露于空氣中極易氧化生成一層氧化物，從而影響了鍍層與基體的結合強度。鋁合金件在經過除油之后，為了進一步提高基體與鍍層的結合力，須用弱酸浸蝕并進行活化。本實驗采用如下兩種方案進行對比。

方案Ⅰ：3%-5%HCI室溫 6s

方案Ⅱ：0.5%-1%硫酸 室溫 ，3%檸檬酸 室溫 6s

圖1 方案Ⅰ浸蝕活化后的試樣 圖2 方案Ⅱ浸蝕活化后的試樣

方案I處理后的試樣有產生過腐蝕的現象如圖1，方案II避免了基體發生強烈腐蝕如圖2。對以上兩種工藝方案處理后的試樣進行觀察，從圖1可知，試樣表面有腐蝕產物附著，由此可見在除油過程中鋁表面產生了過腐蝕，所以方案Ⅰ堿性過強不符合除油規范，方案Ⅱ處理后的試樣表面較干凈且沒有腐蝕痕跡。如圖2所示。經過上面的實驗初步確定鋁合金件的腐蝕活化工藝如表2。

表2 弱酸浸蝕的活化工藝規范

成分硫酸檸檬酸鈉時間

含量0.5%～1%3%5～20s

弱酸浸蝕中，浸蝕酸的濃度不僅會影響鋁合金件表面的氧化膜的去除質量，而且還會影響鋁合金件表面的活化性能。所以，對浸蝕酸的兩種濃度的浸蝕性能進行比較，對弱酸浸蝕中浸蝕酸的濃度進行優化，既能把鋁合金表面的氧化膜完全清除，而且能使鋁合金表面產生更多的活化點。

表3 浸蝕酸的濃度對鋁合金件表觀形貌的影響

硫酸含量時間表觀影響

0.5%6s良好

1%6s出現黑色氧化膜

由表3可知，當硫酸的濃度為1%時的浸蝕酸，由于酸的濃度過大，不宜控制鋁合金件在其中的反應劇烈程度。剛把鋁合金件放到浸蝕酸里面，鋁合金表面立即就會發生劇烈的反應，并伴隨大量的氣體放出。根據試驗結果選擇濃度0.5%的硫酸為弱酸浸蝕中酸的濃度。

在弱酸浸蝕中浸蝕的時間也是一個重要的指標。為了確定最佳的浸蝕時間，在確定了浸蝕酸的濃度上進行浸蝕時間的研究。選用硫酸的濃度為0.5%，進行弱酸浸蝕時間的影響試驗，用來對弱酸浸蝕時間范圍確定。

表4 浸蝕時間對鋁合金件表觀形貌的影響

浸蝕時間6s10s15s20s

表觀影響良好良好出現黑色氧化膜出現黑色氧化膜

由表4可知，當弱酸浸蝕時間適當時，可以清除鋁合金表面的氧化膜，使基體的晶格特征完全暴露出來，又能起到去除鋁合金表面的掛灰。弱酸浸蝕可以增加鋁合金件表面的活化點。活化點數越多下一步預鍍鎳時鎳原子越能更好的附著于鋁合金表面，擁有良好的結合力。

2.4 堿性預化學鍍鎳

鋁合金經過活化后，為了阻止酸性鍍液對鋁基體產生腐蝕，從而影響鍍層與基體的結合力要先預鍍一層鎳。因為常規酸性化學鍍鎳使用的溶液PH值低，若鋁合金件活化后直接在酸性鍍液中化學鍍鎳，鋁將被迅速溶解，而鍍件以堿性化學預鍍鎳后，再進入酸性鍍液中時，就不會使鋁在鍍液中溶解，可以迅速引發自催化鍍鎳，鎳層保護了基體不被腐蝕，此工藝的質量高低是鋁合金化學鍍鎳成功與否的關鍵所在。鍍液配方及工藝條件下見表5。

表5 堿性化學鍍鎳工藝規范

試劑硫酸鎳次亞磷

酸鈉乳酸鈉氯化銨三乙醇胺pH溫度

含量

（g/L）30303030108.5-970℃

預鍍時間對鍍層質量有很大的影響，預鍍不充分，鎳沉積層太薄，化學鍍鎳磷過程中易產生漏鍍現象，而預鍍時間過長，預鍍層過厚，會導致鍍層應力增大，從而引起鍍層氣泡、裂紋等缺陷，進而會降低鍍層與基體的結合力。所以在預鍍鎳其他工藝不變的情況下對預鍍時間進行優化，見表6。

表6 預鍍時間選擇

預鍍時間20min30min40min

鍍層質量漏鍍良好結合不好

3結論

（1）采用彎曲法測定結合力，鍍層不起皮、不鼓泡，結合力良好。

（2）預鍍層的表面形貌呈明顯的胞狀結構，晶粒細小，且劃痕和凹坑處也被致密的鍍層覆蓋。是隨后酸性化學鍍鎳的理想底層。

【參考文獻】

[1]王文忠.鋁及其合金化學鍍鎳[J].電鍍與環保，2001，4（21）：4-6.

[2]劉建中，張大方，張承瑞.鋁合金化學鍍鎳工藝的應用[J].有色金屬，2000，4（3）：44-46.

[3]Tang J，Huang L，Yao S，et a1.Research on composite coatings of metals and PTFE[J].PlatingSurface Finishing，1998（8）：84-86.