壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝的製作方法
2023-06-06 20:44:31
專利名稱：壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及電鍍領域，特別是一種壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，應用於壓鑄鋁合金產品或含矽量較大的鋁合金產品。
背景技術：
化學鍍是在金屬的催化作用下，通過可控制的氧化還原反應產生金屬沉積的過程。它也被稱為自催化鍍或無電鍍。
實現化學鍍應具備下述條件(1)溶液中還原劑被氧化的電位要顯著低於金屬離子被還原的電位，以使金屬有可能在基材上被沉積出來；(2)配好的溶液不產生自發分解，當與催化表面接觸時，才發生金屬沉積過程；(3)調節溶液的pH、溫度時，可以控制金屬的還原速度，即可以調節鍍覆速度；(4)被還原析出的金屬應具有催化活性，這樣鍍層才能增厚；(5)反應生成物不妨礙鍍覆過程的正常進行，即溶液有足夠的使用壽命。
化學鍍溶液的成分包括金屬鹽、還原劑、絡合劑、緩衝劑、pH調節劑、穩定劑、加速劑、潤溼劑和光亮劑等。與電鍍相比，化學鍍具有鍍層厚度均勻、針孔少、不需直流電源設備、能在非導體上沉積和具有某些特殊性能等特點。但成本比電鍍高，主要用於不適於電鍍的特殊場合。
化學鍍中應用最廣的是化學鍍鎳，而化學鍍鎳溶液通常是用次磷酸鹽作還原劑。其反應過程為
(部分H2PO2-被氫原子還原成磷夾雜在鍍層中)(析氫反應)這類鍍層的特點是(1)所得鍍層為含有一定數量磷的鎳磷合金，其磷含量隨溶液成分和操作條件的不同而在3％-14％之間變化；(2)鍍層為非晶態的層狀結構，進行熱處理時，隨著Ni3P的結晶化，其層狀結構逐漸消失，含磷量高於8％時，鍍層為非磁性；含磷量低於8％時，其磁性能也與電鍍鎳層有很大差異；(3)抗蝕性高，特別是在含磷量較高時，在許多浸蝕性介質中均比電鍍鎳耐蝕得多；(4)硬度高，這種鍍層的顯微硬度≈500-600HV，比電鍍鎳層高得多，經400℃熱處理後，其硬度可達1000HV以上，可用來代替鍍硬鉻，韌性比電鍍鎳層差；(5)易於釺焊，但熔焊性能比鎳鍍層差；(6)某些化學鍍鎳層的外觀與不鏽鋼相似，比帶微黃色的鎳鍍層美觀。
化學鍍鎳磷層主要用作化工設備的抗蝕鍍層、複雜機械零件的耐磨鍍層、電子元器件的釺焊鍍層、電子儀器的電磁屏蔽層及非導體的金屬化等。
在不同基體金屬上化學鍍鎳，按基體金屬對化學鍍鎳催化活性不同可分為以下幾類1、高催化活性的金屬如普通鋼鐵、鎳、鈷、鉑、鈀等，這些金屬經一般電鍍前的預處理之後，即可直接化學鍍鎳。
2、有催化活性但表面易氧化的金屬如不鏽鋼、鋁、鎂、鈦、鎢、鉬等，這類金屬要進行適當的活化處理後才能進行化學鍍鎳。
3、非催化活性的金屬如銅、銀、金等，它們需作觸發或催化處理後才能進行化學鍍鎳。
在鋁合金表面化學鍍覆一層金屬鎳，可以提高鋁合金表面硬度，耐腐蝕性，以及耐磨性和可焊性等多重性能。但由於鋁合金表面非常容易形成天然氧化膜，同時其電位很負，在鍍液中常受侵蝕並置換出被鍍金屬，從而影響鍍層的附著力。為獲得附著力良好的鍍層，一般措施有除去天然氧化膜，並防止其在電鍍前再次形成，例如目前使用最廣的浸鋅法，在鋁合金化學鍍鎳前需要二次浸鋅打底才能保證鍍鎳層有良好的附著力。操作時將鋁合金浸入鋅酸鹽溶液中，在清除表面天然氧化膜同時，置換出一薄層緻密而附著力良好的鋅層，通常第一次浸鋅層粗糙多孔，附著力不良，然後要在500mL/L硝酸中將其溶解後再進行第二次浸鋅，該浸鋅工藝操作複雜，難以維護，並且對下一步的化學鍍鎳液有致命影響，大大降低鍍液的使用壽命。
發明內容
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其無須進行二次浸鋅的鍍前處理，對鍍液無任何不良作用。
本發明的目的是這樣實現的一種壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於包括以下步驟-機械前處理；-脫脂清洗；-弱酸洗；-鹼浸蝕；-化學鍍鎳用含有以下組分的鍍液進行化學鍍鎳，鍍液組分包括可溶性鎳鹽20-30g/L、絡合劑15-20g/L、緩衝劑10-20g/L、次亞磷酸鹽還原劑20-30g/L、穩定劑2-5mg/L、pH調節劑調至鍍液pH值為9.0-9.5，操作條件為攪拌，鍍液溫度控制在50-55℃；-後處理。
本發明可直接在壓鑄鋁合金產品表面直接進行化學鍍鎳，不必使用二次浸鋅工藝，操作過程非常簡單，對化學鍍鎳液沒有任何不良副作用，可延長化學鍍鎳液使用時間，並且化學鍍鎳液具有較高鍍速。
具體實施例方式
本發明是一種壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於包括以下步驟機械前處理；脫脂清洗；弱酸洗；鹼浸蝕；化學鍍鎳；後處理。
機械前處理，是用例如噴砂、噴丸、刷光等機械方法，清除零件表面的氧化皮、鏽蝕、殘渣等。
脫脂清洗，是用化學方法脫去產品表面油汙，例如利用熱鹼液脫脂或利用表面活性劑脫脂。
弱酸洗，以鹽酸或氫氟酸除鏽。
鹼浸蝕按一般鹼浸蝕的工藝規範進行，如用氫氧化鈉溶液進行浸蝕，在產品表面生成矽-鋁化合物，消除可能影響鍍層質量的不良因素。
化學鍍鎳。鍍液包括有水、可溶性鎳鹽、絡合劑、次亞磷酸鹽還原劑、pH調節劑，除此以外，還含有緩衝劑、穩定劑等其它添加劑。可溶性鎳鹽一般採用來源廣、成本較低、溶解度較好的硫酸鎳，而其它符合溶解度標準的任何鎳鹽均是適合的。在鍍液中可溶性鎳鹽濃度可在20-30g/L範圍內。還原劑優選次亞磷酸鹽，特別是次亞磷酸鈉。在鍍液中還原劑濃度可在20-30g/L範圍內。pH調節劑採用鹼金屬氫氧化物如氫氧化鈉、氫氧化鉀，或含氨水、銨離子的化合物均可，添加至鍍液的pH值維持在9.0-9.5之間。絡合劑的選擇很多，包括各種有機酸或有機酸鹽，如檸檬酸、乳酸、酒石酸、琥珀酸、蘋果酸、葡萄糖酸等，或以上有機酸的鹽。在鍍液中絡合劑濃度可在15-20g/L範圍內。緩衝劑能將pH值控制在某一程度，優選氯化銨，在鍍液中濃度為10-20g/L。穩定劑用於穩定鍍液組分，優選碘酸鉀，在鍍液中濃度為2-5mg/L。隨著鎳鹽和次亞磷酸鹽濃度的增加，沉積速度逐漸提高，而後趨於穩定或稍有降低，但此時溶液穩定性下降。這兩種藥品是化學鍍鎳的主要消耗成分，要經常補充。補充時兩者應分別溶解加入，加入時溶液溫度低一些為好，並要有良好的攪拌。若能用自動控制儀錶帶計量泵補加，最為理想。鍍液操作工藝採用空氣攪拌，溫度在50-55℃，鍍液的pH值維持在9.0-9.5之間，電鍍時間一般在20-40分鐘。化學鍍鎳反應受擴散過程影響。對化學鍍鎳液進行攪拌有利於提高反應物向工件表面的傳遞速度，同時也有利於反應產物的脫離，不僅可防止漏鍍、針孔，提高鍍層外觀質量，而且可以防止局部過熱，這有利於鍍液的穩定性。從本質上講，攪拌改變了工件/溶液界面擴散層內的化學成分和pH值，因此，攪拌的影響是重要的。當採用蒸汽或電加熱器直接加熱時，溶液必須要有空氣攪拌或連續循環系統，使被加熱的溶液迅速傳播開。在鍍液pH值低時，空氣攪拌提高鍍速的效果比較顯著；在高pH值時超聲波攪拌有利於提高鍍速。在本發明中採用空氣攪拌。
後處理採用烘烤和熱處理，用於改善鍍層的附著力性能。
下面通過具體的實施例子來進一步說明，但本發明並不限於以下實施例。
首先將壓鑄鋁合金產品進行機械前處理空氣壓力噴砂，石英砂粒徑0.5mm以下，壓縮空氣壓力0.1-0.15Mpa。
然後進行脫脂清洗，鹼液成分(含氫氧化鈉15-20g/L，碳酸鈉15-30g/L，磷酸鈉15-30g/L，苯磺酸鈉1g/L)，清洗溫度20-60℃，時間0.5-1分鐘。
再弱酸洗，用3％-5％的鹽酸溶液在室溫下清洗0.5-1分鐘。
再進行鹼浸蝕鹼液含氫氧化鈉50-100g/L，清洗溫度20-60℃，時間0.5-2分鐘。
然後化學鍍鎳。工藝規範如下
最後進行後處理烘烤溫度60-70℃，時間30-60min。
鍍後檢測鍍層性能如下
權利要求
1.一種壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於包括以下步驟-機械前處理；-脫脂清洗；-弱酸洗；-鹼浸蝕；-化學鍍鎳用含有以下組分的鍍液進行化學鍍鎳，鍍液組分包括可溶性鎳鹽20-30g/L、絡合劑15-20g/L、緩衝劑10-20g/L、次亞磷酸鹽還原劑20-30g/L、穩定劑2-5mg/L、pH調節劑調至鍍液pH值為9.0-9.5，操作條件為攪拌，鍍液溫度控制在50-55℃；-後處理。
2.根據權利要求1所述的壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於所述的化學鍍鎳鍍液中的可溶性鎳鹽是硫酸鎳。
3.根據權利要求1所述的壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於所述的化學鍍鎳鍍液中的絡合劑是檸檬酸鈉。
4.根據權利要求1所述的壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於所述的化學鍍鎳鍍液中的緩衝劑是氯化銨。
5.根據權利要求1所述的壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於所述的化學鍍鎳鍍液中的次亞磷酸鹽還原劑是次亞磷酸鈉。
6.根據權利要求1所述的壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於所述的化學鍍鎳鍍液中的穩定劑是碘酸鉀。
7.根據權利要求1所述的壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於所述的化學鍍鎳鍍液中的pH調節劑為氨水或鹼金屬氫氧化物。
8.根據權利要求1所述的壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於所述的化學鍍鎳採用空氣攪拌。
9.根據權利要求1所述的壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於所述的化學鍍鎳時間為20-40分鐘。
10.根據權利要求1所述的壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，其特徵在於所述的後處理操作工藝為烘烤溫度60-70℃，時間30-60min。
全文摘要
本發明公開了一種壓鑄鋁合金直接化學鍍鎳工藝，包括以下步驟將合金表面通過機械前處理、脫脂清洗、弱酸洗、鹼浸蝕處理後，再以化學鍍鎳方式進行電鍍。本發明可直接在壓鑄鋁合金產品表面進行化學鍍鎳，不必使用二次浸鋅工藝，操作過程非常簡單，對化學鍍鎳液沒有任何不良副作用，可延長化學鍍鎳液使用時間，並且化學鍍鎳液具有較高鍍速。
文檔編號C23C18/31GK1896309SQ20051003582
公開日2007年1月17日 申請日期2005年7月11日 優先權日2005年7月11日
發明者趙順, 王江鋒 申請人:佛山市順德區漢達精密電子科技有限公司