镁合金压铸镀件化学镀镍的实用工艺解析

　　陈春成  上海航天局802研究所
　　镁合金具有许多优异性能如密度小，比强度高，铸造性，切削性，导电性，导热性，电屏蔽性好等独特性能和丰富的资源，在本世纪被誉为绿色环保材料，而倍受推崇。已得到电子、通讯、航天航空军工、汽车工业部门的广泛关注和应用。但由于镁合金的电极电位较负，耐蚀性差，在潮湿的空气，含硫气氛和海洋性大气中均会遭受严重的电化学腐蚀，因此必须对镁合金采取表面处理防护措施，改变其表面状态，以提高其耐蚀性、耐磨性、可焊性、装饰性等性能。
　　镁合金的表面处理防护技术和方法与铝合金有许多相似之处，目前工业生产上使用的表面处理工艺技术大致有如下四个方面或者相互结合。
　　一、化学转化膜技术（铬酸盐或无铬转化膜法）
　　二、有机高聚合物涂装技术（静电喷粉或喷漆，电泳漆）
　　三、阳极氧化处理技术（普通阳极氧化、微孤氧化、抑孤氧化）
　　四、电镀和化学镀
　　镁合金电镀和化学镀的难点
　　一、镁的标准电极电位很低（-2.36V），比铝的电位还要负。镁合金的化学活性非常高与镀液中金属离子接触后会产生激烈的置换反应，置换物是疏松、粗糙的，严重影响镀层与基体结合力。
　　二、不同类型的镁合金由于组成元素及表面状态不同，存在大量金属间化合物，导致基体表面的电位分布不均匀，而影响镀层的均匀性。
　　三、镁合金铸件表面往往存在气孔、洞隙、裂纹、疏松、偏析等现象而影响镀层结合力。
　　四、镁合金上电镀或化学镀各种金属镀层均为阴极性镀层，要有效防止镁合金腐蚀，镀层必须是无孔隙的，否则镁合金与镀层间形成腐蚀电池，不但不能有效的防止基体腐蚀，反而会加剧它的腐蚀。
　　化学镀镍是镁合金防护工艺技术中最有效的方法之一，能提高耐蚀性、耐磨性等性能，可以作为底镀层、中间层或面层，镀层均匀致密，镁合金化学镀镍在电子工业中应用较多，如计算机、手机、笔记本电脑，数码相机的镁合金零部件。
　　镁合金压铸件化学镀镍工艺主要有浸锌后化学镀镍和直接化学镀镍两种方法。浸锌后化学镀镍所得的镀层比直接化学镀镍具有更好的结合力和致密性。
　　传统的镁合金浸锌工艺采用氰化镀铜打底，对环境危害极大，而且不适于处理含铝质量分数较高的镁合金如AZ91D。
　　2.镁合金压铸件化学镀镍工艺
　　镁合金压铸件进行表面处理前要检查铸件基体本身应具有良好的品质才能取得良好的处理效果。
　　如铸件是否有缩孔、针孔、疏松、偏析等缺陷，否则将会直接影响镀层质量。
　　镁合金压铸件化学镀镍工艺主要有二种技术路线
　　第一种是碱性除油→酸性浸蚀→氟离子活化→直接化学镀镍
　　第二种是碱性除油→酸性浸蚀→活化→浸锌（或二次浸锌→化学镀镍
　　2.1镁合金压铸件直接化学镀镍工艺
　　例一
　　工艺流程：碱性除油→酸性浸蚀活化一步法→直接化学镀镍（各工序间水洗）
　　碱性除油处理：氢氧化钠（NaOH）20g/L磷酸三钠（Na3PO4）30g/L
　　碳酸钠（Na2CO3）40g/LOP-10表面活性剂1g/L
　　温度70-80℃时间5-7min
　　浸蚀活化一步法处理：
　　85%磷酸（H3PO4）15ml/L氟化氢铵（NH4HF2）40g/L
　　硼酸（H3BO3）30g/L
　　温度室温时间25S
　　浸蚀时间太长基体严重刻蚀，表面较粗糙，得到镀层亦粗糙。
　　浸蚀时间太短，不能有效去除氧化膜，可能导致部分漏镀，结合力差。
　　浸蚀时间视表面情况而定，一般控制在25秒左右较好。
　　化学镀镍：
　　硫酸镍（NiSo4?6H2O）20g/L次磷酸二氢钠（NaH2PO2?H2O）23g/L
　　氟化氢铵（NH4HF2）10g/L柠檬酸（C6H8O7?H2O）5g/L
　　40%氢氟酸（HF）5ml/L硫脲[SC(NH2)2]2mg/L
　　PH值（用氨水调整）6±0.5
　　温度80-85℃
　　时间90min
　　镀液中HF及NH4HF2的F-离子在一定程度上能抑制SO42-对镁合金基体的腐蚀。柠檬酸和氟化氢铵是作为络合剂，硫脲起光亮剂和稳定剂作用。PH值的变化对镀层质量影响较大，PH值高沉积速度快，但易导致产生针孔，镀液不稳定；PH值过低，沉积速度慢，镀液会腐蚀基体，要严格控制好溶液PH值和温度在工艺范围内。
　　例二
　　工艺流程：碱性除油→酸性浸蚀→活化→直接化学镀镍→钝化→热处理（各工序间水洗）
　　除油处理：氢氧化钠（NaOH）60g/L磷酸三钠（Na3PO4）10g/L
　　温度60℃时间10min
　　浸蚀处理：85%磷酸（H3PO4）200ml/L氟化钾（KF）2g/L
　　nbsp;温度室温时间20-30S
　　活化处理：40%氟化氢（HF）380ml/L
　　温度室温时间5-10min
　　化学镀镍：碱性碳酸镍[NiCO3?2Ni(OH)2?4H2O]10g/L
　　次磷酸二氢钠（NaH2PO2?H2O）20g/L
　　柠檬酸（C6H8O7?H2O）5g/L
　　氟化氢铵（NH4HF2）10g/L
　　40%氢氟酸（HF）12ml/L
　　硫脲[SC(NH2)2]1mg/L
　　28%氢氧化铵（NH4OH）25ml/L
　　PH值（用氨水调整）6.5±0.5
　　温度80±2℃
　　时间60-90min
　　镀液配制方法先向槽中加入总水量1/10H2O，加入HF，在搅拌下缓慢加入碱性碳酸镍，使其完全溶解，再加入水，依次加入柠檬酸、氟化氢铵和次磷酸二氢钠、硫脲，搅拌使加入物完全溶解，补加水总体积，最后用氨水调PH为6.5。
　　钝化处理：重铬酸钠120g/L
　　温度90-100℃时间5-10min
　　热处理：温度200℃时间30-60min
　　2.2镁合金压铸件浸锌后化学镀镍工艺
　　浸锌后所得的化学镀镍层比直接化学镀镍具有更好的结合力和致密性
　　例一
　　工艺流程：碱性除油→酸性浸蚀→活化→浸Zn-Ni合金→弱活化→化学镀镍（各工序间水洗）
　　除油处理：氢氧化钠（NaOH）20g/L磷酸三钠（Na3PO4）30g/L
　　碳酸钠（Na2CO3）40g/LOP-10表面活性剂1ml/L
　　温度70-80℃时间5-10min
　　浸蚀处理：
　　85%磷酸（H3PO4）25ml/L氟化氢铵（NH4HF2）13g/L
　　草酸（C2H2O4?4H2O）5g/L
　　温度室温时间15-60S
　　活化处理：40%氢氟酸（HF）380ml/L
　　温度20℃时间5-10min
　　浸Zn-Ni合金处理：
　　硫酸锌（ZnSO4）30g/L硫酸镍（NiSO4?6H2O）10g/L
　　焦磷酸钾（K4P2O7?3H2O）120g/L碳酸钠（Na2CO3）30g/L
　　氟化钾（KF）8g/L酒
　　石酸钾钠12g/L
　　PH值10-11
　　温度70℃时间5-10min
　　弱活化处理：
　　氟化氢铵（NH4HF2）5-10g/L氟化钾（KF）60-80g/L
　　温度室温时间2-5min
　　化学镀镍：
　　硫酸镍（NiSO4?6H2O）20g/L次磷酸二氢钠（NaH2PO2?H2O）25g/L
　　乙酸钠（NaCH3COO）18g/L氟化氢铵（NH4HF2）15g/L
　　复合络合剂（乳酸+柠檬酸）25g/L硫脲[SC(NH2)2]1mg/L
　　PH值6-6.5（用氨水调节）
　　温度80-85℃时间60-90min沉积速度15-20μm/h
　　例二
　　工艺流程：碱性除油→酸性浸蚀→活化→浸锌→化学镀镍（各工序间水洗）
　　除油处理：氢氧化钠（NaOH）60g/L磷酸三钠（Na3PO4）10g/L
　　温度60℃时间10min
　　浸蚀处理：85%磷酸（H3PO4）200g/L氟化钾（KF）5g/L
　　温度室温时间20-30S
　　活化处理：40%氢氟酸（HF）380ml/L
　　温度20℃时间5-10min
　　浸锌处理：硫酸锌（ZnSO4?7H2O））30g/L
　　焦磷酸钠（Na4P2O7?10H2O）120g/L
　　碳酸钠（Na2CO3）5g/L
　　氟化钠（NaF）4g/L
　　PH值10.2-10.4
　　温度70-85℃
　　时间5-10min
　　化学镀镍：硫酸镍（NiSO4?6H2O）20g/L
　　次磷酸二氢钠（NaH2PO2?H2O）20g/L
　　氟化氢铵（NH4HF2）10g/L
　　40%氢氟酸（HF）12ml/L
　　柠檬酸钠（Na3C6H5O7?2H2O）20g/L
　　硫脲[SC(NH2)2]1mg/L
　　氢氧化铵（NH4OH）25mg/L
　　PH值5.5-7
　　温度85-90℃时间60-90min
　　3.结束语
　　在AZ系列镁合金压铸件上进行化学镀镍处理，不仅可以获得高的耐蚀性和耐磨性，而且能够在形状复杂的铸件上得到厚度均匀的镀层，在要求表面具有导电性、导热性的场合，更是一种不可替代的表面处理方法。
　　镁合金的化学镀镍方法有两种，一种是浸锌法，另一种是直接化学镀镍法。在进行化学镀镍前镁合金铸件基体必须进行特殊预处理，在碱性除油时使镁的表面氧化膜MgO转换产生Mg(OH)2的钝化区，阻止了腐蚀；在活化时表面形成MgF2的膜。在镀液中不会溶解，而是夹杂在镀层中，预处理工艺对镀层有决定性的影响，不适当的预处理会引起镀层孔隙增加，结合力降低以及外观变差等缺陷。
　　4.参考文献
　　[1]薛俊峰.镁合金防腐蚀技术[M].北京：化学工业出版社，2010
　　[2]宋光铃.镁合金腐蚀与保护[M].北京：化学工业出版社，2006
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　　[4]王增辉等.镁合金表面电化学沉积涂层技术新进展，2009全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集，1-4
　　[5]段剑辉等.AZ91D镁合金无氰浸锌化学镀镍的研究，2009年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集，295-299

编辑：舍洋