鋁及鋁合金電鍍前處理工藝的改進

曾領才，文偉，謝輝

（1.湖南長高高壓開關集團股份公司，湖南 長沙 410219；2.東莞霖輝金屬表面處理材料有限公司，廣東 東莞 523928）

鋁及鋁合金電鍍前處理工藝的改進

曾領才1,*，文偉2，謝輝2

（1.湖南長高高壓開關集團股份公司，湖南 長沙 410219；2.東莞霖輝金屬表面處理材料有限公司，廣東 東莞 523928）

針對傳統鋁及鋁合金前處理工藝的不足之處，對其進行了改良。新型鋁及鋁合金的前處理工藝流程是：脫脂堿蝕二合一─水洗─酸洗─水洗─去灰─水洗─堿性活化─浸鋅(或浸多元合金)─水洗─中性鍍鎳─水洗─后續(xù)電鍍。堿蝕、酸蝕、活化工藝是新型鋁及鋁合金電鍍前處理的關鍵。新工藝幾乎適合所有牌號的鋁及鋁合金電鍍前處理，可制得完整、均勻、結合力良好的電鍍層。

鋁；合金；電鍍；前處理

1 前言

鋁及鋁合金表面電鍍各種金屬后，可明顯提高其表面的物理或化學性能。以鋁及鋁合金做導體時，在其表面電鍍銀可提高表面或電接觸部位的電導率；為使鋁容易焊接，在其表面電鍍銅、鎳或錫；為提高其耐磨性，在其表面電鍍厚鉻。在裝飾性方面，實際上大多是電鍍鉻。

鋁及鋁合金表面電鍍，很早以前就有嘗試并已用于實際生產。但鋁及鋁合金與鍍層之間存在氧化物，鋁及鋁合金與金屬鍍層的熱膨脹系數不同，鍍層有針孔和殘存電鍍液等因素，造成鍍層結合力不良，長時間使用后會剝離甚至在鍍后立即剝離。在表面處理領域，鋁及鋁合金的電鍍工藝還處于探索階段，長久以來無實質性的突破，至今沒有形成完善、成熟的工藝。鍍層結合力不牢是鋁及鋁合金電鍍的一個通病，因此，鋁及鋁合金的電鍍質量和產品合格率仍是行業(yè)瓶頸。

2 傳統鋁及鋁合金電鍍

鋁及鋁合金在電解液中電解可形成鍍層，但鍍層結合力不牢、易剝離。因此，可先將鋁在含有鋅化合物的水溶液中沉積鍍層再進行電鍍，這一方法即為鋅置換法或沉積法。也可先在鋁及鋁合金表面通過陽極氧化得到一層很薄的多孔氧化膜，再進行電鍍。

2. 1 常規(guī)鋁及鋁合金電鍍的工藝流程

鋁及鋁合金電鍍工藝流程由鍍前處理、電鍍、鍍后處理 3部分組成。鍍前處理是關系到電鍍產品質量優(yōu)劣的最關鍵工序，其主要目的是除去鋁及鋁合金表面的油脂、自然形成的氧化膜及其他污物。

常規(guī)的工藝流程一般為：脫脂─水洗─堿蝕─水洗─酸洗─水洗─活化─水洗─一次浸鋅─水洗─退鋅─水洗─二次浸鋅(或浸多元合金)─水洗─中性鍍鎳─水洗─后續(xù)電鍍。

也有采用薄的陽極氧化膜取代浸鋅工藝后再進行后續(xù)電鍍。

2. 1. 1 脫脂

脫脂的主要目的是除去工件表面的油污。過去多采用三氯乙烯等有機溶劑或其蒸汽進行脫脂，但毒性大、污染環(huán)境。現在一般采用不使鋁材表面粗糙的弱堿性溶液和表面活性劑聯用的方法一步脫脂，常用的脫脂液組成和工藝條件如下：

2. 1. 2 堿蝕

堿蝕是為了清除工件表面污物和工件表面非常微薄的自然氧化膜，提高電鍍層的結合力。

2. 1. 3 酸洗

酸洗是為了清除脫脂、堿蝕工件表面時生成的黑色沉積物，使工件呈現潔凈的表面。

2. 1. 4 活化

2. 1. 5 一次浸鋅

2. 1. 6 退鋅

2. 1. 7 二次浸鋅

一般采用市售浸鋅液(含氰化物的效果好一些)在15 ～ 22 °C下進行二次浸鋅，浸鋅時間為25 ～ 35 s。

2. 1. 8 中性鍍鎳

2. 2 傳統前處理工藝中存在的不足

(1) 工藝流程長、工序多。

(2) 工藝復雜、操作范圍窄，各工藝參數必須嚴格控制。

(3) 工藝適用范圍不廣，不同牌號的鋁合金前處理工藝不能雷同，必須根據鋁合金的牌號調整前處理工藝。

(4) 在嚴格控制前處理工藝的前提下，電鍍產品的合格率很低，普通裝飾性電鍍的合格率為 85% ～90%(鍍后不需要熱震試驗)，功能性電鍍的合格率為60% ～ 70%(需熱震處理)。

(5) 各工序溶液的使用壽命短，處理周期短。

由于鋁及鋁合金傳統前處理工藝普遍存在以上不足，因此，必須對其進行改良。

3 改良通用型鋁及鋁合金電鍍前處理工藝

脫脂堿蝕二合一─水洗─酸洗─水洗─去灰─水洗─堿性活化─浸鋅(或浸多元合金)─水洗─中性鍍鎳─水洗─后續(xù)電鍍。

3. 1 脫脂堿蝕二合一

滲透擴散劑和活化酸鹽 A、B由東莞霖輝金屬表面處理有限公司提供。溶液中氫氧化鈉的含量微小，不會腐蝕鋁合金，其存在只是提供堿性條件，協助表面活性劑、磷酸三鈉、滲透擴散劑等的除油脫脂作用。活化酸鹽 A、B能有效溶解鋁合金表面的氧化物且對鋁不產生任何溶解作用。

3. 2 酸洗

磷酸和硝酸的混合酸高于50 °C時對鋁合金有較好的拋光效果，能有效清除鋁合金表面的氧化層，同時對鋁合金表面具有選擇性溶解作用，提高鋁合金表面的純度。氯離子的加入能使鋁合金表面發(fā)生微觀點狀腐蝕，形成無數微觀凹坑、凹洞，使鋁合金表面與外層金屬產生類似于紐扣效應的作用，有效提升結合力。

3. 3 去掛灰

去掛灰是為了清除酸洗時工件表面生成的黑色碳沉積物，使工件表面潔凈。

3. 4 堿性活化

采用堿性活化，能有效清除酸性條件下鋁合金表面殘留的硅膠。不腐蝕鋁合金表面，可充分活化鋁合金表面。

3. 5 浸鋅

活化酸鹽A、B與脫脂堿蝕二合一工序中的相同，該浸鋅工藝的特點如下：

(1) 浸鋅液成分簡單，容易配制。

(2) 浸鋅液使用壽命長，維護簡單，日常消耗、維護按配方中各成分的配比補加即可。

(3) 鋅層呈啞光黑灰色，結晶細致，結合力優(yōu)良。

(4) 若用于裝飾性電鍍，向鋅液中添加堿性鍍鋅中間體DE 1 ～ 2 mL/L和RS浸鋅光亮劑(東莞霖輝金屬表面處理有限公司)4 ～ 6 mL/L，即可獲得光亮黑色鋅層，加快后續(xù)電鍍的出光速率。

(5) 只須一次浸鋅即可獲得結合力優(yōu)良的鋅層，無須進行二次浸鋅，可縮短工藝流程、節(jié)約成本、降低能耗。

3. 6 中性鍍鎳

同2.1.8。

4 生產實踐總結

新工藝針對目前鋁合金電鍍的實際缺陷，結合鋁合金自身較特殊的物理化學性能，在原工藝的基礎上進行了改良，具有如下優(yōu)點：

(1) 工藝流程縮短，通過選擇性地溶解鋁合金表層的其他金屬來提高鋁合金表面的純度，使鍍層結合力提高。

(2) 最先用堿性活化取代酸性活化工藝來徹底清除鋁合金在鍍前處理過程中表面殘留的硅及硅膠，有效提高鍍層結合力。

(3) 堿性活化后無需水洗而直接浸鋅，可避免酸性活化后經水洗再二次浸鋅時在空氣中暴露而形成氧化層。

(4) 只需一次簡單的浸鋅即可，鍍層結合力明顯優(yōu)于二次浸鋅及復雜的多元有氰浸鋅工藝。

(5) 工藝的通用性廣，幾乎適用于所有牌號的鋁合金電鍍前處理。

(6) 產品電鍍一次性合格率明顯高于傳統工藝。若單純從鍍層結合力好壞評估，則產品的合格率接近100%。

(7) 實際生產中的工藝操作簡單、方便。

(8) 長時間大規(guī)模龍門自動生產線實際生產證明，改良后的新型鋁合金電鍍前處理很穩(wěn)定。

(9) 方便在傳統鋁合金電鍍工藝基礎上進行工藝改進。

[ 編輯：周新莉 ]

Improvement of pretreatment process for aluminum and its alloys before plating //

ZENG Ling-cai*, WEN Wei, XIE Hui

The traditional pretreatment process for aluminum and aluminum alloys was improved aiming at its shortcoming. The novel pretreatment process flow is as follows: (1) two-in-one degreasing and alkaline etching; (2) water washing; (3) acid pickling; (4) water rinsing; (5) deoxidizing; (6) water rinsing; (7) alkaline activating; (8) dip galvanizing (or dip multi-component alloy); (9) water rinsing; (10) neutral nickel plating; (11) water rinsing; and (12) subsequent plating. Alkaline etching, acidic pickling, and activating are the key steps. The novel process is suitable for pretreatment of nearly all types of aluminum and aluminum alloys, and produces complete, uniform, and welladherent coatings.

aluminum; alloy; electroplating; pretreatment

Hunan Changgao High Voltage Switchgear Group Co., Ltd., Changsha 410219, China

TQ153; TG178

A

1004 – 227X (2012) 03 – 0015 – 03

2011–09–18

2011–11–15

曾領才（1968–），男，湖南長沙人，高級工程師，主要從事電化學方面的研究。

作者聯系方式：(E-mail) zenglingcai1968@yahoo.com.cn。