鋁合金表面處理技術(shù)的研究進(jìn)展

鋁合金表面處理技術(shù)的研究進(jìn)展

1鋁合金化學(xué)鍍鎳前處理由于密度低、強(qiáng)度高、壓力加工簡(jiǎn)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(guó)防等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是,由于其硬度低、耐磨耐蝕性差等弱點(diǎn),在結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用受到了限制,常常需要采用表面處理技術(shù)改進(jìn)其制件的表面性能。鋁合金化學(xué)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(qiáng),性能優(yōu)良的鍍鎳層,鍍前處理是關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁合金化學(xué)鍍鎳前處理,進(jìn)行了許多研究,主要可歸納為三種技術(shù)途徑:(1)浸鋅-預(yù)鍍層法;(2)陽(yáng)極氧化法;(3)直接化學(xué)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(yù)鍍層法。浸鋅法的主要缺點(diǎn)是在潮濕的腐蝕性環(huán)境中,鋅相對(duì)于鎳鍍層是陽(yáng)極,將受到橫向腐蝕,最終導(dǎo)致鍍層剝落。此外,過(guò)渡鋅層熔點(diǎn)低,限制了應(yīng)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(huì)發(fā)生溶液污染中毒。直接化學(xué)鍍鎳雖有不少人進(jìn)行研究,但仍未在工業(yè)上廣泛使用。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)鋁基體前處理方法中的活化工序進(jìn)行了對(duì)比研究,在此基礎(chǔ)上,對(duì)有機(jī)活化液進(jìn)行了改進(jìn),提出了直接化學(xué)鍍鎳的預(yù)處理方法。并對(duì)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(diǎn)在于無(wú)浸鋅層,能簡(jiǎn)化工序,改善生產(chǎn)環(huán)境。2實(shí)驗(yàn)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(cè)2.3實(shí)驗(yàn)方法2.3.1面織物的選擇堿洗除油是指用含有堿性化學(xué)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?jiǎng)冸x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(lái)以便鍍層金屬在其表面進(jìn)行生長(zhǎng)。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(shí)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(shí)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(shí)間:4min,活化后用冷水沖洗。2.3.3化學(xué)和浪費(fèi)鍍液配方及工藝條件見表6。2.3.4綜合力試驗(yàn)2.3.4.鍍層結(jié)合力的檢驗(yàn)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(yùn)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(lái)判斷鍍層結(jié)合力的好壞。2.3.4.2.銼刀法將鍍件夾在臺(tái)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(fù)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(yīng)用采用不同的活化方案直接化學(xué)鍍鎳鍍層性能見表7。由上述結(jié)果可以看出,對(duì)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(luò)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(luò)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(duì)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(xué)鍍鎳沉積速度比堿性活化液Ⅱ大。對(duì)于PS版來(lái)說(shuō),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(xué)鍍創(chuàng)造了條件。處理后再進(jìn)行化學(xué)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(qiáng)度,并對(duì)后續(xù)酸性化學(xué)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(duì)LY-12鋁進(jìn)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(qiáng),避免了酸