铝及其合金电镀硬铬工艺探讨
2019-03-13 10:03:59
铝及其合金因具有杰出的导电导热性、高延展性、低密度、高强度、易成型等长处,而广泛运用于交通、航空航天、电子、建筑、装潢、纺织等职业。但其表面硬度低、耐磨性差、易腐蚀等缺陷也影响其运用规模和寿数。对铝及其合金进行表面改功能够改进这些缺陷,其最有用的办法之一就是镀硬铬[1 2]。 笔者所从事的纺织职业中有许多铝合金零件需求表面镀硬铬,改进其耐磨和耐蚀性。鉴于我公司对此类零件国产化的迫切要求,我方与南京航空航天大学在铝合金镀硬铬方面展开了相关协作。镀铬层的维氏硬度达1000,较合金基体进步了近10倍;一起硬铬层的耐磨和耐蚀功能均到达规划要求。 1 原理 铝是一种化学活性很高的生动金属,它的电极电势很低(Φ=-1.67Ｖ),具有很强的亲氧性。一起又是一种金属,在空气中极易发作钝化,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,在电镀中简略停留残液和气体,会引起氢脆和镀层掉落等现象。 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。现在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]和浸蚀法[9]等。这些工艺的进程大致附近,都是先去除表面的氧化膜,再经过不同办法取得安稳的中间层,终究进行电镀。安稳的中间层能够防止天然氧化膜的再生,在镀前维护好裸铝表面;一起构成具有超微观、均匀的凹凸结构以及较大的孔体积和较小的电阻;确保在电镀时堆积金属快,晶核构成多,附着好;而且能够防止高硬度的铬层与较软的铝基体直触摸摸而或许引起开裂和洼陷。 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 首要工序阐明 2.2.1 喷砂处理 一些镀件表面可预先选用喷砂处理,这不只能够使零件表面取得均匀的粗糙面,而且能够添加铝合金表面的显微硬度,添加电镀的表面积,进步镀层结合力。喷砂处理可选用干喷或水喷,运用不同目数的玻璃砂,调整喷砂的参数能够取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,防止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: 50～100ｇ/Ｌ,磷酸三钠30～45ｇ/Ｌ,碳酸钠20～30ｇ/Ｌ,60～80℃,0.5～1.0ｍｉｎ。 此进程可重复操作,但时刻要短以防过腐蚀,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(硝酸)=75%,φ()=25%,室温,3～5ｓ。其间硝酸和的体积分数可根据镀件中硅的含量作恰当调整。经过酸蚀可除掉经碱蚀后残留在工件表面的铜、镁、硅、锌、锰及其化合物残渣,裸露出金属结晶的安排,得到均匀、洁净、亮光或灰白色表面,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,500ｇ/Ｌ,酒石酸钾钠50ｇ/Ｌ,1ｇ/Ｌ,室温,30～60ｓ。 退锌液成分及工艺条件: 硝酸200ｍＬ/Ｌ,室温,3～5ｓ。 二次浸锌液成分及工艺条件: 氧化锌20ｇ/Ｌ,120ｇ/Ｌ,酒石酸钾钠50ｇ/Ｌ,2ｇ/Ｌ,室温,20～40ｓ。 浸锌工序联系到镀层的结合力和质量。浸锌应得到薄而详尽且附着力好的锌层,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,进步镀层的结合力。 (2)浸锌后镀锌 镀锌液配方及工艺条件: 氯化锌60～70ｇ/Ｌ,180～220ｇ/Ｌ,偏25～35ｇ/Ｌ,ＺＬ21亮光剂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,若工件较杂乱,能够在前1～2ｍｉｎ内用冲击电流(正常电流的2倍)闪镀,使深凹处堆积镀层,进步深镀才干。浸锌后镀锌可取得更为细密且附着力更好的锌层。它不只能够进步镀层的结合力,而且能够进步成品率,特别关于形状杂乱、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,15ｇ/Ｌ,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,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。化学镀镍操控杂乱,本钱高,镀层表面易呈现粗糙等缺陷;而选用电镀镍工艺的铬镀层质量高,成品率高,本钱低。浸锌后镀镍可取得细密且附着力更好的镍镀层,能够进步镀层的结合力和成品率,本钱相对较高。 (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,钠20～30ｇ/Ｌ,配位剂(柠檬酸钠及三乙醇胺)50～80ｇ/Ｌ,22～25ｍｇ/Ｌ,ｐＨ值9.5～10.5,25～35℃,3～5ｍｉｎ。 碱性化学镀工作温度低,可有用按捺锌膜溶解,然后取得薄而详尽、均匀的镍 磷合金层,以维护锌膜。 酸性化学镀镍 磷液配方及工艺条件: 硫酸镍25～30ｇ/Ｌ,钠25～30ｇ/Ｌ,2 羟基27～30ｍＬ/Ｌ,ｐＨ值4.2～4.8,88～92℃,装载量0.5～1.0ｄｍ2/Ｌ,堆积速率20μｍ/ｈ。 镍 磷合金层到达15～20μｍ时,可确保底层均匀无孔隙,防止在镀铬时呈现合金层脱落。当合金层到达25μｍ时,结合力优秀。 (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必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,晶核构成多,堆积层能够很快地掩盖表面,并牢固地附着在膜孔里,然后取得滑润均匀、结晶详尽、附着力杰出的合格镀层。 (6)浸蚀 浸蚀液成分及工艺条件: 120～160ｇ/Ｌ,缓蚀剂7～15ｇ/Ｌ,室温,2～6ｍｉｎ。 的质量浓度不只影响镀层的外观,而且还能影响镀层与基体的结合力。一起要操控好浸蚀时刻,以防过腐蚀。浸蚀是一种更为简略、便利的办法。 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,堆积速率40μｍ/ｈ。 镀铬配方因选用不同的预镀工艺,需作恰当的调整。而且因添加剂的不同,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构成的内应力,进步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℃,烘烤时刻1ｈ。 3 镀层功能测验 镀铬层除了具有杰出的抗蚀功能和平坦亮光的外观外,更重要的是结合力、硬度和耐磨等功能。 镀铬层结合力的测验有加热、曲折和冲击实验法[10]。测验后,镀层均无起皮和脱落等现象,标明结合力杰出。 硬度测验要根据零件巨细、基体材料、镀层厚度、压痕直径、负荷巨细等选用不同的硬度计。在测定镀层硬度时,常运用维氏微型硬度计,可根据厚度,加5ｇ～200ｇ的载荷,使压痕深度到达镀层厚度的1/7～1/10。加厚镀铬层大于100μｍ时可选用洛氏硬度计测验。
耐磨性测定一般选用厚度削减法、质量损失法、体积磨损法、研磨介质耗费法、切开厚度时刻法、放射性同位素法等。实验标明: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必定的联系,一起对运用寿数也有影响。 4 评论 (1)六种常用的铝及其合金电镀硬铬的预镀工艺有附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构成具有超微观、均匀的凹凸结构,以及较大的孔体积和较小电阻的中间层,能防止天然氧化膜的再生;防止高硬度的铬层与较软的铝基体直触摸摸而或许引起的开裂、洼陷。经过几种电镀工艺所取得的必定厚度的镀层,均具有杰出的结合力、显微硬度、耐磨性及抗冲击功能。 (3)两次浸锌工艺安稳,但工艺杂乱,操作条件严苛。因为浸锌是在强碱溶液中进行,需求很多水冲刷。阳极氧化工艺相对简略,但需严格操控操作温度、电压等,且电解液温度简略上升,影响前处理作用,终究影响镀层质量。浸锌后镀锌和镀镍工艺安稳,成品率高,特别适用于结构杂乱、要求更高的零件。化学镀镍 磷要操控好镍 磷合金层的厚度才干确保杰出的结合力。浸蚀是一种简略、便利的办法。 (4)在施行进程中,可根据本身的条件、环境要求和工件要求,挑选适宜的电镀工艺。.
