一種鋁合金表面改性工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種鋁合金表面改性工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁及其合金材料由于具有比重小、延展性高、導電導熱性能優(yōu)良，易成型加工以及優(yōu)異的物理、化學性能，己廣泛應用于航空航天、電子、建筑裝飾等領(lǐng)域，成為目前工業(yè)中使用量僅次于鋼鐵的第二大類金屬材料。鋁合金在大氣條件下，表面有一層致密的自然氧化膜使其免遭環(huán)境的侵蝕，但這種自然氧化膜非常薄易破損，在酸性或堿性條件下迅速溶解。同時，鋁合金材料硬度低，耐磨性差也使其常發(fā)生磨蝕破損。因此鋁合金在使用前往往須經(jīng)過相應的表面處理以滿足其對環(huán)境的適應性和安全性。經(jīng)過電鍍之后可揚長避短，賦予防護一裝飾和功能用途，可延長使用壽命和擴大應用范圍。根據(jù)不同的目的，可以鍍上不同的金屬層:如為了防止鋁制緊固件腐蝕，要鍍以鋅或鎘；為了改善防護一裝飾制品的外觀，則要進行多層鍍覆，最外層要套鉻；為了防止鋁制品表面的機械磨損，需鍍上硬鉻層；為了加強鋁制品的焊接性能，要鍍以錫或銅；為了增加鋁制品的導電性能，則要鍍銅或銀；為了改善鋁制件的裝飾性，要鍍上金或仿金合金鍍層。
[0003]為了提高鋁制品與橡膠熱壓結(jié)合時的結(jié)合力，則要鍍黃銅:為了增加鋁制品的微波傳導性能，則要鍍光亮鎳或銀。但是由于鋁合金非?；顫姡姌O電位很負，因此鋁上電鍍比其他金屬上要困難得多，主要是起泡和脫皮、結(jié)合力不良。究其原因是:①鋁和氧有很強的親和力，表面總有一層氧化膜存在鋁是兩性金屬，沒有適合直接電鍍的電解液；③鋁很活潑，與大多數(shù)金屬易發(fā)生置換鋁與鍍層之間的膨脹系數(shù)相差較大；⑤鋁基與鍍層之間常有氫氣吸附，容易鼓泡。因此，研究合理的鋁合金電鍍工藝，使鍍層與基底具有良好的結(jié)合力，有著巨大的經(jīng)濟效益和現(xiàn)實應用前景。
[0004]針對當前鋁合金電鍍在實際生產(chǎn)中，電鍍工藝過程繁瑣，質(zhì)量不易控制，廢品率高等問題開展的。試圖通過研究，找到一種工藝流程簡單，又能使鍍層金屬或合金與基底結(jié)合力良好，從而使鋁合金電鍍工藝得到發(fā)展，使鋁合金在更廣泛的領(lǐng)域得到應用。
[0005]鋁合金型材具有質(zhì)量輕、強度高的優(yōu)點，因而廣泛應用于生產(chǎn)生活中。但由于鋁的性質(zhì)特別活潑，在空氣中很容易被氧化；在惡劣的環(huán)境中極易受到腐蝕，從而嚴重的影響了鋁合金的性能。對鋁合金進行電鍍是一種有效的防護與裝飾方法。鋁合金由于其本身的化學物理特性，因此在其表面電鍍的工藝比一般金屬鍍件電鍍復雜的多。
[0006]表面清理包括:鋁合金的機械拋光、電化學拋光；有機溶劑除油，化學除油；堿浸蝕，酸浸蝕等。
[0007]根據(jù)鋁合金鍍件性能的要求，拋光可采用機械拋光、電化學拋光等，對于精密零件拋光要求更高一些。對于表面具有明顯油漬的零件和采用機械拋光的零件，首先要采用汽油或其他表面活性洗滌劑清洗干凈，然后采用化學除油，一般不加氫氧化鈉的堿型除油液對基底沒有浸蝕作用，適合于表面粗糙度低、精密的零件。當前鋁合金電鍍的表面清理的研究主要集中在堿浸蝕領(lǐng)域，有兩種研究思路:其一是將化學除油和堿浸蝕結(jié)合起來，形成一步除油浸蝕配方。武漢材保所在此方面已經(jīng)有成熟的配方和較廣泛的應用。其二是研究堿浸蝕對鋁合金基底的腐蝕作用，主要研究如何有效地去除氧化皮的同時又盡量降低對基底的腐蝕。有研究表明:在堿蝕液中加入用葡萄糖酸鈉、山梨醇等配制的添加劑后，能有效地控制過腐蝕，提高堿液穩(wěn)定性，并使工藝過程更易操作。由于堿浸蝕對于氧化皮的去除至關(guān)重要，而如果對基底過腐蝕，則會使鍍層結(jié)合力下降。因此堿浸蝕的研究也較為重要。
[0008]酸浸蝕的作用是去除除油和堿蝕后殘留在鋁表面的掛灰，保持零件的清潔，同時活化基體，使表面光滑，達到提到結(jié)合力的作用。根據(jù)鋁合金成分的不同，常用的是硝酸、硫酸、氫氟酸及其混合液。
[0009]表面處理干凈后，為了提高鋁合金上電鍍層的結(jié)合力，要進行中間處理。針對鋁合金本身的特點，開發(fā)了許多種處理方法，可以說表面準備的關(guān)鍵步驟是中間處理過程。中間處理是當前鋁合金電鍍的主要研究熱點。
[0010]鑄鋁件浸入強堿性的鋅鎳合金溶液，表面迅速發(fā)生著復雜的反應:首先是鑄鋁件表面的極薄氧化膜從基體上溶解下來，接著無氧化膜的鑄鋁基體表面進行著鋅、鐵、鎳的化學沉積。反應進行較慢，使沉積層均勻致密。同時，鋁基體同強堿也發(fā)生反應，亞硝酸鈉的加入可以促進基體的溶解，酒石酸鉀鈉或酒石酸氨鉀能與其它物質(zhì)形成穩(wěn)定的絡陰離子，防止氫氧化物生成。氯化鎳和三氯化鐵等能與鋁發(fā)生微量的置換反應，加強了鋅層與鋁基體的結(jié)合力，并提高了抗腐蝕性能。
[0011 ] 鹽酸浸蝕是用300mL/L的鹽酸溶液在室溫下對鋁合金材進行腐蝕。由于這種工業(yè)的環(huán)境污染較大，工業(yè)實用性差，已經(jīng)很少應用。
[0012]陽極氧化是以鋁合金制件作陽極，在電解液中發(fā)生氧化反應，在鋁合金表面上生成具有?定厚度和多孔性氧化薄膜。電鍍時，金屬粒子沉積在這些孔隙中，以提高鍍層的結(jié)合力。一般用磷酸陽極氧化法。同其它陽極氧化工藝相比，磷酸陽極氧化法得到的氧化膜具有超微觀均勻的凹凸結(jié)構(gòu)、最大的孔體積和最小的電阻，若在此表面上電沉積金屬，則晶核形成多，沉積層可以很快覆蓋表面，鍍層平滑均勻、結(jié)晶細致、附著良好，從而可以獲得合格的鍍層。有文獻報導，用硫酸一磷酸一醋酸混合酸進行多孔陽極氧化，可提高鍍層結(jié)合強度。
[0013]文獻中介紹，電鍍前對新浸的鈦材用含有絡合劑的溶液進行沖洗，可防止在鈦材表面重新形成鈍態(tài)膜。而鈦與鋁在化學性質(zhì)上十分相似，故而可以采用類似的方法。又據(jù)文獻介紹，鋁合金經(jīng)腐蝕后，鍍前用含氨基羧酸類絡合劑的氨性溶液進行水洗，可獲得良好的活化效果。表面條件化處理的原理是將鋁合金浸在含有絡合劑的腐蝕性溶液中進行微腐蝕，同時在表面生成絡合物，防止了氧化膜的再形成，并且使鋁合金表面保持了良好的活化狀態(tài)。
[0014]在經(jīng)過上述各種中間處理后，常常需要進行預鍍。常用預鍍層是銅、鎳等。前面已經(jīng)分析了二次浸鋅的缺點，實際上預鍍就是為了防止中間處理過程中得到的中間層被酸堿度較大的最終目的金屬鍍液溶解而采取的方法。因此預鍍液一般采用較低濃度和接近于中性的鍍液，一般時間較短，是中間層上鍍上一薄層銅或鎳層，然后再進入最終所需要的金屬鍍層的鍍液中電鍍。
[0015]前處理步驟過于繁瑣，