一種鋁或鋁合金表面直接電鍍高結(jié)合力鎳層方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁或鋁合金表面直接電鍍高結(jié)合力鎳層的方法。其特征在于鋁合金材料電鍍前無需特殊的前處理，將鋁及鋁合金經(jīng)化學(xué)拋光后置于鍍液中，在電鍍液中加入絡(luò)合除膜劑，先采用鍍鎳液進(jìn)行陽極活化對(duì)鋁合金表面腐蝕活化，隨后瞬間轉(zhuǎn)向進(jìn)行陰極直接鍍鎳，形成一層結(jié)合力良好的薄鍍鎳層；所述的陽極活化及陰極直接鍍鎳的工藝為：陽極活化工藝參數(shù)：電流密度為1.2-1.5A/dm2，時(shí)間為100s；陰極電鍍工藝參數(shù)：電流密度1.6-2.8A/dm2，時(shí)間10min，pH值3.5-4.5，溫度為15-30℃。所得鍍層均勻、致密，鍍層與鋁基底具有良好的結(jié)合力。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)鋁及鋁合金電鍍步驟繁瑣、產(chǎn)品質(zhì)量不易控制、鍍層結(jié)合力差等缺點(diǎn)，是一種操作簡便，能滿足鋁及鋁合金制品高質(zhì)量表面處理和性能要求的鋁及合金表面處理方法。
【專利說明】一種鋁或鋁合金表面直接電鍍高結(jié)合力鎳層方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在鋁及鋁合金表面上直接電鍍鎳高結(jié)合力鎳層的方法。具體而言，本發(fā)明的鋁及鋁合金電鍍鎳工藝對(duì)鋁合金材料無需進(jìn)行特殊的前處理，可直接在鍍液中進(jìn)行電鍍，獲取鍍層。

【背景技術(shù)】
[0002]鋁及其合金是應(yīng)用最廣泛的金屬之一，具有導(dǎo)電性好、傳熱快、比重輕、比強(qiáng)度高、易于成型等特點(diǎn)。但鋁及其合金又存在硬度低、不耐磨、易發(fā)生晶間腐蝕、不易焊接等缺點(diǎn)，影響其應(yīng)用范圍和使用壽命。鋁及其合金經(jīng)電鍍之后可賦予防護(hù)-裝飾和其它功能性用途，可延長使用壽命和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
[0003]鋁及其合金上電鍍比其它金屬上電鍍要困難得多，主要是由于鍍層與基體之間易發(fā)生起皮和脫皮，結(jié)合力不良等現(xiàn)象。究其原因是①鋁與氧的親和力很強(qiáng)，所以表面總存在有氧化膜，而氧化膜的導(dǎo)電性不良，嚴(yán)重影響鍍層與基體的結(jié)合；②鋁很活潑，在電鍍中易發(fā)生置換反應(yīng)，此反應(yīng)產(chǎn)生的置換層與基體的結(jié)合力很差；③鋁的膨脹系數(shù)較鎳、銅等金屬大；④鋁基和鍍層之間常有氫氣吸藏，容易鼓泡。由于上述原因，在鋁及鋁合金上直接電鍍變得非常困難。
[0004]目前，鋁及鋁合金電鍍主要采用特殊的前處理方法，包括二次浸鋅、化學(xué)鍍鎳、陽極氧化等電鍍工藝方法。雖然上述方法對(duì)提高鍍層結(jié)合力確實(shí)有幫助，但前處理過程步驟繁瑣，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，且生產(chǎn)成本較高。在這些方法中，陽極氧化法由于得到的鍍層主要靠機(jī)械咬合作用進(jìn)行結(jié)合的，它的結(jié)合力受到一定的限制，同時(shí)成本較高，所以應(yīng)用不多；化學(xué)鍍鎳法前處理步驟繁瑣，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，且成本較高，所以應(yīng)用也不廣；二次浸鋅法應(yīng)用比較普遍,其電鍍工藝流程為:除油一水洗一浸蝕一水洗一出光一水洗一浸鋅—水洗一退鋅一水洗一第二次浸鋅一水洗一電鍍。該工藝依然存在明顯的不足:一是步驟繁瑣，不利于實(shí)際生產(chǎn)操作；二是對(duì)于成分不同、結(jié)構(gòu)不同的鋁合金，得到的鍍層的結(jié)合力往往相差很大；三是無論哪種鋁合金，采用該工藝得到的鍍層與基底的結(jié)合力都不太高，應(yīng)用范圍受到限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種鋁或鋁合金表面直接電鍍高結(jié)合力鎳層的方法。所述方法與現(xiàn)有鋁合金電鍍技術(shù)中步驟繁瑣、鍍層結(jié)合力差、生產(chǎn)成本較高等缺點(diǎn)相比，該方法無需特殊的前處理，步驟簡單，鍍層結(jié)合力良好，且成本較低。
[0006]本發(fā)明的方法包括具體如下步驟:
[0007]I)前處理:包括預(yù)磨試樣一化學(xué)除油一化學(xué)拋光一除灰一活化；
[0008]2)陽極活化及陰極直接鍍鎳:先采用鍍鎳液進(jìn)行陽極活化對(duì)鋁合金表面腐蝕活化，隨后瞬間轉(zhuǎn)向進(jìn)行陰極直接鍍鎳，形成一層結(jié)合力良好的薄鍍鎳層。
[0009]所述的前處理目的是為了去除工件表面的油脂和氧化膜。
[0010]所述的預(yù)磨試樣可采用噴砂和砂紙研磨進(jìn)行。
[0011]所述的化學(xué)除油采用堿性化學(xué)除油除去鋁合金表面的油脂和污物，工藝條件為:碳酸鈉 10-20g/L，磷酸鈉 10-20g/L，硅酸鈉 10_20g/L，0P-10 乳化劑 l_3g/L，溫度 60_80°C時(shí)間至除油盡為止。
[0012]所述的化學(xué)拋光法除了采用以下本發(fā)明所描述的堿性化學(xué)拋光液，還可采用其他酸性化學(xué)拋光處理液進(jìn)行拋光處理，同樣也可以達(dá)到較好的拋光效果。本發(fā)明化學(xué)拋光液采用如下配方:Na0H100 ?400g/L ；NaN03200 ?550g/L ；CoSO4I ?20g/L ；75 ~ 95 V ;1 ?5min。
[0013]所述除灰采用體積分?jǐn)?shù)50%的硝酸去除拋光后的表面掛灰。
[0014]所述活化采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的稀硫酸活化，保持鋁合金活性表面。
[0015]所述的陽極活化及陰極直接鍍鎳的鍍液組成為:
[0016]主鹽為硫酸鎳、氯化鎳中的一種或兩種，濃度為60?120g/L。
[0017]導(dǎo)電鹽為氯化鎳、氯化鈉中的一種或兩種，其濃度為30?50g/L。
[0018]緩沖劑為硼酸，20?30g/L。
[0019]絡(luò)合除膜劑可以為氟化鈉、氟化氫銨、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀、酒石酸鈉、酒石酸鉀鈉、乙二胺四乙酸二鈉、葡萄糖酸鈉中的一種或復(fù)配。絡(luò)合除膜劑總濃度控制在20?40g/L0
[0020]所述的陽極活化及陰極直接鍍鎳的工藝為:陽極活化工藝參數(shù):電流密度為
1.2-1.5A/dm2，時(shí)間為10s ;陰極電鍍工藝參數(shù):電流密度1.6-2.8A/dm2，時(shí)間1min, pH值3.5-4.5，溫度為15-30°C。采用壓縮空氣攪拌，陽極為99.99%的電解鎳板。
[0021]電源波形采用恒直流，電鍍工件放入槽液后，工件與電源正極相連，鍍液中的絡(luò)合除膜劑和氯離子充分吸附于表面，一段時(shí)間后表面完全腐蝕，呈現(xiàn)高活性表面。然后轉(zhuǎn)換電路，瞬間將工件置為陰極處于施鍍過程，轉(zhuǎn)向瞬間完成，鋁工件表面未被氧化，保證了施鍍后的良好結(jié)合力。
[0022]本發(fā)明的工藝具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0023]1.本發(fā)明的直接電鍍鎳方法，不經(jīng)過浸鋅、陽極氧化、化學(xué)鍍等復(fù)雜的前處理步驟，工藝操作簡單，產(chǎn)品質(zhì)量易于控制。由于本發(fā)明的工藝步驟可以得到最大程度的簡化，所需能耗也可降到最低。
[0024]2.本發(fā)明的直接電鍍鎳方法，鍍液中添加的絡(luò)合除膜劑，可有效地除去存在于鋁合金表面的薄層氧化膜，大大提高了鍍層與基體的結(jié)合力，解決了鋁及鋁合金在電鍍過程中鍍層與基體結(jié)合力差而引起的鍍層起皮及鼓泡等問題。
[0025]3.采用本發(fā)明制得的鍍鎳層，膜層厚度均勻，與基體結(jié)合力強(qiáng)，耐蝕性好。
[0026]4.本發(fā)明的直接電鍍鎳方法，其電解液具有溶液總濃度低，使用壽命長，成品率聞，能耗低等特點(diǎn)。
[0027]5.本發(fā)明原料易得，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0028]為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。
[0029]實(shí)施例一
[0030]純鋁上直接電鍍鎳
[0031]樣品采用L3工業(yè)純鋁，具體步驟如下:
[0032]1.前處理。
[0033]采用噴砂和砂紙研磨進(jìn)行預(yù)磨試樣。水洗。
[0034]采用堿性化學(xué)除油除去鋁合金表面的油脂和污物，工藝條件為:碳酸鈉10_20g/L，磷酸鈉10-20g/L，硅酸鈉10-20g/L，0P-10乳化劑l_3g/L，溫度60_80°C時(shí)間至除油盡為止。水洗。
[0035]采用Na0H250g/L，NaN03460g/L, CoS04lg/L組成的化學(xué)拋光液對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)拋光。溫度80?95°C，時(shí)間2min ;水洗。
[0036]采用體積分?jǐn)?shù)50%的硝酸去除拋光后的表面掛灰。水洗。
[0037]采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的稀硫酸活化，保持鋁合金活性表面。水洗
[0038]2.陽極活化及陰極直接鍍鎳:先采用鍍鎳液進(jìn)行陽極活化對(duì)鋁合金表面腐蝕活化，隨后瞬間轉(zhuǎn)向進(jìn)行陰極直接鍍鎳，形成一層結(jié)合力良好的薄鍍鎳層，該鍍層可作為后續(xù)鍍的底層。電鍍液組成為:NiS0460g/L ;硼酸25g/L ；NaC150g/L ;檸檬酸鈉5g/L ；NaF5g/L ；酒石酸鉀鈉10g/L ;pH值4.5。陽極活化工藝參數(shù):電流密度為1.2A/dm2,時(shí)間為10s ;陰極電鍍工藝參數(shù):電流密度1.6A/dm2，時(shí)間lOmin，pH值3.5，溫度為15°C。采用壓縮空氣攪拌，陽極為99.99%的電解鎳板。
[0039]鍍層質(zhì)量:均勻、光滑、致密；鍍層厚度15 μ m。
[0040]樣品結(jié)合力采用以下方法檢測(cè):
[0041](I)在試樣上用鋼刀尖劃互相平行和交錯(cuò)深達(dá)基底的劃痕(形成ImmX Imm的方格)，再用鋼絲刷摩擦表面，未見鍍層起皮脫落現(xiàn)象；
[0042](2)用老虎鉗夾住試樣一端來回彎曲五次，直至樣片折斷，斷口兩側(cè)鍍層與基底結(jié)合緊密，未見起皮脫落現(xiàn)象；
[0043](3)采用冷熱循環(huán)試驗(yàn)，將鍍件在220°C條件下保溫I小時(shí)，取出后在冷水中急冷，循環(huán)試驗(yàn)60次，未見鍍層起皮脫落現(xiàn)象。
[0044]檢測(cè)結(jié)果表明:鍍層結(jié)合力良好。
[0045]實(shí)施例二
[0046]硬鋁合金上直接電鍍鎳
[0047]樣品采用LY-12硬鋁合金，具體步驟如下:
[0048]1.機(jī)械預(yù)處理:采用噴砂或砂紙研磨，除去毛刺、牢固的氧化物、擠壓用潤滑劑、切削油等異物、減少表面粗糙度；水洗；
[0049]2.采用堿性化學(xué)除油除去鋁合金表面的油脂和污物，工藝條件為:碳酸鈉10-20g/L，磷酸鈉 10-20g/L，硅酸鈉 10_20g/L，0P-10 乳化劑 l_3g/L，溫度 60-80°C時(shí)間至除油盡為止。水洗。
[0050]3.化學(xué)拋光:采用Na0H300g/L，NaN03500g/L, CoS042g/L組成的化學(xué)拋光液對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)拋光。溫度80?95°C，時(shí)間3min ;水洗；
[0051]4.采用體積分?jǐn)?shù)50%的硝酸去除拋光后的表面掛灰。水洗。
[0052]5.采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的稀硫酸活化，保持鋁合金活性表面。水洗。
[0053]6.陽極活化及陰極直接鍍鎳:先采用鍍鎳液進(jìn)行陽極活化對(duì)鋁合金表面腐蝕活化，隨后瞬間轉(zhuǎn)向進(jìn)行陰極直接鍍鎳，形成一層結(jié)合力良好的薄鍍鎳層，該鍍層可作為后續(xù)鍍的底層。電鍍液組成為:NiS0470g/L ；NiCl250g/L ;硼酸20g/L ;乙二胺四乙酸二鈉10g/L ；氟化氫銨5g/L ;酒石酸鈉10g/L ；pH值4.0。陽極活化工藝參數(shù):電流密度為1.3A/dm2,時(shí)間為10s ;陰極電鍍工藝參數(shù):電流密度2A/dm2，時(shí)間lOmin，pH值4，溫度為20°C。采用壓縮空氣攪拌，陽極為99.99%的電解鎳板。
[0054]鍍層質(zhì)量:均勻、光滑、致密；鍍層厚度16 μ m。
[0055]樣品結(jié)合力采用以下方法檢測(cè):
[0056](I)在試樣上用鋼刀尖劃互相平行和交錯(cuò)深達(dá)基底的劃痕(形成ImmX Imm的方格)，再用鋼絲刷摩擦表面，未見鍍層起皮脫落現(xiàn)象；
[0057](2)采用冷熱循環(huán)試驗(yàn)，將鍍件在300°C條件下保溫I小時(shí)，取出后在冷水中急冷，循環(huán)試驗(yàn)60次，未見鍍層起皮脫落現(xiàn)象；
[0058]檢測(cè)結(jié)果表明:鍍層結(jié)合力良好。
[0059]實(shí)施例三
[0060]鑄鋁合金上直接電鍍鎳
[0061]樣品采用ZL-108鑄鋁合金，具體步驟如下:
[0062]1.機(jī)械預(yù)處理:采用噴砂和砂紙研磨，除去毛刺、牢固的氧化物、擠壓用潤滑劑、切削油等異物、減少表面粗糙度；水洗；
[0063]2.采用堿性化學(xué)除油除去鋁合金表面的油脂和污物，工藝條件為:碳酸鈉10-20g/L，磷酸鈉 10-20g/L，硅酸鈉 10_20g/L，0P-10 乳化劑 l_3g/L，溫度 60-80°C時(shí)間至除油盡為止。水洗。
[0064]3.化學(xué)拋光:采用Na0H300g/L，NaN03520g/L, CoS045g/L組成的化學(xué)拋光液對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)拋光。溫度80?95°C，時(shí)間3min ;水洗；
[0065]4.米用體積分?jǐn)?shù)50%的硝酸去除拋光后的表面掛灰。水洗。
[0066]5.采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的稀硫酸活化，保持鋁合金活性表面。水洗。
[0067]6.陽極活化及陰極直接鍍鎳:先采用鍍鎳液進(jìn)行陽極活化對(duì)鋁合金表面腐蝕活化，隨后瞬間轉(zhuǎn)向進(jìn)行陰極直接鍍鎳，形成一層結(jié)合力良好的薄鍍鎳層，該鍍層可作為后續(xù)鍍的底層。電鍍液組成為:NiS0480g/L ；NiCl220g/L ;硼酸30g/L ；NaC130g/L ;氟化鈉1g/L ;酒石酸鈉15g/L ;檸檬酸鈉15g/L ;pH值3.5 ;陽極活化工藝參數(shù):電流密度為1.5A/dm2,時(shí)間為10s ;陰極電鍍工藝參數(shù):電流密度2.8A/dm2，時(shí)間lOmin，pH值4.5，溫度為30。。。采用壓縮空氣攪拌，陽極為99.99%的電解鎳板。
[0068]鍍層質(zhì)量:均勻、光滑、致密；鍍層厚度17 μ m。
[0069]樣品結(jié)合力采用以下方法檢測(cè):
[0070](I)在試樣上用鋼刀尖劃互相平行和交錯(cuò)深達(dá)基底的劃痕(形成ImmX Imm的方格)，再用鋼絲刷摩擦表面，未見鍍層起皮脫落現(xiàn)象；
[0071](2)采用冷熱循環(huán)試驗(yàn)，將鍍件在300°C條件下保溫I小時(shí)，取出后在冷水中急冷，循環(huán)試驗(yàn)80次，未見鍍層起皮脫落現(xiàn)象。
[0072]檢測(cè)結(jié)果表明:鍍層結(jié)合力良好。
[0073] 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁或鋁合金表面直接電鍍高結(jié)合力鎳層的方法，其特征在于:按如下步驟操作: 1)前處理:包括預(yù)磨試樣一化學(xué)除油一化學(xué)拋光一除灰一活化； 2)陽極活化及陰極直接鍍鎳:先采用鍍鎳液進(jìn)行陽極活化對(duì)鋁合金表面腐蝕活化，隨后瞬間轉(zhuǎn)向進(jìn)行陰極直接鍍鎳，形成一層結(jié)合力良好的薄鍍鎳層； 所述的陽極活化及陰極直接鍍鎳的工藝為:陽極活化工藝參數(shù):電流密度為1.2-1.5A/dm2，時(shí)間為10s ;陰極電鍍工藝參數(shù):電流密度1.6-2.8A/dm2，時(shí)間1min, pH值3.5-4.5，溫度為15-30°C。采用壓縮空氣攪拌，陽極為99.99%的電解鎳板； 所述鍍鎳液中含有絡(luò)合除膜劑，絡(luò)合除膜劑為氟化鈉、氟化氫銨、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀、酒石酸鈉、酒石酸鉀鈉、乙二胺四乙酸二鈉、葡萄糖酸鈉中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述電鍍液成分還包括主鹽、導(dǎo)電鹽、緩沖劑，溶液PH值控制在3.0?5.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:鍍液中主鹽為硫酸鎳、氯化鎳中的一種或兩種，其濃度控制在60?120g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:鍍液中導(dǎo)電鹽為氯化鎳、氯化鈉中的一種或兩種，其濃度控制在30?50g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:鍍液中緩沖劑為硼酸，其濃度控制在20 ?30g/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述化學(xué)拋光液成分包括:氫氧化鈉100?400g/L，硝酸鈉200?550g/L，硫酸鈷I?20g/L ;化學(xué)拋光溫度控制在70?95°C，處理時(shí)間I?5min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的化學(xué)除油采用堿性化學(xué)除油除去鋁合金表面的油脂和污物，工藝條件為:碳酸鈉10-20g/L，磷酸鈉10-20g/L，硅酸鈉10-20g/L, OP-1O乳化劑l_3g/L，溫度60_80°C時(shí)間至除油盡為止。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述除灰采用體積分?jǐn)?shù)50%的硝酸去除拋光后的表面掛灰。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述活化采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的稀硫酸活化，保持鋁合金活性表面。
【文檔編號(hào)】C25D3/12GK104233420SQ201310239385
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】華兆紅 申請(qǐng)人:無錫市森信精密機(jī)械廠