铝合金及镁合金电镀工艺.pdf

1 9 9 0 年 宇航材料工艺 一一一 _ 一 一 一 铝合金及镁合金 电镀 工艺 李亭举(航宦 航 都 6 9 9 广)第 2 携 文摘 本文 简要 说明铝 合金 电镀工 艺特点、工 艺方 法的选择，并 峙工 艺过程要 点进 抒 分析。介 绍 7镬夸佥 电镀艘 术的难点厦算解 击逢径。主 囊 词 铝舍 金，镁 旮垒，电镀 工 艺 铝台金 及镁会 盎密度小 重量 轻，适于航天航空之用 但由 于本身抗镩 簪翻焊接 性袭，表 面硬 度低，影响 了使用范 围及 寿命。通过 电镀处理，可弥补上述 之不 足。一、铝合垒 电镀工艺特点 其主要特点是：1 铝表面 有一层氧化膜，在一般条件下用 化学法或机 械法除去后，又会 立即生成一层新的氧化麒，这层膜明显影响镀层与基体金属的结台。2 铝的膨胀系数与镀层 金属相 差较 大，如0 一I O 0 内，膨胀 系数为(l 0 )：铝2 3 4，锌3 O 0，铜 1 7，镍 1 3 0，银 1 0 I，金 1 4 3，铬0 6 0。当环 境温 度发生变化时，易造成 内应力，引 起镀层损 坏。3 铝更 突出 的特性是电位很负，易于失去电子，在电镀溶液中易予与其它离子发生置换最应，产生 接触镀层，明显影响电镀层与接体金属的结台力。此外由于铝电位值负，当镀覆上具有孔隙 的镀层肘，在腐蚀介质 中会形成微电池，通常铝为阳极，镀层为阴极，而引起腐蚀 鉴于上述情况，为得 到台格的镀层，必颁采取有效措施，加改进镀前处理，闲镀及中闯 层 工艺等 二、铝合金 电镀工艺方法选择(一)爱处理方涪 铝台金 电镀 预处理方 法有 多种，各有 利弊概述如下：1。化 学浸锌 浸锌是铝 台龟 电镀 常用 的处理方 法，应用历史较长，工艺 稳定，应 用较 广。但桎 潮湿 的 环境中会透过针孔破陷或镀层不连续处艘生横向腐蚀，导致镀层起泡、脱落。为此，柱浸锌 溶液中加入铙、镍 和锕盐，使之在铝上析出含铁、镍及铜的锌合金，代替纯锌，减少这个 现象。2 阳极氧化 金属沉积在氧化膜的内部和底部产生，要求阳极氧化膜具有一定的厚度、强度及稳定性 e9 维普资讯 http:/ 一般采用磷酸阳极化处理。阳极化处理后，可直接在氧化膜上镀镍。该工艺是无氰工艺，具 有一定发展前途，适于腐蚀环境下使用。也有资料介绍，磷酸阳极化膜在潮湿的介质中有水 化问题，水化后的氧化膜本身强度下降，而导致镀层结合力下降。如该氧化膜采用2 0 呖三甲 基 三磷酸胺处理后，则 无明显水化现象。，3 化学 键镍 化学镀镍处理 的特点是：镀层 均匀，镀 后可不经水洗直接闪镀镍，可提高镀层 结合 力，减少孔 隙，提高 耐蚀 性。化学镀镍 层比浸锌 层硬 度高，不致于在操 作过程 中被 损坏。化学镀 镍 处理适于各种成分 的铝基材 电镀，适于太 型带有深孔、内腔的零件 电镀 4 化 学镀锡 该工艺处理 的特 点是：化学镀 锡是 在碱性溶液 中进行，化学 镀锡 后可不经水洗 直接 镀青 铜，再按要求镀其它金属，该工艺有一定实用价值。(二)电镀 工艺选择 铝 台金 电镀 的预 处理方法及工 艺流程，应根据不 同的使 用情况而 定。1 用于 耐 腐 蚀 方 面 可采 用化学镀镍 处理 闪镀 青铜 或闪镀黄 铜 酸性硫酸铜加厚 双 层镍 微孔 铬等。2 用于 耐 磨 方 面 可采用浸锌闪镀氰化铜 化学镀镍 热处理(4 0 0 1 h)镀 其它金属 或磷酸 阳极化 闪镀 镍镀硬铬 3 用于 装饰 方面 可采用浸锌 闪镀氰化铜 镀其它装饰金属。三、铝台金 电镀的几 点体会 一)曩处理 机加工后的铝件或压铸件带有较多油污，必须彻底除去，以免起泡分层 先用有机溶剂除油，除去一般皂化油脂和非皂化油脂，并能使零件上残留的抛光膏剥离 或疏 橙。形状复 杂 多孔的镀件，尤 其是死 角深处，油 污难 以除去。据 介绍，在有 机溶剂除 油 与碱 液除油 之间，加一道清洗剂除 油，效果 良好，成 品率太太提高。实践证 明，复杂铝件 采用超 声波除油效 果较 好。笔者认为在采 用有机溶 剂除油后，采 用清洗剂 超声波除油，然后 再用化学除油并腐蚀，效果最好。在 碱性 溶液化学除油 的 同时，也达到 了表 面除去氧 化膜 的 目的。应根 据零 件表面状 态的 要求，对碱的敞度 温度及时间进行控制。对表面要求不高的镀件，可用Na OH溶液除油；对 表面要求 高的镀件，用 Na PO。溶 液处理 铝 台金 腐蚀后表面有一层膜，被 认为是 腐蚀产 物，铝合 金铸件 中含有硅 等 碱 中 不溶 解 物，残 留 在 表 面上 形成 一层黑褐色膜，这些膜 明显影 响基材 与镀层的结合力，必须进行 活 化处理 除去。一般采用1：1(体积)硝酸进行活化处理，也可采用浓硝酸。铸件需要用硝酸和氢氟酸 混合液，或用铬酸和硝酸混合液，以除去其表面的褐色膜。经活化处理后，表面必须均匀、光估，湿润并呈灰白色，才能保证镀层结台良好。笔者认为活化处理后，加一道重铬酸钠、7 0 维普资讯 http:/ 毓酸及氟化物混合溶液腐蚀处理，对提高镀层结合力防止起泡是有好处的。(二)电镀工 艺 如上 所述，铝台金 电镀工 艺过程应根据不 同应 用进行 选择，这 里不再重连。笔者所在单 位采用过浸锌打 底，工艺过程是 t 有 机溶剂除油干燥 电化学除油 水洗 浸硝酸 水洗 腐蚀 浸锌 水洗 退除锌层 水洗 二次浸锌 水洗 闪镀氰 化铜 水洗 镀 青银 镀其它金属 通 过实践 有 以下 几点体 会：(1)经浸锌 前处理 的镀件，表面必须 呈 均匀一致 的灰 白色，才 能保证 镀 层结合 良好，无分层现象。如 存在有 黑色 或褐色膜层，该处往往 发生起泡，必须增强预处 理，直至色 泽符 合要求。(2)经浸硝酸等处理后，必须彻 底除去表面残 留的溶液，也必须 将清洗水 彻 底 除去，尤其是盲孔死角，否则影 响浸锌 层的质 量，导致 镀层结 合不 良。，同样，稷锌 处理 时，除控制锌层厚度及色泽外，浸 锌后也必须进行彻 底清洗，以防止镀 层结合不 牢。由于 浸锌层很 软，冲洗时 间不能 太长、过猛，并应 防止擦 碰损伤 等，以保证镀 层质量。(3)由于锌的电位很负，化学性能活泼，浸锌后应快速闪镀，使其表面有一 层镀 层，以免 锌层氧 化，影响结合力。由于锌是两 性金属，在酸 性或碱性溶液 中均会被溶 解，因此 冈 镀时要带电下槽，且用大电流冲击以免锌层化学溶解。如用氰化铜溶液闪镀，可采用电流密 褒3,5 A d m 。有资料介绍 为避免锌层腐蚀，采用中性溶渡内镀银为好。经 闪镀后，授 锌层虽被覆盖，但镀层仍然很 薄，电镀 溶液仍 能通过闪 镀层孔腺使锌层腐 蚀。因此闪镀后镀其它金属仍需要带电下槽。四、镁合金 电镀 工艺 镁 台金 电镀除与铝台金 电镀有类 似之处外，它J 铝舍金 电镀还要困难得 多。笔者所在单 啦 通过 攻关基本上 解决了这 一 技术 难题。(一)主要工艺流 程 有 机溶剂清洗 电解 除油 浸铬酸溶液 浸磷酸、氟化钠溶 液 稀 盐 酸 恬 化 授锌氰化镀铜 镀其他金属(=)主要技术向量曩其辩决途径 1 防止 基体 腐 蚀 由于镁的平衡 电位很 负，极 易腐蚀，在 碱溶液及大 多数酸和盐类溶液 中均易腐 蚀，即使 在 潮湿 的空气中也腐蚀很快。由于镁 的易腐蚀 性，给于 电镀 施工带来 了很大 困难。实践 证明 镶 合金 镀件在 氰化 电镀溶液或酸性 电镀溶 液中均 易造 成腐蚀，酸性溶液 比氰 化溶 液腐蚀严重，罐件 的 凹处 比凸处腐蚀 严重，在 镀件的装挂处也 易造 成腐蚀。为解决镁 合金镀件在 电镀 溶液中的腐蚀问题，可在 电镀 溶液 中加 缓蚀剂，缓蚀 剂与金属 礁作用，可能 在表面生成 一层保 护膜，这 层膜 在 电镀溶液 中不溶解，将镁 的活性表面 与电解 蕞 隔离开，阻止或 减缓 了电化学腐蚀及 化学腐蚀 在氰化镀锢 氰 化镀银 和镀 金溶液 中，我 们 维普资讯 http:/ 加入了不同的缓蚀嗣，取得 嶷好的效果。实践证髓，缓蚀剂浓度越大，对镁台叠镀件腐蚀翟 度越小，但浓度过 大操 作不 便。常规 电镀所用 铜丝装挂，由于 与镁 基体 电化学腐蚀 严重，无 法使 用。选 用 铝 挂 具代银 篓，可使 商蚀现 象大大减小，且 改用螺纹 连接，装挂牢固，避免 电镀 时摆 动摇晃损 坏霞 锌屡 此外 采取对 复杂件适 当加辅助 阳极、增加闪镀 电流密度等 措施，解决 丁镁 台 金 基 体 腐蚀 同 题 、2 提 高 镀层 结合 力 镁 合金具有 很强的钝 亿或氧 化能力在 空气 中很容 易产 生一层钝 化膜或氧 化膜，避际击 后 又会 重新生成，这 层膜 严重影响镀 层的结合，如镀 前处理不 当，照 容 易起泡 脱皮。我们采 用 了二次活化，即活 亿后再用i 盐酸 活化一次，可 彻底 溶解掉铬酸盐膜。此外，程 活 似后 采用快速操作，尽 可能 减少在空气 中或水 中的停留时 闭，避免 重新产 生钝 化骥或氧 化膜，较 好 地解决 了起泡 问题。3 提 高 防 蚀性 镁的标准 电位为 一2 3 7 V 比其它镀 层金 属负得多，如金镀 层的标准 电位 为+l-3 8 V，二 者组成原电池的电动势为：e=E正一E负i 3 8 (-2 3 7)=3 7 5 V，这个 数 值相当大，如镁 件上直接镀金是很 不利的，在腐蚀 环境 _F使用，镁基体会 通过镀 层孔 隙受 到严重腐蚀 采用多层电镀，减小相邻镀层间的电位差，可大大降信镁基体的腐蚀速度。参考文麓(1)铝合盒镀硬珞，上诲电镀)，l 9 8 6，4 (2】铝合盒压铸件电镀技术的进展，电镀与精饰)，1 9 8 5 0 0)为提高铝上 电镀结合力所作的新努力 电镀与精饰 1 9 8 8，1 (4)铝 及 铝台 金 镀 金工 艺，西北 航 天 技 术，l 9 8 8 3 (5)铝 台 台压 铸 件 电 镀 工艺，上 海 电镀，j 9 8 5 4 (6)铝台金压 铸件的电镀新工艺研 究报告，上海电镀，1 9 8 4 2 (T)镁 台 金 镀 金工 艺 试 验，北 京 薪 立 机 械厂 部 资料(8】华保定等译：金属腐蚀及其保 护的理论，中围工业出版社(上接第6 8 页)强 度有 关的基本性能 与各相 问的多界面有 关，如氧化物、碳 化物、硎化物层以及复杂的 冶盘 过 程相 互作用。但是，术文 中描 述的 X射线 残余应力测量有 劭于 弄清 楚组 元和 它们的性 能 是 如 何影响界面 行为的。(致澍和参考文献从略)钟守 仁译 自Re s i d u l St r e s sS t r e s s Re l a x s t i o n p 4 2 5 4 3 8莓肇健校 了2 维普资讯 http:/