鋁合金表面鍍鎳預(yù)處理工藝

【摘 要】研究了鋁合金表面化學(xué)鍍鎳工藝的前處理工藝、鍍液配方及工藝條件對處理效果的影響。結(jié)果表明：能在鋁合金表面獲得一層薄而均勻活潑且結(jié)合力優(yōu)良的預(yù)鍍鎳層，是隨后酸性化學(xué)鍍鎳的理想底層。

【關(guān)鍵詞】鋁合金 預(yù)處理 化學(xué)鍍鎳

1前言

鋁合金件性質(zhì)獨(dú)特，在其表面進(jìn)行化學(xué)鍍有一定的難度。因?yàn)殇X與氧有很強(qiáng)的親和力，表面極易生成氧化膜，即使用化學(xué)方法去除，在鍍覆其他金屬之前又會形成新的氧化膜。這種氧化膜與鍍層的結(jié)合力很差。另外，鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位很負(fù)（-1.66V），在鍍液中易與電位較正的金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)生成疏松層，影響鍍層結(jié)合力。因此，要在鋁表面獲得結(jié)合力強(qiáng)、性能優(yōu)良的鍍鎳層，鍍前預(yù)處理是關(guān)鍵。

2鋁合金化學(xué)鍍鎳的預(yù)處理工藝

鋁合金化學(xué)鍍鎳的預(yù)處理工藝流程為：毛坯檢驗(yàn)→打磨→水洗→堿性化學(xué)除油→熱水洗→冷水洗→活化→冷水洗→吹干→堿性預(yù)鍍。

2.1毛坯檢驗(yàn)與打磨

鋁合金化學(xué)鍍的難點(diǎn)主要是化學(xué)成分不均勻，如含偏析較為嚴(yán)重，還有縮孔等缺陷，會導(dǎo)致起泡和針狀麻點(diǎn)。鋁在空氣中易氧化生成氧化膜，導(dǎo)致鍍層與基體結(jié)合不良，因此應(yīng)盡量減少工件在空氣中的暴露時(shí)間。在試驗(yàn)中，首先對零件的表觀狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)。表面不應(yīng)有裂紋、氣泡、疏松、劃痕等影響化學(xué)鍍質(zhì)量的缺陷。如果有缺陷看是否可通過磨光、拋光予以排除，若不能，則不予施鍍。由于機(jī)械加工導(dǎo)致鋁合金基體表面有一層比較厚的氧化皮和臟物，所以需要對表面進(jìn)行打磨。打磨方法：用砂紙由低到高進(jìn)行打磨，直到磨凈氧化皮，表面平整光潔為宜。

2.2堿性化學(xué)除油

本試驗(yàn)采用堿性除油溶液，是借溶液的皂化和乳化作用除油。當(dāng)帶有油污的零件放入堿性除油溶液中時(shí)，可皂化油與堿發(fā)生皂化反應(yīng)，反應(yīng)生成的肥皂和甘油都能很好的溶解于水中，非皂化油靠乳化作用除油，除油液中必須加入乳化劑，乳化劑吸附在界面上，降低油液界面張力，使油與溶液的接觸面積增大，使油膩?zhàn)兂尚∮偷畏稚⒃谌芤褐小Ｍ瑫r(shí)，此工藝通過堿的弱腐蝕使鋁材露出基體表面，而有利于提高鍍層與基體的結(jié)合力。堿洗除油配方見表1。

表1 鋁合金表面化學(xué)除油工藝規(guī)范

成分磷酸鈉十二烷基硫酸鈉溫度時(shí)間

含量35g/L0.6g/L70℃10s

2.3活化

活化是要?jiǎng)冸x鋁合金件表面的加工變形層以及前處理工序生成的極薄的氧化膜。將基體的組織暴露出來以便鍍層金屬在其表面進(jìn)行生長。鋁是化學(xué)活性極強(qiáng)的金屬，暴露于空氣中極易氧化生成一層氧化物，從而影響了鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。鋁合金件在經(jīng)過除油之后，為了進(jìn)一步提高基體與鍍層的結(jié)合力，須用弱酸浸蝕并進(jìn)行活化。本實(shí)驗(yàn)采用如下兩種方案進(jìn)行對比。

方案Ⅰ：3%-5%HCI室溫 6s

方案Ⅱ：0.5%-1%硫酸 室溫 ，3%檸檬酸 室溫 6s

圖1 方案Ⅰ浸蝕活化后的試樣 圖2 方案Ⅱ浸蝕活化后的試樣

方案I處理后的試樣有產(chǎn)生過腐蝕的現(xiàn)象如圖1，方案II避免了基體發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕如圖2。對以上兩種工藝方案處理后的試樣進(jìn)行觀察，從圖1可知，試樣表面有腐蝕產(chǎn)物附著，由此可見在除油過程中鋁表面產(chǎn)生了過腐蝕，所以方案Ⅰ堿性過強(qiáng)不符合除油規(guī)范，方案Ⅱ處理后的試樣表面較干凈且沒有腐蝕痕跡。如圖2所示。經(jīng)過上面的實(shí)驗(yàn)初步確定鋁合金件的腐蝕活化工藝如表2。

表2 弱酸浸蝕的活化工藝規(guī)范

成分硫酸檸檬酸鈉時(shí)間

含量0.5%～1%3%5～20s

弱酸浸蝕中，浸蝕酸的濃度不僅會影響鋁合金件表面的氧化膜的去除質(zhì)量，而且還會影響鋁合金件表面的活化性能。所以，對浸蝕酸的兩種濃度的浸蝕性能進(jìn)行比較，對弱酸浸蝕中浸蝕酸的濃度進(jìn)行優(yōu)化，既能把鋁合金表面的氧化膜完全清除，而且能使鋁合金表面產(chǎn)生更多的活化點(diǎn)。

表3 浸蝕酸的濃度對鋁合金件表觀形貌的影響

硫酸含量時(shí)間表觀影響

0.5%6s良好

1%6s出現(xiàn)黑色氧化膜

由表3可知，當(dāng)硫酸的濃度為1%時(shí)的浸蝕酸，由于酸的濃度過大，不宜控制鋁合金件在其中的反應(yīng)劇烈程度。剛把鋁合金件放到浸蝕酸里面，鋁合金表面立即就會發(fā)生劇烈的反應(yīng)，并伴隨大量的氣體放出。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇濃度0.5%的硫酸為弱酸浸蝕中酸的濃度。

在弱酸浸蝕中浸蝕的時(shí)間也是一個(gè)重要的指標(biāo)。為了確定最佳的浸蝕時(shí)間，在確定了浸蝕酸的濃度上進(jìn)行浸蝕時(shí)間的研究。選用硫酸的濃度為0.5%，進(jìn)行弱酸浸蝕時(shí)間的影響試驗(yàn)，用來對弱酸浸蝕時(shí)間范圍確定。

表4 浸蝕時(shí)間對鋁合金件表觀形貌的影響

浸蝕時(shí)間6s10s15s20s

表觀影響良好良好出現(xiàn)黑色氧化膜出現(xiàn)黑色氧化膜

由表4可知，當(dāng)弱酸浸蝕時(shí)間適當(dāng)時(shí)，可以清除鋁合金表面的氧化膜，使基體的晶格特征完全暴露出來，又能起到去除鋁合金表面的掛灰。弱酸浸蝕可以增加鋁合金件表面的活化點(diǎn)?；罨c(diǎn)數(shù)越多下一步預(yù)鍍鎳時(shí)鎳原子越能更好的附著于鋁合金表面，擁有良好的結(jié)合力。

2.4 堿性預(yù)化學(xué)鍍鎳

鋁合金經(jīng)過活化后，為了阻止酸性鍍液對鋁基體產(chǎn)生腐蝕，從而影響鍍層與基體的結(jié)合力要先預(yù)鍍一層鎳。因?yàn)槌Ｒ?guī)酸性化學(xué)鍍鎳使用的溶液PH值低，若鋁合金件活化后直接在酸性鍍液中化學(xué)鍍鎳，鋁將被迅速溶解，而鍍件以堿性化學(xué)預(yù)鍍鎳后，再進(jìn)入酸性鍍液中時(shí)，就不會使鋁在鍍液中溶解，可以迅速引發(fā)自催化鍍鎳，鎳層保護(hù)了基體不被腐蝕，此工藝的質(zhì)量高低是鋁合金化學(xué)鍍鎳成功與否的關(guān)鍵所在。鍍液配方及工藝條件下見表5。

表5 堿性化學(xué)鍍鎳工藝規(guī)范

試劑硫酸鎳次亞磷

酸鈉乳酸鈉氯化銨三乙醇胺pH溫度

含量

（g/L）30303030108.5-970℃

預(yù)鍍時(shí)間對鍍層質(zhì)量有很大的影響，預(yù)鍍不充分，鎳沉積層太薄，化學(xué)鍍鎳磷過程中易產(chǎn)生漏鍍現(xiàn)象，而預(yù)鍍時(shí)間過長，預(yù)鍍層過厚，會導(dǎo)致鍍層應(yīng)力增大，從而引起鍍層氣泡、裂紋等缺陷，進(jìn)而會降低鍍層與基體的結(jié)合力。所以在預(yù)鍍鎳其他工藝不變的情況下對預(yù)鍍時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，見表6。

表6 預(yù)鍍時(shí)間選擇

預(yù)鍍時(shí)間20min30min40min

鍍層質(zhì)量漏鍍良好結(jié)合不好

3結(jié)論

（1）采用彎曲法測定結(jié)合力，鍍層不起皮、不鼓泡，結(jié)合力良好。

（2）預(yù)鍍層的表面形貌呈明顯的胞狀結(jié)構(gòu)，晶粒細(xì)小，且劃痕和凹坑處也被致密的鍍層覆蓋。是隨后酸性化學(xué)鍍鎳的理想底層。

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