一種鋁或鋁合金表面直接電鍍方法
2023-05-05 01:20:06
專利名稱：一種鋁或鋁合金表面直接電鍍方法
技術領域：
本發明是關於一種在鋁及鋁合金表面上直接電鍍鎳的方法。具體而言，本發明的鋁及鋁合金電鍍鎳工藝對鋁合金材料無需進行特殊的前處理，可直接在鍍液中進行電鍍，獲取鍍層。
背景技術：
鋁及其合金是應用最廣泛的金屬之一，具有導電性好、傳熱快、比重輕、比強度高、易於成型等特點。但鋁及其合金又存在硬度低、不耐磨、易發生晶間腐蝕、不易焊接等缺點，影響其應用範圍和使用壽命。鋁及其合金經電鍍之後可賦予防護-裝飾和其它功能性用途，可延長使用壽命和擴大應用範圍。
鋁及其合金上電鍍比其它金屬上電鍍要困難得多，主要是由於鍍層與基體之間易發生起皮和脫皮，結合力不良等現象。究其原因是①鋁與氧的親和力很強，所以表面總存在有氧化膜，而氧化膜的導電性不良，嚴重影響鍍層與基體的結合；②鋁很活潑，在電鍍中易發生置換反應，此反應產生的置換層與基體的結合力很差；③鋁的膨脹係數較鎳、銅等金屬大；④鋁基和鍍層之間常有氫氣吸藏，容易鼓泡。由於上述原因，在鋁及鋁合金上直接電鍍變得非常困難。
目前，鋁及鋁合金電鍍主要採用特殊的前處理方法，包括二次浸鋅、化學鍍鎳、陽極氧化等電鍍工藝方法。雖然上述方法對提高鍍層結合力確實有幫助，但前處理過程步驟繁瑣，產品質量不易控制，且生產成本較高。在這些方法中，陽極氧化法由於得到的鍍層主要靠機械咬合作用進行結合的，它的結合力受到一定的限制，同時成本較高，所以應用不多；化學鍍鎳法前處理步驟繁瑣，產品質量不易控制，且成本較高，所以應用也不廣；二次浸鋅法應用比較普遍，其電鍍工藝流程為除油→水洗→浸蝕→水洗→出光→水洗→浸鋅→水洗→退鋅→水洗→第二次浸鋅→水洗→電鍍。該工藝依然存在明顯的不足一是步驟繁瑣，不利於實際生產操作；二是對於成分不同、結構不同的鋁合金，得到的鍍層的結合力往往相差很大；三是無論哪種鋁合金，採用該工藝得到的鍍層與基底的結合力都不太高，應用範圍受到限制。
發明內容
本發明的目的在於針對現有鋁合金電鍍技術中步驟繁瑣、鍍層結合力差、生產成本較高等缺點，提供一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法，該方法無需特殊的前處理，步驟簡單，鍍層結合力良好，且成本較低。
本發明的方法包括具體如下步驟1)前處理包括機械預處理和化學拋光；2)電鍍鎳在鍍液中採用直流或脈衝電流法，對鋁合金進行直接電鍍；在電鍍液中加入絡合除膜劑，其濃度控制在20～40g/L。
所述的前處理，包括機械預處理和化學拋光，目的是為了去除工件表面的油脂和氧化膜。本發明可採用噴砂和砂紙研磨進行機械預處理。化學拋光法除了採用以下本發明所描述的鹼性化學拋光液，還可採用其他酸性化學拋光處理液進行拋光處理，同樣也可以達到較好的拋光效果。
所述每個操作步驟後均需水洗。
本發明化學拋光液採用如下配方NaOH 100～400g/L；NaNO3200～550g/L；CoSO41～20g/L；75～95℃；1～5min。
電鍍鎳中，將工件帶電放入電鍍槽中電鍍。鍍液組成主鹽、導電鹽、緩衝劑、絡合除膜劑，溶液pH值控制在3.0～5.0。本發明採用直流或脈衝電流法(P.C.)，脈衝頻率50～100Hz，工作比10％～30％，電流密度2～8A/dm2，溫度20～50℃。
鍍液組成主鹽為硫酸鎳、氯化鎳中的一種或兩種，濃度為60～120g/L。
導電鹽為氯化鎳、氯化鈉中的一種或兩種，其濃度為30～50g/L。
緩衝劑為硼酸，20～30g/L。
絡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配。絡合除膜劑總濃度控制在20～40g/L。
發明人在研究中發現，本發明的鍍液中添加絡合除膜劑，既起到絡合鎳離子的作用，能提高鍍液均鍍能力，改善陽極溶解性能，增大允許的陰極電流密度，細化晶粒，使鍍層更加均勻、緻密；同時絡合除膜劑可去除鋁合金材料表面的氧化膜，明顯提高鍍層與基體的結合力，且能有效的絡合溶解的鋁離子，防止其對電鍍過程產生不利的影響。通過絡合除膜劑的有效使用，本發明克服了傳統的鋁及鋁合金電鍍鎳工藝的缺點，既能得到結合力良好的鍍層，又大大簡化了前處理步驟。本發明的方法為鋁或鋁合金上電鍍鎳開闢了一種新的方式，不再停留於以往僅是對原工藝中的有關條件的改進。使鋁或鋁合金上電鍍鎳的工藝過程得到了最大程度的簡化，通過多次試驗也充分說明本發明的方法是有效的，可行的。
本發明的工藝具有如下優點1.本發明的直接電鍍鎳方法，不經過浸鋅、陽極氧化、化學鍍等複雜的前處理步驟，工藝操作簡單，產品質量易於控制。由於本發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。
2.本發明的直接電鍍鎳方法，鍍液中添加的絡合除膜劑，可有效地除去存在於鋁合金表面的薄層氧化膜，大大提高了鍍層與基體的結合力，解決了鋁及鋁合金在電鍍過程中鍍層與基體結合力差而引起的鍍層起皮及鼓泡等問題。
3.採用本發明製得的鍍鎳層，膜層厚度均勻，與基體結合力強，耐蝕性好。
4.本發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，成品率高，能耗低等特點。
5.本發明原料易得，成本低，易於工業化生產。
具體實施例方式
以下本發明實施例旨在說明本發明而不是對本發明的限定。
實施例1純鋁上直接電鍍鎳樣品採用L3工業純鋁，具體步驟如下1.前處理。採用NaOH 250g/L，NaNO3460g/L，CoSO41g/L組成的化學拋光液對樣品進行化學拋光。溫度80～95℃，時間2min；水洗。
2.直接電鍍鎳。經前處理後的樣品帶電放入電鍍槽中，進行電鍍。電鍍液組成為NiSO460g/L；硼酸25g/L；NaCl 50g/L；檸檬酸鈉5g/L；NaF 5g/L；酒石酸鉀鈉10g/L；pH值4.5。採用脈衝電流法，電流頻率50Hz；工作比30％；電流密度2A/dm2；電鍍時間20min；室溫。水洗；吹乾。
鍍層質量均勻、光滑、緻密；鍍層厚度12μm。
樣品結合力採用以下方法檢測(1)在試樣上用鋼刀尖劃互相平行和交錯深達基底的劃痕(形成1mm×1mm的方格)，再用鋼絲刷摩擦表面，未見鍍層起皮脫落現象；(2)用老虎鉗夾住試樣一端來回彎曲五次，直至樣片折斷，斷口兩側鍍層與基底結合緊密，未見起皮脫落現象；(3)採用冷熱循環試驗，將鍍件在220℃條件下保溫1小時，取出後在冷水中急冷，循環試驗40次，未見鍍層起皮脫落現象。
檢測結果表明鍍層結合力良好。
實施例2硬鋁合金上直接電鍍鎳樣品採用LY-12硬鋁合金，具體步驟如下1.機械預處理採用噴砂或砂紙研磨，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；2.化學拋光採用NaOH 300g/L，NaNO3500g/L，CoSO42g/L組成的化學拋光液對樣品進行化學拋光。溫度80～95℃，時間3min；水洗；3.直接電鍍鎳經前處理後的樣品帶電放入電鍍槽中，進行電鍍。電鍍液組成為NiSO470g/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。採用直流電鍍，電流密度8A/dm2；電鍍時間20min；室溫。水洗；吹乾。
鍍層質量均勻、光滑、緻密；鍍層厚度15μm。
樣品結合力採用以下方法檢測(1)在試樣上用鋼刀尖劃互相平行和交錯深達基底的劃痕(形成1mm×1mm的方格)，再用鋼絲刷摩擦表面，未見鍍層起皮脫落現象；(2)採用冷熱循環試驗，將鍍件在300℃條件下保溫1小時，取出後在冷水中急冷，循環試驗40次，未見鍍層起皮脫落現象；
檢測結果表明鍍層結合力良好。
實施例3鑄鋁合金上直接電鍍鎳樣品採用ZL-108鑄鋁合金，具體步驟如下1.機械預處理採用噴砂和砂紙研磨，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；2.化學拋光採用NaOH 300g/L，NaNO3520g/L，CoSO45g/L組成的化學拋光液對樣品進行化學拋光。溫度80～95℃，時間3min；水洗；3.直接電鍍鎳經前處理後的樣品帶電放入電鍍槽中，進行電鍍。電鍍液組成為NiSO480g/L；NiCl220g/L；硼酸30g/L；NaCl 30g/L；氟化鈉10g/L；酒石酸鈉15g/L；檸檬酸鈉15g/L；pH值3.5；採用脈衝電流法，電流頻率100Hz；工作比10％；電流密度3A/dm2；電鍍時間20min；室溫。水洗；吹乾。
鍍層質量均勻、光滑、緻密；鍍層厚度16μm。
樣品結合力採用以下方法檢測(1)在試樣上用鋼刀尖劃互相平行和交錯深達基底的劃痕(形成1mm×1mm的方格)，再用鋼絲刷摩擦表面，未見鍍層起皮脫落現象；(2)採用冷熱循環試驗，將鍍件在300℃條件下保溫1小時，取出後在冷水中急冷，循環試驗40次，未見鍍層起皮脫落現象。
檢測結果表明鍍層結合力良好。
權利要求
1.一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法，其特徵在於按如下步驟操作1)前處理包括機械預處理和化學拋光；2)電鍍鎳在鍍液中採用直流或脈衝電流法，對鋁合金進行直接電鍍；在電鍍液中加入絡合除膜劑，其濃度控制在20～40g/L。
2.根據權利要求1所述的一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法，其特徵在於絡合除膜劑為氟化鈉、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。
3.根據權利要求1所述的一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法，其特徵在於電流密度控制在2～8A/dm2；溫度20～50℃，採用脈衝電流法，脈衝頻率控制在50～100Hz，工作比10％～30％。
4..根據權利要求1所述的一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法，其特徵在於所述電鍍液成分還包括主鹽、導電鹽、緩衝劑，溶液pH值控制在3.0～5.0。
5..根據權利要求4所述的一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法，其特徵在於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。
6..根據權利要求4所述的一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法，其特徵在於鍍液中導電鹽為氯化鎳、氯化鈉中的一種或兩種，其濃度控制在30～50g/L。
7..根據權利要求4所述的一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法，其特徵在於鍍液中緩衝劑為硼酸，其濃度控制在20～30g/L。
8.根據權利要求1所述的一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法，其特徵在於所述機械預處理為噴砂和砂紙研磨；所述化學拋光液成分包括氫氧化鈉100～400g/L，硝酸鈉200～550g/L，硫酸鈷1～20g/L；化學拋光溫度控制在70～95℃，處理時間1～5min。
全文摘要
本發明涉及一種鋁或鋁合金表面直接電鍍的方法。其特徵在於鋁合金材料電鍍前無需特殊的前處理，將鋁及鋁合金經化學拋光後置於鍍液中，在電鍍液中加入絡合除膜劑，採用直流或脈衝電流法直接進行電鍍，脈衝頻率50～100Hz，工作比10％～30％。電流密度2～8A/dm
文檔編號C25D5/44GK1793436SQ20051003243
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者曠亞非, 周海暉, 羅勝聯, 戴磊, 農永光 申請人:湖南大學