鋁及鋁合金的鍍前處理介紹

(1)鋁及鋁合金的特點

在鋁及鋁合金上電鍍比在鋼鐵、銅等金屬材料上電鍍要困難和復雜得多，其主要原因有  以下幾個方面。

①鋁及鋁合金對氧具有高度的親和力，極易生成氧化膜，并且這層氧化膜一經(jīng)除去又會在極短的時間里產(chǎn)生一層新的氧化膜，嚴重影響鍍層的結(jié)合力。

②鋁的電極電位很負，浸入電鍍液時容易與具有較正電位的金屬離子發(fā)生置換，影響鍍層結(jié)合力。

③鋁及鋁合金的膨脹系數(shù)比其他金屬大，因此不宜在溫度變化較大的范圍內(nèi)進行電鍍。  鋁及鋁合金與其他金屬鍍層膨脹系數(shù)不同將引起較大的應力，從而使鍍層與鋁及鋁合金之間的結(jié)合力不牢。

④鋁是兩性金屬，能溶于酸和堿，在酸性和堿性電鍍液中都不穩(wěn)定。

⑤鋁合金壓鑄件有砂眼、氣孔，會殘留鍍液和氫氣，容易鼓泡，也會降低鍍層和基體金屬間的結(jié)合力。

為在鋁及鋁合金表面上得到結(jié)合力良好的電鍍層，應針對以上原因，在鍍前采取一定的前處理措施。除了常規(guī)的除油、浸蝕、出光外，還需要進行特殊的預處理，制取一層過渡金屬層或能導電的多孔性化學膜層，以保證隨后的電鍍層有良好的結(jié)合力。目前常用的方法有兩種：先化學浸鋅，然后電鍍其他金屬；先進行陽極氧化處理，再電鍍其他金屬。

(2)化學浸鋅

化學浸鋅是使用最早、最為成熟、應用最為廣泛的處理方法。該法是將鋁和鋁合金制件浸入強堿性的鋅酸鹽溶液中，在清除鋁表面氧化膜的同時，置換出一層致密而附著力良好的沉積鋅層。這層沉積鋅層一方面可防止鋁的再氧化，另一方面改變了鋁的電極電位，在鋅的表面電鍍要比鋁表面電鍍?nèi)菀椎枚啵瑫r也改善了其他條件的影響，使鋁和鋁合金的電鍍獲得滿意的結(jié)合力。

1)化學浸鋅原理

當鋁和鋁合金浸入強堿性的鋅酸鹽溶液時，界面上發(fā)生氧化還原反應，即鋁氧化膜和鋁的溶解以及鋅的沉積。

Al203+2NaOH====2NaAl02+H20

2Al+2Na0H+2H20====2NaAl02+3H2 ↑

2Al+3Zn022- +2H20====3Zn+2A102-+40H一

在浸鋅溶液中鋅以配合物形式存在，析出電位變負，放置換反應進行地緩慢而均勻。而由于氫在鋅上有較高的過電位，所以析氫反應受到強烈的抑制，使鋁基體不會受到嚴重的腐蝕，這樣有利于置換反應，從而獲得均勻致密的鋅沉積層。

2)化學浸鋅工藝規(guī)范

浸鋅工藝一般采用兩次浸鋅。第一次浸鋅時，首先溶解氧化膜而發(fā)生置換反應，獲得的鋅層粗糙多孔，附著力不佳，同時難免還有少量氧化膜殘留。第一次浸鋅層需要在1：1硝酸溶液中除去，使鋁表面呈現(xiàn)均勻細致的活化狀態(tài)。然后第二次浸鋅以獲得薄而均勻細致、結(jié)合力強的鋅層。浸鋅層以呈米黃色為佳，兩次浸鋅可以在同一浸鋅溶液中進行，也可先在濃溶液后在稀溶液中進行。

在浸鋅溶液中，氫氧化鈉是鋅的絡合劑，通過控制其與氧化鋅的相對含量，可以控制置換反應以比較緩慢的速度進行，從而改善鍍層結(jié)構(gòu)使結(jié)晶細致均勻。化學浸鋅溶液中，氫氧化鈉：鋅一般為(5～6)：1，但鋁銅合金則比例提高到(6～10)：1。在浸鋅溶液中，除了氫氧化鈉和氧化鋅外添加少量其他物質(zhì)，其目的在于改善浸鋅層的結(jié)構(gòu)，提高浸鋅層與基體的結(jié)合力。加入少量的FeCl3時，F(xiàn)e3+與Al發(fā)生置換反應，使沉積的鋅層含有少量鐵，加入酒石酸鉀鈉時，可防止Fe3+在堿性溶液中沉淀，通過控制它們的加入量可調(diào)節(jié)鋅層中鐵的含量。溶液中引入F一可對鋁硅合金起活化作用。

化學浸鋅時的掛具不能用銅或銅合金，以防止銅與鋁或鋁合金接觸置換，應把鋼絲或銅或銅合金鍍鎳后進行化學浸鋅。

(3)陽極氧化處理

陽極氧化處理是指在一定的工藝條件下，在鋁與鋁合金表面上生成一層具有一定厚度和特殊結(jié)構(gòu)的氧化膜。這層氧化膜孔隙多，孔徑大，具有良好的導電性，與基體結(jié)合力強。電鍍時，金屬粒子沉積在膜孔隙中，提高鍍層的結(jié)合力。

陽極氧化可在多種溶液中進行，與其他陽極氧化工藝所得到的氧化膜相比，磷酸氧化膜呈現(xiàn)比較均勻的粗糙度，具有超微觀均勻的凹凸結(jié)構(gòu)、最大的孔徑和最小的電阻，若在此表面上沉積金屬，則晶核形成多，鍍層均勻細致，附著力好。因此，磷酸陽極氧化處理是最適合為電鍍打底層的陽極氧化處理工藝。常用的磷酸陽極氧化的工藝規(guī)范如下：

磷酸(H3P04)    300～500g／L    電壓    20～40V

溫度          25～35℃    氧化時間        l0～15min

陽極電流密度    l～2A／dm2

氧化膜的孔隙率，隨磷酸含量的增加和溫度的升高而增大，隨電流密度的降低而減少；氧化膜的厚度隨磷酸濃度的增加而降低。氧化膜的厚度只需3μm左右即可。由于氧化膜極薄，在以后的電鍍時，不宜采用強酸或強堿性電鍍液，一般電鍍的pH值應在5～8。陽極氧化時要不斷攪拌溶液，以防止局部溫度過高。鋁及鋁合金零件陽極氧化后經(jīng)稀氫氟酸溶液(0．5～1．0mL／L)活化，清洗后應即進行電鍍。