锌合金压铸件化学镀镍的工艺及设备

作者：威海云清化工开发院

欢迎访问e展厅 展厅 7 喷涂/清洗/表面工程展厅 PVD涂层设备, 电镀设备, 热镀锌设备, 超声波清洗机, 静电喷粉机, ... 1.锌合多铸件如何化学镀镍 锌合金压铸件化学镀镍可提高其表面硬度，改善耐磨性能，拓宽使用范围。由于锌的两性行为，必须进行特殊处理，选择下列工艺： （1）确定合理的工艺流程 二种典型工艺流程：①弱碱除油→弱腐蚀（1％H2SO4）→活化（焦磷酸盐）→预镀中性镍→化学镀镍→热处理；②水喷蚀（1%～20%H2SO4，10～15s）→预镀中性镍→预热→（柠檬酸1～2g/L，80～90℃，1min)→化学镀镍→热处理。 （2）预镀中性镍 中性镍配方1#：硫酸镍160～180g/L，柠檬酸钠192～216g/L，氯化钠10～16g/L，硼酸25～30g/L；pH=7，DK=4A/dm2，45℃，≥20min。配方2#：硫酸镍100～180g/L，柠檬酸钠130～200g/L，氯化钠15～20g/L，硼酸30～40g/L，添加剂A3ml/L；pH=7～7.5，DK=1～1.5A/dm2，冲击电流2～4A/dm2，冲击时间5～7min，50～60℃，20～25min，阴极移动20～30次/min。 预镀中性镍应注意：①采用以硫酸镍为主盐的预镀液，接近化学镀镍的成份。pH值应控制在7～7.5左右。②保证底层有足够厚度，改善底层的质量。如配方2#中加入添加剂A，能提高底层与基体结合力，外观变得光滑细致，产品成品率达95%以上。③妥善处理溶液中产生的Ni(OH)2沉淀，恢复镀液的施镀能力。如用虹吸的办法将镀液中下部的沉淀与上部清液分开，然后用稀硫酸或柠檬酸将沉淀溶解，再将两部分溶液混合，用5%NaOH调整pH至规定值。 （3）化学镀镍 化学镀镍配方1#：硫酸镍20～30g/L，次亚磷酸钠20～30g/L，硼酸10～20g/L，乳酸10～30ml/L，pH=4.5～6.0，83±2℃。镀液的pH由6.0逐渐调至4.5，然后平稳施镀，可得到非晶态的化学镀镍层。若起镀时pH=4.5左右，这样镀层与预镀层由于pH相差较大，镀层磷含量变化太大，从而引起内应力，造成镀层分层脱落现象。配方2#：NiSO4.7H2O25～30g/L，NaH2PO2.H2O25～30g/L,NaAC15～20g/L,Na3C6H5O7.2H2O15～20g/L,添加剂B1（稳定剂）适量，添加剂B2（加速剂）适量，pH=4.8～5.2，88±2℃，1h，装载量1dm2/L，压缩空气搅拌150cm2/min,镀速15～20μm/h。 （4）热处理 化学镀镍层的硬度可通过热处理进行调整，组织仍为非晶状，使底层含量分布趋于均匀，且从基体就开始有少量的磷，使底层与镀层的结合力更好，组织更均匀细小，弥散度提高，镀层表面的光洁度、镀层的耐蚀性、耐磨性均有所提高。考虑到锌合金的熔点较低，为防止工件变形，采用底温度长时间热处理，如220±5℃，5h显微硬度增加5倍以上。也有人采用180℃×1h的热处理条件。 2.镁合金化学镀镍的预处理方法 按照常规的涂覆工艺，在镁合金表面很难获得结合力好的化学镀镍层。因为在化学镀镍的前处理工序转换间镁合金也易氧化。本工艺在化学镀镍前增加一道碱活化工序，将前处理进行中生成的氟化物及氧化物膜溶解，使表面活化再化学镀镍，便能获得结合力良好的化学镀镍层。 预处理工艺流程：除油（碱液煮沸）→碱刻蚀（Na4P2O7.10H2O100～200g/L,NaNO330～100g/L,室温，1～2min）→酸活化（H3PO4.200ml/L,NH4HF100g/L,室温，1～2min）→碱活化（Na2HPO2.H2O25g/L,螯合剂15g/L，pH=9～10，室温，1～2min） 化学镀镍配方：Ni3K6H5O7,NaHPO4.H2O25g/L,Na4P2O7.10H2O50g/L,NH4F5～10g/L,=9～10，<60℃,10～60. 3.钛合金化学镀镍的预处理方法 由于钛金属活性大，新鲜表面暴露在含氧介质中很快被氧化，形成一层致密的、稳定性很高的氧化膜，若在其表面直接化学镀镍是相当困难的。为了在钛合金上获得结合力好的镍层，必须在施镀前采用适当的预处理以改善镀层与基体的结合力。采用下列预处理方法，操作简单，可实现钛合金直接化学镀镍，获得结合力良好的镀层。 （1）浸蚀 较好的钛合金浸蚀必须含少量氢氟酸，但含量不能太高，否则会造成钛合金表面腐蚀不均匀，甚至出现凹凸不平的表面。这是因为合金中钒比其它元素更耐蚀的缘故。同时如果溶液中含有硝酸，使钛表面发生钝化，不能进行镍的自催化沉积。 浸蚀液为：盐酸（36%～38%）94～96份，氢氟酸（70%）4～6份，室温，2min。钛合金浸蚀后，外观腐蚀均匀光亮。 （2）活化 活化液中含有氟化物和乳酸。氟离子的存在加速了钛氧化膜的溶解。乳酸作为镍的络合剂，当溶液中没有乳酸时，活化膜结合力差。因为活化的钛合金较容易与溶液中的镍离子发生置换反应：2Ti+3Ni3+→2Ti3++3Ni。随着乳酸的加入，镍离子被络合，发生上述反应的困难越大，导致置换反应后镍与钛基体的结合力越牢固。过量乳酸对活化没有影响。温度越高越有利于钛氧化膜溶解和活化基表面与镍离子的置换反应；若温度越低，活化时间增长，效果变差。pH值越低活化反应越迅速，不但钛氧化膜溶解，而且活性钛也发生腐蚀，置换反应的镍同时也受到浸蚀，导致活化膜的结合力越差；pH值越高，钛氧化膜越稳定（不溶解或很少溶解），活化反应越慢。当pH值>6时活化反应几乎不发生。其他条件正常下，活化时间越长活化越充分，当活化基础课表面露出后，表面生成一层具有催化活性的、均匀的黄褐色膜，便发生了镍与钛的置换反应，直至钛合金基体被镍层完全覆盖后转换反应停止，所以活化时间越长越好。如果活化不充分，将使后续的化学镀镍局部无镀层或鼓泡。 活化液为：乙二醇700ml/L，酸性氟化铵35g/L，氯化镍20g/L，硼酸50g/L，乳酸20ml/L，醋酸（99%）180ml/L，pH<6，>50℃，30min 4.化学镀镍 工艺酸方：硫酸镍20g/L，次亚磷酸钠25g/L，络合剂15g/L，乳酸18g/L，丙酸钠18g/L，pb2+微量，pH=5，85%，阴极移动。本配方适用Ti-6Al-4V和Ti-15V-3Al-3Cr等钛合金施镀，镀层结合力良好。 5.粉末冶金件化学镀镍的预处理方法 （1）烘油 烘油温度250～300℃，油烟除尽为止。烘油是化学镀镍的关健工序之一，对后继的除油除锈工作起很大的促进作用。 （2）洗涤 热水洗涤温度>85℃，比一般材料表面处理热水洗涤的温度高些，利于清洗工件孔内渗入的碱液及皂、脏物等。 （3）阳极除油 为更大限度地减少碱液渗入工件内孔的机会，利用阳极除油。除油液为：NaOH30～50g/L,Na2CO320～30g/L,Na3PO4.10H2O20～30g/L,NiSiO33～5g/L,60～90℃,DA=3～10,3～5min。 （4）弱腐蚀 HCl100～150g/L，室温，0.5～2min，时间不能过长，洗涤要彻底。 值得指出，粉末冶金件不宜用吹砂除锈，尽管吹砂后表面光洁，但砂末能渗入工件孔隙，在化学镀镍时，砂末会逸出和附看在工件表面，影响镀层质量。另外工件洗涤要彻底，避免镀层出现“发花”现象。 6.退除化学镀镍层有哪些衫配方 化学镀镍导的退除要比电镀镍层困难得多，特加紧是对于高耐蚀化学镀镍层更是如此。不合格的化学镀镍层应在热处理前就进行退除，否则镀层钝化生退镀更困难。要求退镀液必须对基体无腐蚀，其次镀层厚度、退镀速度、退镀成本等因素都要考虑。 （1）化学退镀法 化学退镀法不使工件受腐蚀，适用几何形状复杂的工件，且可做到退镀均匀。 配方1#：浓HNO3，20～60℃。本液成本低，速度快（30～40μm/h），毒性小。适用尺寸精密要求不高的工件退镀，防止带入水、退镀完毕迅速入流水中清洗。 配方2#：HNO3（1∶1），20～40℃，退速快（10μm/5～6min），适用不锈钢。 配方3#：浓HNO31000ml/L，NaCl20g/L，尿素10g/L（抑制NOX气体的生成），六次甲基四胺5g/L，室温，退速20μm/h。 配方4#：间硝基苯磺酸钠60～70g/L，硫酸100～120g/L，硫氰酸钾0.5～1g/L，80～90，适用铜及铜合金工件的退镀，退镀表面为深棕色时，取出后充分清洗，再除棕色膜（NaCN30g/L，NaOH30g/L，室温）。 配方5#：HNO3∶HF=4∶1（体积比），冬天适当加温，退速快，铁基体不腐蚀。但HF一定要用分析纯（用工业级HF配槽，易发生爆炸）。 配方6#：硝酸铵100g/L，氨三乙酸40g/L，六次甲基四胺20g/L，pH=6，室温，退速1/5min，成本低。 除上述酸性化学退镍法外，还有碱性化学退镍法，对普通碳钢工件无腐蚀作用，但温度高、时间长、效率低。如间硝基苯磺酸钠100g/L，NaOH100g/L，乙二胺120ml/L，十二烷基硫酸钠0.1g/L，60～80℃。调整时补加间硝基磺酸钠，可使退速恢复到最高退速的80%。 （2）电解退镀法 配方为：NaNO3100g/L，氨三乙酸15g/L，柠檬酸20g/L，硫脲2g/L，葡萄糖酸钠1g/L，十二烷基硫酸钠0.1g/L，pH=4，室温，DA=2～10A/dm2，阴极10#钢，SK∶SA=23∶1。 7.如何选好化学镀镍的设备 （1）避免槽体材料的污染性 槽体材料和内壁涂料的优劣的对化学元素镀镍有一定的影响。一般认为聚丙烯槽、内衬软PVC钢槽、耐酸搪瓷槽、耐热耐酸陶瓷槽都存在导热性和槽体强度差的缺点，唯有不锈钢槽（1Cr18Ni9Ti）效果很好。因不锈钢在化学镀镍液中呈惰性，镍不易在其表面还原沉积。且导热性好，强度高和制做方便等。但不锈槽需通以0.5A/dm2的阳极电流保护，结构复杂。最好在不锈钢槽内壁浸涂一层ZD-1溶胶，或TZ103-3防腐涂料，还可喷涂适当厚度的聚四氟乙烯，如TEFLONS、F46等涂料，情况十分理想，不会发生槽壁有金属还原沉积之迹象。而且槽结构简单，维护方便（涂层可修补）。 实践还表明，软、硬PVC（聚氯乙烯）、软、硬PP、耐酸橡胶对化学镀镍溶液有不同程度的影响，表现为：镀液稳定性异常差；分散能力下降；镀速下降或停镀；镀层光亮提高，但脆性增大等。其中软PVC的影响显著，其危害具有持久性，即无论镀液更换多少次，镀液都会受到软PVC污染。而其他几种材料对镀液的影响较小，并且都是一次性影响。为消除它们的影响，建议不选用软PVC外，对其他几种材料预先用80℃以上的热水浸泡10b以上，效果良好。 （2）改善加热管的传热性 采用水套外电炉加热，避免槽液成分分解过快，兼有调控温度的功能（配套调压器）。还可用蒸汽直接加热，不但提高了蒸汽的利用率，而且加快了升温速度。加热管应用经抛光的316不锈钢管，加热管的下方应设有空气搅拌（无油空气），这样可加速热传递，防止局部过热。为减轻蒸汽冲水发出的噪音，可在蒸汽管上焊一段直径2倍于蒸汽管的消音管，消音管上有20个平行槽底的小孔，这些出气孔的总各要大于消音管直径的确2倍，消音效果极佳。一般也允许采用浸入式加热器直接加热，如石英加热管、聚四氟乙烯加热管等。 （3）改良滚筒结构的合理性 小工件应装入滚筒旦滚镀，滚桶应做得大一些，透水性要好（工件密集，负载极高），滚筒装载工件不应超过容积的1/3，小工件装载还应少一些。为了提高生产效率，应把流通筒做成长方形，每个镀槽放多个滚筒同时工作。 （4）注意过滤机的使用性 注意化学镀镍溶液的过滤形式及滤芯精度的选择。对于镀层要求不高，特别是一些滚镀工件，采用间歇过滤或低温过滤，即在升温过程中过滤镀液；对于要求较高、镀层较厚，特别是一些挂镀工件，或一些精密工件，则必须连续过滤，应成对配置过滤机，便于清洗和更换滤芯。 必须选择合适的滤芯精度和流量，一般滤芯精度为0.1～0.2μm，流量为3～5m3/h，或为镀液体积的10～30倍/h。同时用10m3/h的泵循环搅拌镀液。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/22/2007)