典型的铝及铝合金化学镀镍的工艺

一、典型的铝及铝合金化学镀镍的工艺

铝零件除油浸蚀第一次浸锌硝酸退除第二次浸锌化学镀镍

二制程说明

1）除油

铝是一种活泼金属，与酸碱都能剧烈反应，因此相比钢铁基体铝的除油溶液碱性不能太强，以免对铝基体产生过度的腐蚀。因此除油的配方中氢氧化钠的含量一般较低，以磷酸钠、硅酸钠和碳酸钠为主。

除油液中的硅酸钠对铝很好的作用，即使除油液温度较高，除油时间较长，铝的腐蚀也很小，因此可以用于零件精度较高的除油，但是含硅酸盐的碱液必须彻底清洗干净，否则，残留的硅酸盐在浸蚀时遇酸会生成不溶于水的、难以去除的硅酸膜，造成镀层结合力不强，除油最好先用热水清洗、再用冷水，而且应尽快清洗。在除油的过程中，切忘高温碱液因增发而干结在零件上，从而导致零件腐蚀。

2）浸蚀

浸蚀是前处理中重要的工序。其目的是为了进一步去除铝表面的缺陷，并从铝合金表面去除各种合金元素和杂质，形成均匀的铝表面，为后一道工序提供良好的底材。铝合金中含有铜、镁、硅、锰和锌等合金元素。如果不能去除干净，在这些合金成份上不能直接化学镀镍，容易产生结合力不强或针孔。

浸蚀可以用碱浸蚀或酸浸湿。用酸浸蚀对铝的腐蚀小，不仅不可保证表面的光洁度，而且由于合金元素去除较彻底，所达的结合里较高。

酸性浸蚀的腐蚀远低于碱性浸蚀，由于合金的腐蚀一般驶电化学腐蚀，合金元素与铝元素基体形成原电池，浸蚀发生在合金元素的周围，当浸蚀严重时容易产生毛细孔洞，这种空洞进入的溶液很难清洗，当溶液进入化学镍溶液时，空洞中的脏污会慢慢溢出，轻则造成镀层粗糙，重则引发针孔起泡。对于有些合金采取碱性浸蚀的效果更好。另外对于表面光洁较差或者经加工车削后有螺纹的零件，碱性浸蚀有助于去除化学镍难以完整覆盖的毛刺和锐边。此外，碱性浸蚀有助于在氧化严重的铸件上获得更薄、更均匀的去除氧化膜的新鲜表面。

3）第一次浸锌

化学镀镍时，铝的表面有一层致密的氧化膜，这层膜大约有5~20um，不去除它就很难形成很的镀层。就氧化层本身来说，去除并不困难，问题是在去除氧化膜后的表面与空气接触的表面会迅速形成氧化膜，浸锌的目的一方面是去除这层氧化膜，另一方面是去除氧化膜的同时再铝的表面形成锌的置换层，起阻挡作用，使去除了氧化膜的表面与大气隔绝，免受氧化。浸锌溶液多为强碱溶液，是将氧化锌溶解在浓的氢氧化钠的溶液中，生成锌酸钠：

2NaOH+ZnO==Na2ZnO2+H2O

当铝零件浸入这一零件时，表面的氧化层会被强碱溶解

Al2O3+2OH-==2AlO2-+H2O

暴露出来的铝会与锌酸钠反应，发生如下置换反应：

2Al+3ZnO22-+2H2O==3Zn+2AlO2-+4OH-

浸锌溶液的配合中加入少量的金属盐，是为了与置换了的锌产生合金化作用，改变锌层的晶体学结构，获得细小的晶粒。更重要的是可以改善锌层与各种铝合金的结合力。

浸锌在室温下进行，第一次浸锌一般为30~50s。浸锌以后，原来白色的表面被一层均匀的灰色锌层所代替。

硝酸退除

第一次浸锌获得的锌层一般比较粗糙，覆盖不完全，而且浸锌时对基体的腐蚀可能又使合金加杂物暴露出来。为了得到较均匀的浸锌层，一般要用体积比为1：1的硝酸退出，进行第二次浸锌。

5）第二次浸锌

经过硝酸退除，进一步纯化了铝的基体，露出更均匀的富铝表面。第二次浸锌就可以获得更好更薄更均匀更致密的浸锌层。第二次浸锌层如果发现色泽不均匀或色斑，需要重新退除，再浸锌。第二次浸锌与第一次相同，也可以是同一缸，但浸锌的时间更短，一般15~20s。

浸锌后的锌酸盐溶液是碱性很强的溶液，对铝有相当强的腐蚀作用。浸锌的时候首先溶解掉铝表面的氧化膜，进而又腐蚀晶界处和合金元素周围的容易形成如浸蚀一节所述的毛细孔洞，成为镀层与基体结合的隐患。因此，浸锌与除油、浸蚀一样，十分之一不使铝基体产生腐蚀。

为了避免出现腐蚀，对于像计算机那样的表面质量要求很高，镀层不允许出现缺陷的场合，可以采用酸性浸锌法来替代碱性浸锌，酸性浸锌与前述的酸性浸蚀一样，对铝基体的腐蚀要小的多，也用两次浸锌，但第一次浸锌退除不用硝酸，而用氧化性弱酸容液，因为硝酸盐带入会沾污酸性浸锌溶液，造成结合力问题，第二次浸锌的时间也比第一次浸锌的时间要短，但两次浸锌的时间都比相应得碱性锌酸盐浸锌的长，而对铝的浸蚀仍很小。这样的处理使形成毛细腐蚀孔的几率大大减小，针对和镀层起瘤的基本消除。

还有一种类似锌酸盐的处理方法，即锡酸盐浸锡法。两种的配方原理相同，某些研究表明，浸锡法对某些铝合金特别有效。

6）碱性化学镀镍

工业上普遍采用ph值为4.2~5的酸性化学镍溶液。当经浸锌处理的铝零件浸入这种溶液时候，锌层会迅速溶解，这一结果会带来两个不利的影响，锌层迅速溶解会使铝材失去保护作用，仍会产生结合力不良的问题，对于老化的镀液，这一问题尤为突出。老化液中积累了各种副产物，使镀液的离子浓度不断提高，加速了对锌层的溶解，另一个不利的影响是:浸锌层溶解进入溶液，会沾污镀液，使镀液的寿命缩短。超过一定范围，镀层与基体的结合力就会得不到保证，碱性化学镀镍就是经过浸锌处理的零件先在碱性化学镀镍中与镀镍。由于锌在这种碱性介质中的腐蚀速率较小，由于置换反应覆盖一层极薄的镍后（0.5um），再进入酸性化学镀镍的溶液时与镀液接触的阻挡层不是锌层，而是不会在酸性镀液中溶解的，可以引发化学镀镍的镍层，这种镍层既引发保证锌层不被过度腐蚀，保护了去除氧化膜新鲜铝表面，从而保证了镀液的结合质量，同时又可避免锌层溶解到酸性镍裕中，延长了镀液的使用的时间，事实证明，采用这一步骤可以显著减少镀层的缺陷，改善结合力，所谓两种阻挡层纸、指的就是浸锌层和预镀镍层。

由于碱性化学镀镍的镀层厚度仅为0.5um左右，故不可经常补充调换。但每次使用之后溶液需要过滤，并在下一次使用前重新调整ph值。

7）烘烤

为了去除化学镀镍时吸附的氢气，并释放镀层中存在的应力，提高度层和基体的结合力，化学镀镍后的铝零件需要进行烘烤处理，一般在130~150℃保温1~1.5h.