鋁合金表面處理技術的研究進展

鋁合金表面處理技術的研究進展

1鋁合金化學鍍鎳前處理由于密度低、強度高、壓力加工簡單、易于加工，鋁和鋁已成為廣泛使用的結(jié)構(gòu)材料。它在電子、航空、國防等領域得到了廣泛應用。但是,由于其硬度低、耐磨耐蝕性差等弱點,在結(jié)構(gòu)件中的應用受到了限制,常常需要采用表面處理技術改進其制件的表面性能。鋁合金化學鍍鎳可明顯提高鋁合金表面硬度、耐磨、耐腐蝕性,還可賦予鋁合金表面許多功能特性,如焊接性、可拋光性等。由于鋁是一種比較活潑的金屬,在大氣中其表面極易生成一層薄且致密的氧化膜,影響基體鍍層的結(jié)合力。因此,要在鋁表面得到結(jié)合力強,性能優(yōu)良的鍍鎳層,鍍前處理是關鍵。國內(nèi)外對鋁合金化學鍍鎳前處理,進行了許多研究,主要可歸納為三種技術途徑:(1)浸鋅-預鍍層法;(2)陽極氧化法;(3)直接化學鍍鎳。目前用得最多,比較穩(wěn)定的乃屬開發(fā)最早的浸鋅—預鍍層法。浸鋅法的主要缺點是在潮濕的腐蝕性環(huán)境中,鋅相對于鎳鍍層是陽極,將受到橫向腐蝕,最終導致鍍層剝落。此外,過渡鋅層熔點低,限制了應用范圍,而且兩次浸鋅之間還有一次硝酸退鋅工序,污染環(huán)境;浸鋅溶液如未清洗干凈帶入鍍液中,可能會發(fā)生溶液污染中毒。直接化學鍍鎳雖有不少人進行研究,但仍未在工業(yè)上廣泛使用。本實驗針對鋁基體前處理方法中的活化工序進行了對比研究,在此基礎上,對有機活化液進行了改進,提出了直接化學鍍鎳的預處理方法。并對不同的鋁基體,篩選出了最適宜前處理方法,取得了較好的效果。其特點在于無浸鋅層,能簡化工序,改善生產(chǎn)環(huán)境。2實驗部分2.1水合硫酸鎳-檸嗪-氨甲基酯類農(nóng)藥儀器:電熱套(河南省鞏義市英峪豫華儀器廠);DKW-Ⅲ型電子節(jié)能控溫儀(河南省鞏義市英峪豫華儀器廠);電子天平(Mettler-toledoGroup)藥品:六水合硫酸鎳;次亞磷酸鈉;檸檬酸鈉;DL-蘋果酸;乳酸等。(均為分析純)試片材料:LY-12:30mm×30mm×0.5mmL4-M:30mm×30mm×0.5mmPS版:30mm×30mm×0.5mm2.2工藝丙酮洗→堿洗→熱水洗→冷水洗→活化→冷水洗→吹干→施鍍→冷水洗→吹干→檢測2.3實驗方法2.3.1面織物的選擇堿洗除油是指用含有堿性化學藥劑的處理液除去表面油污的方法。堿洗除油配方見表1。采用堿洗液在75℃下浸蝕2-5min后,先用50℃熱水清洗,再用冷水沖洗,以冷水洗后基體不掛水珠為合格。2.3.2富鋁層的制備工藝活化是要剝離工件表面的加工變形層以及在前處理工序生成的極薄的氧化膜。將基體的組織暴露出來以便鍍層金屬在其表面進行生長。方案一:單酸一步活化1∶1硝酸浸蝕20-30s,處理完成后用冷水沖洗。方案二:單酸分步活化(1)采用1∶4鹽酸在室溫下浸蝕0.1-1min,以去除表面的臟物及鋁表面氧化膜。(2)采用1∶1硝酸在室溫下浸蝕幾秒鐘,以除去表面合金元素,獲得均勻富鋁層。(3)采用10%硫酸在室溫下浸蝕幾秒鐘。酸浸蝕后均用冷水沖洗。方案三:混酸活化工藝配方見表2。在常溫下將基體放入活化液中10s,活化完成后用冷水沖洗。方案四:新型活化液活化活化液配方見表3溫度:50-65℃,時間:3-5min,活化后用冷水沖洗。方案五:堿性活化液Ⅰ活化堿性活化液Ⅰ配方見表4pH值:9-9.5,溫度:30-35℃,時間:5min,活化后用冷水沖洗。方案六:堿性活化液Ⅱ活化堿性活化液Ⅱ配方見表5pH值:9,溫度:30℃,時間:4min,活化后用冷水沖洗。2.3.3化學和浪費鍍液配方及工藝條件見表6。2.3.4綜合力試驗2.3.4.鍍層結(jié)合力的檢驗采用鋒銳的刀尖在試樣表面劃兩至多條平行線或者矩形網(wǎng)格,并運用足夠的力量使刀尖劃到基體,然后根據(jù)平行線或網(wǎng)格是否有鍍層脫落或從基體裂開來判斷鍍層結(jié)合力的好壞。2.3.4.2.銼刀法將鍍件夾在臺鉗中,用銼刀銼鍍層的邊棱,銼刀與鍍層表面大約成45°,并由基體金屬向鍍層方向銼,檢查鍍層是否揭起或脫落。2.3.4.3.彎曲法將試樣沿一軸,反復彎曲180°,直至試樣的基體金屬斷裂,檢查鍍層是否起皮或脫落。3堿性活化液應用采用不同的活化方案直接化學鍍鎳鍍層性能見表7。由上述結(jié)果可以看出,對于LY-12鋁,方案4新型活化液中適中的羥基羧酸(乳酸100g/L)以及絡合劑,可使其獲得良好的結(jié)合力。堿性活化液Ⅰ也可獲得較好的結(jié)合力,但鍍液穩(wěn)定性差。采用堿性活化液的方案5,絡合劑適中,鍍層光亮度好,結(jié)合力好,比較穩(wěn)定,適用于L4-M鋁的活化。對于L4-M鋁,采用堿性活化液Ⅰ和堿性活化液Ⅱ都可使其鍍層光亮度好,結(jié)合力好。但經(jīng)堿性活化液Ⅰ處理后,L4-M鋁的化學鍍鎳沉積速度比堿性活化液Ⅱ大。對于PS版來說,最佳活化處理方案為堿性活化液Ⅱ,加入焦磷酸鈉、三乙醇胺,使PS版處于最佳活化狀態(tài),為后續(xù)化學鍍創(chuàng)造了條件。處理后再進行化學鍍的PS版不僅鍍層光亮,還具有良好的結(jié)合力。堿性活化液操作溫度低,pH為9-9.5。不但能提高鍍層的結(jié)合強度,并對后續(xù)酸性化學鍍液污染較少。4酸活化液與酸活化液的結(jié)合力(1)采用一種新型活化液對LY-12鋁進行活化比單酸、混酸活化后所得的鍍層光亮度好,且結(jié)合力強,避免了酸