铝及铝合金制件的镀前处理

(一)概述

    铝及铝合金制件的电镀要比钢铁、铜及铜合金类困难和复杂得多。因为铝是化学性质活泼的金属，很容易与氧结合，表面生成一层氧化膜，而且氧化膜刚去除马上又会生成新的膜，严重影响镀层的结合力。而且铝的电位比锌还负，更容易在镀液中产生置换反应；铝的热膨胀系数比其他金属大，所以不宜在温度变化较大的范围内电镀，金属镀层与铝基体之间结合不牢，铝的铸件比锌的铸件表面状况更差。经常存在有砂眼、气孔、缝隙等，会残留液体或气体，给电镀过程或镀层留下隐患。

    由于铝本身为两性金属，能溶于酸和碱，因此在电镀时除了进行常规的镀前处理外，还有必要进行特殊的预处理。否则将不能获得致密性良好、结合牢固的镀层。特殊预处理的方法有锌置换法(化学浸锌)、锌镍置换法、阳极氧化法、锌预电镀或黄铜预镀法等。在这些方法中，化学浸锌法对所有的铝合金都有效果，而且操作简单、容易，因而被广泛采用。

(二)铝及铝合金制件的镀前常规处理

    ①预备除油脱脂，在油污较重的情况下，先用有机溶剂或溶剂蒸气除油。

    ②初步除油后水洗。
    ③碱液浸蚀除油除膜。

    用2～10g/L的氢氧化钠溶液，在常温下浸渍5～30s,或在碳酸钠30g/L,磷酸钠30g/L的溶液中，加热至60～70℃,浸渍1～3min。

    ④水洗。(热水、温水洗→水洗)

    ⑤酸浸蚀。在50%(体积分数)的硝酸中，常温浸蚀至光亮为止。

    ⑥水洗。

    ⑦特殊预处理。可用化学浸锌、阳极氧化、预电镀等方法处理。
(三)铝及铝合金制件的特殊预处理

    1.化学浸锌

    铝及铝合金浸在强碱性的锌酸盐溶液中时，界面上会发生氧化还原反应，即铝氧化膜和铝的溶解以及锌在铝表面沉积，反应式如下：

        Al₂O₃+2NaOH→2NaAIO₂+H₂O
        2Al+2NaOH→2NaAlO₂+3H₂↑
        2Al+3ZnO^2-₂+2H₂O→3Zn+2AlO₂+4OH^-

    浸锌溶液中锌以配合物的形式存在，析出电位变负，所以置换反应的过程缓慢而均匀，而且由于氢在锌上有较高的过电位，所以析氢反应受到强烈的抑制，使铝不会受到严重的腐蚀，有利于置换反应的进行，从而得到致密而又均匀的锌沉积层，保证了后续电镀的需要。

    在工艺上一般采用两次浸锌，第一次浸锌首先溶解铝的氧化膜而发生置换反应，所得到的锌沉积层有较多孔，粗糙，附着力不好，同时还可能有氧化膜残留。第一次浸锌层需要在1:1的硝酸溶液中除去，使铝的表面呈活化状态，然后才能在第二次浸锌中得到薄而且均匀致密、结合力强的锌沉积层，颜色呈米黄色最好。两次浸锌既可以在同一浸锌液中进行，也可以先在浓溶液中浸，然后

    在稀溶液中浸第二次。常用的浸锌溶液配方及工艺条件见表4-9。

    化学浸锌时的挂具不能用铜或铜合金，以防止铜和铝接触发生置换反应。应把铜或铜合金的挂具先镀镍，然后再浸锌使用。

    2.铝合金制件的阳极氧化处理

    在一定的工艺条件下将铝合金制件进行阳极氧化处理，使其表面生成一层具有一定厚度的阳极氧化膜，这种膜孔隙多、孔径大，具有良好的导电性，与基体结合力强。电镀时，金属粒子沉积在膜的空隙内，可以增强镀层的结合力。

    铝的阳极氧化有多种方法，可以在多种溶液中进行，由于磷酸溶液中生成的氧化膜有较均匀的粗糙度，具有超微观均匀的凹凸结构，并且有最大的微孔孔径和较小的电阻，所以最适宜在这类膜上电镀，所得镀层细致均匀，结合力好。因此，许多厂家都认为磷酸阳极氧化处理最适合作铝合金电镀打底用。溶液配方及工艺条件如下：

        磷酸(H₃PO₃)        300～500g/L        阳极电流密度        1～2A/dm²

        溶液温度                25～35℃            阳极氧化时间        10～15min

        槽电压                   20～40V

    3.铝及铝合金制件的其他预处理方法

    铝及铝合金制件镀前的特殊预处理方法除了上述的化学浸锌法及阳极氧化法用得较为普遍之外，还有锌镍置换法、镀锌法、镀铜法等。表4-10列出了这三种方法的溶液、配方及工艺条件，供参考选用。

(四)铝及铝合金制件预处理的应用及故障分析

    某厂在对6063铝合金进行预处理时，发现碱蚀除油时产生过腐蚀的情况。通过采用MET、SEM、EPMA等仪器分析了6063铝合金件在阳极氧化前的碱液除油处理中出现的过腐蚀的形貌特征(见图4-1)和产生过腐蚀的原因。从显微分析的图片看出，6063铝合金碱洗过腐蚀，实际上是点腐蚀和晶间腐蚀的交织重叠。

    生产用的铝合金其化学成分为0.55%Mg、0.46%Si、0.127% Fe、0.046% Zn、小于0.01%Cu。生产用碱洗液中，NaOH含量为50g/L。经分析碱洗液内的杂质含量如表4-11所列。

    因此，可以认为产生过腐蚀的原因是受到合金组织内游离Si、AFFe-Si等偏析相的强阴极作用，而碱液中的Cl-、Fe³+、Zn²+是铝阳极的活化剂，它加速了铝表面的活性溶解，并促进了局部腐蚀的过程，导致了铝合金表面的过腐蚀。

        为了防止过腐蚀的出现，必须加强生产操作管理，严格控制工艺操作规程，不能让碱洗液中出现大量的Cl^-、Fe³+、Zn²+等杂质。一旦发现情况应立即采取措施，降低杂质的含量，或者补充新液或更换碱洗液。

本文转载自《电镀前处理与后处理》编著    李异
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