CN101319316A - 一种在铝及铝合金表面化学镀镍的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在铝及铝合金表面化学镀镍的方法，包含表面除油、水冲洗、酸蚀、水冲洗、催化液处理、化学镀镍步骤；本发明将具有预植催化质点能力的络合剂的“催化液”，通过控制该催化液组分、pH值和处理时间，在室温下铝及铝合金经催化液处理后于铝及铝合金基体表面直接沉积具有催化活性的离散质点，这些所预植的催化活性质点在化学镀液中诱发沉积出与基体结合性能良好的镍基合金镀层；本发明方法不需经过浸锌等前处理方法后在铝及铝合金表面形成形成一层很薄的Ni层来诱发镍基合金的沉积，简化了传统铝及铝合金化学镀镍基合金的工艺，降低了成本，成品率高；所得的镍基合金镀层均匀致密，与铝及铝合金基体结合性能良好，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料表面处理技术，具体涉及一种在铝及铝合金表面化学镀镍的方法。
背景技术
化学镀是指不需要电源而依靠溶液中还原剂的催化反应放出电子使金属离子还原成金属原子的过程。化学镀是提高金属等材料表面耐磨性和耐蚀性的一种表面强化方法，化学镀镍基合金镀层具有优良的耐蚀性和耐磨性、硬度高、厚度均匀、结合力比电镀层要好和优良表面光洁度等特点，现已广泛应用于航空、航天、电子工业、石油化工、精密仪器、机械、纺织以及汽车等行业。
铝及铝合金具有质轻，比强度高等特定，铝质材料是一类用量仅次于钢铁的重要的金属材料，在现代工业中获得了越来越广泛的应用。铝质材料的严重弱点是质软、摩擦系数高、磨损大、客易拉伤且难以润滑等缺点。化学镀镍基合金是铝合金表面的一种新型改性技术，可以提高铝及铝合金的表面硬度、耐腐蚀性、耐磨性、焊接性能及磁性能。20世纪80年代中期以来在国外发展很快，美国化学镀镍占铝合金镀覆的25％，现在已在军事、电子、航天、计算机、机械、汽车等领城广泛采用。
铝是一种化学性质比较活泼的金属，铝的表面有一层天然的、致密的氧化膜，这层膜的厚度约为50nm，不去除它，就难以获得结合良好的镀层，而去除以后在大气中又会迅速形成。铝的电极电位很负，很容易失去电子，当浸入镀液时，能与多种金属离子立即发生置换反应，从而使其它金属与铝制品表面形成疏松层，其与基体的结合强度很差，因此严重影响镀层与基体的结合力。一般是在基体金属与镀层之间制取既和基体铝结合力好，同时又与镀层结合力好的中间层，使得在除去铝表面的自然氧化膜后能防止氧化膜的再产生，并防止零件浸入镀液中产生疏松粗糙镀层的置换金属的反应，这样才能保证化学镀的正常进行和获得结合力良好的镀层。
迄今为止，研究开发并已应用的工艺方法主要是采用浸锌-预镀层法。国外对铝及铝合金化学镀前的预处理通常分为六道，即：除油→浸蚀→第一次浸锌→硝酸退除→第二次浸锌→碱性化学镀镍→正常化学镀镍。浸锌后获得的极薄锌层在化学镀镍时几乎完全溶解，毒化镀液。因此浸锌后先进行闪镀化学镍作为预镀以延长主镀槽溶液的使用寿命。浸锌工艺工艺复杂，其主要缺点是在潮湿的腐蚀性环境中，锌相对于镍镀层来说是阳极，将受到横向腐蚀，最终导致镍层剥落。此外，过渡锌层熔点低，限制了应用范围，而且两次浸锌之间还有一次硝酸退锌工序，污染生产环境。浸锌层还对化学镀镍溶液造成污染。而且，目前采用的商品浸锌合金液含有氰化物，危害性大，不符合环保要求。
针对二次浸锌工艺存在的问题，国内外学者对铝及铝合金的化学镀前处理展开了研究。闫军、王行方等进行了铝及铝合金直接化学镀铜工艺的研究，但需要添加多种有机化学物。也有在铝表面置换一层镍来引发化学镀镍的报导，但此工艺在40～60℃之间进行。还有浸锡层、浸铜法、激光法等铝及铝合金前处理工艺。无论是二次浸锌法还是浸镍法均是要在铝合金表面上形成一层很薄的Ni层来诱发镍基合金的沉积，工艺繁琐。发明专利02133822.1公开了一种铝及铝合金化学镀镍镀前浸镍液，该发明可简化铝及铝合金化学镀镍工艺，但所含组分较多，也需在铝及铝合金基体上形成一中间过渡镍层，文中也没有陈述操作流程。发明专利200510100994.5报道了一种含硅、铜、镁的铝合金表面化学镀镍方法，该法虽然简化了工艺，但该发明处理对象只是含硅、铜、镁的铝合金，而且工艺中表面钝化后还需烘干。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在铝及铝合金表面化学镀镍的方法，即在室温下铝及铝合金经催化液处理后于铝及铝合金基体表面直接沉积具有催化活性的离散质点，这些所预植的催化活性质点在化学镀液中诱发沉积出与基体结合性能良好的镍基合金镀层的方法，解决现有技术中存在的工艺复杂、污染环境、耗能、耐腐蚀性能差及镀层附着力差等问题。
本发明提供的一种在铝及铝合金表面化学镀镍的方法，包含如下工艺步骤：
1)清洁除油；
2)蒸馏水冲洗，室温；
3)酸蚀，室温10～60s；
4)蒸馏水冲洗，室温；
5)催化液处理，15℃～35℃，10～60s，催化液中各组成成分及其浓度为：
镍盐10～55g/L
络合剂80～150g/L
去离子水余量；
pH值：8～14；
6)镀镍基合金；
7)停镀，试样洗涤吹干。
所述步骤2)中酸蚀用的溶液为含有体积比为20％～60％的硝酸与体积比为0.1～5.0％的氢氟酸及余量的去离子水的混合溶液，酸蚀时间为10～60秒。
所述步骤5)中催化液处理中所用催化液溶液中的镍盐为氯化镍、氨基磺酸镍、次磷酸镍、碳酸镍、硫酸镍或硝酸镍中的一种或几种的复合。
所述步骤5)中催化液处理中所用催化液溶液中的络和剂为乳酸、醋酸、苹果酸、柠檬酸、醋酸钠、柠檬酸钠或硼酸中的一种或几种的复合。
上述铝及铝合金在催化液处理后直接放入化学镀液中进行施镀.。
本发明具有如下优点：
1.采用本发明方法，不经过浸锌处理，简化了传统的铝合金化学镀镍的工艺，降低了成本。
2.采用本发明方法，不经过浸锌处理，无需硝酸退锌工序，避免污染生产环境，降低了对操作人员的健康影响。
3.采用本发明方法，不经过浸锌处理，不会对化学镀镍溶液造成污染及毒化，延长主镀槽溶液的使用寿命。
4.采用本发明方法，催化液处理在室温下进行，不需要加热，节能降耗。
5.采用本发明方法，所得镍基合金镀层与铝及铝合金基体结合良好，镀层均匀致密、耐磨、耐腐蚀、硬度高，具有良好的金属外观。
具体实施方式
下面结合具体实施例详述本发明，但本发明不限于此。
实施例1
将纯铝按以下操作步骤进行处理：
1)清洁除油，蒸馏水冲洗，室温；
2)使用含20％的硝酸和1％的HF酸溶液，室温下处理30s，蒸馏水冲洗；
3)使用含氯化镍15g/L和醋酸钠112g/L的混合溶液中，在25℃下，处理时间为40s；
4)化学镀Ni-P合金；
5)停镀，试样洗涤吹干。
实施例2
将LY12铝合金按以下操作步骤进行处理：
1)清洁除油，蒸馏水冲洗，室温；
2)使用含50％的硝酸和0.5％的HF酸溶液，室温下处理60s，蒸馏水冲洗；
3)使用含硝酸镍10g/L和乳酸90g/L的混合溶液中，在30℃，处理时间为15s；
4)化学镀Ni-W-P合金；
5)停镀，试样洗涤吹干。
实施例3
将6063铝合金按以下操作步骤进行处理：
1)清洁除油，蒸馏水冲洗，室温；
2)使用含50％的硝酸和0.5％的HF酸溶液，室温下处理60s，蒸馏水冲洗；
3)使用含碳酸镍40g/L、柠檬酸钠95g/L和硼酸15g/L的混合溶液中，在20℃，处理时间为25s；
4)化学镀镀Ni-Co-P合金；
5)停镀，试样洗涤吹干。
采用上述工艺得到的铝合金镀镍基合金件，经过结合力测试，其结果如附表1所示。
附表1：采用本发明方法得到的化学镀镍基合金镀层结合性能测试结果
Claims (5)
1.一种在铝及铝合金表面化学镀镍的方法，其特征在于，该方法包含如下工艺步骤：
1)清洁除油；
2)蒸馏水冲洗，室温；
3)酸蚀，室温10～60秒；
4)蒸馏水冲洗，室温；
5)催化液处理，15℃～35℃，10～60秒，催化液中各组成成分及其浓度为：镍盐10～55g/L，络合剂80～150g/L，去离子水余量；pH值：8～14；
6)镀镍基合金；
7)停镀，试样洗涤吹干。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中酸蚀用的溶液为含有体积比为20％～60％的硝酸与体积比为0.1～5.0％的氢氟酸及余量的去离子水的混合溶液，酸蚀时间为10～60秒。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5)中催化液处理中所用催化液溶液中的镍盐为氯化镍、氨基磺酸镍、次磷酸镍、碳酸镍、硫酸镍或硝酸镍中的一种或几种的复合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5)中催化液处理中所用催化液溶液中的络和剂为乳酸、醋酸、苹果酸、柠檬酸、醋酸钠、柠檬酸钠或硼酸中的一种或几种的复合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述铝及铝合金在催化液处理后直接放入化学镀液中进行施镀。
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