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掌握这些,你就能成为铝合金产品处理的专家了


浏览次数:115 2017-02-25 10:35:14

 

铝合金的应用

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在五金、电子、手机、电脑、家电、航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展,对铝合金制品的需求日益增多,目前铝合金是应用最多的合金。

就当下最热门的智能手机,其机身材料主要就是使用铝合金,但由于铝在电化序中的电位很低(负电位很大) 其在酸和碱溶液中的不稳定性,表面处理起来难度很大,影响成批生产的稳定性,就刚上市不久的iPhone 7钢琴亮黑色机身的良品率才百分之二十几。

针对如何提升铝合金钢琴亮黑色生产成品率的案子,以及大家热议的防指纹处理等,我们平台在今后的资讯中会分享,今天我们主要为大家奉上铝合金电镀的问题解决方法。

铝合金电镀存在的问题

铝合金电镀存在一系列的困难, 其中最主要的问题还是镀层结合力的问题

从我们团队接触的电镀厂家实操技术与结合行业一些大师的经验总结了以下解决要点,共五点。

一,       关于化学沉鋅

      不论铝合金电镀镍还是化学镍,铝和镀层之间难以获得良好的结合力。为了提高结合强度,铝及铝合金通常采用化学浸锌前处理工艺。经过多年验证结果表明:铝在电镀前经一次浸锌处理后,铝合金电镀结合强度为10.7MPa;经二次浸锌处理后,铝合金电镀结合强度优于一次浸锌处理的,可达28.5 MPa因为铝工件中含的 硅 在一次浸锌层中形成夹杂物,导致铝受到镀液的腐蚀,是造成一次浸锌处理后铝合金电镀结合强度较差的主要原因。

1.一次浸锌工艺得到的浸锌层中主要含有铝、锌、铁和硅4 种元素,其中硅是以夹杂物的形式存在于一次浸锌层中。而二次浸锌得到的浸锌层中主要含有铝、锌和铁3 种元素,没有硅夹杂物。

 2.铝在电镀前经一次浸锌处理后,由于浸锌层中存在硅夹杂物,造成铝受到镀液的腐蚀,因此,铝合金电镀层之间的结合强度较差,仅为10.7 MPa。经二次浸锌处理后,铝合金电镀层之间的结合强度优于一次浸锌的,可达28.5 MPa。

3.一次浸锌溶液的配方如下:

氧化锌(ZnO)                                100 g/L

氢氧化钠(NaOH)                           500g/L

三氯化铁(FeCl3·6H2O)                 2 g/L

酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)   10g/L

 二次浸锌溶液的配方如下

氧化锌(ZnO)                              20 g/L

氢氧化钠(NaOH)                        120 g/L

三氯化铁(FeCl3·6H2O)              2 g/L

酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)10g/L

硝酸钠(NaNO3)                           1 g/L。

 4.沉锌一般由市售、自配各占半壁江山,自配的以传统锌酸络合盐为基础,再加入铁、镍、铜与有机络合剂,即成了四元合金沉锌液,自配成本相应较低些,沉锌液的维护与管理需要注意以下几点:

 (1)沉锌液温度

沉锌最好维持在15~25 ℃之间,过高由于锌等金属置换过快,得到灰黑疏松、粗糙,甚至海绵状的置换层,这种锌置换层结合力很差。而温度较低时,沉锌液反应比较温和,锌等合金析出量少,锌等合金置换层均匀致密,耐蚀性能和基体的结合力大有提高,所以很多厂家总抱怨夏天铝件总是起泡,其实铝合金电镀,夏天冷冻机是不可缺少的设备。

(2)沉锌时间

沉锌时间与沉锌液温度、浓度成反比(特别是金属离子的浓度),在沉锌液温度15~25℃,浓度20波美度时,沉锌时间第一次1 min左右,第二次30 s,过长会变得粗糙多孔,致密性、均匀性降低,影响后续工序。

(3)严格控制好沉锌的浓度

特别是碱与锌的综合比,一般NaOH与Zn最佳比值为(10~12)∶1。当碱与锌比值过高时,置换出的锌合金结晶细致,但在铝合金表面沉积速度缓慢,对铝表面溶解速度加快,电镀后易产生麻点;当NaOH对Zn比值过低时,在沉锌液中浸3~5 s,就会置换灰黑色的锌合金,这种置换层粗糙多孔,致密性差,电镀中途就会发现起泡,一般小型电镀厂沉锌液是市售的,没有分析条件,浓度完全靠波美计测定,据本人经验得出,低于15波美度,有的会出现起泡现象,高于25波美度,应缩减沉锌时间,当然应考虑沉锌液老化程度,比如,铝在沉锌液中会有溶解,随其铝溶解量的增加,溶液波美度也随之上升,所以会产生误差,如果带出量很少的话,应及时更换部分老液,适当补充新液。

二,关于除垢工序

由于铝合金中含铜、铁、镁、硅等成分组成,加入硅能使铝合金加工与成型更方便,但这其中的硅又会使产品表面形成一层阻碍结合力黑色膜层,所以必须通过酸蚀(除垢)工艺除掉这层黑膜与氧化物,使铝工件表面裸露出洁净金属基体。而酸蚀(除垢)液一定要控制温度、浓度和时间这三个要素,特别温度,这是夏季铝合金易起泡的罪魁祸首,在夏天一定要有冷冻降温设备。对于含镁较高的铝合金在除垢之前必须用以下工艺,才能获得结合力良好的镀层。

 1) 浸蚀工艺为

硫酸15%(体积百分浓度)

时间2~5 min

温度80℃。

 2) 除垢工艺为

硝酸50%

温度15~25℃

时间1~2 min

 通过以上工序处理后再去沉鋅,才能获得结合力良好的镀层。

三,关于铝合金前处理中的清洗

我们电镀厂所加工生产的铝合金电镀件种类繁多、结构复杂,问题更突出反映在铝压铸造件的内腔、凹槽、背面、盲孔和螺牙孔的四周等处。

    1、铝合金电镀前处理附着力问题主要有以下原因造成:

    (1)铝合金电镀件的内腔孔径过小且太深,这样镀液与清洗液在工件内部流动与循环量少,这样,产品的内孔槽周边前处理工作就做的很不彻底,如此,该处镀层结合力就差或无结合力;而产品根部夹角与直角,这些地方都存在界面张力而导致无法清洗干净,这时得到的镀层是没办法保障有好的结合力的。

    (2)在前处理过程中,由于酸碱液的浸蚀作用,尤其是表面粗糙多孔油的表面更不易彻底清洗干净,后期在电镀加工时夹缝内与微粒孔表面的溶液返吐出就一定会影响深沉积层的质量。

    2、针对性铝合金电镀的工艺前处理部分的改进方案

    根据对铝合金电镀工艺过程反复试验发现,电镀面的夹角与夹缝在酸碱溶液中是可以得到有效的处理,但是为何问题多次重复出现?这主要还是由于铝合金电镀加工时在前处理水清洗时对电镀件的粗糙面、夹角、夹缝的污垢清洗不彻底造成的。

    为了解决铝合金电镀常规前处理清洗中存在的问题,我们反复试验了多种水清洗方法,最后总结出,在既保证镀层质量又经济高效的条件下,要在第一沉锌和第二次浸锌前各增加一道超声波震荡水清洗,更进后的铝合金电镀工艺流程:

    碱蚀一水洗一酸洗一水洗一超声波清洗一一次浸锌一水洗一酸洗一水洗一超声波清洗一二次浸锌。

 3、铝合金电镀前处理改进后的效果验证

    我们在铝合电镀的工艺改进之前,我们在工件浸锌前使用PH试纸测试工件的内腔槽根部、狭缝等处明显呈红色,这是因为工件处理面夹角处的酸液没有被清洗到,说明前处理是不彻底的。而在增加超声波清洗应用到铝合金电镀工艺中之后,再使用PH试纸测试工件处理面的各个夹角处均不变色。这直观的反映说清洗的效果是大大的提高了。

四,关于铝合金电镀时使用挂具

    对于铝合金电镀来讲,挂具是先决条件,特别是大件,必须要保证足够大的接触面积,以保证导电良好,不要用镀过铜的挂具,因为挂具钢丝上的铜层触点位置会与铝件发生铜置换层,这层置换层完全没结合力,在工件镀好后一高温烘就起泡

五,关于铝合金预镀层

    铝合金电镀必须要求有一层结晶细致,厚度均匀,无孔隙的过渡镀层,避免在电镀酸铜被腐蚀而起泡。

1.预镀镍层

由于目前铝合金普遍采用瓦特镀镍液为基础的预镀镍工艺,作为过渡层,所以一向被人们所接受。但其最大的缺点就是:镀液易被铝、锌、铁等金属杂质所污染,经常需要电解或化学方法予以净化,才能保证预镀层的质量。

2.预镀中性镍

由于中性镍pH值近中性,对工件腐蚀很小,即使少量Zn溶解,因柠檬酸钠会隐蔽Zn ,不影响镀层。参考配方:

硫酸镍         140 g/L

氯化镍         30 g/L

柠檬酸钠        140 g/L

硫酸铵          35 g/L

葡萄糖酸钠      30 g/L

湿润剂          2 ml/L

pH值            6.8~7.2

温度             50~60 ℃

电流密度2~3 A/dm 。

3.经过多方验证认为先镀中性镍作为预镀层,再用瓦特镍镀镍加厚,这样不但可以缩短预镀时间,减少金属杂质污染,并且可使预镀层更细致,紧密无孔隙,以保证铝合金表面结合力耐蚀性进一步提高,特别适用于汽车等高防腐耐用消费品