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汽车铝轮毂电镀工艺初探(三)

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-02-20  来源:电镀与涂饰  浏览次数:3037
核心提示: 作者:倪孝平     (湖州泰金实业有限公司,上海  201318) 摘  要:介绍了汽车铝轮毂电

作者:倪孝平     (湖州泰金实业有限公司,上海  201318)

摘  要:介绍了汽车铝轮毂电镀工艺中各工序的技术规范与现场管理。文章的第三部分叙述了镀镍前处理(包括化学除油、电解除油和酸活化)、镀半光亮镍、镀高硫镍、镀光亮镍、镍封、镀微孔铬等工序的操作要领以及质量控制的要求,并给出了2种用于不合格产品复镀镍的方法。

关键词:铝;轮毂;多层镍电镀工艺;质量控制;复镀

中图分类号:TG146.21; TG178             文献标识码:B

文章编号:1004 – 227X (2007) 08 – 0042 – 04

Preliminary study on electroplating technology of automotive aluminum hubs ( III ) ∥NI Xiao-ping

Abstract: The technical specifications and on-site management of all procedures in electroplating process of automotive aluminum hubs were introduced. The third part of the article describes the key points of operations and quality control requirements for pretreatments (including chemical degreasing, electrolytic degreasing and acid activating), semibright Ni plating, high-S Ni plating, bright Ni plating, Ni sealing and microporous Cr plating. Two methods for Ni re-plating of unpassed products were presented.

Keywords: aluminum; hub; multilayer nickel plating technology; quality control; re-plating

Author’s address: Huzhou Taijin Industrial Co., Ltd., Shanghai201318, China

14  镀镍前的线外准备

14. 1化学除蜡(除油)

自行开发的除蜡–除油组合型配方及工艺条件如下:

碳酸钠                                                      25 g/L

碳酸氢钠                                                  20 g/L

磷酸三钠                                                  25 g/L

磷酸氢二钠                                               25 g/L

焦磷酸钾                                                  10 g/L

999金属净洗剂                              10 ~ 15 mL/L

θ                                                   50 ~ 70 °C

pH                                                     9左右

与市售的SL-30除蜡水和SC-151除油粉相比,当操作温度均为60 °C时,自制配方的脱脂效果好、速度快。

除蜡、除油槽一般较浅,加热时槽液蒸发较快,要严防铝轮毂露出液面(有条件者最好采用泵液搅拌)。适当的加温可以减少表面活性剂的使用量,既能获得良好的除油脱脂效果,又易于油水分离,还可延长溶液的使用寿命。

在除油过程中引入超声波,可提高除油效果,彻底除去细孔中的油污。但不建议在毛坯轮毂研磨后采用,因为毛坯表面的致密层仅几毫米,经磨光后致密层已极薄,若采用超声波,当有缩孔时会产生扩孔效果。另外,精密件也不宜采用超声波除油。

超声波的振子一般都安装在除油液里,由于频率极高的超声波是直线传播的,为使轮毂的凹陷部分也清洗干净,应适时变换工件在除油槽里的位置。

除蜡(除油)后的手工擦洗及清洗按文章的第一部分中第4节[1]所述的要求进行。品质检查后,合乎多层镍电镀技术要求的轮毂可上挂具。

14. 2电解除油

化学除油后,尤其是电镀精饰品时,由于镀件上挂具时可能被二次污染,因此一般都要在自动线上采用电解除油作为补充脱脂工序。

在碱液中进行阴极电解除油时,带正电的阳离子(如铜、铅、锌等)会在制品表面沉积,因此必须防止这些物质侵入阴极电解除油槽,否则会造成二次污染。通常可加入络合剂以防止金属离子沉积在工件表面,以免发生电镀故障。

电解除油液配方及操作条件如下:

(1)市售:

EC-25                                                40 ~ 60 g/L

                                           2 ~ 4 A/dm2

θ                                           60 ~ 80 °C

t                                            0.5 ~ 1 min

(2)自制:

碳酸钠                                                      32 g/L

磷酸三钠                                                  32 g/L

焦磷酸钠                                                  10 g/L

999金属净洗剂                                  0.5 ~ 1 g/L

θ                                                 70 ~ 80 °C

                                             2 ~ 3 A/dm2

t                                                0.5 ~ 1 min

14. 3酸活化(弱腐蚀)

酸活化是轮毂在镀多层镍前的最后一道清洁工序。酸活化后,工件表面呈现出金属的结晶组织,使后续的初始半亮镍层晶格与光亮酸性镀铜层的晶格之间有足够的延续性,保证两者之间有良好的结合力,使镀层美观。

14. 3. 1   酸活化液配方和工作条件

酸活化液一般采用质量分数较低(7% ~ 10%)的硫酸溶液,操作时间1.5 ~ 2 min。为了提高酸活化的均匀性和溶液的润湿性,可加入微量的低泡润湿剂或0.01 ~ 0.03 g/L十二烷基硫酸钠。

14. 3. 2   酸活化液的维护及管理

(1)   经常适量补充硫酸,始终保持足够的酸含量。活化液酸度太低会导致镀镍层出现发花和针孔,结合力低。

(2)   酸活化液中若含有电位较正的离子(如铜、铅等)或油脂,会使镀层发花,产生针孔或结合力差等。因此,应选用试剂级硫酸或精制硫酸,不可用工业硫酸,而且要定期更换部分老化液或重新配液。

15  镀半光亮镍

半光亮镍一般不单独使用,多用作底层。无论是双层镍、三层镍或多层镍,半光亮镍层是防蚀层的基础。实践证明,耐蚀性的提高主要是靠提高半光亮镍层与亮镍层之间的电位差(一般要达到100 ~ 125 mV)。

15. 1镀液组成及操作条件

NiSO4·7H2O                                    280 ~ 300 g/L

NiCl2·6H20                                         40 ~ 45 g/L

H3BO3                                                45 ~ 50 g/L

添加剂                                                        适量

润湿剂                                                        适量

pH                                                         3.8 ~ 4.2

θ                                                        50 ~ 60 °C

                                                     2 ~ 4 A/dm2

15. 2半光亮镍镀液的维护及管理

(1)   半光亮镍镀液中的氯离子含量要尽可能比亮镍槽中的氯离子含量低,一般氯化镍质量浓度以50 g/L左右为宜。若含量过高,则高电流密度部位光泽不够,内应力增大,镍阳极溶解速度过快,易产生阳极泥渣,使镀层有毛刺。

(2)   防止含硫物混入镀液。绝不能将含硫的润湿剂、除杂水、走位剂等添加到半光亮镍镀槽中。镀半光亮镍工序添加药品所用的量杯、勺子都须专用,绝不能用于其它工序。

(3)   由于多层镍工艺中各镀槽之间一般都不设清洗槽,因此不允许反流程操作,而且要及时补充半光亮镍镀液。

(4)   半光亮镍的添加剂与光亮剂以少加、勤加为宜,避免半光亮镍层过亮。一旦过量,容易引起镀层柔性下降、低区走位差等疵病。过量的添加剂只能用电解消除或活性炭吸附,操作繁琐,既影响生产进度又提高了成本。

(5)   加强循环过滤,每小时流量为镀液体积的6 ~ 8倍。可在泵中加入适量的(0.02 ~ 0.04 g/L)活性炭,以增强过滤效果,但须适时补充适量润湿剂,以免润湿剂含量偏低而使镀层产生针孔。若每隔24 h加入少量的新鲜活性炭,则可及时吸附有机污染物,使半光亮镍镀液大处理的周期大大延长。但当所加活性炭的总量达到0.16 g/L时,须更换新的活性炭。

(6)   定期对镀液中镍离子、氯化物、硼酸的含量进行测定,以使其维持在最佳的工艺范围。

16  镀高硫镍

16. 1镀液配方及操作条件

硫酸镍                                                    300 g/L

氯化镍                                                      40 g/L

硼酸                                                         40 g/L

添加剂                                                        适量

θ                                                        45 ~ 55 °C

pH                                                         2.5 ~ 3.5

16. 2工艺维护及管理

(1)   高硫添加剂消耗较快,应少加、勤加,以保证硫能稳定地共析,使镀层的含硫量不低于0.1% ~ 0.15%。

(2)   由于镀高硫镍所用的添加剂不如光亮镍镀液中的光亮剂稳定,因此无需空气搅拌(否则会加快其氧化),维护时用少许(0.12 g/L)活性炭处理即可。

(3)   定期检测pH并将其保持在2.5 ~ 3范围内,调低pH时用的硫酸,调高pH时用碳酸镍。

(4)   高硫镍层一般不能太厚(1 μm左右即可),否则容易引起亮镍层发雾。一般而言,以3 A/dm2施镀2 min,所得高硫镍层的厚度约0.75 μm。由于铝轮毂的形状较复杂,施镀时间可适当延长。

17  镀光亮镍

17. 1工艺规范

硫酸镍                   260 ~ 320 g/L(300 g/L最佳)

氯化镍                        50 ~ 70 g/L(60 g/L最佳)

硼酸                            45 ~ 50 g/L(50 g/L最佳)

光亮剂                                                        适量

柔软剂                                                        适量

润湿剂                                                        适量

17. 2镀液维护及管理

(1)   光亮镍镀液对杂质比较敏感,所以一定要使用纯度高的化工原料(包括阳极),以防止重金属杂质的带入。

(2)   阳极面积与阴极面积之比以2∶1为宜,阳极面积不能太小。最佳的阳极电流密度为阴极电流密度的一半。若阳极电流密度过大,会使阳极钝化。为防止阳极钝化,阳极面积应足够大,而且镀液中氯化镍的质量浓度应保持在50 g/L左右,以促进阳极的正常溶解。另外,镀液中镍离子的含量也不能太低,否则会影响镀层的丰满度。

(3)   每2小时测pH一次,并及时调整。调低pH时可采用(w= 10%)的硫酸,调高pH时用氢氧化镍或碳酸镍较好,并可借助过滤机让镀液循环流动以促进溶解。另外,要维持硼酸的质量浓度在工艺范围,以增强镀液的pH缓冲能力。硼酸不足容易产生针孔,降低镀层的柔软性和结合力。

(4)   定期采用低电流密度净化(适用于清除铜、锌、铁、铅等金属杂质)、络合沉淀法(适用于清除铜、锌等金属杂质)、活性炭吸附法(适用于清除有机杂质、油脂、光亮剂分解产物等)等方法处理光亮镍镀液,以免杂质积累而引起镀层外观及其硬度、柔性等性能变差。

(5)   每天至少做一次赫尔槽试验,及时调整添加剂用量。补充添加剂时应先将其稀释10 ~ 20倍。

(6)   定期对镀液的主、辅盐成分的含量进行分析。对于三班制生产,每周至少化验2次。

(7)   镀液应采用连续过滤,并选用合适的过滤介质(如加有助滤剂的专用滤布、专用滤芯等)。对于三班制生产,每2天在过滤系统中加入少量(0.02 ~ 0.04 g/L)活性炭或碳滤芯,可避免有机杂质的累积。过滤系统还可串联低电流电解处理槽,以瓦楞形或网板铁板作阳极,采用0.2 A/dm2连续电解以除掉金属杂质。

(8)   所用活性炭不得含硫和锌。

(9)   采用空气搅拌可减少阴极表面的浓差极化,实现高电流密度操作,防止针孔、液温不匀等。所用空气应由低压风机(如罗次风机)供给,最好加装过滤器以除去空气中的油和尘埃。输送空气的管孔要定期清洗,以防止堵塞。

(10)光亮镍镀层不能太薄,否则不易套铬。

(11)定期对镀液进行大处理。对于三班制生产,每3 ~ 6月应进行一次。具体步骤如下:

a)    先用(w=10%)的硫酸将pH降至3 ~ 3.5;

b)    加2 ~ 4 mL/L双氧水,以氧化Fe2+和有机杂质;

c)    在间歇搅拌的情况下,升温至70 °C左右后保温2 h,以分解多余的双氧水;

d)    在搅拌下,加入事先配好的碳酸镍或氢氧化镍的糊状物,将pH提高至5.5 ~ 6.2;

e)    加入1 ~ 2 mg/L QT去铜剂,搅拌约1 h,使铜离子沉淀;

f)     将3 ~ 5 g/L电镀用(不能含锌的)活性炭分3 ~ 5批加入,连续搅拌1 ~ 2 h,以充分吸附有机杂质,静置4 h以上后过滤;

g)    调pH至工艺规范后试镀,若色泽均匀,则加入光亮剂后进行生产。加光亮剂前,宜先分析镀液成分及做赫尔槽试验,以确定最佳用量。

18  镍封

18. 1工艺规范

                                     范围                开缸标准

硫酸镍                   250 ~ 350 g/L             340 g/L

氯化镍                       35 ~ 60 g/L              60 g/L

硼酸                          40 ~ 50 g/L              45 g/L

添加剂                                 适量                 适量

θ                                 50 ~ 60 °C               50 °C

pH                                 3.8 ~ 4.5                   3.8

                       3.3 ~ 4.2 A/dm2            3 A/dm2

18. 2操作要点

(1)   因亮镍不经清洗而直接进行镍封,所以应选用与镀光亮镍时所用的添加剂同类型的添加剂。

(2)   镀亮镍后的工件应立即进入镍封槽施镀,若未能立即进行镍封时,应在不通电的情况下将工件浸入镍封槽,静止5 ~ 10 s后再施镀。

(3)   控制好镍封层的厚度。若电流密度为2.5 ~ 3.0 A/dm2,则电镀时间不能超过3 min。

(4)   停工时,最好能保持空气搅拌,以防止颗粒下沉。

(5)   溶液中的铁离子含量不得超过300 mg/L,必要时应采用沉淀法将其除去,一般不宜采用添加剂掩蔽。

(6)   镍封时的电位应比镀亮镍时高5 ~ 20 mV。

(7)   微粒数量宜控制在中低值。可采用参比测定法来确定微粒的添加量,方法如下:取经充分搅拌后的新配镍封液100 mL于量筒中,静置超过2 h后观察沉淀下的微粒所占刻度,待生产一段时间后,从槽液中取100 mL镍封液再作相同的试验,对比两次检测的结果。

19  镀微孔铬

镍封后的轮毂经彻底洗净后下线,然后换挂具,并安装辅助阳极。下线的产品应进行质量检查,有缺陷的产品不能镀铬。

挂具与辅助阳极必须完好,象形阳极与镀件距离必须调整合适,轮毂的悬挂角度要最佳。镀铬前,须经硫酸电解活化,其溶液成分及操作条件为:

                  45 ~ 50 mL/L

θ                                                                 室温

                                                   1 ~ 3 A/dm2

t                                                           2 ~ 5 min

经水洗2次后再用铬酸活化(铬酸最低质量浓度为50 ~ 60 g/L,时间为30 ~ 50 s),活化后直接入铬缸套铬。具体工艺规范如下:

                                 工艺1                  工艺2

CrO3                    180 ~ 220 g/L      230 ~ 320 g/L

H2SO4                   1.8 ~ 2.2 g/L      1.85 ~ 3.2 g/L

Cr3+                                      2 ~ 4 g/L

添加剂                                    适量

θ                                         40 ~ 45 °C

                                    8 ~ 12 A/dm2

t                                          3 ~ 4 min

镍封层套铬的厚度不得超过0.5 μm,以免微孔被完全覆盖。镀铬液的维护和管理应注意以下几个方面:

(1)   每周至少对镀液分析测定一次,以维持在100∶(0.8 ~ 1) 范围内。补加铬酐和硫酸时,应先加铬酐,然后根据镀液中硫酸含量的分析结果来补加硫酸,以免铬酐中含有而使镀液中的含量超标。

(2)   控制好三价铬的含量。CrO3的质量浓度应小于6 g/L。阳极面积太小或导电不良、含量过高都会使三价铬含量上升,应严加管理。当Cr3+含量过高时,应采用小阴极大阳极进行电解,镀液温度为50 ~ 60 °C,阳极电流密度为1.5 ~ 2 A/dm2。将1 gCr3+氧化为Cr6+约需4 A·h。

(3)   镀铬液的温度较高,在作业中水分蒸发较快,在生产结束后应及时补水(不宜在生产中进行),以保持镀液中各组分含量的稳定。

20  复镀

在生产中,难免会出现不合格的镀镍层。其中有一些可以通过重新镀镍后成为合格品。但若一概退除后重镀,不仅浪费资源,增加劳动量,而且在退镀时还会产生环境污染。因此,不到万不得已不要退镀,尽量采用其它补救措施进行复镀。一般可采用加酸铜层后复镍法,其具体操作如下:

(1)   将工件清洗干净后用体积比为1∶1的盐酸溶液漂洗、活化(时间≤1 min),清洗干净后迅速上挂具上线;

(2)   在的硫酸溶液中漂洗10 ~ 30 s后迅速转入光亮酸铜液槽,以2.5 ~ 3.5 A/dm2镀至全光亮;

 (3)   工件取出后清洗干净,再以体积比为1∶1的盐酸溶液漂洗、活化或(w=10%)的硫酸活化,水洗后重新镀镍。

注意:若已套铬,则应先用清洁的退铬液退铬,然后复镍。

对于镍层起花或亮度不均匀而结合力尚好的铝轮毂,可采用阴极电解活化法,具体操作如下:

(1)   将轮毂清洗干净,然后用体积比为1∶1的盐酸溶液漂洗、活化(时间≤1 min),清洗干净后迅速上挂具上线。

(2)   阴极电解除油(时间≤3 min)后清洗干净,再置于含1 mL/L HF的硫酸溶液( 10%)中进行阴极电解活化,清洗干净后转入镀镍槽中重新镀镍。

21  结语

在铝轮毂电镀生产中,不要指望寻找一种“包治百病的添加剂”。企业只有在整过电镀过程中一丝不苟地执行工艺规范,实施科学、严谨的质量管理,才能获得良好的效益,从而在白热化的市场竞争中立于不败之地。

参考文献:

[1]     倪孝平. 汽车铝轮毂电镀工艺初探(一)[J]. 电镀与涂饰, 2007, 26 (6): 33-36.

 
 
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