铝及铝合金的镀前处理

bomoaa · 发表于 2012-3-9 16:35:36

(1)铝及铝合金的特点
在铝及铝合金上电镀比在钢铁、铜等金属材料上电镀要困难和复杂得多，其主要原因有以下几个方面。
①铝及铝合金对氧具有高度的亲和力，极易生成氧化膜，并且这层氧化膜一经除去又会在极短的时间里产生一层新的氧化膜，严重影响镀层的结合力。
②铝的电极电位很负，浸入电镀液时容易与具有较正电位的金属离子发生置换，影响镀层结合力。
③铝及铝合金的膨胀系数比其他金属大，因此不宜在温度变化较大的范围内进行电镀。铝及铝合金与其他金属镀层膨胀系数不同将引起较大的应力，从而使镀层与铝及铝合金之间的结合力不牢。
④铝是两性金属，能溶于酸和碱，在酸性和碱性电镀液中都不稳定。
⑤铝合金压铸件有砂眼、气孔，会残留镀液和氢气，容易鼓泡，也会降低镀层和基体金属间的结合力。
为在铝及铝合金表面上得到结合力良好的电镀层，应针对以上原因，在镀前采取一定的前处理措施。除了常规的除油、浸蚀、出光外，还需要进行特殊的预处理，制取一层过渡金属层或能导电的多孔性化学膜层，以保证随后的电镀层有良好的结合力。目前常用的方法有两种：先化学浸锌，然后电镀其他金属；先进行阳极氧化处理，再电镀其他金属。
(2)化学浸锌
化学浸锌是使用最早、最为成熟、应用最为广泛的处理方法。该法是将铝和铝合金制件浸入强碱性的锌酸盐溶液中，在清除铝表面氧化膜的同时，置换出一层致密而附着力良好的沉积锌层。这层沉积锌层一方面可防止铝的再氧化，另一方面改变了铝的电极电位，在锌的表面电镀要比铝表面电镀容易得多，同时也改善了其他条件的影响，使铝和铝合金的电镀获得满意的结合力。
1)化学浸锌原理
当铝和铝合金浸入强碱性的锌酸盐溶液时，界面上发生氧化还原反应，即铝氧化膜和铝的溶解以及锌的沉积。
Al203+2NaOH====2NaAl02+H20
2Al+2Na0H+2H20====2NaAl02+3H2 ↑
2Al+3Zn022- +2H20====3Zn+2A102-+40H一
在浸锌溶液中锌以配合物形式存在，析出电位变负，放置换反应进行地缓慢而均匀。而由于氢在锌上有较高的过电位，所以析氢反应受到强烈的抑制，使铝基体不会受到严重的腐蚀，这样有利于置换反应，从而获得均匀致密的锌沉积层。
2)化学浸锌工艺规范
浸锌工艺一般采用两次浸锌。第一次浸锌时，首先溶解氧化膜而发生置换反应，获得的锌层粗糙多孔，附着力不佳，同时难免还有少量氧化膜残留。第一次浸锌层需要在1：1硝酸溶液中除去，使铝表面呈现均匀细致的活化状态。然后第二次浸锌以获得薄而均匀细致、结合力强的锌层。浸锌层以呈米黄色为佳，两次浸锌可以在同一浸锌溶液中进行，也可先在浓溶液后在稀溶液中进行。
在浸锌溶液中，氢氧化钠是锌的络合剂，通过控制其与氧化锌的相对含量，可以控制置换反应以比较缓慢的速度进行，从而改善镀层结构使结晶细致均匀。化学浸锌溶液中，氢氧化钠：锌一般为(5～6)：1，但铝铜合金则比例提高到(6～10)：1。在浸锌溶液中，除了氢氧化钠和氧化锌外添加少量其他物质，其目的在于改善浸锌层的结构，提高浸锌层与基体的结合力。加入少量的FeCl3时，Fe3+与Al发生置换反应，使沉积的锌层含有少量铁，加入酒石酸钾钠时，可防止Fe3+在碱性溶液中沉淀，通过控制它们的加入量可调节锌层中铁的含量。溶液中引入F一可对铝硅合金起活化作用。
化学浸锌时的挂具不能用铜或铜合金，以防止铜与铝或铝合金接触置换，应把钢丝或铜或铜合金镀镍后进行化学浸锌。
(3)阳极氧化处理
阳极氧化处理是指在一定的工艺条件下，在铝与铝合金表面上生成一层具有一定厚度和特殊结构的氧化膜。这层氧化膜孔隙多，孔径大，具有良好的导电性，与基体结合力强。电镀时，金属粒子沉积在膜孔隙中，提高镀层的结合力。
阳极氧化可在多种溶液中进行，与其他阳极氧化工艺所得到的氧化膜相比，磷酸氧化膜呈现比较均匀的粗糙度，具有超微观均匀的凹凸结构、最大的孔径和最小的电阻，若在此表面上沉积金属，则晶核形成多，镀层均匀细致，附着力好。因此，磷酸阳极氧化处理是最适合为电镀打底层的阳极氧化处理工艺。常用的磷酸阳极氧化的工艺规范如下：
磷酸(H3P04) 300～500g／L 电压 20～40V
温度 25～35℃ 氧化时间 l0～15min
阳极电流密度 l～2A／dm2
氧化膜的孔隙率，随磷酸含量的增加和温度的升高而增大，随电流密度的降低而减少；氧化膜的厚度随磷酸浓度的增加而降低。氧化膜的厚度只需3μm左右即可。由于氧化膜极薄，在以后的电镀时，不宜采用强酸或强碱性电镀液，一般电镀的pH值应在5～8。阳极氧化时要不断搅拌溶液，以防止局部温度过高。铝及铝合金零件阳极氧化后经稀氢氟酸溶液(0．5～1．0mL／L)活化，清洗后应即进行电镀。

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