CN100467675C

CN100467675C - 一种铝或铝合金表面直接电镀方法

Info

Publication number: CN100467675C
Application number: CNB2005100324355A
Authority: CN
Inventors: 旷亚非; 周海晖; 罗胜联; 戴磊; 农永光
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: CN1793436A

Abstract

本发明涉及一种铝或铝合金表面直接电镀的方法。其特征在于铝合金材料电镀前无需特殊的前处理，将铝及铝合金经化学抛光后置于镀液中，在电镀液中加入络合除膜剂，采用直流或脉冲电流法直接进行电镀，脉冲频率50～100Hz，工作比10%～30%。电流密度2～8A/dm²。所得镀层均匀、致密，镀层与铝基底具有良好的结合力。本发明克服了传统铝及铝合金电镀步骤繁琐、产品质量不易控制、镀层结合力差等缺点，是一种操作简便，能满足铝及铝合金制品高质量表面处理和性能要求的铝及合金表面处理方法。

Description

一种铝或铝合金表面直接电镀方法

技术领域

本发明是关于一种在铝及铝合金表面上直接电镀镍的方法。具体而言，本发明的铝及铝合金电镀镍工艺对铝合金材料无需进行特殊的前处理，可直接在镀液中进行电镀，获取镀层。

背景技术

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、比重轻、比强度高、易于成型等特点。但铝及其合金又存在硬度低、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。铝及其合金经电镀之后可赋予防护-装饰和其它功能性用途，可延长使用寿命和扩大应用范围。

铝及其合金上电镀比其它金属上电镀要困难得多，主要是由于镀层与基体之间易发生起皮和脱皮，结合力不良等现象。究其原因是①铝与氧的亲和力很强，所以表面总存在有氧化膜，而氧化膜的导电性不良，严重影响镀层与基体的结合；②铝很活泼，在电镀中易发生置换反应，此反应产生的置换层与基体的结合力很差；③铝的膨胀系数较镍、铜等金属大；④铝基和镀层之间常有氢气吸藏，容易鼓泡。由于上述原因，在铝及铝合金上直接电镀变得非常困难。

目前，铝及铝合金电镀主要采用特殊的前处理方法，包括二次浸锌、化学镀镍、阳极氧化等电镀工艺方法。虽然上述方法对提高镀层结合力确实有帮助，但前处理过程步骤繁琐，产品质量不易控制，且生产成本较高。在这些方法中，阳极氧化法由于得到的镀层主要靠机械咬合作用进行结合的，它的结合力受到一定的限制，同时成本较高，所以应用不多；化学镀镍法前处理步骤繁琐，产品质量不易控制，且成本较高，所以应用也不广；二次浸锌法应用比较普遍，其电镀工艺流程为：除油→水洗→浸蚀→水洗→出光→水洗→浸锌→水洗→退锌→水洗→第二次浸锌→水洗→电镀。该工艺依然存在明显的不足：一是步骤繁琐，不利于实际生产操作；二是对于成分不同、结构不同的铝合金，得到的镀层的结合力往往相差很大；三是无论哪种铝合金，采用该工艺得到的镀层与基底的结合力都不太高，应用范围受到限制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有铝合金电镀技术中步骤繁琐、镀层结合力差、生产成本较高等缺点，提供一种铝或铝合金表面直接电镀的方法，该方法无需特殊的前处理，步骤简单，镀层结合力良好，且成本较低。

本发明的方法包括具体如下步骤：

1)前处理：包括机械预处理和化学抛光；

2)电镀镍：在镀液中采用直流或脉冲电流法，对铝合金进行直接电镀；在电镀液中加入络合除膜剂，其浓度控制在20～40g/L。

所述的前处理，包括机械预处理和化学抛光，目的是为了去除工件表面的油脂和氧化膜。本发明可采用喷砂和砂纸研磨进行机械预处理。化学抛光法除了采用以下本发明所描述的碱性化学抛光液，还可采用其他酸性化学抛光处理液进行抛光处理，同样也可以达到较好的抛光效果。

所述每个操作步骤后均需水洗。

本发明化学抛光液采用如下配方：

NaOH 100～400g/L；

NaNO₃ 200～550g/L；

CoSO₄ 1～20g/L；

75～95℃；

1～5min。

电镀镍中，将工件带电放入电镀槽中电镀。镀液组成：主盐、导电盐、缓冲剂、络合除膜剂，溶液pH值控制在3.0～5.0。本发明采用直流或脉冲电流法(P.C.)，脉冲频率50～100Hz，工作比10％～30％，电流密度2～8A/dm²，温度20～50℃。

镀液组成：

主盐为硫酸镍、氯化镍中的一种或两种，浓度为60～120g/L。

导电盐为氯化镍、氯化钠中的一种或两种，其浓度为30～50g/L。

缓冲剂为硼酸，20～30g/L。

络合除膜剂可以为氟化钠、氟化氢铵、柠檬酸钠、柠檬酸钾、酒石酸钠、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸二钠、葡萄糖酸钠中的一种或复配。络合除膜剂总浓度控制在20～40g/L。

发明人在研究中发现，本发明的镀液中添加络合除膜剂，既起到络合镍离子的作用，能提高镀液均镀能力，改善阳极溶解性能，增大允许的阴极电流密度，细化晶粒，使镀层更加均匀、致密；同时络合除膜剂可去除铝合金材料表面的氧化膜，明显提高镀层与基体的结合力，且能有效的络合溶解的铝离子，防止其对电镀过程产生不利的影响。通过络合除膜剂的有效使用，本发明克服了传统的铝及铝合金电镀镍工艺的缺点，既能得到结合力良好的镀层，又大大简化了前处理步骤。本发明的方法为铝或铝合金上电镀镍开辟了一种新的方式，不再停留于以往仅是对原工艺中的有关条件的改进。使铝或铝合金上电镀镍的工艺过程得到了最大程度的简化，通过多次试验也充分说明本发明的方法是有效的，可行的。

本发明的工艺具有如下优点：

1.本发明的直接电镀镍方法，不经过浸锌、阳极氧化、化学镀等复杂的前处理步骤，工艺操作简单，产品质量易于控制。由于本发明的工艺步骤可以得到最大程度的简化，所需能耗也可降到最低。

2.本发明的直接电镀镍方法，镀液中添加的络合除膜剂，可有效地除去存在于铝合金表面的薄层氧化膜，大大提高了镀层与基体的结合力，解决了铝及铝合金在电镀过程中镀层与基体结合力差而引起的镀层起皮及鼓泡等问题。

3.采用本发明制得的镀镍层，膜层厚度均匀，与基体结合力强，耐蚀性好。

4.本发明的直接电镀镍方法，其电解液具有溶液总浓度低，使用寿命长，成品率高，能耗低等特点。

5.本发明原料易得，成本低，易于工业化生产。

具体实施方式

以下本发明实施例旨在说明本发明而不是对本发明的限定。

实施例1

纯铝上直接电镀镍

样品采用L3工业纯铝，具体步骤如下：

1.前处理。采用NaOH 250g/L，NaNO₃ 460g/L，CoSO₄ 1g/L组成的化学抛光液对样品进行化学抛光。温度80～95℃，时间2min；水洗。

2.直接电镀镍。经前处理后的样品带电放入电镀槽中，进行电镀。电镀液组成为：NiSO₄ 60g/L；硼酸25g/L；NaCl 50g/L；柠檬酸钠5g/L；NaF 5g/L；酒石酸钾钠10g/L；pH值4.5。采用脉冲电流法，电流频率50Hz；工作比30％；电流密度2A/dm²；电镀时间20min；室温。水洗；吹干。

镀层质量：均匀、光滑、致密；镀层厚度12μm。

样品结合力采用以下方法检测：

(1)在试样上用钢刀尖划互相平行和交错深达基底的划痕(形成1mm×1mm的方格)，再用钢丝刷摩擦表面，未见镀层起皮脱落现象；

(2)用老虎钳夹住试样一端来回弯曲五次，直至样片折断，断口两侧镀层与基底结合紧密，未见起皮脱落现象；

(3)采用冷热循环试验，将镀件在220℃条件下保温1小时，取出后在冷水中急冷，循环试验40次，未见镀层起皮脱落现象。

检测结果表明：镀层结合力良好。

实施例2

硬铝合金上直接电镀镍

样品采用LY-12硬铝合金，具体步骤如下：

1.机械预处理：采用喷砂或砂纸研磨，除去毛刺、牢固的氧化物、挤压用润滑剂、切削油等异物、减少表面粗糙度；水洗；

2.化学抛光：采用NaOH 300g/L，NaNO₃ 500g/L，CoSO₄ 2g/L组成的化学抛光液对样品进行化学抛光。温度80～95℃，时间3min；水洗；

3.直接电镀镍：经前处理后的样品带电放入电镀槽中，进行电镀。电镀液组成为：NiSO₄ 70g/L；NiCl₂ 50g/L；硼酸20g/L；乙二胺四乙酸二钠10g/L；氟化氢铵5g/L；酒石酸钠10g/L；pH值4.0。采用直流电镀，电流密度8A/dm²；电镀时间20min；室温。水洗；吹干。

镀层质量：均匀、光滑、致密；镀层厚度15μm。

样品结合力采用以下方法检测：

(2)采用冷热循环试验，将镀件在300℃条件下保温1小时，取出后在冷水中急冷，循环试验40次，未见镀层起皮脱落现象；

检测结果表明：镀层结合力良好。

实施例3

铸铝合金上直接电镀镍

样品采用ZL-108铸铝合金，具体步骤如下：

1.机械预处理：采用喷砂和砂纸研磨，除去毛刺、牢固的氧化物、挤压用润滑剂、切削油等异物、减少表面粗糙度；水洗；

2.化学抛光：采用NaOH 300g/L，NaNO₃ 520g/L，CoSO₄ 5g/L组成的化学抛光液对样品进行化学抛光。温度80～95℃，时间3min；水洗；

3.直接电镀镍：经前处理后的样品带电放入电镀槽中，进行电镀。电镀液组成为：NiSO₄ 80g/L；NiCl₂ 20g/L；硼酸30g/L；NaCl 30g/L；氟化钠10g/L；酒石酸钠15g/L；柠檬酸钠15g/L；pH值3.5；采用脉冲电流法，电流频率100Hz；工作比10％；电流密度3A/dm²；电镀时间20min；室温。水洗；吹干。

镀层质量；均匀、光滑、致密；镀层厚度16μm。

样品结合力采用以下方法检测：

(2)采用冷热循环试验，将镀件在300℃条件下保温1小时，取出后在冷水中急冷，循环试验40次，未见镀层起皮脱落现象。

检测结果表明：镀层结合力良好。

Claims

1.一种铝或铝合金表面直接电镀的方法，其特征在于：

按如下步骤操作：

1)前处理：包括机械预处理和化学抛光；

2)电镀镍：经前处理后的样品铝合金带电放入电镀槽中，在镀液中采用直流或脉冲电流法，对铝合金进行直接电镀；在电镀液中加入络合除膜剂，其浓度控制在20～40g/L；

所述的络合除膜剂为氟化钠、氟化氢铵、柠檬酸钠、柠檬酸钾、酒石酸钠、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸二钠、葡萄糖酸钠中的一种或几种。

2、根据权利要求1所述的一种铝或铝合金表面直接电镀的方法，其特征在于：电流密度控制在2～8A/dm²；温度20～50℃，采用脉冲电流法，脉冲频率控制在50～100Hz，工作比10％～30％。

3、.根据权利要求1所述的一种铝或铝合金表面直接电镀的方法，其特征在于：所述电镀液成分还包括主盐、导电盐、缓冲剂，溶液pH值控制在3.0～5.0。

4、.根据权利要求3所述的一种铝或铝合金表面直接电镀的方法，其特征在于：镀液中主盐为硫酸镍、氯化镍中的一种或两种，其浓度控制在60～120g/L。

5、.根据权利要求3所述的一种铝或铝合金表面直接电镀的方法，其特征在于：镀液中导电盐为氯化镍、氯化钠中的一种或两种，其浓度控制在30～50g/L。

6、.根据权利要求3所述的一种铝或铝合金表面直接电镀的方法，其特征在于：镀液中缓冲剂为硼酸，其浓度控制在20～30g/L。

7、根据权利要求1所述的一种铝或铝合金表面直接电镀的方法，其特征在于：所述机械预处理为喷砂和砂纸研磨；所述化学抛光液成分包括：氢氧化钠100～400g/L，硝酸钠200～550g/L，硫酸钴1～20g/L；化学抛光温度控制在70～95℃，处理时间1～5min。