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铝合金的电镀前处理技术

发表时间：2021/5/25 来源：《基层建设》2021年第2期作者：高波

[导读] 摘要：简要说明铝合金金属工艺中的常见的弊端，及在解决弊端情况下保持镀层结合力的有效实施办法。

        中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽省合肥市 230011
        摘要：简要说明铝合金金属工艺中的常见的弊端，及在解决弊端情况下保持镀层结合力的有效实施办法。
        关键词：退锌新方式
        一、铝合金的电镀前处理
        由于铝对于氧具有较强的亲和力，因此铝表面存在氧化膜，其电位为-0.5伏，并且铝的膨胀系数相比大多数金属来说要大，如果处理不当很容易导致镀层脱落。此外铸铝件表面经常会面临裂纹、气孔、沙眼等问题，在电镀时气孔、沙眼会滞留部分氢气和溶液，进一步影响基体和镀层间的结合力。铸铝件表面的油污去除不干净，电镀层表面酸活化不够，活化之后表面不干净，化学浸锌效果不好，预镀层太薄均会从一定程度上影响镀层结合力。
        考虑上述问题，通过多年实践经验摸索铝合金电镀前处理工艺，具体电镀工艺流程为：铸件的打磨抛光处理，有效去除抛光蜡，上挂具，化学去油，强酸出白，酸洗除膜，预浸锌，表面镀中性镍，其他镀层。
        在电镀前需要电镀前处理工艺：
        第一，有机溶剂去油，针对经过抛光和油比较多的铝制品常用有机溶剂进行刷洗，能够去除90%以上油污，由于部件表面固体抛光蜡会从一定程度上影响镀层的结合力，尤其对于毛孔凹陷位置的抛光蜡很容易溶于热镀镍液中，给镀层带来麻点等影响。因此需要及时去除。常使用的有机溶剂包括汽油、煤油、三氯乙烯。为防止火灾，保护外界环境，改善操作条件，通常使用Ly中常温除蜡剂以代替有机溶剂，其具有良好的去蜡去油效果，相比有机溶剂来说其去油去蜡速度较慢，但其对人体以及外界环境无伤害，因此当前受到广泛应用。
        第二，化学去油，由于铝是两性金属，可溶于酸性和碱性溶液，对于铝合金生产工艺来说可采用化学去油法，无需进行电化学去油，主要是由于工件进入碱性液体后表面很容易出现化学反应，去除表面氧化膜的过程中也会使油去除，因此无需进行电化学去油，但在开展这一环节前需要除尽工件表面的固体抛光蜡，通过化学除油后铝合金表面会呈现灰黑色，在手擦时会有黑灰，需经过强酸出白。
        第三，强酸出白，过去研究学者采用70%硝酸和30%的氟化氢液体配置强酸出白液，但如果该溶液浓度较高时会溢出大量的一氧化氮和二氧化氮气体，影响人体健康和外界环境、腐蚀设备，因此通过技术改进可使用50%的酸溶液加入50%的水，按每升20-40克添加YAL出白剂，在处于常温条件下其所释放的有害气体较少，对工件的腐蚀性较小，通过强酸出白能够提升基体和镀层的结合力。
        第四，酸洗除膜，通常酸洗出白的工件质量基本能够获得保证，但由于铝合金本身含有锌、铜等一些金属材料，在使用挂具过程中挂钩上的镍铜在强酸出白时也会溶于酸液中，如果水洗不净会导致酸液使用寿命缩短，在工件表面形成较薄的置换铜层，为能够延长酸洗出白液使用寿命，进一步提高镀层结合力，可增加酸洗除膜的环节，由35%硝酸和15%硫酸构成酸洗除膜液。通过上述酸洗后的工件无任何挂灰，相比过去来说能够降低强酸出白液浓度，减少对人体和外界环境的危害，并且能够延长50%的酸使用寿命。第五，预浸锌，预浸锌是铝合金电镀的重要工序，虽然部分方法铸件无需浸锌，也可通过电镀处理，但实验研究发现在大规模生产过程中大面积铝合金要想获得较高的结合力，可采用浸锌，其成本较低，目前还有较多浸锌工艺配方，不同的配方其最终效果不同，通过改进可选择下列工艺。
        NaOH            50-150 g/L
        ZnO             5-15g/L
        细化剂Y-1       10-30 mL/L
        温度             室温
        经过进行处理后，工件能够由原有的瓷白色变为灰白带黄色，呈现哑光，表面电镀之后再经过240℃高温处理，骤冷，基本无壳皮或壳点。在上述工艺中，Y-1细化剂的加入会改变浸锌的结构使其逐渐趋于细致紧密配合，良好预镀能够显著提升镀层的结合力。第六，镀中性镍，针对铝合金工件浸锌之后即可完成电镀，对部分工件来说可直接进行镀亮镍，而且对加工要求较小的工件来说，可进行氰化铜镀层，之后进行其他镀层，对于部分表面积较大，要求较高的部件需要镀酸铜以提升厚度和亮度，可选择镀中性镍作为底层，主要是由于光亮镍表面相对光亮，会影响与酸铜层结合性。半光亮镍酸性较低，在铝合金表面很容易产生针孔，影响后续镀层。铝作为两性金属，中性镍对其无影响因此是比较适合的选择，如下所示为其基本工艺参数。

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        NiSO4                  200g/L
        Na3Cit         220g/L
        NaCl          15g/L
        H3BO3                   25g/L
        添加剂        适量
        PH                        7-7.5
        时间          5-8min
        温度          40-50℃
        电流密度      0.5-2A/dm2
        阴极移动
        通过上述工艺所获得的镍镀层呈现哑光乳白色，基于此进行双层镍、亮镍的镀层电镀，能够使其具有良好的结合力。
        二、前处理综合论定
        2.1单一性方式进行预处理
        在单一性处理的运行流程中，归纳为纯物理方式，重金属溶液方式，单一化学方式，下面我们针对以上进行分析。（1）单纯使用物理喷砂形式来去除表面氧化膜的途径来增加镀层的可靠性，提高结合力的精准布控，因难以控制喷砂精密度造成合金表面的表皮层出现细微高低不一的毛痕，这一问题导致了在用这种形式生产的产品难以满足高精密器件与高光度器件的基本要求。（2）运用第二种重金属液形式来进行分析划定，增加了大体量重金属处理成本还有生产周期及生产流程缓冲时间的紧凑，而且溶液的金属并没有改善铝合金的一些致命问题，并且还增加了严格的配方配比和操作顺序，权衡下此方法不建议应用。
        如果仅仅使用化学方式，就会产生一些毛细问题例如浸蚀过重等情况，但是综上所述都有各自的优缺点，下面可以运用取优复配原则进行探究。
        2.2复合形式的处理方法对镀层结合力的影响
        调换重要流程节点，用物理与化学抛光方式融入正常生产流程，在第一次进行除油清洗过后加入一次物理喷砂方式进行抛光，然后在二次清洗时加入复配表面活性剂进行加强以及溶解表层不溶性杂质金属粒子，清洗过后进行再一次抛光，通过这道工序可以处理和提高工件表面镀层复合度。
        三、部分创新工艺
        3.1以提高结合力为中心设定
        铝合金在除油过程原采用PH值不超过10的弱碱溶液，碱性过高会引起过度腐蚀金属外部表皮造成微型斑点，现今可采用超声波清洗方式，把以往的溶剂剔除出工艺，并且降低容易对操作人员腐蚀性烧伤的危害，以往在除油以后需要再次加入碱蚀进行二次清洗使之漏白，但是此方法有两点弊端，一是造成排污需要增加成本，二是会对容器进行腐蚀造成循环性成本溢价过重，所以此步骤可以用高功率型超声波，俱增空化能力，并且全程无需溶剂，在成本降低的同时，也免除了清洗不净造成的二次回流导致镀层结合力丧失。
        3.2以材质为中心的改进
        普通铝和铜混合材质在经过酸漏白以后会形成致密的膜层，在极短的时间内，需要进行最常规的操作在外表皮进行最底层电镀，以换来第二镀层的良好结合力，常用底层覆盖底层金属方法有浸锌，氧化闪镀镍法等，这里使用浸锌法，由于铝高发性与锌离子发生置换会形成理想态表膜，对比含硅量高的铝合金金属需要有不同的改进方式，如果运用普通的方式会造成表面锌金属粒子分布两极严重，不易形成稳定态的膜，在第一次过后需要二次浸锌，这样就可以得到相对均匀，光泽度高的膜层。
        四、失误操作的环保补救
        4.1在实际运用生产中有大量的不可控和人为失误造成的损害，基于前处理操作工序繁琐，并且遵循缩短流程运用时间长度，以保证高品质镀层，单扣除误操作，还有中途停电等不可控因素，导致整个流程被迫中断造成成本溢价，所以在工艺设计上应减少每次镀层件数的方式来进行一个宏观的调整，经过长期考察以后再决定具体增加每次镀层器件的增加与否。
        4.2根据原始材质不同，也影响着二次镀层的效果，最直观的方式是通过外观的光泽度来比较，由于不同厂家所生产的材质含有的杂质不同，所以造成的影响也是直观的，需要从物料处把关。
        4.3重新镀锌在以往的形式下，需根据合金所含物质的配比不同运用硝酸、氢氟酸、硫酸等进行精准配比来实施操作以免影响二次镀锌出现不可控瑕疵。但此酸浓度过高会导致溢出大量的NO2和NO黄色气体严重危害工人身体健康【3】。并且外加了空气污染清理成本。
        4.4因高硅铝合金浸锌失败率高，而硝酸为主的退锌剂成本高，并且氢氟酸在操作不当极易爆炸对操作人员进行人身伤害，现配置退锌流程进行改制，在经过超声波清洗过后，加入一定量浓硫酸和配合无磷强洗剂在室温下进行除垢，除垢完成后进行二次超声波清洗，并进行物理抛光，完善以上内容后进行烘箱200o烘烤0.5H进行干燥，完成以后进行二次镀锌工艺。
        五、结束语
        铝和材料电镀工艺应从多维度测观，根据其性质与特异性结构、成本、材质配比划分并分块解决专项问题。
        参考文献
        【1】李家兴.铝合金电镀前处理工艺【J】.高压电器.1986（04）:58-59
        【2】路亚娟、罗志波、王永.铝合金电镀前处理技术研究【J】.现代商贸工业，2011,23（21）：332-333.
        【3】罗耀宗.铝合金电镀前处理新工艺【J】.电镀与涂饰，2003（03）：55-56.