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【摘 要】研究了铝合金表面化学镀镍工艺的前处理工艺、镀液配方及工艺条件对处理效果的影响。结果表明：能在铝合金表面获得一层薄而均匀活泼且结合力优良的预镀镍层，是随后酸性化学镀镍的理想底层。
【关键词】铝合金 预处理 化学镀镍
1前言
铝合金件性质独特，在其表面进行化学镀有一定的难度。因为铝与氧有很强的亲和力，表面极易生成氧化膜，即使用化学方法去除，在镀覆其他金属之前又会形成新的氧化膜。这种氧化膜与镀层的结合力很差。另外，铝的标准电极电位很负（-1.66V），在镀液中易与电位较正的金属离子发生置换反应生成疏松层，影响镀层结合力。因此，要在铝表面获得结合力强、性能优良的镀镍层，镀前预处理是关键。
2铝合金化学镀镍的预处理工艺
铝合金化学镀镍的预处理工艺流程为：毛坯检验→打磨→水洗→碱性化学除油→热水洗→冷水洗→活化→冷水洗→吹干→碱性预镀。
2.1毛坯检验与打磨
铝合金化学镀的难点主要是化学成分不均匀，如含偏析较为严重，还有缩孔等缺陷，会导致起泡和针状麻点。铝在空气中易氧化生成氧化膜，导致镀层与基体结合不良，因此应尽量减少工件在空气中的暴露时间。在试验中，首先对零件的表观状态进行检验。表面不应有裂纹、气泡、疏松、划痕等影响化学镀质量的缺陷。如果有缺陷看是否可通过磨光、抛光予以排除，若不能，则不予施镀。由于机械加工导致铝合金基体表面有一层比较厚的氧化皮和脏物，所以需要对表面进行打磨。打磨方法：用砂纸由低到高进行打磨，直到磨净氧化皮，表面平整光洁为宜。
2.2碱性化学除油
本试验采用碱性除油溶液，是借溶液的皂化和乳化作用除油。当带有油污的零件放入碱性除油溶液中时，可皂化油与碱发生皂化反应，反应生成的肥皂和甘油都能很好的溶解于水中，非皂化油靠乳化作用除油，除油液中必须加入乳化剂，乳化剂吸附在界面上，降低油液界面张力，使油与溶液的接触面积增大，使油腻变成小油滴分散在溶液中。同时，此工艺通过碱的弱腐蚀使铝材露出基体表面，而有利于提高镀层与基体的结合力。碱洗除油配方见表1。
表1 铝合金表面化学除油工艺规范
成分 磷酸钠 十二烷基硫酸钠 温度 时间
含量 35g/L 0.6g/L 70℃ 10s
2.3活化
活化是要剥离铝合金件表面的加工变形层以及前处理工序生成的极薄的氧化膜。将基体的组织暴露出来以便镀层金属在其表面进行生长。铝是化学活性极强的金属，暴露于空气中极易氧化生成一层氧化物，从而影响了镀层与基体的结合强度。铝合金件在经过除油之后，为了进一步提高基体与镀层的结合力，须用弱酸浸蚀并进行活化。本实验采用如下两种方案进行对比。
方案Ⅰ：3%-5%HCI室温 6s
方案Ⅱ：0.5%-1%硫酸 室温 ，3%柠檬酸 室温 6s
图1 方案Ⅰ浸蚀活化后的试样 图2 方案Ⅱ浸蚀活化后的试样
方案I处理后的试样有产生过腐蚀的现象如图1，方案II避免了基体发生强烈腐蚀如图2。对以上两种工艺方案处理后的试样进行观察，从图1可知，试样表面有腐蚀产物附着，由此可见在除油过程中铝表面产生了过腐蚀，所以方案Ⅰ碱性过强不符合除油规范，方案Ⅱ处理后的试样表面较干净且没有腐蚀痕迹。如图2所示。经过上面的实验初步确定铝合金件的腐蚀活化工艺如表2。
表2 弱酸浸蚀的活化工艺规范
成分 硫酸 柠檬酸钠 时间
含量 0.5%～1% 3% 5～20s
弱酸浸蚀中，浸蚀酸的浓度不仅会影响铝合金件表面的氧化膜的去除质量，而且还会影响铝合金件表面的活化性能。所以，对浸蚀酸的两种浓度的浸蚀性能进行比较，对弱酸浸蚀中浸蚀酸的浓度进行优化，既能把铝合金表面的氧化膜完全清除，而且能使铝合金表面产生更多的活化点。
表3 浸蚀酸的浓度对铝合金件表观形貌的影响
硫酸含量 时间 表观影响
0.5% 6s 良好
1% 6s 出现黑色氧化膜
由表3可知，当硫酸的浓度为1%时的浸蚀酸，由于酸的浓度过大，不宜控制铝合金件在其中的反应剧烈程度。刚把铝合金件放到浸蚀酸里面，铝合金表面立即就会发生剧烈的反应，并伴随大量的气体放出。根据试验结果选择浓度0.5%的硫酸为弱酸浸蚀中酸的浓度。
在弱酸浸蚀中浸蚀的时间也是一个重要的指标。为了确定最佳的浸蚀时间，在确定了浸蚀酸的浓度上进行浸蚀时间的研究。选用硫酸的浓度为0.5%，进行弱酸浸蚀时间的影响试验，用来对弱酸浸蚀时间范围确定。
表4 浸蚀时间对铝合金件表观形貌的影响
浸蚀时间 6s 10s 15s 20s
表观影响 良好 良好 出现黑色氧化膜 出现黑色氧化膜
由表4可知，当弱酸浸蚀时间适当时，可以清除铝合金表面的氧化膜，使基体的晶格特征完全暴露出来，又能起到去除铝合金表面的挂灰。弱酸浸蚀可以增加铝合金件表面的活化点。活化点数越多下一步预镀镍时镍原子越能更好的附着于铝合金表面，拥有良好的结合力。
2.4 碱性预化学镀镍
铝合金经过活化后，为了阻止酸性镀液对铝基体产生腐蚀，从而影响镀层与基体的结合力要先预镀一层镍。因为常规酸性化学镀镍使用的溶液PH值低，若铝合金件活化后直接在酸性镀液中化学镀镍，铝将被迅速溶解，而镀件以碱性化学预镀镍后，再进入酸性镀液中时，就不会使铝在镀液中溶解，可以迅速引发自催化镀镍，镍层保护了基体不被腐蚀，此工艺的质量高低是铝合金化学镀镍成功与否的关键所在。镀液配方及工艺条件下见表5。
表5 碱性化学镀镍工艺规范
试剂 硫酸镍 次亚磷
酸钠 乳酸钠 氯化铵 三乙醇胺 pH 温度
含量
（g/L） 30 30 30 30 10 8.5-9 70℃
预镀时间对镀层质量有很大的影响，预镀不充分，镍沉积层太薄，化学镀镍磷过程中易产生漏镀现象，而预镀时间过长，预镀层过厚，会导致镀层应力增大，从而引起镀层气泡、裂纹等缺陷，进而会降低镀层与基体的结合力。所以在预镀镍其他工艺不变的情况下对预镀时间进行优化，见表6。
表6 预镀时间选择
预镀时间 20min 30min 40min
镀层质量 漏镀 良好 结合不好
3结论
（1）采用弯曲法测定结合力，镀层不起皮、不鼓泡，结合力良好。
（2）预镀层的表面形貌呈明显的胞状结构，晶粒细小，且划痕和凹坑处也被致密的镀层覆盖。是随后酸性化学镀镍的理想底层。
【参考文献】
[1]王文忠.铝及其合金化学镀镍[J].电镀与环保，2001，4（21）：4-6.
[2]刘建中，张大方，张承瑞.铝合金化学镀镍工艺的应用[J].有色金属，2000，4（3）：44-46.
[3]Tang J，Huang L，Yao S，et a1.Research on composite coatings of metals and PTFE[J].Plating
【关键词】铝合金 预处理 化学镀镍
1前言
铝合金件性质独特，在其表面进行化学镀有一定的难度。因为铝与氧有很强的亲和力，表面极易生成氧化膜，即使用化学方法去除，在镀覆其他金属之前又会形成新的氧化膜。这种氧化膜与镀层的结合力很差。另外，铝的标准电极电位很负（-1.66V），在镀液中易与电位较正的金属离子发生置换反应生成疏松层，影响镀层结合力。因此，要在铝表面获得结合力强、性能优良的镀镍层，镀前预处理是关键。
2铝合金化学镀镍的预处理工艺
铝合金化学镀镍的预处理工艺流程为：毛坯检验→打磨→水洗→碱性化学除油→热水洗→冷水洗→活化→冷水洗→吹干→碱性预镀。
2.1毛坯检验与打磨
铝合金化学镀的难点主要是化学成分不均匀，如含偏析较为严重，还有缩孔等缺陷，会导致起泡和针状麻点。铝在空气中易氧化生成氧化膜，导致镀层与基体结合不良，因此应尽量减少工件在空气中的暴露时间。在试验中，首先对零件的表观状态进行检验。表面不应有裂纹、气泡、疏松、划痕等影响化学镀质量的缺陷。如果有缺陷看是否可通过磨光、抛光予以排除，若不能，则不予施镀。由于机械加工导致铝合金基体表面有一层比较厚的氧化皮和脏物，所以需要对表面进行打磨。打磨方法：用砂纸由低到高进行打磨，直到磨净氧化皮，表面平整光洁为宜。
2.2碱性化学除油
本试验采用碱性除油溶液，是借溶液的皂化和乳化作用除油。当带有油污的零件放入碱性除油溶液中时，可皂化油与碱发生皂化反应，反应生成的肥皂和甘油都能很好的溶解于水中，非皂化油靠乳化作用除油，除油液中必须加入乳化剂，乳化剂吸附在界面上，降低油液界面张力，使油与溶液的接触面积增大，使油腻变成小油滴分散在溶液中。同时，此工艺通过碱的弱腐蚀使铝材露出基体表面，而有利于提高镀层与基体的结合力。碱洗除油配方见表1。
表1 铝合金表面化学除油工艺规范
成分 磷酸钠 十二烷基硫酸钠 温度 时间
含量 35g/L 0.6g/L 70℃ 10s
2.3活化
活化是要剥离铝合金件表面的加工变形层以及前处理工序生成的极薄的氧化膜。将基体的组织暴露出来以便镀层金属在其表面进行生长。铝是化学活性极强的金属，暴露于空气中极易氧化生成一层氧化物，从而影响了镀层与基体的结合强度。铝合金件在经过除油之后，为了进一步提高基体与镀层的结合力，须用弱酸浸蚀并进行活化。本实验采用如下两种方案进行对比。
方案Ⅰ：3%-5%HCI室温 6s
方案Ⅱ：0.5%-1%硫酸 室温 ，3%柠檬酸 室温 6s
图1 方案Ⅰ浸蚀活化后的试样 图2 方案Ⅱ浸蚀活化后的试样
方案I处理后的试样有产生过腐蚀的现象如图1，方案II避免了基体发生强烈腐蚀如图2。对以上两种工艺方案处理后的试样进行观察，从图1可知，试样表面有腐蚀产物附着，由此可见在除油过程中铝表面产生了过腐蚀，所以方案Ⅰ碱性过强不符合除油规范，方案Ⅱ处理后的试样表面较干净且没有腐蚀痕迹。如图2所示。经过上面的实验初步确定铝合金件的腐蚀活化工艺如表2。
表2 弱酸浸蚀的活化工艺规范
成分 硫酸 柠檬酸钠 时间
含量 0.5%～1% 3% 5～20s
弱酸浸蚀中，浸蚀酸的浓度不仅会影响铝合金件表面的氧化膜的去除质量，而且还会影响铝合金件表面的活化性能。所以，对浸蚀酸的两种浓度的浸蚀性能进行比较，对弱酸浸蚀中浸蚀酸的浓度进行优化，既能把铝合金表面的氧化膜完全清除，而且能使铝合金表面产生更多的活化点。
表3 浸蚀酸的浓度对铝合金件表观形貌的影响
硫酸含量 时间 表观影响
0.5% 6s 良好
1% 6s 出现黑色氧化膜
由表3可知，当硫酸的浓度为1%时的浸蚀酸，由于酸的浓度过大，不宜控制铝合金件在其中的反应剧烈程度。刚把铝合金件放到浸蚀酸里面，铝合金表面立即就会发生剧烈的反应，并伴随大量的气体放出。根据试验结果选择浓度0.5%的硫酸为弱酸浸蚀中酸的浓度。
在弱酸浸蚀中浸蚀的时间也是一个重要的指标。为了确定最佳的浸蚀时间，在确定了浸蚀酸的浓度上进行浸蚀时间的研究。选用硫酸的浓度为0.5%，进行弱酸浸蚀时间的影响试验，用来对弱酸浸蚀时间范围确定。
表4 浸蚀时间对铝合金件表观形貌的影响
浸蚀时间 6s 10s 15s 20s
表观影响 良好 良好 出现黑色氧化膜 出现黑色氧化膜
由表4可知，当弱酸浸蚀时间适当时，可以清除铝合金表面的氧化膜，使基体的晶格特征完全暴露出来，又能起到去除铝合金表面的挂灰。弱酸浸蚀可以增加铝合金件表面的活化点。活化点数越多下一步预镀镍时镍原子越能更好的附着于铝合金表面，拥有良好的结合力。
2.4 碱性预化学镀镍
铝合金经过活化后，为了阻止酸性镀液对铝基体产生腐蚀，从而影响镀层与基体的结合力要先预镀一层镍。因为常规酸性化学镀镍使用的溶液PH值低，若铝合金件活化后直接在酸性镀液中化学镀镍，铝将被迅速溶解，而镀件以碱性化学预镀镍后，再进入酸性镀液中时，就不会使铝在镀液中溶解，可以迅速引发自催化镀镍，镍层保护了基体不被腐蚀，此工艺的质量高低是铝合金化学镀镍成功与否的关键所在。镀液配方及工艺条件下见表5。
表5 碱性化学镀镍工艺规范
试剂 硫酸镍 次亚磷
酸钠 乳酸钠 氯化铵 三乙醇胺 pH 温度
含量
（g/L） 30 30 30 30 10 8.5-9 70℃
预镀时间对镀层质量有很大的影响，预镀不充分，镍沉积层太薄，化学镀镍磷过程中易产生漏镀现象，而预镀时间过长，预镀层过厚，会导致镀层应力增大，从而引起镀层气泡、裂纹等缺陷，进而会降低镀层与基体的结合力。所以在预镀镍其他工艺不变的情况下对预镀时间进行优化，见表6。
表6 预镀时间选择
预镀时间 20min 30min 40min
镀层质量 漏镀 良好 结合不好
3结论
（1）采用弯曲法测定结合力，镀层不起皮、不鼓泡，结合力良好。
（2）预镀层的表面形貌呈明显的胞状结构，晶粒细小，且划痕和凹坑处也被致密的镀层覆盖。是随后酸性化学镀镍的理想底层。
【参考文献】
[1]王文忠.铝及其合金化学镀镍[J].电镀与环保，2001，4（21）：4-6.
[2]刘建中，张大方，张承瑞.铝合金化学镀镍工艺的应用[J].有色金属，2000，4（3）：44-46.
[3]Tang J，Huang L，Yao S，et a1.Research on composite coatings of metals and PTFE[J].Plating