铝合金硬铬,改进其耐磨和耐蚀性的迫切要求

铝合金硬铬,改进其耐磨和耐蚀性的迫切要求

铝及其合金具有优良的导电导热性、高延展性、低密度、高强度、易成型等优点，广泛应用于交通运输、航空航天、电子、建筑、装饰、纺织等行业。 但其表面硬度低、耐磨性差、易腐蚀也影响其应用范围和使用寿命。 铝及其合金的表面改性可以改善这些缺陷，最有效的方法之一是镀硬铬[1-2]。 在笔者从事的纺织行业中，有很多铝合金零件需要在表面镀硬铬，以提高其耐磨性和耐腐蚀性。 鉴于我公司对该类零部件国产化的迫切需求，我们与南京航空航天大学就铝合金镀硬铬展开了相关合作。 镀铬层维氏硬度达到1000，比合金基体高近10倍； 同时硬铬层的耐磨性和耐腐蚀性能满足设计要求。 1 原理 铝是一种非常活泼的金属，具有很高的化学活性。 其电极电位很低（Φ=-1.67V）并且具有很强的氧亲和力。 同时它又是一种在空气中容易钝化的金属，给铝合金电镀带来困难。 铸造铝合金存在砂眼、砂眼等缺陷，电镀时容易残留残留液体和气体，导致氢脆和镀层脱落。 铝及其合金电镀的关键是镀层与基体金属之间的结合力； 而影响结合力的关键是预镀是否合理。 目前常用的工艺有双浸锌法[3 5]、化学镀镍磷法[6 7]、浸锌后镀镍法[3]、浸锌后镀锌法[8]、磷酸阳极氧化法[4]。以及蚀刻法[9]等。

这些过程的流程大致相似。 它们都是先去除表面的氧化膜，然后通过不同的方法获得稳定的中间层，最后进行电镀。 稳定的中间层可以防止自然氧化膜的再生，保护镀前裸露的铝表面； 同时形成超微观、均匀的凹凸结构，孔容较大，阻力较小； 确保电镀过程中金属快速沉积。 ，晶核多，附着力好； 并且可以防止高硬度的铬层与较软的铝基体直接接触，从而可能产生裂纹和凹痕。 2 铝及铝合金电镀硬铬 2.1 工艺流程喷砂→碱蚀→水洗→酸蚀→水洗→预镀→水洗→镀铬→水洗→吹干→除氢 2.2 主要工序说明 2.2 .1一些喷砂处理电镀件表面可预先进行喷砂处理，不仅可以为零件表面提供均匀的粗糙表面，而且可以增加铝合金表面的显微硬度，增加表面积。电镀，提高镀层的附着力。 喷砂可采用干喷或水喷。 可以使用不同目数的玻璃砂。 通过调整喷砂参数，可以获得不同粗糙度的均匀表面。 喷砂后，必须及时清除表面残留的玻璃砂，以免影响后续工序。 2.2.2碱蚀脱脂碱蚀液配方及工艺条件：50~100g/L，磷酸三钠30~45g/L，碳酸钠20~30g/L，60~80℃，0.5~1.0min。 这个过程可以重复进行，但时间要短，以防止过度腐蚀。 除油后应用冷热水清洗。 有时也可以使用有机溶剂来去除油污。 2.2.3光刻蚀刻液配方及工艺条件：φ(硝酸)=75%，φ()=25%，室温，3～5秒。

硝酸和硝酸的体积分数可根据镀件中的硅含量适当调整。 酸蚀可以去除碱蚀后工件表面残留的铜、镁、硅、锌、锰及其化合物残留物，露出金属晶体结构，获得均匀、洁净、光亮或灰白色的表面。 镀件表面经过活化处理。 2.2.4预镀（1）二次浸锌法、一次浸锌溶液成分及工艺条件：氧化锌100g/L、500g/L，酒石酸钾钠50g/L、1g/L，室温，30~60s。 退锌液成分及工艺条件：硝酸200mL/L，室温，3~5s。 二次浸锌液成分及工艺条件：氧化锌20g/L、120g/L，酒石酸钾钠50g/L、2g/L，室温，20-40s。 镀锌工艺与镀层的结合强度和质量有关。 浸锌应形成薄而细致的锌层，具有良好的附着力、均匀的表面和轻微的光泽。 有时铝件表面在镀锌前浸入重金属中，导致电位前移，提高镀层结合强度。 (2)镀锌后镀锌液配方及工艺条件：氯化锌60~70g/L、180~220g/L、偏25~35g/L、ZL21光亮剂14~18mL/L、pH值5~6、室温、 1~4A/dm2。 镀件经过一到两次浸锌后即可镀锌。 镀锌时，若工件结构复杂，可在前1～2分钟内采用脉冲电流（正常电流的2倍）闪镀，使镀层在深凹处沉积，提高深镀能力。 镀锌后进行镀锌，可以获得更细晶粒的锌层，附着力更好。

不仅可以提高涂层的结合强度，而且可以提高成品率，特别是对于形状复杂、要求较高的零件。 （3）浸锌后镀镍的化学镀镍液配方及工艺条件：硫酸镍35g/L、15g/L、钠15～20g/L、醋酸钠15g/L、柠檬酸钠10g/L、pH值4.8 ～5.5，80～90℃，15～20分钟。 镀镍液配方及工艺条件：硫酸镍200~250g/L、柠檬酸钠200~250g/L、30g/L、氯化铵5g/L、pH值6.6~6.8、55~65℃、0.5~1.0A/ DM2。 镀镍时必须将其装入槽中。 先采用脉冲电流电镀，然后改用普通电流电镀。 化学镀镍控制复杂，成本高，镀层表面易出现粗糙等缺陷； 而采用化学镀镍工艺镀铬，质量高、产量高、成本低。 浸锌后镀镍可以获得附着力较好的细密镍镀层，可以提高镀层的结合强度和成品率，但成本相对较高。 （4）化学镍磷碱性化学镀镍磷镀液配方及工艺条件：硫酸镍20~30g/L，钠20~30g/L，络合剂（柠檬酸钠和三乙醇胺）50~80g/L，22~25mg/L L，pH值9.5～10.5，25～35℃，3～5min。 碱性化学镀工作温度低，能有效抑制锌膜的溶解，从而获得薄而细致、均匀的镍磷合金层，以保护锌膜。 酸性化学镀镍磷溶液配方及工艺条件：硫酸镍25～30g/L，钠25～30g/L，二羟基27～30mL/L，pH值4.2～4.8，88～92℃，装量0.5～1.0 dm2/L，积累速率20μm/h。

当镍磷合金层达到15~20μm时，可以保证底层均匀、无气孔，防止镀铬时合金层脱落。 当合金层达到25μm时，结合强度优异。 （5）磷酸阳极氧化磷酸阳极氧化液配方及工艺条件：磷酸250~350g/L，20~20℃，3~15min，1~2A/dm2。 铝及其合金用磷酸进行阳极氧化，生成一定厚度、特殊结构的多孔氧化膜。 氧化膜具有超微观、均匀的凹凸结构、最大的孔体积和最小的电阻。 当在此氧化膜层上进行电镀时，会形成许多晶核，沉积层能迅速覆盖表面并牢固地粘附在膜孔上，从而获得光滑均匀、结晶细致、附着力优良的合格镀层。 。 (6)蚀刻液成分及工艺条件：120~160g/L，缓蚀剂7~15g/L，室温，2~6min。 质量浓度不仅影响涂层的外观，而且影响涂层与基体之间的结合力。 同时必须控制腐蚀时间，防止腐蚀过度。 蚀刻是一种更简单、更方便的方法。 2.2.5镀铬及除氢（1）镀铬镀铬液配方及工艺条件：铬酐130~150g/L、硫酸0.5~0.8g/L、稀土添加剂1.5~2.0g/L、三价铬1~2g/L，50～55℃，40～45A/dm2，累积速率40μm/h。 由于预镀工艺不同，镀铬配方需要适当调整。 并且由于添加剂的不同，涂层的外观也会有很大的不同。

(2)除氢 为了消除镀层与基体之间形成的内应力，提高镀层与基体之间的结合力，镀后必须进行除氢处理。 烘烤温度160℃，烘烤时间1小时。 3、镀层性能测试：镀铬层除了具有优异的耐腐蚀性和平整光亮的外观外，更重要的是结合强度、硬度和耐磨性。 镀铬层的结合强度可以通过加热、弯曲和冲击试验方法进行测试[10]。 测试后，涂层无剥落、脱落现象，表明结合强度良好。 硬度测试时，应根据零件尺寸、基材、涂层厚度、压痕直径、载荷大小等选择不同的硬度计。测量涂层硬度时，常采用维氏显微硬度计。 根据厚度的不同，可增加5g～200g的载荷，使压痕深度达到涂层厚度的1/7～1/10。 当加厚镀铬层大于100μm时，可采用洛氏硬度计进行检测。 耐磨性的测定一般采用厚度减少法、质量损失法、体积磨损法、磨料介质消耗法、切削厚度时间法、放射性同位素法等。 实验表明，当镀铬层的维氏硬度为～时，具有较大的耐磨性。 镀铬层的厚度与耐磨性也有一定的关系，对使用寿命也有影响。 4 点评 (1)铝及其合金电镀硬铬常用的六种预镀工艺都有就近预处理和后续镀硬铬的规范。 （2）不同的预镀工艺可以形成超微观、凹凸结构均匀、孔容较大、电阻较小的中间层，可以阻止自然氧化膜的再生； 防止高硬度铬层与相对较高的电阻相互作用。 柔软的铝底座可能因直接接触而产生裂纹和凹痕。

经过多次电镀工艺得到的一定厚度的镀层具有优良的结合强度、显微硬度、耐磨性和抗冲击性。 (3)双浸锌工艺稳定，但工艺复杂，操作条件严格。 由于浸锌是在强碱性溶液中进行，因此需要大量的水进行冲洗。 阳极氧化工艺相对简单，但需要严格控制操作温度、电压等，且电解液温度容易升高，影响前处理效果并最终影响镀层质量。 镀锌后的镀锌、镀镍工艺稳定，成品率高。 特别适用于结构复杂、要求较高的零件。 化学镀镍磷必须控制镍磷合金层的厚度，以保证良好的结合强度。 蚀刻是一种简单方便的方法。 (4)实施过程中，可以根据自身条件、环境要求和工件要求，选择合适的电镀工艺。 。