铝及铝合金的优化镀前处理方法

由于铝金属的化学性质非常活泼，而且又是两性金属，不仅极易受到腐蚀，而且容易发生置换反应，所以电镀前必须进行特殊处理。镀前处理流程如图1-6所示。

1.工艺实施

按照图1-6中的工艺路线进行详细说明。

（1）脱脂与浸蚀 参考本章1.1～1.4节有关内容。

（2）化学出光 出光的目的是去除浸蚀后表面留下的残渣。出光溶液随合金成分变化。

1）适用于大多数铝合金的出光溶液配方如下：

硝酸 500～750mL/L

氟化氢铵 50～120g/L

温度 室温

出光时间 30～120s

2）含硅铝合金出光溶液配方如下：

硝酸 500mL/L

氢氟酸 100mL/L

室温下出光时间 3～10s

3）纯铝及铝锰合金出光液配方如下：

硝酸 500mL/L

水 500mL/L

室温下浸泡时间 30～60s

图1-6 铝合金电镀工艺流程

（3）浸锌 浸锌要分两步进行，第一次浸锌所得的锌层结晶比较粗糙，需进行二次浸锌，即可获得细致均匀的锌层。第一次浸锌工艺如下：

氢氧化钠 500g/L

氧化锌 100g/L

温度 15～27℃

浸锌时间 30～60s

第一次浸锌后，零件表面呈黑灰色，水洗后放入出光液中退去锌层。经水洗，进行二次浸锌。第二次浸锌溶液如下：

氢氧化钠 50g/L

氧化锌 5g/L

酒石酸钾钠 50g/L

三氯化铁 2g/L

硝酸钠 1g/L

温度 20～25℃

浸锌时间 ＜30s

二次浸锌方法获得锌层均匀细致，结合力好，但是工序过于烦琐。因此人们研究出一种二合一的浸锌工艺：

氢氧化钠 300g/L

氧化锌 75g/L

酒石酸钾钠 10g/L

三氯化铁 1g/L

氟化钠 1g/L

温度 10～25℃

浸锌时间 30～60s

浸锌时也要进行两次，但都在同样的溶液中进行。

（4）浸重金属 浸锌的优点是成本低、结合力好，但在潮湿的腐蚀环境下，浸锌层会与外层金属形成微电池，产生层间腐蚀，导致镀层剥落。为了避免这一现象发生，改用浸重金属，常用的有浸铁或浸镍。

1）浸铁。因为铝的电位很负，很容易在下述溶液中置换一层金属铁：

三氯化铁 20g/L

盐酸 16～17mL/L

室温下浸铁时间 30～60s

2）浸锌镍合金。在下述饱和溶液中置换出锌镍合金：

氯化镍饱和溶液 970～980mL/L

氧化锌 40g/L

盐酸 20～22mL/L

室温下浸泡时间 30～60s

在配制锌镍合金溶液时，先将氧化锌加入盐酸中，溶解后再加入到氯化镍饱和溶液中。

对于铸铝零件应采用下述浸镍工艺：

氯化镍 400～500g/L

硼酸 30～40g/L

氢氟酸 20～40mL/L

室温下浸泡时间 30～90s

（5）磷酸阳极氧化 与浸锌和浸锌镍合金不同，本方法是在零件表面形成一层氧化膜。这层膜与铝件自然形成的氧化膜的不同点是：一是膜层较厚，二是膜层多孔。这层膜阻止了电镀溶液中金属离子的置换，从而提高了镀层的结合力，其工艺如下：

配方1：

磷酸 300mL/L

温度 室温

电压 30～40V

阳极电流密度 1～2A/dm²

氧化时间 10～15min

配方2：

叶仁龙等人提供了一种适合铝铁硅合金的阳极氧化工艺：

磷酸 600～700g/L

草酸 1g/L

硫酸 1g/L

十二烷基硫酸钠 1g/L

阳极电流密度 2.5～4.0A/dm2

电压 18～30V(www.zuozong.com)

温度 35～40℃

氧化时间 4～5min

配方2不适于纯铝和铸铝。

氧化膜的孔隙率与磷酸的浓度成正比，随温度的升高而增大，随着电流的增大而增加。氧化膜的厚度随磷酸浓度增加而减少。一般氧化膜的厚度只需3_μm即可，所以氧化时间不超过20min，时间太长会使氧化膜疏松。

由于氧化膜很薄，在随后的电镀中不宜在强酸或强碱溶液中进行。例如，不能在酸性镀铜溶液中镀铜，最好在pH值为5～8范围内的镀液中进行，如在暗镍溶液中镀镍。

阳极氧化后，最好在浓度为0.5～1.0mL/L的氢氟酸溶液中活化一下，再进行电镀。

在阳极氧化时，零件要作为阳极放入，阴极采用铅板。整流器要选择0～18V或0～36V可调电源。挂具采用铝材，挂钩采用绷钩，每次用完后要退去表面氧化膜（在盐酸或氢氧化钠溶液中退膜）。

（6）盐酸浸蚀 此方法适于硅质量分数大于0.1%的硅铝合金件。合金件中的铝被盐酸溶解下来，而硅铝合金及其他元素被保留下来。这就使得本来极易氧化的表面变成不易氧化的表面。这一结果，使得基体与镀层之间的结合力变强了。盐酸浸蚀的工艺如下：

盐酸 300mL/L

水 余量

温度 24～27℃

浸蚀时间与铝材型号有关。盐酸浸蚀不同铝型材所需时间见表1-11。

表1-11 盐酸浸蚀不同铝型材所需时间

浸蚀后的表面呈白色或暗灰色（色泽与合金成分有关），此方法的优点是工艺简单，对基材适应性强，对多孔、形状复杂件无反碱现象。

（7）化学镀镍 对于铸造的铝合金件可以直接在化学镀镍溶液中进行化学镀镍。化学镀镍前，镀件要先在1∶1的盐酸溶液中于室温下浸泡30s左右，然后不经水洗直接进入下述溶液中进行化学镀镍：

硫酸镍 23g/L

次磷酸钠 24g/L

乳酸 27g/L

丁二酸 20g/L

pH值 4.7

温度 90～95℃

时间 30～60min

在配制化学镀镍溶液时，要将乳酸、硫酸镍及丁二酸一起混合，最后加入次磷酸钠，补水至体积分数达90%后，用稀硫酸或稀氢氧化钠溶液调整pH值，最后补足水量。

使用时，先将溶液温度升至95℃后停止升温，将零件作阴极，镍板作阳极，通电。电流密度为1.2～1.6A/dm²，通电30s后停电，这时由于镀上了一层镍，取出镍板就可以进行自动化学镀镍了。化学镀镍后，要在165℃下热处理1h。

除了使用上述配方外，也可使用其他配方。铝及其合金件经过上述处理后，就可以转入预镀工序了。

（8）预镀 预镀可选择预镀铜或预镀镍。

1）预镀铜工艺如下：

氰化亚铜 40～45g/L

总氰化钠 50～55g/L

游离氰化钠 5～6g/L

酒石酸钾钠 60g/L

碳酸钠 0～30g/L

温度 40～55℃

pH值 10.2～10.5（用柠檬酸和氢氧化钠稀溶液调整）

阴极电流密度先采用2～3A/dm²，电镀2min，然后降低至1～2A/dm²，电镀3～5min。镀件要带电入槽。

2）预镀镍工艺如下：

铝及铝合金件预镀镍，要采用中性镀镍工艺：

硫酸镍 140g/L

硫酸铵 35g/L

氯化镍 30g/L

柠檬酸钠 140g/L

葡萄糖酸钠 30g/L

pH值 6.8～7.2（用柠檬酸和氨水调整）

温度 50～60℃

电流密度 2A/dm²

电镀时间 5min

零件经过预镀后，就可以转入正常电镀了。

如果零件最后的镀层是硬铬、镀锌或镀黄铜，可以在浸锌后直接电镀这些镀层即可，但是必须要带电入槽。

2.铝合金件直接电镀

如果要在铝合金件上直接电镀要先进行吹砂，提高表面粗糙度，以提高镀层与基体的结合力。

零件经吹砂后再脱脂和硝酸出光，然后经浸锌，或浸重金属，或磷酸阳极氧化，或盐酸浸蚀任何一种方法处理后，经水洗直接进行电镀。例如直接电镀铜，就可以在下述溶液中镀取铜层：

硫酸铜 30～50g/L

焦磷酸钾 120～150g/L

磷酸二氢钾 60～100g/L

温度 50～60℃

pH值 7.5～8.0

电流密度 1.2～1.7A/dm2

零件在入槽之前，要先在150～250g/L的硫酸溶液中于室温下浸泡30～60s，然后带电入槽。

如果零件需要直接镀镍，可在下述溶液中进行：

硫酸镍 200g/L

氟硼酸 66g/L

硼酸 20g/L

氯化镍 1g/L

温度 65～75℃

pH值 1.0

电流密度 2～3A/dm²

零件在电镀镍之前，必须在以下溶液中进行处理：

碳酸钠 10g/L

磷酸钠 10g/L

温度 60℃

零件在浸泡0～20s后进入镀镍槽。镀镍时，要控制氯离子的浓度不宜过高，否则会使基体受到腐蚀。