铝及铝合金的电镀.pdf

特殊材料的电镀 第一章 铝及铝合金的电镀 特殊材料的电镀 第一章 铝及铝合金的电镀 铝及其合金是应用最广泛的金属之一，具有导电性好、传热快、密度小、比强度高、易 于成型等优点但是铝及其合金有硬度低、不耐磨、易发生晶间腐蚀、不易焊接等缺点，影 响其应用范围和使用寿命经过电镀之后可避短扬长，赋予防护一装饰和机能用途，可延长 使用寿命和扩大应用范围： (1)改善装饰性； (2)提高表面硬度与耐磨性； (3)降低摩擦系数，改善润滑性； (4)提高表面导电性能； (5)提高耐蚀性(包括与其他金属组合)； (6)易于焊接； (7)提高与橡胶热压合时的结合力； (8)提高反光率； (9)修复尺寸公差 铝上电镀比其他金属上电镀要困难得多，主要是起泡和脱皮，结合力不良究其原因 是①铝和氧有很强的亲和力，表面总有一层氧化膜存在；②铝是两性金属，没有适合直接电 镀的电解液；③铝很活泼，与许多金属易发生置换；④铝的膨胀系数大；⑤铝基与镀层之间 常有氢气吸藏，容易鼓泡因此，提高铝上镀层结合力的关键在于仔细清除铝表面上的自然 氧化膜，并防止它重新生成通常要在铝基上镀覆一层与之结合强固的底层或中间层 铝和底层金属的结合要满足如下条件： ①完全无氧化膜和油污的清洁表面； ②与铝直接 接触的底层金属要与铝的晶格常数比较接近， 而且原子半径较小； ③如果是形成合金则要有 较高的固溶度， 以利于镀层在原沉积层上延伸。

实践表明在洁净的铝表面上浸锌、 锌铁合金、 锌镍合金和浸镍等可满足要求 、 第一节镀前处理 第一节镀前处理 铝及其合金上的电镀效果主要取决于镀前准备的细致程度 一、除油污和浸蚀处理 一、除油污和浸蚀处理 1．有机溶剂除油 对于油污较多的铝零件在化学除油前先用溶剂粗除油常用的有煤油、汽油、丙酮、乙 醇、正丁醇、甲苯或四氯化碳等溶剂 2．化学除油工艺规范 化学除油工艺规范(见表 5—1—1) 表 5—1—1 化学除油工艺规范 表 5—1—1 化学除油工艺规范 3．阴极电解除油 三聚磷酸钠 10g／L，碳酸钠 l0g／L，60℃，阴极电流密度 l0A／dm 2，电解 1min 以内 4．浸蚀 浸蚀是前处理中较为重要的一道工序 其目的是为了进一步除去铝表面的各种合金元素 和夹杂物，形成富铝表面 浸蚀可以用碱浸蚀或酸浸蚀近期研究表明，采用酸浸蚀对铝的腐蚀小，不仅可以保证 表面粗糙度和尺寸公差，而且所含的合金元素去除比较彻底，从而保证镀层的结合力 (1)碱浸蚀工艺规范，列于表 5—1—2 表 5—1—2 铝零件碱浸蚀工艺规范 表 5—1—2 铝零件碱浸蚀工艺规范 (2)酸浸蚀(出光)在铝及合金上电镀要选择适合于不同合金成分的酸浸蚀工艺，才能 真正达到活化基体和提高结合力的目的。

如果酸浸蚀恰当，铝上镀层经 200℃，3h 耐热试验 也不会剥离和起泡 在除油和碱蚀中铝合金中的铁、锰、铜、镁、硅等元素不溶于碱，常残留于铝表面上， 俗称“挂灰”，也必须除去各种铝材的酸浸蚀工艺规范，列于表 5—1—3 表 5—1—3 铝合金酸浸蚀工艺规范 二、特殊处理 二、特殊处理 1．喷砂 其主要目的是清除铝零件表面自然氧化膜和粗化表面， 以增强镀层与基体的结合力 砂 子粒度 44～64，喷砂后在酸中活化一次即可带电人槽电镀，在电镀开始的 2min～4min 内用 两倍于正常电流密度进行冲击，然后降至正常规范 2．浸锌和锌镍合金 这是使用最普及的铝上电镀打底方法 前处理除油、 碱蚀及浸酸出光的铝零件在锌酸盐 中化学浸锌，残留于表面上的氧化膜就溶解了，一旦铝基溶解就同时置换上等量的锌 2A1+3Zn2A1+3Zn 2+2+→3Zn+2A1 →3Zn+2A1 3+3+ 当极薄的锌层完全覆盖时反应停止处理含 Mg、Cu、Si 较高的铝合金时，为改善浸锌 层的结构常加入少量的三氯化铁， 锌和铁共沉积可改善结合力和提高耐蚀性 实践证明两次 浸锌效果比一次浸锌好， 即第一次在浓度较高的锌酸盐中进行， 与铝基结合的内层是锌铁合 金，而外层是纯锌。

因第一次浸锌难免还有氧化膜残留，所以在第一次浸锌后在 1：1 硝酸 溶液中将表面层和残留氧化膜溶去，清洗后再在稀一些的锌酸盐中进行第二次浸锌 现在锌镍合金置换法引人注目因它具有光亮，能直接镀镍、镀硬铬等优点制备锌镍 合金液时要先配锌酸盐溶液， 用另一容器将酒石酸溶液先与镍盐络合， 再在搅拌下慢慢加入 到锌酸盐溶液中去，最后加入少量的氰化钠无氰化钠存在时镍则不能析出(机理不明)该 合金中含镍约 6％浸锌及锌镍合金工艺规范，如表 5—1—4 所列 3．无氰化物浸锌 国内市场推出无氰多元合金浸锌剂，有二元的锌铁、锌镍合金，三元的锌、镍、铁合金， 四元的锌、镍、铜、铁合金，配方中加入少量的金属盐，是为了与置换的锌产生合金化，改 变锌层的晶体结构，获得细小的晶粒，改善锌层与铝合金的结合力 第一次浸锌在室温下进行 30s～50s，浸锌后表面是一层均匀的青灰色锌层 第一次浸锌层一般比较粗糙， 覆盖不完全， 而且浸锌时对基体的腐蚀又可能使合金夹杂 物暴露 表 5—1—4 浸锌和锌镍合金的工艺规范 表 5—1—4 浸锌和锌镍合金的工艺规范 出来，一般采用 1：1 的硝酸将第一次浸锌层退除，同时也将暴露的合金退除，露出更 富铝的表面，第二次浸锌时间可以缩短，一般为 l5s～30s，浸锌层的厚度约为 40nm～50nm， 硝酸退锌必须彻底清洗，否则影响浸锌层质量。

目前市场又有无硝酸退锌剂供应，这种药剂 是氧化性弱酸溶液， 可以防止硝酸根带人浸锌槽液 第二次浸锌层如出现色泽不均或者花斑 点，应重新退除后再浸，浸锌用的溶液是碱性很强的溶液，对铝有相当强的腐蚀作用，因此 应严格控制铝的过腐蚀 为了避免出现过腐蚀， 对于像计算机磁盘那样的表面质量要求极高， 镀层不允许有轻微 的缺陷，可采用酸性浸锌来代替碱性浸锌，酸性浸锌法的配方和工艺如下： 硫酸锌(ZnS04·7H20) 720g／L 温度 20℃～25℃ 氢氟酸(48％HF) 35mL／L 时间 ≈2min 浸锌后与碱性浸锌一样要退除第一次浸锌层， 建议不用硝酸退除， 然后再进行第二次浸 锌两次浸锌可以在同一槽液中进行，也可在浓槽进行后再在稀溶液中进行，酸性浸锌与酸 性腐蚀，对铝基体腐蚀要小得多 4．阳极氧化处理 铝及锻铝合金在磷酸中阳极氧化之后可获得孔径大的膜层， 可作为电镀的底层而且结 合力良好阳极化后在含氰化钠 6％～8％的溶液中进一步扩孔则更容易电镀，扩孔时间纯 铝为 l5min，铝合金为 5min阳极氧化工艺规范，列于表 5—1—5 表 5—1—5 为电镀打底的铝阳极氧化工艺 表 5—1—5 为电镀打底的铝阳极氧化工艺 磷酸阳极氧化时要不断搅拌， 防止局部温度过高。

在阳极氧化膜上电镀镍时要带电人槽， 开始电流密度为 1A／dm 2，30s 后升到正常规范要求 5．电镀薄锌层 为降低成本、简化工序，经前处理后可直接镀一层薄锌打底再镀其他镀层为减少碱对 铝基的浸蚀作用，采用含碱较低的氰化电解液，电镀薄锌的工艺如下： 氧化锌(ZnO) 25g／L～35g/L 甘油[C3H5(OH)3] 3g/L～5g／L 氰化钠(NaCN)(总量) 75g／L～95g/L 温度 20℃一 300C 氢氧化钠(NaOH) 50g／L～70g／L 电流密度 l A／dm 2—3A／dm2 硫化钠(Na2S) 3g／L～5g／L 时间 2min～5min 也可在氰化槽内作为浸锌液 铝零件在化学浸锌或镀薄锌之后应立即镀铜， 可用氰化镀铜液， 为防止置换应带电入槽 6．化学浸镍 含硅 l3％以上的高硅铝合金不能用浸锌法打底，而用化学浸镍法结合力优良其工艺 规范如下： 氯化镍(NiCl2·6H20) 100g／L～400g／L 温度 室温 硼酸(H3B03) 30g／L～40g／L 时间 30s 一 60s 氢氟酸(HF)(40％) 20mL／L～30mL／L 7．化学镀镍 在洁净的铝零件上化学镀镍结合力优良， 尤其适合于铸铝合金。

经化学镀镍之后可直接 镀其他金属，但入镀前要用 1：1 盐酸充分活化，否则会导致分层脱皮现象铝零件化学镀 镍工艺规范如下： 硫酸镍(NiS04·6H20) 30g／L 柠檬酸钠(Na3C6H507) 10g／L 硼酸(H3B03) 15g／L pH 值 4．8-5．5(以 5 为最佳) 次亚磷酸钠(NaH2P02) 15g／L～20g／L 温度 70℃～90℃ 醋酸钠(NaAc) 15g／L 时间 l5min～20min 为了更好的提高镀层的附着力， 可以在浸锌之后进行浸碱性化学镍， 因为碱性化学镍温 度低，对锌的溶解小，槽液更稳定，附着力更好，碱性浸锌液工艺及配方见表 5—1—6 表 5—1—6 碱性浸蚀液 表 5—1—6 碱性浸蚀液 第二节电镀 第二节电镀 一、闪镀铜 经浸锌后闪镀一层氰化铜，任何镀层或多层电镀都可在铜上镀覆，而且安全可靠，闪镀 铜游离氰不宜高，而且要注意电镀时间，过长过短都不好其工艺规范如下： 氰化亚铜(CuCN) 40g／L 酒石酸钾钠(NaKC4H406) 60g／L 氰化钠(NaCN) 50g／L(控制游氰 4g／L 以下) pH 值 10．2～10．5 碳酸钠(Na2C03) 30g／L(不需补加) 温度 室温 电镀时先用 2．6A／dm 2冲击镀 2min，再降至 l．3A／dm2镀 2min～3min。

二、在浸锌层上电镀 浸锌层极薄，镀其他金属必须选择适合的电镀工艺，如镀锌、镉、氰化镀银、氰化镀黄 铜、镀镍等 在任何电镀如有透过锌层腐蚀铝基的现象都会导致劣质镀层 在浸锌层上可直接镀硬铬，开始要在较低温度下起镀，电流从 16A／dm 2逐步提高到 32A ／dm 2或更高铬镀层不是沉积在锌层上，而是铬酸将薄锌溶解，铬沉积在露出的铝基体上， 所以尽管镀层厚，结合力还是很好的 三、在浸锌镍合金后镀装饰铬 三、在浸锌镍合金后镀装饰铬 浸锌镍合金是关键工序，并适合各种铝合金，因材质不同其外观有别，纯铝为灰色，硬 铝为青灰至浅褐、高硅铝为深灰至灰黑色在此基础上镀半光亮镍或光亮镍镀镍时带电入 槽，用大一倍的电流冲镀 1min～2min，再转入正常 四、电镀工艺流程 四、电镀工艺流程 根据铝零件的合金成分，加工方法及使用要求，选择合适的电镀工艺流程其电镀工艺 流程如下： 五、操作注意事项 五、操作注意事项 (1)铝零件电镀宜用铝合金作挂具； (2)铝及铝合金经过浸蚀后的各道工序必须迅速进行，工序之间的间歇时间愈短愈好， 以免重新氧化； (3)铝进入酸浸蚀之前应将水尽可能甩干，以免产生局部过腐蚀现象； (4)第二次浸锌时间不宜长，以免造成过腐蚀； (5)冷热水清洗必须彻底，必要时要洗涤数次或浸一定时间。

尤其不要将重金属离子带 入镀液之中； (6)在热溶液中电镀的铝零件，应在热水槽中进行预热处理； (7)电镀过程中要防止中途断电； (8)铝上电镀均需带电入槽，防止置换层的产生介绍几家化学公司推荐的铝轮毂电镀 工艺流程： 1．麦德美公司推荐 化学除腊→化学除油→碱性刻蚀→除膜→浸锌→脱锌→浸锌→冲击镍→活化→镀酸铜 →防变色→去抛光→化学除腊→化学除油→电解去油→浸酸→半光亮镍，高硫镍，光亮镍， 微孔镍→铬预浸，镀铬 2．乐思公司推荐 预除腊→清洗除腊→化学除油→酸腐蚀→除垢→浸锌→除锌→浸锌→闪镀镍→预镀铜 →镀酸铜→去抛光化学除腊→化学除油→电介除油→酸活化→闪镀镍，半光镍，高硫镍，光 亮镍，微孔镍→活化→镀铬 3．美坚集团推荐 超声除腊→化学除油→电介除油→除垢→浸锌→脱锌→浸锌→冲击镍→活化→镀酸铜 →去抛光→。