铝合金磷化与喷涂氟碳涂料配套性研究

铝基化学镀镍前处理工艺在我国的

研究进展

范建凤^1,2，马晓玲²

(1.山西大学化学化工学院山西太原030006；2.忻州师范学院山西忻州034000)

[摘要]  化学镀作为一种新兴的表面处理技术，已经广泛地应用于各个领域，化学镀的体系和工艺也得到了快速的发展。铝基前处理对于化学镀镍是最为重要的一个环节。根据近十年的文献资料，评述了国内铝及铝合金化学镀镍前处理工艺的研究进展，分类叙述了几种主要前处理工艺，着重介绍除油后中间处理过程，并展望了其发展方向。

0  引 言

  铝及铝合金由于其密度小、比强度高、易于压力加工等特点，在电子、航空航天、国防等诸多领域得到了极大的应用。但其硬度低、耐磨和耐腐蚀性差，越来越不能满足其应用要求，常常需要采用表面处理技术来改进其制件的表面性能。铝及铝合金化学镀镍可明显提高表面硬度、耐磨和耐腐蚀性，而且还可赋予表面其它许多功能特性，如钎焊性、可抛光性等，可进一步扩大其应用领域。

  由于铝是一种比较活泼的金属，在大气中其表面极易生成一层薄且致密的氧化膜，又由于它电极电位较负，在镀液中与多种金属离子发生置换反应，在铝材表面形成疏松粗糙的接触性镀层，严重影响镀层与基体间的结合强度。另外，铝属于两性金属，在酸、碱溶液中都不稳定，给化学镀镍造成很大的困难。而且，当环境温度发生变化时，由于铝基体与镀镍层的膨胀系数不一样，极易产生内应力而破坏镀层，导致镀镍层脱落。

  因此，要在铝基材料上获得结合力良好的化学镀镍磷合金镀层，必须解决上述问题，结合力的好坏直接取决于前处理工艺的优劣，这就对铝基材料化学镀的前处理工艺有了较高的要求。

  目前铝及铝合金前处理方法有两大类，一是选用适当的浸蚀液(多数为酸），对铝及铝合金进行活化处理后直接化学镀镍；二是先在铝及铝合金表面制取中间过渡层，再化学镀镍。

  本文仅就近10年来国内对铝基化学镀镍各种预处理研究状况进行分类评述。

1直接镀

  直接镀是对铝基除油后酸浸蚀，除去表面脏物及氧化膜，新生成的氧化膜在酸性和碱性镀液中去除，并获得置换层的一种工艺。反应机理为：

      Al₂O₃ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂O

      2Al + 3Ni²⁺ = 2Al³⁺ + 3Ni

  工艺过程列于表1。从表1可知，直接镀可以简化铝基化学镀镍的前处理工艺，提高效率、降低成本，其难点是镀液中络合剂与Ni²⁺的摩尔比及pH值较难控制。

2制取中间层

2.1浸锌法

  二次浸锌法是铝基化学镀镍前处理工艺中较常用的方法之一，它的作用有以下3点：

  1)通过第一次浸锌除去铝基表面氧化膜，并使活性较强的铝表面变成活性相对较弱的锌表面。从而防止铝基表面在除去氧化铝膜后再次生成氧化膜。

  2)第二次浸锌在退除第一次浸锌时所获得的较粗糙、覆盖不完全且含有夹杂物的锌层后进行，以获得更薄、更均匀、更致密的浸锌层。

  3)通过浸锌法可以在一定程度上避免生成会严重影响镀层与基体间结合力的接触性镀层。

  这种工艺的缺点是工艺过程复杂，生产周期过长，而且表面置换出来的锌层在随后的化学镀时会溶解于镀液中，毒化镀液并缩短镀液的寿命。同时，使用这种工艺会在镀层与基体间形成一层影响镀层结合强度及耐蚀性能的锌夹层。

  二次浸锌工艺：碱性除油→酸蚀→第一次浸锌→活化→第二次浸锌。

  “二次浸锌法”的反应机理如下：

    2NaOH + ZnO = Na₂ZnO₂ + H₂O

    2OH^- + Al₂O₃ = 2AiO^2- + H₂O

    ZnO₂^2- + 2Al + 2H₂O = 3Zn + 4OH^- + 2AiO^2-

  人们对浸锌液成份及浓度进行了大量研究，并且多数文献提到二次浸锌后需碱性预镀镍，可以避免铝基体件直接进入酸性化学镀镍溶液中锌层被迅速溶解，产生结合力不良现象，并且降低锌层对化学镀镍液的污染。文献根据6063铝合金材质特点，研究了脱脂后不进行碱蚀、酸蚀的三次浸锌工艺；文献研究了铝上一次浸锌工艺，都在一定程度上简化了操作程序，并保证镀层性能优异。

2.2改良浸锌合金法

  沉锌层的合金数越多，沉锌膜层就越稳固，目前的沉锌技术己发展到沉三元合金和四元合金，三元合金是指锌、铁、镍合金，四元合金是指锌、铁、镍、铜合金。

  这种多元锌合金层改变了浸锌层电极电位，使浸镀层平整、光滑且结合力好，提高了整个镀镍层的耐蚀性，但工艺更加复杂。文献中的沉锌工艺：75g/L氢氧化钠、15g/L氧化锌、10g/L络合剂A、1g/L氯化铁、0.3g/L氯化镍，室温，浸锌时间为第一次1～2min第二次20～60s。文献研制了一种中等浓度的含镍、铁多元合金浸锌液。

2.3条件处理预化学镀镍

研究现状总结如下，部分文献涉及的条件处理-预化学镀镍工艺见表2。

  文献提到目前比较好的前处理工艺为：除油→碱蚀→含氟混酸处理→浸镍(或浸镍铁合金或镀碱性化学镀)；文献研究了用浸镀镍代替浸镀锌的前处理工艺，浸镍液由硫酸镍（提供Ni²⁺）、羟基酸络合剂、铵盐缓冲剂、R-NH₂胺类H⁺活性抑制剂组成。文献提到，在强碱性的镍盐和强络合剂溶液中将铝表面的氧化膜溶解去除，使镍离子与露出的铝表面置换一薄层镍，保护铝表面不再被重新氧化，而且预镀镍层也是随后化学镀镍层的基础。

2.4特殊处理液

  蒙铁桥、张天顺等仿照其它材料的处理方法研制了有机活化液，使工艺进一步简化。文献有机活化液组成为：硫酸镍、络合剂、缓冲剂等。文献有机活化液组成为：镍盐、络合剂、无机酸、乙醇、表面活性剂等。

  王向荣等研究的特殊处理液由无机酸和氧化剂组成，工艺为：150mol/L无机酸、75mL/L氧化剂、室温处理20min。

3  展望

  综上所述，人们对铝基化学镀镍前处理工艺进行了大量研究，取得了明显进展，浸锌法及改良浸锌合金法仍是目前研究最为活跃的方法，但也存在一定缺陷。采用特殊处理液对铝表面活化来代替浸锌的活化处理，是一种操作比较简单的铝及铝合金化学镀镍新工艺。如何简化工序、降低成本、改善生产环境、增强镀层与基体结合强度，使镀液性能稳定，使之走向工业化，仍需不断探索。