铝合金表面多层复合镀层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金表面多层复合镀层及其制备方法，属于铝合金表面防护技术领域。所述铝合金表面依次制备多孔产物膜和多层复合镀层，所述多层复合镀层由内至外依次为纳米化学复合镀镍层、电镀镍层和化学镀镍层，利用多孔产物膜多孔的结构，使多层复合镀层首先在微孔处沉积，利用钉扎效应提高镀层的结合力；通过在化学镀液中添加了纳米浓缩浆，使镀层更加均匀致密，耐蚀性和耐磨性极大改善。本发明专利技术根据牺牲阳极的原理设计出的纳米化学复合镀镍层/电镀镍层/化学镀镍层的多层结构，使镀层的耐蚀性可以抵抗中性盐雾1000小时以上。该多层复合镀层均匀、致密、耐蚀、耐磨，可以确保铝合金部件在苛刻腐蚀环境中的安全使用。

【技术实现步骤摘要】
铝合金表面多层复合镀层及其制备方法
本专利技术涉及铝合金表面防护
，具体涉及一种铝合金表面多层复合镀层及其制备方法。
技术介绍
铝合金具有密度低、强度高、加工性能好等众多优点，广泛应用于航空航天、建筑、3C等行业。但铝合金自身化学性质活泼，表面自然生成的致密氧化膜在普通的大气环境中具有极好的耐蚀性，在腐蚀性比较强的环境中，表面钝化膜很容易被破坏，使铝合金材料的安全服役性能受到极大威胁。为了改善铝合金的耐蚀性，当前已经发展了很多表面处理技术，例如阳极氧化、微弧氧化、化学氧化、有机涂层、化学镀、电镀等等。其中，化学镀操作简单、成本低，镀层具有高的硬度、良好的耐蚀性和耐磨性，尤其化学镀层是金属镀层，具有金属优异的导电导热特性，这是阳极氧化等技术无法比拟的。然而，铝合金属于“难镀”金属。一方面，铝合金表面自然形成的氧化膜在空气中能迅速生成，将阻挡化学镀初期镀层金属离子的沉积，导致镀层的结合力很差。另一方面，铝的标准电极电位为-1.67伏(相对于标准氢电极)，常见的金属镀层镍的标准电极电位为-0.25V，如果镀层中有缺陷，铝基体将发生严重的电偶腐蚀。可见，在腐蚀比较苛刻的环境中，使用化学镀层对铝合金表面进行防护存在很大风险。针对当前铝合金化学镀存在的问题，传统方法是采用浸锌-退锌-再浸锌-化学镀的方法，工艺十分复杂，且锌离子会进入化学镀液中影响镀层质量。后发展起来的直接化学镀方法，在镀层的结合力及耐蚀性方面还存在很多问题，对于服役环境比较复杂的情况尚无法满足使用要求。目前也有铝合金化学复合镀的研究，指在镀液中加入惰性微粒，如SiC、Al2O3、聚四氟乙烯、ZrO2、TiO2等，使之与金属共同沉积，从而获得了具有沉积金属和惰性微粒双重性能的复合材料镀层。但存在镀液稳定性差、镀层结合不好的问题，直接影响镀层的耐蚀性能。可见，对于服役环境比较复杂的铝合金部件，当前的化学镀技术仍然存在很多弊端，急需发展一种镀层结合力佳、耐蚀耐磨的铝合金化学镀方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种铝合金表面多层复合镀层及其制备方法，所制备的复合镀层具有良好结合力、优异耐蚀性和耐磨性。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种铝合金表面多层复合镀层的制备方法，包括如下步骤：(1)制备多孔产物膜：将进行除油和除锈处理后的铝合金样品置于预处理溶液中，在室温条件下浸泡0.5～5分钟，在铝合金表面生成多孔产物膜；所述预处理液中含有稀土盐、氟锆酸盐、氟钛酸盐和锰酸盐中的一种或几种，其余为水；(2)制备纳米化学复合镀镍层：将制备有多孔产物膜的铝合金样品放到纳米化学复合镀溶液中进行施镀，镀液温度60～90℃，根据要求的镀层厚度选择施镀时间，即得到纳米化学复合镀镍层；(3)制备电镀镍层：在制备有纳米化学复合镀镍层的铝合金样品上制备电镀镍层；(4)制备化学镀镍层：将制备有电镀镍层的铝合金样品放入化学镀溶液中进行施镀，镀液温度60～90℃，达到镀层厚度要求后即得到化学镀镍层；所述化学镀溶液组成为：镍盐10～30g/l，次亚磷酸钠10～35g/l，络合剂5～25g/l，缓冲剂3～15g/l，活化剂0.5～10g/l，稳定剂10～200mg/l，余量为水。所述除油处理过程为：将铝合金样品放入20～50g/L氢氧化钠溶液中，在40～60℃浸泡5～30秒，以除去铝合金样品表面油污；所述除锈处理过程为：将除油后的铝合金样品放入10～35wt.％硝酸溶液中，在室温条件下浸泡10～30秒。上述步骤(1)中，所述预处理液中含有稀土盐时，稀土盐浓度为1～15g/L；所述预处理液中含有氟锆酸盐时，氟锆酸盐浓度为0.2～12g/L；所述预处理液中含有氟钛酸盐时，氟钛酸盐浓度为0.2～12g/L；所述预处理液中含有锰酸盐时，锰酸盐浓度为0.5～15g/L。上述步骤(1)中，所述预处理溶液的pH为2～5；所述稀土盐为硝酸铈、硝酸镧和氯化铈中的一种、两种或三种，所述氟钛酸盐为氟钛酸钾、氟钛酸钠和氟钛酸中的一种、两种或三种，所述氟锆酸盐为氟锆酸钾、氟锆酸钠和氟锆酸中的一种、两种或三种，所述锰酸盐为高锰酸钾和高锰酸钠中的一种或两种。上述步骤(4)中，所述化学镀溶液中，所述镍盐为硫酸镍、氯化镍和碱式碳酸镍中的一种或几种，所述络合剂为柠檬酸钠、酒石酸钠、乳酸和柠檬酸中的一种或几种，所述缓冲剂为焦磷酸钾、醋酸钠和硼酸中的一种或几种，所述活化剂为氟化钠、氟化钾和氟化氢铵中的一种或几种，所述稳定剂为不饱和有机酸和含氧酸根中的一种或几种；所述化学镀溶液的pH为4～6。上述步骤(2)中，所述纳米化学复合镀溶液是将纳米浓缩浆加入到所述化学镀溶液中得到，所述纳米浓缩浆是将纳米粉体分散到水中获得；所述纳米粉体为纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化铝、纳米聚四氟乙烯和纳米氧化硅中的一种或几种混合而成；所述纳米化学复合镀溶液中的纳米粉体含量为0.5～30g/L；所述纳米化学复合镀溶液的pH为4～6。上述步骤(2)中，所述铝合金样品在纳米化学复合镀溶液中进行施镀时，采用超声波震荡，以使纳米粉体在镀液中一直呈现良好的分散状态。利用所述方法在铝合金表面依次制备了多孔产物膜和多层复合镀层，所述多层复合镀层由内至外依次为纳米化学复合镀镍层、电镀镍层和化学镀镍层；其中：所述多孔产物膜为多孔结构，所述纳米化学复合镀镍层先沉积于所述多孔产物膜的孔隙内；所述化学镀镍层较薄，在一些微缺陷处，中间的电镀镍层可暴露出来；所述纳米化学复合镀镍层的厚度为5～25微米，电镀镍层厚度为10～30微米，化学镀镍层厚度为3～8微米。本专利技术设计机理如下：本专利技术根据铝合金部件服役环境的腐蚀情况进行多层镀层的设计。根据化学镀镍层、纳米化学镀镍层及Watt电镀镍层三者在3.5％NaCl溶液中的腐蚀电位，即化学镀镍层-0.403VSCE<纳米化学镀镍层-0.361VSCE<Watt电镀镍层-0.301VSCE，根据牺牲阳极的原理，设计出了纳米化学复合镀镍层5～25微米/Watt电镀镍层10～30微米/化学镀镍层3～8微米的多层结构，其中电镀镍层的腐蚀电位比化学镀镍层高100毫伏以上，最外层的化学镀镍层很薄，存在微缺陷，与中间的电镀镍层形成电偶对，最外层的化学镀镍层作为牺牲阳极优先腐蚀，中间的电镀镍层作为阴极得到保护，同时最内层的纳米化学复合镀层十分均匀致密，起到致密底层的阻挡作用，使该复合镀层具有极佳的耐蚀性。本专利技术具有如下优点：1、采用本专利技术的处理方法工艺环保，不含对人体和环境损害严重的物质。前处理工艺简单，无需浸锌-退锌-再浸锌的复杂过程。2、本专利技术巧妙利用预处理膜多孔的结构，使制备纳米化学复合镀镍层时首先在微孔处沉积，利用钉扎效应提高了镀层的结合力，解决了铝合金表面化学镀层结合力差的难题。3、本专利技术制备纳米化学复合镀镍层时，在化学镀液中添加了纳米浓缩浆，将纳米粒子的优异特点与金属镀层的优良性能相结合，增加了镍层沉积活化中点，使镀层更加均匀致密，比化学镀镍层具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金表面多层复合镀层的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/n(1)制备多孔产物膜：/n将进行除油和除锈处理后的铝合金样品置于预处理溶液中，在室温条件下浸泡0.5～5分钟，在铝合金表面生成多孔产物膜；所述预处理液中含有稀土盐、氟锆酸盐、氟钛酸盐和锰酸盐中的一种或几种，其余为水；/n(2)制备纳米化学复合镀镍层：/n将制备有多孔产物膜的铝合金样品放到纳米化学复合镀溶液中进行施镀，镀液温度60～90℃，根据要求的镀层厚度选择施镀时间，即得到纳米化学复合镀镍层；/n(3)制备电镀镍层：在制备有纳米化学复合镀镍层的铝合金样品上制备电镀镍层；/n(4)制备化学镀镍层：将制备有电镀镍层的铝合金样品放入化学镀溶液中进行施镀，镀液温度60～90℃，达到镀层厚度要求后即得到化学镀镍层；所述化学镀溶液组成为：镍盐10～30g/l，次亚磷酸钠10～35g/l，络合剂5～25g/l，缓冲剂3～15g/l，活化剂0.5～10g/l，稳定剂10～200mg/l，余量为水。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝合金表面多层复合镀层的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)制备多孔产物膜：
将进行除油和除锈处理后的铝合金样品置于预处理溶液中，在室温条件下浸泡0.5～5分钟，在铝合金表面生成多孔产物膜；所述预处理液中含有稀土盐、氟锆酸盐、氟钛酸盐和锰酸盐中的一种或几种，其余为水；
(2)制备纳米化学复合镀镍层：
将制备有多孔产物膜的铝合金样品放到纳米化学复合镀溶液中进行施镀，镀液温度60～90℃，根据要求的镀层厚度选择施镀时间，即得到纳米化学复合镀镍层；
(3)制备电镀镍层：在制备有纳米化学复合镀镍层的铝合金样品上制备电镀镍层；
(4)制备化学镀镍层：将制备有电镀镍层的铝合金样品放入化学镀溶液中进行施镀，镀液温度60～90℃，达到镀层厚度要求后即得到化学镀镍层；所述化学镀溶液组成为：镍盐10～30g/l，次亚磷酸钠10～35g/l，络合剂5～25g/l，缓冲剂3～15g/l，活化剂0.5～10g/l，稳定剂10～200mg/l，余量为水。


2.根据权利要求1所述的铝合金表面多层复合镀层的制备方法，其特征在于：所述除油处理过程为：将铝合金样品放入20～50g/L氢氧化钠溶液中，在40～60℃浸泡5～30秒，以除去铝合金样品表面油污；
所述除锈处理过程为：将除油后的铝合金样品放入10～35wt.％硝酸溶液中，在室温条件下浸泡10～30秒。


3.根据权利要求1所述的铝合金表面多层复合镀层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述预处理液中含有稀土盐时，稀土盐浓度为1～15g/L；所述预处理液中含有氟锆酸盐时，氟锆酸盐浓度为0.2～12g/L；所述预处理液中含有氟钛酸盐时，氟钛酸盐浓度为0.2～12g/L；所述预处理液中含有锰酸盐时，锰酸盐浓度为0.5～15g/L。


4.根据权利要求1或3所述的铝合金表面多层复合镀层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述预处理溶液的pH为2～5；所述稀土盐为硝酸铈、硝酸镧和氯化铈中的一种、两种或三种...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋影伟，单大勇，韩恩厚，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21