1　前言

　　鋁及鋁合金件具有比重小、強(qiáng)度高的材料學(xué)特性，特別是近年來發(fā)現(xiàn)鋁鋰、鋁鎂合金具有優(yōu)異的超塑性，使得鋁合金件，特別是鋁合金壓鑄件的數(shù)量迅速增加-。這為電鍍工作者提出了新的課題。眾所周知，鋁件鍍前處理通常有以下幾種方法：浸鋅法、浸錫法、改良浸鋅合金法、陽極氧化后直接電鍍法、化學(xué)鍍鎳法、在閃鍍鎳槽中先氧化再閃鍍鎳法、條件化處理后直接電鍍，以及我國最近出現(xiàn)的直接電鍍前處理法等，

　　1927年Hewitson取得了世界上第一個采用堿性溶液進(jìn)行鍍前處理的浸鋅配方的專利，這標(biāo)志著傳統(tǒng)的浸鋅法的誕生，在此后的10年左右，該工藝取得了非常大的進(jìn)步。該方法的原理是：通過浸鋅或鋅合金來降低鋁表面的活性，防止在操作過程中或在電鍍液中鋁被氧化，同時防止鋁件在電鍍液中與被鍍金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)。

　　浸鋅過程實際上是使鋁件浸在含有Zn(OH)2+4的溶液中，使位于鋁表面的金屬鋁與溶液所含的絡(luò)合物集團(tuán)Zn(OH)~中的鋅離子發(fā)生置換反應(yīng)。形成高度彌散在鋁表面的鋅晶粒，由于在強(qiáng)堿性溶液中鋁的表面處于活性狀態(tài)，而且鋁在溶解過程中放出電子，使得鋁表面的電位進(jìn)一步負(fù)移，從而具有更高的電化學(xué)活性，因此鋁在浸鋅溶液中的表面應(yīng)采用均勻降低表面能的保護(hù)措施。此外，在浸鋅過程的初期，有一定量的氫氣從鋁表面析出，對鋁件也起著一定的防止氧化的作用。由于鋁的溶解速度受溶液的組成、pH值、處理液溫度的影響，因此這種鋅與鋁的置換反應(yīng)的速度在一定程度上是可控的。

　　但是，為了得到好的結(jié)合力，要求采用二次浸鋅的操作，由于在第一次浸鋅的過程中，所生成的鋅晶粒的尺寸差別過大，分布不均勻，鍍層的結(jié)合力得不到保證。因此一次浸鋅后，必須在濃硝酸溶液中進(jìn)行部分溶解處理，濃硝酸處理的作用是使鋁表面生成一層很薄的氧化物，這層氧化物使鋁件表面的能量狀態(tài)均勻，同時將那些與鋁基體結(jié)合不好的鋅晶粒溶解，將結(jié)晶過于粗大的晶粒的尺寸變小。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行第二次浸鋅，便能得到晶粒度較小而且致密連續(xù)的置換鋅薄層，但是由于該過程的操作過于復(fù)雜，且存在酸霧對環(huán)境的污染以及強(qiáng)酸對工件的腐蝕，所以人們一直不斷地對這種方法進(jìn)行改良。

　　此后出現(xiàn)的浸鋅合金的方法，也稱改良浸鋅法，是在傳統(tǒng)的浸鋅溶液中加入三價鐵的酒石酸絡(luò)合物、二價鎳或二價銅的氰化絡(luò)合物。對于鑄鋁件，有的還加人了硝酸鈉或氟化鈉。改良的浸鋅法可以通過一步浸鋅而得到結(jié)合力良好的鍍層，但是.由于氰化物以及多元重金屬離子的加人，不僅操作上要求嚴(yán)格，而且增大了廢水處理的難度。

　　相繼又出現(xiàn)了浸錫法、直接化學(xué)鍍鎳法、直接鍍鋅法以及先陽極氧化再使被鍍金屬通過等，但是由于成本與性能的關(guān)系，目前廣泛使用的仍是浸鋅工藝。

　　針對上述情況，本文開發(fā)出了一種新型的，適合于鋁合金LY—l2、煅鋁LD一31、高硅含銅鋁鑄件的HG鍍前浸鋅合金工藝，獲得了一次浸鋅合金便能在鋁件上沉積出結(jié)合力優(yōu)異的電鍍鎳層。

　　2　實驗部分

　　2.1所用化學(xué)藥品與試片

　　所用化學(xué)藥品均為化學(xué)純級藥品，所用試片的種類與尺寸如表1所示：

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　　2.2測試方法與設(shè)備

　　結(jié)合力的測試采用正負(fù)冷彎法與熱震法，熱震法的設(shè)備為東南大學(xué)自動化儀表廠生產(chǎn)的wr一100型程序升溫控制儀控制的箱式電阻爐，先將爐內(nèi)溫度控制在250±5℃，再將掛有試片的試片架推人爐中，加熱20min后取出.投人盛有冰水的容器中，目視檢查鍍件表面有無鼓泡等現(xiàn)象，如此反復(fù)11次。

　　2.3鍍前處理流程與溶液

　　鍍前處理工藝流程如下：溶劑除油→堿蝕→水洗→酸蝕→水洗→浸鋅→電鍍

　　HG浸鋅液的組成和操作條件如下：

　　3　結(jié)果與討論

　　3.1溫度與浸漬時間對鍍層結(jié)合力的影響

　　一般情況下，浸鋅溫度與時間控制較嚴(yán)格，不同鋁合金要求浸鋅的溫度也不相同，在l5～40℃之間。溫度過低，浸鋅反應(yīng)難以進(jìn)行;溫度過高，鋅晶粒過大，鍍層結(jié)合力不良。時間過短，浸鋅不完全;時間過長，鋅晶粒過于粗大，結(jié)合力不良。在溫度為0～40℃，時間為lO～60s的范圍內(nèi)，對鍍鎳層進(jìn)行11個循環(huán)的熱震以及熱震后的冷彎試驗。浸鋅是在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行，所用試片為硬鋁LY—l2，鍍鎳層厚度為15um.

　　試驗發(fā)現(xiàn)，在11個循環(huán)的熱震試驗中均未見鍍層起皮與鼓泡現(xiàn)象，熱震后冷彎至鋁基體斷裂，未見斷口處鍍層出現(xiàn)起皮現(xiàn)象結(jié)合力之所以這樣好，可能是由于在熱循環(huán)實驗中，鋁基體中的鋁原子與浸鋅過程中得到的鋅層及鍍層中的鎳原子發(fā)生互擴(kuò)散而形成鎳鋅鋁合金，從而提高了鍍層的結(jié)合力。為此又進(jìn)行了電鍍后的直接冷彎測試與邊長為1mm的正方型劃痕的測試，采用觀察刀口處鍍層與基體的結(jié)合情況以及劃痕的寬度來表征結(jié)合力的好壞，綜合評價結(jié)果如表2所示：

　　由表2可以看出，在溫度為0～40℃，時間為10～60s的范圍內(nèi)，鍍后的直接冷彎實驗測試的結(jié)果卻不完全合格，說明在相同的條件下，該范圍內(nèi)并不是都能得結(jié)合力好的鍍層由此認(rèn)為：在熱震實驗的過程中.基體鋁合金、鋅、鎳鍍層之間有可能會因熱擴(kuò)散而形成合金合金層的形成能夠提高基體與鍍層之間的結(jié)合力。

[next]　　3.2攪拌對鍍層結(jié)合力的影響

　　在溫度為20%的條件下，分別在靜止、機(jī)械攪拌、超聲波攪拌的情況下，浸鋅10s、30s后電鍍鎳層。鍍后直接采用正負(fù)冷彎法與劃格法測試鍍層結(jié)合力。測試結(jié)果證明，無論攪拌與否，采用HG浸鋅液，都能得到結(jié)合力優(yōu)異的鍍層。

　　3.3鋁合金材料對結(jié)合力的影響

　　分別在20℃，30s的條件下，對表1所示的LY一12、LD一31、鑄鋁、粉末冶金件采用HG溶液進(jìn)行了鍍前浸鋅處理。經(jīng)過冷彎、劃格、熱震實驗的測試，結(jié)果證明，與LY—l2鋁合金相同，鋁表面的鍍鎳層均與基體有著優(yōu)異的結(jié)合力。說明本工藝適合于多種鋁合金材料。

　　4　結(jié)論

　?、儆蹭X、煅鋁、鑄鋁件、粉末冶金鋁件通過一次浸鋅都能獲得結(jié)合力優(yōu)異的鍍層;

　　②所開發(fā)出的HG型鍍前浸漬液中不含有氰化物、氟化物和有毒的重金屬離子;

　?、蹮嵴鸺訜徇^程能提高基體與鎳鍍層之間的結(jié)合力，因此，不適合用來表征鋁上電鍍層結(jié)合力;

　?、蹾G型前浸液工作溫度為0～4o℃，溫度低于20℃時，浸鋅的時間應(yīng)在30s以上，溫度高于30%時，浸鋅的時間要小于30s，最佳工作溫度范圍為20～30℃。

　?、莓?dāng)溫度與時間參數(shù)適當(dāng)時，可在靜止、機(jī)械攪拌、超聲攪拌的情況下均獲得結(jié)臺力優(yōu)異的鍍層。