铝及其合⾦电镀硬铬⼯艺探讨
铝及其合⾦电镀硬铬⼯艺探讨1 原理
铝是⼀种化学活性很⾼的活泼⾦属,它的电极电势很低(Φ=-1.67Ｖ),具有很强的亲氧性。同时⼜是⼀种两性⾦属,在空⽓中极易发⽣钝化,给铝合⾦电镀带来了困难。铸造铝合⾦因有砂眼、起泡等缺陷,在电镀中容易滞留残液和⽓体,会引起氢脆和镀层脱落等现象。
铝及其合⾦电镀的关键是镀层与基体⾦属的结合⼒问题;⽽影响结合⼒的关键是预镀是否合理。⽬前常⽤的⼯艺有两次浸锌法[3 5]、化学镀镍磷[6 7]、浸锌后镀镍[3]、浸锌后镀锌[8]、磷酸阳极氧化法[4]和盐酸浸蚀法[9]等。这些⼯艺的过程⼤致相近,都是先去除表⾯的氧化膜,再通过不同⽅法获得稳定的中间层,最后进⾏电镀。稳定的中间层可以防⽌⾃然氧化膜的再⽣,在镀前保护好裸铝表⾯;同时形成具有超微观、均匀的凹凸结构以及较⼤的孔体积和较⼩的电阻;保证在电镀时沉积⾦属快,晶核形成多,附着好;⽽且可以避免⾼硬度的铬层与较软的铝基体直接接触⽽可能引起开裂和凹陷。2 铝及铝合⾦电镀硬铬2.1 ⼯艺流程
喷砂处理→碱蚀→⽔洗→酸蚀→⽔洗→预镀→⽔洗→镀铬→⽔洗→吹⼲→除氢2.2 主要⼯序说明2.2.1 喷砂处理
⼀些镀件表⾯可预先采⽤喷砂处理,这不仅可以使零件表⾯获得均匀的粗糙⾯,⽽且可以增加铝合⾦表⾯的显微硬度,增加电镀的表⾯积,提⾼镀层结合⼒。喷砂处理可采⽤⼲喷或⽔喷,使⽤不同⽬数的玻璃砂,调整喷砂的参数可以获得不同粗糙度的均匀表⾯。喷砂后要及时去除表⾯残留的玻璃砂,以免对后道⼯序产⽣影响。2.2.2 碱蚀除油碱蚀液配⽅及⼯艺条件:
氢氧化钠50～100ｇ/Ｌ,磷酸三钠30～45ｇ/Ｌ,碳酸钠20～30ｇ/Ｌ,60～80℃,0.5～1.0ｍｉｎ。此过程可反复操作,但时间要短以防过腐蚀,除油后要⽤热⽔和冷⽔清洗。有时也可⽤有机溶剂除油。2.2.3 酸蚀出光酸蚀液配⽅及⼯艺条件:
φ()=75%,φ(氢氟酸)=25%,室温,3～5ｓ。其中和氢氟酸的体积分数可根据镀件中硅的含量作适当调整。经过酸蚀可除去经碱蚀后残留在⼯件表⾯的铜、镁、硅、锌、锰及其化合物残渣,裸露出⾦属结晶的组织,得到均匀、洁净、光亮或灰⽩⾊表⾯,镀件表⾯被活化。2.2.4 预镀(1)两次浸锌法
⼀次浸锌液成分及⼯艺条件:
氧化锌100ｇ/Ｌ,氢氧化钠500ｇ/Ｌ,酒⽯酸钾钠50ｇ/Ｌ,三氯化铁1ｇ/Ｌ,室温,30～60ｓ。退锌液成分及⼯艺条件:200ｍＬ/Ｌ,室温,3～5ｓ。⼆次浸锌液成分及⼯艺条件:
氧化锌20ｇ/Ｌ,氢氧化钠120ｇ/Ｌ,酒⽯酸钾钠50ｇ/Ｌ,三氯化铁2ｇ/Ｌ,室温,20～40ｓ。
浸锌⼯序关系到镀层的结合⼒和质量。浸锌应得到薄⽽细致且附着⼒好的锌层,表⾯均匀,并具有微光泽。有时在浸锌前铝件表⾯浸重⾦属处理,使得电位正移,提⾼镀层的结合⼒。(2)浸锌后镀锌
镀锌液配⽅及⼯艺条件:
氯化锌60～70ｇ/Ｌ,氯化钾180～220ｇ/Ｌ,偏硼酸25～35ｇ/Ｌ,ＺＬ21光亮剂14～18ｍＬ/Ｌ,ｐＨ值5～6,室温,1～4Ａ/ｄｍ2。
⼀次或⼆次浸锌后可对镀件进⾏镀锌。镀锌时,若⼯件较复杂,可以在前1～2ｍｉｎ内⽤冲击电流(正常电流的2倍)闪镀,使深凹处沉积镀层,提⾼深镀能⼒。浸锌后镀锌可获得更为致密且附着⼒更好的锌层。它不仅可以提⾼镀层的结合⼒,⽽且可以提⾼成品率,尤其对于形状复杂、要求更⾼的零件。(3)浸锌后镀镍
化学镀镍液配⽅及⼯艺条件:
硫酸镍35ｇ/Ｌ,硼酸15ｇ/Ｌ,次磷酸钠15～20ｇ/Ｌ,醋酸钠15ｇ/Ｌ,柠檬酸钠10ｇ/Ｌ,ｐＨ值4.8～5.5,80～90℃,15～20ｍｉｎ。
镀镍液配⽅及⼯艺条件:
硫酸镍200～250ｇ/Ｌ,柠檬酸钠200～250ｇ/Ｌ,硼酸30ｇ/Ｌ,氯化铵5ｇ/Ｌ,ｐＨ值6.6～6.8,55～65℃,0.5～1.0Ａ/ｄｍ2。镀镍时须带电⼊槽,先⽤冲击电流电镀,然后转⼊正常电流电镀。化学镀镍控制复杂,成本⾼,镀层表⾯易出现粗糙等缺点;⽽采⽤电镀镍⼯艺的铬镀层质量⾼,成品率⾼,成本低。浸锌后镀镍可获得致密且附着⼒更好的镍镀层,可以提⾼镀层的结合⼒和成品率,成本相对较⾼。(4)化学镀镍
磷碱性化学镀镍磷液配⽅及⼯艺条件:
硫酸镍20～30ｇ/Ｌ,次磷酸钠20～30ｇ/Ｌ,配位剂(柠檬酸钠及三⼄醇胺)50～80ｇ/Ｌ,氨⽔22～25ｍｇ/Ｌ,ｐＨ值9.5～10.5,25～35℃,3～5ｍｉｎ。
碱性化学镀⼯作温度低,可有效抑制锌膜溶解,从⽽获得薄⽽细致、均匀的镍磷合⾦层,以保护锌膜。http://www.doczj.com/doc/111902978.html /
酸性化学镀镍磷液配⽅及⼯艺条件:
硫酸镍25～30ｇ/Ｌ,次磷酸钠25～30ｇ/Ｌ,2 羟基丙酸27～30ｍＬ/Ｌ,ｐＨ值4.2～4.8,88～92℃,装载量0.5～1.0ｄｍ2/Ｌ,沉积速率20µｍ/ｈ。
镍磷合⾦层达到15～20µｍ时,可保证底层均匀⽆孔隙,避免在镀铬时出现合⾦层剥落。当合⾦层达到25µｍ时,结合⼒优良。(5)磷酸阳极氧化
磷酸阳极氧化液配⽅及⼯艺条件:
磷酸250～350ｇ/Ｌ,20～20℃,3～15ｍｉｎ,1～2Ａ/ｄｍ2。
铝及其合⾦磷酸阳极氧化⽣成⼀定厚度和特殊结构的多孔氧化膜。该氧化膜具有超微观、均匀的凹凸结构,最⼤的孔体积和最⼩的电阻。在该氧化膜层上进⾏电镀,晶核形成多,沉积层可以很快地覆盖表⾯,并牢固地附着在膜孔⾥,从⽽获得平滑均匀、结晶细致、附着⼒良好的合格镀层。(6)盐酸浸蚀
盐酸浸蚀液成分及⼯艺条件:
盐酸120～160ｇ/Ｌ,缓蚀剂7～15ｇ/Ｌ,室温,2～6ｍｉｎ。
盐酸的质量浓度不仅影响镀层的外观,⽽且还能影响镀层与基体的结合⼒。同时要控制好浸蚀时间,以防过腐蚀。盐酸浸蚀是⼀种更为简单、⽅便的⽅法。2.2.5 镀铬及除氢(1)镀铬
镀铬液配⽅及⼯艺条件:
铬酐130～150ｇ/Ｌ,硫酸0.5～0.8ｇ/Ｌ,稀⼟添加剂1.5～2.0ｇ/Ｌ,三价铬1～2ｇ/Ｌ,50～55℃,40～45Ａ/ｄｍ2,沉积速率40µｍ/ｈ。
镀铬配⽅因采⽤不同的预镀⼯艺,需作适当的调整。并且因添加剂的不同,镀层的外观也会有较⼤的差异。
(2)除氢为了消除镀层与基体之间所形成的内应⼒,提⾼镀层与基体之间的结合⼒,镀后要进⾏除氢处理。烘烤温度160℃,烘烤时间1ｈ。3 镀层性能测试
镀铬层除了具有良好的抗蚀性能和平整光亮的外观外,更重要的是结合⼒、硬度和耐磨等性能。
镀铬层结合⼒的测试有加热、弯曲和冲击实验法[10]。测试后,镀层均⽆起⽪和剥落等现象,表明结合⼒良好。
硬度测试要根据零件⼤⼩、基体材料、镀层厚度、压痕直径、负荷⼤⼩等采⽤不同的硬度计。在测定镀层硬度时,常使⽤维⽒微型硬度计,可根据厚度,加5ｇ～200ｇ的载荷,使压痕深度达到镀层厚度的1/7～1/10。加厚镀铬层⼤于100µｍ时可采⽤洛⽒硬度计测试。
耐磨性测定通常采⽤厚度减少法、质量损失法、体积磨损法、研磨介质消耗法、切割厚度时间法、放射性同位素法等。试验表明:镀铬层的维⽒硬度为7355ＭＰａ～7845ＭＰａ时具有较⼤的耐磨性。镀铬层厚度与耐磨性也有⼀定的关系,同时对使⽤寿命也有影响。4 讨论
(1)六种常⽤的铝及其合⾦电镀硬铬的预镀⼯艺有相近的预处理和后续的电镀硬铬规范。
(2)不同的预镀⼯艺均可形成具有超微观、均匀的凹凸结构,以及较⼤的孔体积和较⼩电阻的中间层,能防⽌⾃然氧化膜的再⽣;避免⾼硬度的铬层与较软的
铝基体直接接触⽽可能引起的开裂、凹陷。通过⼏种电镀⼯艺所获得的⼀定厚度的镀层,均具有良好的结合⼒、显微硬度、耐磨性及抗冲击性能。
(3)两次浸锌⼯艺稳定,但⼯艺复杂,操作条件苛刻。由于浸锌是在强碱溶液中进⾏,需要⼤量⽔冲洗。阳极氧化⼯艺相对简单,但需严格控制操作温度、电压等,且电解液温度容易上升,影响前处理效果,最终影响镀层质量。浸锌后镀锌和镀镍⼯艺稳定,成品率⾼,特别适⽤于结构复杂、要求更⾼的零件。化学镀镍磷要控制好镍磷合⾦层的厚度才能保证良好的结合⼒。盐酸浸蚀是⼀种简单、⽅便的⽅法。
