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难镀集体材料电镀故障分析与处理:铝合金零件电镀故障分析与处理

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-05  浏览次数:715

随着铝及其合金在工业中的广泛应用,在铝及其合金表面镀上合适的镀层,使其具有一定的功能来满足产品的要求。然而,铝合金零件电镀存在一些明显的难点:金属铝的化学性质比较活泼,与氧的亲和力强,在大气中极易生成一层薄而致密的氧化膜,它直接影响了镀层的结合力;铝的电极电位很负,当它浸在镀液中能够与多种金属离子发生置换反应,形成置换层,严重影响电镀层的结合力;铝的膨胀系数比许多金属大,当环境温度变化时,由于它与镀层的膨胀系数不一致(如铝的膨胀系数是24X10-6,铬的膨胀系数是7X10-6),易产生较大的内应力而使镀层容易与基体剥离;铝是两性金属,在酸性或者碱性镀液中都有可能发生腐蚀,给电镀层结合带来困难;基体铝合金与金属镀层在原子半径和晶格常数之间的差别,导致镀层金属与铝基体界面的结合不能是紧密结合等。

 

因此,不难看出,影响铝合金零件电镀质量的原因很多,出现的主要故障是镀层与铝基体的结合力问题。所以一般对于铝合金零件电镀来说,必须注意镀前处理的几个重要环节,选择合理的预处理工序和适宜的电镀液,才能确保铝零件表面镀层的结合力。

 

1 影响镀层结合性能的铝合金零件因素

 

在铝合金压铸过程中,因模具、工艺等问题,零件表面常有砂眼、气孔等缺陷,零件出现严重的气孔、砂眼一般是不可以电镀的,否则,在铝合金电镀过程中,镀液成分、电镀过程中的析出的氢等均容易滞留在铝零件气孔、砂眼中,从而影响镀层与基体的结合力。有的铝合金毛坯零件,电镀后表面看似良好,但经过250℃的烘烤后,表面的镀层局部位置就会有细小凸起点,有的铝合金铸件镀层表面良好,但只要存放几天,这些气孔、砂眼处的镀层就会爆起,说明这种铝合金铸件在电镀前一定要认真检查,尽量避免由于铝合金零件本身的缺陷导致镀层结合性能故障的出现。

 

2 镀前预处理对镀层结合性能的影响

 

铝合金零件电镀前处理主要有表面机械处理(打磨、抛光、喷砂等)、有机溶剂除油、化学除油、酸洗活化等,每个工序处理不当均可能会影响其与镀层的结合力。另外,进行浸镀处理(浸锌、浸锡等)、在浸锌层上预镀铜(或预镀镍)i电镀光亮镍、镀铬等。

 

铝合金零件表面如果没有盲孔,则可直接用化学法对其表面进行除膜、除油处理(最好不要用电化学除蜡或除油,因为铝是两性金属与酸碱均能发生反应,尤其是电化学除油、除蜡过程中极易出现基体表面过腐蚀会使产品报废或重新返抛),镀层起泡、掉皮的主要原因是除蜡与除油不彻底,因此建议先手工擦洗除油、除蜡后再进行化学除油。

 

一般情况下不采用Na3 P04和Na2 C03进行化学除油、除蜡,选用专业生产厂家生产的除蜡水或除蜡液,一般说这种专用溶液的除蜡、除油效果要好。如果铝合金表面有盲孔,则必须使用超声波除蜡、除油,这样才能最大限度杜绝镀层结合力不良。除蜡、除油后铝合金零件表面都有一层垢膜和氧化膜层,这层膜必须在碱溶液或酸溶液中除去。

 

除去铝合金零件表面形成的反应残留物,主要是Al203、硅合金元素及其氧化物的混合物,从而使零件表面显露出金属结晶结构,并处于良好的活化状态。这是影响镀层与基体结合力的重要步骤。不同的铝合金成分通常适用不同的浸蚀液:对纯铝和含铜铝合金常用l:1(45积比)的HN03溶液浸蚀。对含硅较多的铝合金采用HN03:HF(40%)一3:1(45积比)的混合酸浸蚀。对于防锈铝可采用HN03:H2SQ=1:1(体积比)的混合酸浸蚀。上述操作均在室温下进行,时间为5s~50s,以表面无黑色膜、达到出光效果为准。对于铝镁合金零件,可先采用1:3(体积比)的H2S04溶液,在70℃~80℃下浸蚀2min~4min,然后室温下在1:1(体积比)的HN03溶液中浸蚀,消除影响镀层质量的显微组分,从而提高后续镀层的结合力。

 

3 铝舍金零件浸锌的影响

 

为了防止铝及其合金零件经酸蚀后重新生成一层氧化膜,需立即在零件表面形成一层薄而均匀的稳定的金属层,作为后续正常电镀的底层。形成金属底层的方法有浸锌法、浸锡法、阳极氧化后直接电镀法、闪镀镍槽中先氧化再闪镀镍法、化学镀镍法等。

 

浸锌是铝零件电镀前处理方法中最为简便、经济,也是工业上使用最多的工艺。研究表明,锌层是铝合金零件电镀、化学镀的良好过渡层。目前浸锌溶液呈现出多元合金化的趋势,通过浸锌改变了铝合金零件的表面电势,提高浸锌层的耐腐蚀性,改善铝合金零件表面镀层的结合力,但是浸锌溶液中氰化物离子可以得到比单独使用锌酸盐浸锌更加光滑致密、均匀且颗粒细小的浸锌层,但氰化物给环境和操作人员的健康带来危害。所以开展无氰浸锌液的研究和应用,是主要的发展方向。

 

化学浸锌是使大多数铝合金零件在浸锌溶液中有效地除去表面的氧化膜,同时又沉积上锌层,以防止铝零件的再氧化,使铝的表面电位向正方向移动,因而使镀层与基体具有良好结合。其浸锌原理是,当铝合金零件浸入强碱性的锌酸盐溶液时,界面上发生氧化还原反应,即铝零件表面的氧化膜和铝的溶解以及锌的沉积。

 

在浸锌过程中金属铝与溶液中所含的络合物离子[Zn(OH)4]2一中的中心锌离子发生置换反应,形成高度弥散在铝表面的锌晶粒。铝表面在强碱性溶液中处于活化状态,Al一3e-Al3+,放出电子,使铝表面的电势进一步负移,铝表面具有了更高的电化学活性。因此,铝在浸锌溶液中的表面应采用均匀降低表面能的保护作用。此外,在浸锌过程初期,有H2从铝表面析出,对铝零件表面也起着一定的防止氧化的保护作用。浸锌溶液的组成、pH值、温度、浸锌时的操作条件(静止、机械搅拌、超声搅拌)等都影响锌、铝置换反应速率;锌置换膜层的厚度、颗粒度、均匀度、结构、成分都将影响到镀层结合力和性能。因此,在浸锌溶液中所发生的基本反应是铝的溶解及锌的沉积。置换上的锌层既能防止铝上自然氧化膜的再生,又可以在其上电沉积其他金属。形成的锌置换层应是一层高度弥散的均匀、细致,颜色呈青灰色的膜层。置换反应到在铝合金零件表面形成一层致密的锌层时会逐渐停止。

 

为提高浸锌层的结合力,通常采用二次浸锌法,尤其是含硅量高的铝合金零件。第一次浸锌所生成的锌晶粒分布不够均匀,尺寸相差大,浸锌层结合力不好。第一次浸锌后用1:1(体积比)的HN03溶液进行退锌,此步骤可使与铝及其合金零件表面结合力不好的锌晶粒溶解,颗粒大的锌晶粒变小,形成均匀表面,在此基础上进行第二次浸锌,能得到薄而更致密、小晶粒锌置换层,从而保证镀层良好的结合力。在二次浸锌溶液中加入三价铁的酒石酸络合物、二价镍或二价铜的氰化络合物,形成与基体紧密结合的锌镍铁合金层,可以进一步改善浸锌层的结合力。对于铝合金铸件,还可以加入硝酸钠或氟化钠。

 

在铝合金零件浸锌处理中,需注意以下操作事项:

 

(1)浸锌溶液的所有材料需用试剂级的,以防止其他杂质在反应中被置换,从而影响镀层的质量和结合力。

 

(2)浸锌中禁止使用易被铝置换的金属制作的挂具,如铜及其合金挂具,以防止工件与挂具接触处因置换反应而出现起泡、起皮等结合力不良现象。

 

(3)浸锌层出现花斑、光泽不一时,需退锌后重新浸锌。退锌后的工件需彻底清洗干净。

 

(4)浸锌溶液的温度不可过高,以防止浸锌层结晶粗糙,致使铝及其合金的基体易被后续镀液侵蚀而导致结合力不良。

 

(5)浸锌的时间不宜过长或过短。浸锌时间短,浸锌层薄有利于结合力的提高;但太短时浸锌不完全,同样也会影响镀层的结合力。

 

(6)经常监测浸锌液中铝离子的含量,一般控制在29/L以下。当铝离子含量过高时,镀层的结合力将会下降。

 

在第一次浸锌过程中,浸锌时间最好比第二次稍长约30s~40s,第一次浸锌后,在纯水清洗过程中动作要快一些(空气中的暴露时间最好≤10s),第二次浸锌后,经纯水清洗应尽快进入暗镍液预镀(因为锌呈两性,极易与空气中的氧发生反应而生成氧化锌)。浸锌工序后的水洗需清洗彻底,可用60℃左右的热水清洗,以防止污染或毒化后续镀液。

 

4 预镀铜或者预镀镍的影响

 

经二次浸锌后,车铝合金件表面上覆盖了一层薄而致密的锌膜,板据实际产品性能的需求要选择后续电镀层,相应的工艺有很多,包括氰化镀银、氰化镀铜、先碱性化学预镀镍再酸性化学镀镍、电镀暗镍等。

 

后续电镀应带电下槽,以防止锌膜溶解或被镀液中镀层金属置换,导致结合力不良。如在暗镍预镀时,因为暗镍液中的pH值一般都低于5,浸锌层在通电前如果与暗镍液接触会发生腐蚀,同样使铝合金零件在预镀暗镍后出现起泡现象,所以要带电人槽。后续化学镀要求溶液的pH值不宜过低,以防浸锌层溶解。在浸锌层上预镀铜或者预镀镍都是铝合金零件常见的工序,好的预镀层,对于铝合金零件表面镀层的结合性能会带来重要影响。

 

总之,铝合金零件电镀只要做好前处理,基本就不会产生起泡、掉皮的质量缺陷,尤其是关键工序--除油、除蜡和浸锌,因此镀前处理是铝合金零件电镀

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