电镀工艺第5章不同材料的镀前处理课件.ppt
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1、第五章 不同材料的镀前处理,5.1 铝及其合金的电镀前处理5.2 镁及其合金的电镀前处理,5.1 铝及其合金的电镀前处理,1.铝及铝合金的优点2.铝及铝合金表面处理方法3.铝及铝合金电镀的难点4.铝及铝合金的一般电镀前处理5.铝及其合金上不合格镀层的退除,一铝及铝合金的优点,密度小、易加工、易于铸造形状复杂零件、导电性、导热性、延展性、切削性、反射性好,金属,Mg,Cu,Zn,非金属,Si,铝合金,二铝及铝合金表面处理方法,电镀,化学镀,化学转化,阳极氧化,涂装,激光处理,抛光砂面,微弧氧化及电化学陶瓷成膜技术,(化学氧化),(电化学氧化),铝及其合金电镀的主要用途,铝上镀层属于阴极性镀层,降
2、低孔隙率、镀层厚些。,三铝及铝合金电镀的难点,(1)铝及其合金的活性高,对氧有高度的亲和力,自然条件下,铝表面能迅速地生成一层致密的0.01-0.1m的氧化膜,甚至刚刚除去氧化膜的金属裸露表面又会迅速重新生成氧化膜,它严重降低了镀层与基体的结合力。,(2)铝的电极电势很负,为-1.67V。形成氧化膜后为-0.5V;在水溶液中能与许多金属离子发生置换反应,在铝表面形成置换镀层,影响结合力。当与其他金属接触时,易发生电偶腐蚀,对电镀造成不良影响。,(3)铝是酸碱两性金属,在酸性、碱性溶液中都不稳定,在电镀前的表面处理过程中或处理过程后,使发生的反应变得复杂,尤其铝合金表现更为突出。,(4)铝的线膨
3、胀系数大,为24 10-6/,比其他金属镀层大,因此不宜在温度变化较大的范围内进行电镀,否则引起较大的应力,使镀层与基体的结合力不牢,甚至发生破裂。,一般金属的平均膨胀系数,(5)多数镀层对铝材是阴极性镀层,为了防腐和装饰,镀层的孔隙率应尽量低,而且厚度要大些。,(6)各种铝合金中其他元素含量的差异也给铝合金镀前处理造成困难。不同铝合金呈现不同的冶金结构和不同的电化学行为,加入的合金元素可能以以下几种不同的形态存在于铝合金中:,以铝及其他元素组成的金属间化合物 的形式存在,以固溶体形式进入铝的晶格,以元素本身的显微质点形式,几种合金元素之间也可以形成化合物,(7)铸造铝合金具有砂眼、气泡、孔隙
4、、夹杂物等缺陷,电镀过程在这些砂眼和气孔中常会滞留残余的溶液和氢气等,引起化学和电化学腐蚀,这往往会降低镀层与基体间的结合力,产生镀层起泡和脱落。,(8)由于铝及其合金种类繁多,而同一种合金又可能有不同的热处理状态,因此很难找到一种能适合各种成分、不同金相结构和表面状态的通用的预处理工艺。,(9)由于基体铝与镀层金属在原子直径和晶格常数之间的差别,使得镀层金属在基体界面上有的部分能形成原子间紧密镶嵌,有的则不能,这就影响到镀层对基体的黏附性能。,四铝及铝合金的一般电镀前处理,除油浸蚀出光,浸金属法(浸锌法)阳极氧化化学氧化铝合金一步镀铜法直接电镀法化学镀镍,电镀薄锌层盐酸浸渍法其他酸液或碱液浸
5、渍交流电处理法机械法,预镀,电镀,出光:铝及其合金中的某些金属或非金属杂质,如铜、铁、锰、硅等,在除油和碱浸蚀中是不能除去的,在铝件表面残留着一层灰黑色的膜,它们的主要成分是一些金属、非金属氧化物,必须在酸溶液中浸蚀除去,这个过程称为出光。,出光,HNO3 HF(NH4HF2) H2SO4 CrO3,、浸金属法,浸锌法,浸重金属法,浸锌,浸锌镍,浸多元合金,浸锡,浸镍,浸铜,浸铁,化学浸锌,浸锌的概念浸锌原理浸锌工艺规范常见的浸锌溶液浸锌注意事项浸锌溶液的配置浸锌的优缺点,将铝及其合金浸入强碱性的锌酸盐溶液中,在清除表面氧化膜的同时,置换出一层致密的锌层,防止铝的再氧化,并且能在锌层上沉积其他
6、金属,浸锌后使表面的电极电位向正的方向移动,从而使随后的镀层与基体有良好的结合力。,化学浸锌:,(1)化学浸锌的概念,Al2O3+NaOH 2NaAlO2+H2O,(2)浸锌的原理,首先,铝表面的自然氧化膜溶解,随后裸露出来的金属铝与溶液中的锌离子发生共轭的电化学反应,Al+3OH- Al(OH)3+3e-Al(OH)3 AlO2-+H2O+H+,阳极,阴极,Zn(OH)42-+2e- Zn+4OH-2H2O+2e- H2 +2OH-,由于锌和铝电位比较接近及氢在锌上析出的超电势较高(0.75V),因此反应缓慢而均匀,这样就能够在铝上沉积一层结合力好的细小致密的锌层。,(3)浸锌的工艺规范,有
7、机溶剂除油,化学除油,碱蚀,出光,一次浸锌,退锌,二次浸锌,电镀,闪镀,Ni,Cu,Zn,通常第一次浸锌层粗糙多孔,附着力不良,所以大都在500mL/L硝酸中将其溶解后再进行第二次浸锌。两次浸锌可在同一个槽液中进行,也可以先在浓溶液后在稀溶液中进行。,(4)常见的浸锌溶液,基础锌酸盐浸锌溶液,酸性浸锌溶液,改良的浓浸锌溶液,改良的稀浸锌溶液,邦得尔浸锌溶液,有氰浸锌镍合金溶液,无氰浸锌镍合金溶液,基础锌酸盐浸锌溶液,酸性浸锌溶液,改良的浓浸锌溶液,改良的稀浸锌溶液,邦得尔浸锌溶液,有氰浸锌镍合金溶液,无氰浸锌镍合金溶液,浸锌溶液的发展方向,无氰、无氟、无铅、无亚硝酸盐、低浓度多元合金化,(5)
8、浸锌注意事项,搅动溶液,使吸附的氢气脱附 每道工序水洗充分出光后在空气中停留时间要短铝丝挂具发花、不均匀应重浸,(f)溶液浓度的影响,在稀溶液中沉积物呈树状结构且粗大在浓溶液中沉积物呈结晶细致添加剂改善了锌层的结晶性质,增加了沉积层与铝基体的结合力和抗腐蚀性能硝酸钠阻止锌的结晶成长,促进晶核生成,使锌层细致光亮,(g)浸锌温度的影响,温度升高,锌的结晶成长速度增快,锌层越厚,但锌层粗糙温度降低,有利于晶核的形成,锌层较薄,但均匀细致,(h)浸锌时间的影响,浸锌初期前20s沉积较快,之后沉积速度减慢,超过2min后,锌层反而恶化一般浸锌时间0.5-1min依材料而定,铝铜合金时间长些,铝硅合金则
9、短些,(i)铝材物理状态,铝基材中重金属成份越高,锌层的沉积越厚,结合力越差,对于铝硅合金压铸件则更甚,(k)铝铜合金,压铸铝件,应用硝酸、氢氟酸出光,水洗后必须彻底甩净,不得将酸和水带入浸锌槽,并迅速进浸锌槽,(j)对于铝合金压铸件,喷砂不适于表面装饰,而应进行机械抛光,但不能抛光过度,(l)镀镍时要带电入槽,并在开始几分钟内使用冲击电流,然后逐步过渡到金属镍正常电流的1/2-2/3。冲击电流可以阻止锌的溶解,铝基体的腐蚀;正常生产使用小电流可防止零件烧焦,产生气泡、条纹;如果使用较高电流,必须阴极移动,(m)由于铝和镍、铬膨胀系数相差较大,且镀镍、镀铬溶液温度过高,所以在镀前宜将零件用35
10、-45温水冲洗,防止零件骤冷骤热,(6)浸锌溶液的配置,氧化锌加入氢氧化钠,氯化铁加入酒石酸钾钠中,(7)浸锌的缺点,在潮湿的腐蚀性环境中,锌相对于镀覆金属是阳极,锌将受到横向腐蚀,最终导致表层剥落,概念主要特点常见种类工艺流程注意事项,、铝及其合金阳极氧化后电镀,(1)、概念,是铝及其合金在阳极氧化溶液中形成较大孔径的氧化膜层,以阻止铝件在随后的镀液中发生金属的接触沉积,作为电镀的底层而提高结合力的一种方法。,3微米,铝及其合金电镀前的阳极氧化:,导电,酸性电解液,(2)、主要特点,导电性,孔隙率,(3)、常见种类,磷酸阳极氧化,硫酸阳极氧化,草酸阳极氧化,磷酸阳极氧化膜、草酸(硫酸)阳极氧
11、化膜的比较,磷酸阳极氧化工艺规范,(4)、工艺流程,阳极氧化,0.51mL/L HF活化数秒,电镀,暗镍,焦磷酸镀铜,(5)、注意事项,氧化膜的孔隙率随磷酸、温度、电流密度 的增加而增加;氧化膜的厚度一般3微米,随磷酸的增加 而减小;搅拌溶液时间20分左右不易在强酸、强碱中电镀,pH=58带电入槽,冲击镀:2-3倍,0.5-1.5min,3 化学氧化后电镀,工艺流程,化学氧化(铬酐、磷酸、氟化钠),硝酸:5氢氟酸1:1 活化1秒,预镀中性镍,镀酸铜,镀镍,镀铬,4 铝及其合金一步法镀铜,以H2SO4CuSO4做电解液,在该电解液中先对铝合金工件进行阳极氧化处理,随后在同一镀槽内电沉积铜,也就是
12、将镀前特殊处理和电镀两个过程合并在同一镀槽内完成,简化了铝合金电镀的工序。,铝及其合金一步法镀铜:,工艺流程,化学除油,酸浸蚀,一步法镀铜,镀厚铜,焦磷酸镀铜,酸性光亮镀铜,阳极氧化镀铜,电镀其他金属,五铝及其合金上不合格镀层的退除,铝合金电镀新工艺,铝合金压铸件毛坯毛坯检验机械抛光汽油或三氯乙烯除油凉干上夹具化学除油及碱腐蚀温水清洗冷水洗流水中清洗酸蚀水洗流水中清洗浸溶液水洗流水清洗镀光亮镍(最好带电入槽)水洗流水中清洗5%24溶液中活化水洗流水中清洗镀枪黑色水洗流水中清洗化学钝化水洗流水中清洗烘干(510分钟)下夹具检验浸漆或喷漆。,碱蚀溶液,出光溶液,液是浸锌溶液的改进,是自行研制的专用
13、于铝件表面预处理的溶液,所获得的多元合金层结构紧密,结晶细致,孔隙较小,结合力良好,而且浸溶液后可以直接光亮镀镍,简化了电镀工序,其工艺规范如下:,浸多元合金浸锌溶液,光亮镀镍溶液,注意,电镀光亮镍时最好带电入槽,用大一倍的电流冲击镀12min,然后按常规镀镍。,国内枪黑色电镀工艺大都是锡镍合金镀层, 也有锡钴合金镀层;其镀液有3种类型:氟化物型、氰化物型、 焦磷酸盐型,枪黑色电镀溶液,应力,发黑剂,氯化亚锡,氯化镍,焦磷酸钾,(),(),.添加剂,氨水,把计算量的氯化亚锡、氯化镍及焦磷酸钾等分别用5060热水溶解。把溶解好的锡盐和镍盐溶液在不断搅拌下慢慢加至焦磷酸钾溶液中,再搅拌15min左
14、右,若有混浊,还要继续加温搅拌直至全部澄清。加入计算量的添加剂,用水溶解时加少量NaOH。将计算量氨水加入,加水至所需容积,搅拌均匀。测量并调整pH至89,加温至4555,边电解边试镀。,枪黑色电镀液配制,氨水或乙二胺:加入氨水可降低镀层 的内应力,并使镀层色泽均匀,由于 氨水气味重,镀液经加温后,挥发更 严重,故采用乙二胺替代。,注意,-2添加剂也称发黑剂,是锡、镍离子的络合剂,是枪黑色电镀不可缺少的组份。由于发黑剂种类和含量的不同,可获得浅、中、深铁灰色和茶色外观。,注意,化学钝化,老化镀层,改善提高镀层的耐蚀性。镀层钝化后,经水洗,放入烘箱内在100中烘干1520min即可。,坚膜,涂漆
15、的目的,是延长枪黑色镀层的使用寿命。根据产品质量档次高低而定。一些低档次的产品浸油提高防蚀性能,产品质量要求高的,必须进行喷漆处理。,涂漆,一种工业生产上应用的铝合金电镀工艺流程,二氧化硒,2-巯基苯并咪唑,铝合金零件而言,目前比较成熟并被普遍采用的方法是浸锌处理后再预镀碱性化学镍的方法。,除油,碱蚀,出光,一次浸锌,退锌,二次浸锌,碱性化学镀镍,铝合金的化学镀镍工艺,酸性化学镀镍,烘烤或热处理,钝化,干燥,注意,对于一些表面要求很高的工件(如电脑光盘),为了避免过腐蚀,一般采用酸性浸锌溶液代替碱性浸锌,以避免形成毛细管腐蚀孔,造成镀层粗糙。,由于锌在碱性溶液中的腐蚀速率小,先置换一层镍后,在
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