镁合金上作为化学镀镍中间过渡层的两步电镀锌方法

摘要

一种镁合金上作为化学镀镍中间过渡层的两步电镀锌方法，属于金属表面腐蚀与防护处理技术领域。该方法包括镁合金上化学镀镍的预处理工艺，其主要特征为首先采用酸性钼酸盐溶液浸蚀，再用碱性钼酸盐溶液活化，经此种预处理的镁合金与随后的电镀锌镀层结合良好。在镁合金基材上电镀锌的方法，其主要特征为采用两步电镀锌工艺(1)以硫酸锌为主盐，焦磷酸盐为主要络合剂，在镁合金基体上预电镀一层锌(2)预镀锌后，再进入由氢氧化钠和氧化锌组成的碱性镀锌液中进一步加厚。所得锌镀层可以作为化学镀镍的底层，也可以在其上沉积其它防护装饰性金属镀层。

说明书

技术领域：本发明涉及一种镁合金上作为化学镀镍中间过渡层的两步电镀锌方法，属于金属表面腐蚀与防护处理技术领域。

背景技术：镁合金高度的化学活性是进一步扩大其在汽车和电子产品中应用的主要障碍之一。无铬化学转化膜和微弧氧化膜的研究为镁合金的腐蚀防护开辟了有效途径。由于化学转化膜和阳极氧化膜的半导体特征，以及随后的有机物涂装，使其不适于应用在要求导电性和可焊性的场合。化学镀镍层作为金属镀层能够满足这一特殊需求。目前国内外的研究主要集中在镁合金上直接化学镀镍，采用含氟化合物进行前处理，在镁合金表面预先形成具有一定钝化特征的氟化物薄膜，采用碱式碳酸镍作主盐，在镍层沉积过程中，氟化物膜部分脱落露出镁合金基底，实现镁上直接化学镀镍。

若镀层与基体结合力差，镀层厚度较薄，或镀层中存在针孔和缺陷，腐蚀介质易于穿透镀层到达镁合金基体。在3.5％NaCl溶液中，镁合金基体的腐蚀电位为-1.6V(SCE)左右，化学镀镍层的腐蚀电位为-0.4V(SCE)左右。镁合金基体与化学镀镍层间较大的电极电位差是二者之间电偶腐蚀的强大推动力，镁合金基体将作为阳极遭受严重腐蚀。传统的方法是在化学镀镍前进行浸锌处理，由于浸锌过程是通过浸锌液中锌离子与镁合金基体间的置换反应，所得锌层很薄而且结合力差，对于含铝高的镁合金如AZ91，第二相上沉积的锌层是无结合力的。随后还要进行氰化物镀铜再化学镀镍，存在氰化物污染环境问题，工艺复杂，不适于工业化生产。

发明内容：本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，而提出了一种成本低，操作简单，易于工业化实现，同时能够降低对于环境污染的新的镁合金上电镀锌的方法，即镁合金上作为化学镀镍中间过渡层的两步电镀锌方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：该方法采用一种新的预处理方法，预先将镁合金基体在酸性钼酸盐溶液中进行浸蚀，在镁合金基体上生成一层米色薄膜，然后，在碱性钼酸盐溶液中活化，将米色膜褪除，露出合金基体。随后在镁合金上用两步法电沉积锌镀层，(1)采用硫酸锌为主盐，焦磷酸盐为主要络合剂，所得电镀锌层与基体结合牢固，但膜较薄。(2)采用由氢氧化钠和氧化锌组成的碱性镀锌液，进一步镀锌将膜加厚，镀层均匀致密，可以作为底层在其上化学沉积镍磷镀层或电沉积其它金属镀层。作为中间过渡层，减小了化学镀镍层与镁合金基体间的电偶腐蚀倾向，为镁合金提供良好的防护。

具体制备方法：将镁合金工件先浸入脱脂槽中，在室温下，在丙酮试剂中在超声波作用下脱脂3～5分钟后，进入第一水槽中用流动的自来水洗涤1～2分钟，再进入第二水槽中用去离子水洗涤1～2分钟。在室温下浸入酸性浸蚀液中浸泡1～2分钟，进入第三水槽经自来水洗涤1～2分钟，再进入第四水槽经去离子水洗涤1～2分钟后，在室温下进入碱性活化液中浸泡3～5分钟。工件取出后，进入第五水槽经自来水洗涤1～2分钟，再进入第六水槽经去离子水洗涤1～2分钟后，进入第一电镀锌槽，进行电镀锌5～10分钟。镀后的工件进入第七水槽经过自来水洗涤1～2分钟，再进入第八水槽用去离子水洗涤1～2分钟后，进入第二电镀锌槽，进行电镀锌20～30分钟。然后进入第九水槽中用流动的自来水洗涤1～2分钟，再进入第十水槽中用去离子水洗涤1～2分钟。工件进入化学镀镍槽，化学镀2～3小时。化学镀后的工件进入第十一水槽经自来水洗涤1～2分钟，再进入第十二水槽经流动的自来水洗涤1～2分钟后，取出烘干。

采用的工艺流程为：打磨→除油→酸性钼酸盐酸洗→碱性钼酸盐活化→一步电镀锌→二步电镀锌→化学镀镍，各步之间加水洗。前处理：丙酮超声波除油。酸洗采用溶液为30g/L Na₂MoO₄和20ml/L H₃PO₄在25℃下处理0.5～2分钟。活化采用30g/L Na₂MoO₄和20g/L NaOH在25℃下处理3～5分钟。电镀锌：(1)ZnSO₄ 10-30g/L，Na₄P₂O₇ 40-120g/L，KF3-15g/L，Na₂CO₃ 2-10g/L，pH 9-12，用NH₃·H₂O 10-20mL/L调节pH值，阴极电流密度Dk 0.2-1.8A/dm²温度40-65℃，时间3-20分。(2)ZnO，10-20g/L NaOH 100-120g/L DE添加剂3-5mL/L，电流密度2-4A/dm²，室温操作，时间10-40分钟。化学镀镍：硫酸镍10-30g/L；次亚磷酸钠18-40g/L；络合剂适量；稳定剂少量；湿润剂少量；氨水(26％～28％)适量；pH6.0-7.0；温度80-85℃；时间2-4小时。

比较现有技术，本发明具有以下优点：

1.本发明的电镀锌预处理工艺，溶液成分简单，易于控制，工艺稳定；

2.本发明的电镀锌工艺简单，与镁合金基体结合牢固；

3.在整个工艺过程中完全不需要使用铬元素，减少对环境的污染；

4.处理中产生的废水比较容易处理。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

试验材料为AM60镁合金

1.脱脂：超声波作用下用丙酮溶剂洗涤，除去一般污物、烧结附着的润滑剂、切削剂等；操作温度为室温，时间为1～2分；自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分；

2.酸性浸蚀：采用溶液为30g/L Na₂MoO₄和20ml/L H₃PO₄在25℃下处理0.5～2分钟。自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分；

3.碱性活化：活化采用30g/L Na₂MoO₄和20g/L NaOH在25℃下处理3～5分钟。自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分；

4.电镀锌：(1)ZnSO₄ 10g/L，Na₄P₂O₇ 40g/L，KF 3g/L，Na₂CO₃2 g/L，DE添加剂2ml/L，pH 9-10，用NH₃·H₂O 10-20 mL/L调节pH值，阴极电流密度Dk 0.2A/dm²温度50-60℃，时间5-10分。(2)ZnO 10g/L，NaOH 100g/L，DE添加剂 2～4ml/L，阴极电流密度Dk 2A/dm²，室温，时间15-30分钟。两步间加水洗，自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分。

5.化学镀镍：硫酸镍10g/L；次亚磷酸钠20g/L；络合剂适量；稳定剂少量；湿润剂少量；氨水(26％～28％)适量；pH6.0-7.0；温度80-85℃；时间2小时。

实施例2

试验材料为AZ31镁合金

1.脱脂：超声波作用下用丙酮溶剂洗涤，除去一般污物、烧结附着的润滑剂、切削剂等；操作温度为室温，时间为1～2分；自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分；

2.酸性浸蚀：采用溶液为20g/L Na₂MoO₄和10ml/L H₃PO₄在25℃下处理0.5～2分钟。自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分；

3.碱性活化：活化采用20g/L Na₂MoO₄和10g/L NaOH在25℃下处理3～5分钟。自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分；

4.电镀锌：(1)ZnSO₄ 20g/L，Na₄P₂O₇ 80g/L，KF 8g/L，Na₂CO₃ 7g/L，DE添加剂2～4ml/L，pH 10-11，用NH₃·H₂O 10-15mL/L调节pH值，阴极电流密度Dk1.0A/dm²温度50-60℃，时间5-10分。(2)ZnO 15g/L，NaOH 110g/L，DE添加剂3～4ml/L，阴极电流密度Dk3A/dm²，室温，时间15-30分钟。两步间加水洗，自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分。

5.化学镀镍：硫酸镍20g/L；次亚磷酸钠30g/L；络合剂适量；稳定剂少量；湿润剂少量；氨水(26％～28％)适量；pH6.0-7.0；温度80-83℃；时间3小时。

实施例3

试验材料为AZ91镁合金

1.脱脂：超声波作用下用丙酮溶剂洗涤，除去一般污物、烧结附着的润滑剂、切削剂等；操作温度为室温，时间为1～2分；自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分；

2.酸性浸蚀：采用溶液为20g/L Na₂MoO₄和10ml/L H₃PO₄在25℃下处理0.5～2分钟。自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分；

3.碱性活化：活化采用20g/L Na₂MoO₄和10g/L NaOH在25℃下处理3～5分钟。自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分；

4.电镀锌：(1)ZnSO₄ 30g/L，Na₄P₂O₇ 120g/L，KF 15g/L，Na₂CO₃ 10g/L，DE添加剂2～4ml/L，pH 10-11，用NH₃·H₂O 10-15 mL/L调节pH值，阴极电流密度Dk 1.5A/dm²温度50-60℃，时间5-10分。(2)ZnO 20g/L，NaOH 120g/L，DE添加剂3～4ml/L，阴极电流密度Dk 3A/dm²，室温，时间15-30分钟。两步间加水洗，自来水洗1～2分，去离子水洗1～2分。

5.化学镀镍：硫酸镍30g/L；次亚磷酸钠40g/L；络合剂适量；稳定剂少量；湿润剂少量；氨水(26％～28％)适量；pH 6.0-7.0；温度80-83℃；时间3小时。