鋁合金表面處理有限責任公司創(chuàng)業(yè)計劃書鋁合金表面處理有限責任公司創(chuàng)業(yè)計劃書 十一、附錄鋁合金復合鍍鎳前處理對鍍層結合強度的影響摘要:對鋁合金復合鍍采用浸鋅、浸鎳和閃鍍鎳三種前處理工藝進行研究。利用彎曲法、銼刀法和熱震法進行鍍層與基體LY12鋁合金的結合強度測試，發(fā)現(xiàn)僅有浸鋅處理可以很好的通過測試。得到新的適宜的浸鋅工藝條件：NaOH：100g/L，ZnO：10g/L，多羥基絡合劑：20g/L，氧化劑4g/L。結果表明，在該實驗條件下無論進行復合電鍍，還是進行復合化學鍍，均能保證鋁合金上復合鍍的結合力，得到性能合格的復合鍍層。關鍵詞：鋁合金；復合鍍；前處理EffectsofPretreatmentontheBondingstrengthofCompositePlatingNiDepositsonAluminumAlloySchoolofEnvironmental&ChemicalEngineering,ShenyangLigongUniversity.YANGBin-binCHENLi-xiuDirector:ZHOUQiAbstract:Threekindsofpretreatmentmethodsforaluminumalloycompositeplatingarestudied,namelyzincdipping,nickeldippingandnickelflashmethod.Themethodofbending,fileandthermalshockareusedtomeasurethebondingstrengthbetweendepositsandLY12aluminumalloyandwefindthatonlyzincdippingmethodpassedthetestwell.Anewsuitablezincdippingprocessconditionsisobtained:NaOH:100g/L,ZnO:10g/L,hydroxycomplexingagent:20g/L,Oxidant:4g/L.Resultsshowthatundertheexperimentalconditionsregardlessofcompositeplating,orcompositeelectrolessplating,canguaranteetheadhesionstrengthofthecompositeplatingonaluminumalloyandgetthequalifiedcompositecoating.Keywords:aluminumalloy;compositeplating;pretreatment1前言鋁合金具有諸多的優(yōu)良性能，在現(xiàn)代工業(yè)中的應用日益廣泛。但其硬度低、耐磨耐蝕性差，越來越不能滿足其應用要求。在其表面電鍍各種金屬后，可明顯提高其表面的物化性能，對此國內外專家學者做了諸多研究[1-5]。鋁及鋁合金電鍍比較困難，因鋁對氧有很強的親和力，表面極易氧化；鋁是兩性金屬，在酸、堿中均不穩(wěn)定；鋁的電位很負，在電鍍液中易被浸蝕并置換出被鍍金屬；鋁的膨脹系數(shù)較大多數(shù)金屬的大，因而鍍層易起泡、脫落，影響結合力[6]。鋁合金復合鍍鎳可明顯提高鋁合金表面硬度、耐磨性。一般來講鋁合金復合鍍更加復雜和困難，但只要選擇合理的鍍前處理工藝,就可以獲得結合力很好的鍍層。浸鋅工藝是鋁合金鍍前處理各種方法中最為簡便、經(jīng)濟，也是工業(yè)上使用最多的工藝，國內對浸鋅液的需求量很大，而我國的浸鋅液主要依靠從國外進口，其中最大的3家供應商為：美國的安美特公司、德國的愛立特公司及英國的一家公司。因此對浸鋅液及浸鋅工藝的研究具有重要意義[7]。本實驗采用3種不同的前處理工藝對LY12鋁合金進行施鍍，三種前處理工藝分別為“二次浸鋅法”、“浸鎳處理”和“閃鍍鎳”。通過實驗研究三種前處理工藝對鍍層與基體間結合強度的影響。鋁合金前處理工藝2.1實驗材料LY-12：30mm×50mm×0.5mm。復合電鍍組成為電鍍暗鎳-納米氧化鋁，選用沉積速度快，成分簡單，操作、控制都比較方便的瓦特鍍鎳液為母液，在母液中加入熟化的納米氧化鋁粉體。復合化學鍍?yōu)椋∟i-P）-納米氧化鋁的酸性化學鍍工藝。納米AlO為外購產(chǎn)品，平均粒徑為10-50nm。先將分散劑分散在水中，3在超聲波震蕩下加入納米AlO粉末，繼續(xù)用超聲波震蕩15min，將此溶液倒入23配制的鍍液中，常溫下磁力攪拌熟化穩(wěn)定鍍液4h后即可施鍍。磁力攪拌速度約為該攪拌器調速按鈕的1/3，熟化穩(wěn)定時應保證施鍍時納米粒子全部懸浮。工藝流程除油→熱水洗→冷水洗→氫氧化鈉溶液堿腐蝕→熱水洗→冷水洗→1：1硝酸溶液出光→水洗↗第一次浸鋅→退鋅→水洗→第二次浸鋅→水洗→復合鍍鎳。→浸鎳處理→水洗→復合鍍。↘閃鍍鎳→水洗→復合鍍。性能檢測按照國標GB5933-86“輕工產(chǎn)品金屬鍍層結合強度測試方法”，亦符合國際標準ISO-2819-1980。2.3.1彎曲實驗[8]試樣夾在臺鉗中，并在彎曲部位夾一直徑約等于試樣厚度的金屬圓棒，反復彎曲試樣，直到基體斷裂，鍍層不應起皮、均裂和脫落。銼刀實驗[8]銼刀沿試樣端面45°角由基體向鍍層并保持同一方向銼磨試樣直至基體，鍍層應不起皮、均裂和脫落。熱震實驗[8]將試樣在烘箱中220℃保溫1h，取出突然投入冷水中，鍍層應不起皮、均裂和脫落。結果及討論試片經(jīng)除油、堿蝕處理后，試片表面生成一層黑灰，這是鋁表面的氧化膜被堿腐蝕，生成的氫氧化物與鋁片中其他雜質的混合物。出光處理大概1-2min，用清水沖洗，鋁表面的黑灰被溶解，出現(xiàn)金屬光澤。當鋁片表面有連續(xù)的水珠時，表示試片前處理干凈。然后進行浸鋅、浸鎳或閃鍍鎳處理。3.1浸鋅液的研究目前廣泛應用化學浸鋅方法，因該法處理鋁表面又簡單，成本又低，又能有效除去表面氧化膜，并改變鋁的電極電位，又能使鋁合金的電鍍獲得滿意效果。文獻[9-10]對浸鋅處理過程進行了深入的研究。浸鋅過程分一次浸鋅、二次浸鋅。第一次浸鋅是浸蝕除去氧化膜并代之以鋅層[11]。此時的鋅層粗糙多孔，附著力不佳，同時難免還有少量的氧化膜殘留。然后，再將鋅層在1:1的硝酸溶液中進行部分溶解處理，退鋅后所暴露出來的表面為二次浸鋅及其它金屬的沉積提供了良好的條件。二次浸鋅可以保證鋁基體表面充分活化，獲得薄而均勻細致、結合力良好的鍍層。按照原始配方，即NaOH100g/L，ZnO20g/L。嚴格按照正確的配制方法，結果發(fā)現(xiàn)氧化鋅不能完全溶于氫氧化鈉的水溶液中，故試探氧化鋅在氫氧化鈉的溶解度。稱取100gNaOH溶于水，5gZnO用水調成糊狀，邊攪拌邊加入，可以完全溶解；再稱取2.5gZnO調成糊狀加入上述溶液，亦能溶解；繼續(xù)稱取2.5gZnO，ZnO也能完全溶于溶液中；又稱取2g/LZnO，發(fā)現(xiàn)ZnO不能完全溶解于溶液中，可確定10g/LZnO能完全溶解于100g/LNaOH中，即為溶解的上限。浸鋅液的組成見表1。表1新浸鋅液配方成分用量NaOH100g/LZnO10g/L多羥基絡合劑20g/L 氧化劑 4g/L第一次浸鋅時間:1-1.5min，第二次浸鋅時間:30s，溫度:室溫。退鋅液的組成：1:1的硝酸溶液，時間:15s。將處理好的試片放入浸鋅液中1min后，表面有深灰色鋅層生成，表示有置換出的鋅粒子。在1:1的硝酸中退鋅后，鋅層有少量的溶解，進行2次浸鋅，深灰色鋅層顏色加深。采用浸鋅液工藝進行前處理后，在進行復合鍍。試片分別進行彎曲法、銼刀法、熱震法性能測試，結果見表4。3.2浸鎳處理浸鎳處理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，同時在表面吸附絡合劑，防止氧化膜的再形成，并且使鋁合金表面保持了良好的活化狀態(tài)。浸鎳處理的配方見表2。將處理好的試片放入浸鎳處理的溶液中，室溫，大約經(jīng)歷4min，取出，用肉眼看不出試片表面有物質生成，但顏色較進入溶液前，顏色略有加深。在復合鍍鎳后，試片鍍層均勻呈灰白色。表2浸鎳處理配方成分條件氯化鎳3-5g/L乳酸5-6ml/L乙二醇10-20ml/L硼酸10g/L乙醇30ml/LpH5-6溫度室溫時間1-4min試片分別進行彎曲法、銼刀法、熱震法性能測試，結果見表4。3.3閃鍍鎳將處理好的試片放入閃鍍鎳的溶液中，55℃-65℃，電流密度，大約經(jīng)過2min，取出，表面有鎳層生成。在閃鍍鎳之后，復合電鍍試片表面鍍層均勻，呈灰色；復合化學鍍試片表面鍍層均勻，呈灰白色。閃鍍（也叫沖擊鍍）就是短時間大電流鍍，主要目的是讓鍍件表面盡快鍍上一層鍍層，以便以后正常電鍍，對于表面粗糙的工件，往往用正常電流不易鍍好，可以先閃鍍上一層鍍層，然后降至正常電流電鍍，就容易鍍好。閃鍍鎳就是在很短時間內將鋁合金上鍍上一層鎳，其過程采用較大的陰極電流密度。用于鍍鎳前的打底，以保證鍍層與基體的結合力。閃鍍鎳配方見表3，工件帶電入槽。表3閃鍍鎳配方成分條件 硫酸鎳(g/L)200檸檬酸鈉(g/L)220氯化氨(g/L)10氯化鉀(g/L)5溫度(℃)55-65pH6.5-6.8D(A/dm2)0.5-0.8k時間(min)2將試片進行復合鍍后的性能測試結果，見表4。表4三種前處理試片單次性能測試結果前處理方法 浸鋅處理 浸鎳處理 閃鍍鎳實驗方法彎曲法銼刀法熱震法彎曲法銼刀法熱震法彎曲法銼刀法熱震法復合電鍍不起皮不起皮不起皮起皮不起皮起皮起皮起皮不起皮復合化學鍍不起皮不起皮不起皮不起皮不起皮不起皮邊緣起皮不起皮不起皮鍍層與基體的結合力是鍍層的一項十分重要的工藝性質。通過三種前處理測試結果可做出如下分析：浸鋅處理的性能測試結果表明，得到鍍層的結合力沒有出現(xiàn)起皮的現(xiàn)象，再進行相對嚴格的測試方法，即在一個試片上依次按照彎曲法→銼刀法→一次熱震法→二次熱震法→三次熱震法試驗進行結合力測試，結果見表5。結果表明同一個試片經(jīng)歷了5種檢測方法，且依測試的順序進行，鍍層沒有出現(xiàn)起皮的現(xiàn)象，表明鍍層與基體的結合力很好。即使是在彎曲斷裂的地方，鍍層沒有出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，表明鍍層與基體有很好的結合力。表5新浸鋅法試片經(jīng)歷5次測試的結果實驗方法彎曲法銼刀法一次熱震法二次熱震法三次熱震法復合電鍍復合化學鍍不起皮不起皮不起皮不起皮不起皮不起皮不起皮不起皮不起皮不起皮用化學浸鋅法對鋁片進行前處理。無論是復合電鍍法，還是復合化學鍍法，在進行性能測試后，試片均沒有發(fā)生起皮的現(xiàn)象。表明使用浸鋅液的前處理方法在對鋁片復合鍍后，可以顯著提高鍍層與基體的結合力。浸鎳處理的性能測試結果表明，復合電鍍后性能測試有起皮現(xiàn)象，說明該處理方法沒有提高復合電鍍層與基體結合力。復合化學鍍后性能測試，鍍層與基體沒有出現(xiàn)起皮的現(xiàn)象，表明浸鎳處理方法適合于鋁合金基材復合化學鍍，可有效的提高鍍層與基體結合力。在復合電鍍中使用閃鍍鎳的前處理方法，沒有顯著改變復合電鍍層與基體的結合力；而在復合化學鍍鎳能改變鍍層與基體的結合力，但沒有達到最佳狀態(tài)。所以，該方法無法保證鍍層與基體