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铝及铝合金的镀前处理

放大字体  缩小字体发布日期:2012-12-11  浏览次数:755
核心提示:在铝及铝合金上电镀比在钢铁、铜等金属材料上电镀要困难和复杂得多,其主要原因有 以下几个方面。

(1)铝及铝合金的特点

在铝及铝合金上电镀比在钢铁、铜等金属材料上电镀要困难和复杂得多,其主要原因有 以下几个方面。

① 铝及铝合金对氧具有高度的亲和力,极易生成氧化膜,并且这层氧化膜一经除去又会在极短的时间里产生一层新的氧化膜,严重影响镀层的结合力。

② 铝的电极电位很负,浸入电镀液时容易与具有较正电位的金属离子发生置换,影响镀层结合力。

③铝及铝合金的膨胀系数比其他金属大,因此不宜在温度变化较大的范围内进行电镀。 铝及铝合金与其他金属镀层膨胀系数不同将引起较大的应力,从而使镀层与铝及铝合金之间的结合力不牢。

④铝是两性金属,能溶于酸和碱,在酸性和碱性电镀液中都不稳定。

⑤铝合金压铸件有砂眼、气孔,会残留镀液和氢气,容易鼓泡,也会降低镀层和基体金属间的结合力。

为在铝及铝合金表面上得到结合力良好的电镀层,应针对以上原因,在镀前采取一定的前处理措施。除了常规的除油、浸蚀、出光外,还需要进行特殊的预处理,制取一层过渡金属层或能导电的多孔性化学膜层,以保证随后的电镀层有良好的结合力。目前常用的方法有两种:先化学浸锌,然后电镀其他金属;先进行阳极氧化处理,再电镀其他金属。

(2)化学浸锌

化学浸锌是使用最早、最为成熟、应用最为广泛的处理方法。该法是将铝和铝合金制件浸入强碱性的锌酸盐溶液中,在清除铝表面氧化膜的同时,置换出一层致密而附着力良好的沉积锌层。这层沉积锌层一方面可防止铝的再氧化,另一方面改变了铝的电极电位,在锌的表面电镀要比铝表面电镀容易得多,同时也改善了其他条件的影响,使铝和铝合金的电镀获得满意的结合力。

1)化学浸锌原理

当铝和铝合金浸入强碱性的锌酸盐溶液时,界面上发生氧化还原反应,即铝氧化膜和铝的溶解以及锌的沉积。

Al203+2NaOH====2NaAl02+H20

2Al+2Na0H+2H20====2NaAl02+3H2 ↑

2Al+3Zn022- +2H20====3Zn+2A102-+40H一

在浸锌溶液中锌以配合物形式存在,析出电位变负,放置换反应进行地缓慢而均匀。而由于氢在锌上有较高的过电位,所以析氢反应受到强烈的抑制,使铝基体不会受到严重的腐蚀,这样有利于置换反应,从而获得均匀致密的锌沉积层。

2)化学浸锌工艺规范

浸锌工艺一般采用两次浸锌。第一次浸锌时,首先溶解氧化膜而发生置换反应,获得的锌层粗糙多孔,附着力不佳,同时难免还有少量氧化膜残留。第一次浸锌层需要在1:1硝酸溶液中除去,使铝表面呈现均匀细致的活化状态。然后第二次浸锌以获得薄而均匀细致、结合力强的锌层。浸锌层以呈米黄色为佳,两次浸锌可以在同一浸锌溶液中进行,也可先在浓溶液后在稀溶液中进行。常用的化学浸锌工艺规范列于表3—21。

表3-21 常用的化学浸锌工艺配方
常用的化学浸锌工艺配方

 

在浸锌溶液中,氢氧化钠是锌的络合剂,通过控制其与氧化锌的相对含量,可以控制置换反应以比较缓慢的速度进行,从而改善镀层结构使结晶细致均匀。化学浸锌溶液中,氢氧化钠:锌一般为(5~6):1,但铝铜合金则比例提高到(6~10):1。在浸锌溶液中,除了氢氧化钠和氧化锌外添加少量其他物质,其目的在于改善浸锌层的结构,提高浸锌层与基体的结合力。加入少量的FeCl3时,Fe3+与Al发生置换反应,使沉积的锌层含有少量铁,加入酒石酸钾钠时,可防止Fe3+在碱性溶液中沉淀,通过控制它们的加入量可调节锌层中铁的含量。溶液中引入F一可对铝硅合金起活化作用。

化学浸锌时的挂具不能用铜或铜合金,以防止铜与铝或铝合金接触置换,应把钢丝或铜或铜合金镀镍后进行化学浸锌。

(3)阳极氧化处理

阳极氧化处理是指在一定的工艺条件下,在铝与铝合金表面上生成一层具有一定厚度和特殊结构的氧化膜。这层氧化膜孔隙多,孔径大,具有良好的导电性,与基体结合力强。电镀时,金属粒子沉积在膜孔隙中,提高镀层的结合力。

阳极氧化可在多种溶液中进行,与其他阳极氧化工艺所得到的氧化膜相比,磷酸氧化膜呈现比较均匀的粗糙度,具有超微观均匀的凹凸结构、最大的孔径和最小的电阻,若在此表面上沉积金属,则晶核形成多,镀层均匀细致,附着力好。因此,磷酸阳极氧化处理是最适合为电镀打底层的阳极氧化处理工艺。常用的磷酸阳极氧化的工艺规范如下:

磷酸(H3P04) 300~500g/L 电压 20~40V

温度 25~35℃ 氧化时间 l0~15min

阳极电流密度 l~2A/dm2

氧化膜的孔隙率,随磷酸含量的增加和温度的升高而增大,随电流密度的降低而减少;氧化膜的厚度随磷酸浓度的增加而降低。氧化膜的厚度只需3μm左右即可。由于氧化膜极薄,在以后的电镀时,不宜采用强酸或强碱性电镀液,一般电镀的pH值应在5~8。阳极氧化时要不断搅拌溶液,以防止局部温度过高。铝及铝合金零件阳极氧化后经稀氢氟酸溶液(0.5~1.0mL/L)活化,清洗后应即进行电镀。

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