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压铸铝合金防护技术在装备中的应用

作者:admin 来源:未知 发表时间:2012-08-10
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/周斌

摘要:介绍了压铸铝合金镀锌彩钝和无色化学氧化工艺。分析了镀锌层附着力差、耐蚀性差的原因,并给出了解决办法。经测试,镀锌彩钝膜附着力和耐蚀性均合格,压铸铝合金无色化学氧化膜的耐蚀性合格。

关键词:压铸铝合金、镀锌、彩钝、无色化学氧化、附着力、耐蚀性

1、前言

压铸铝合金YL101 Si 6.5%-7.5%Mg 0.25%-0.45%Ti 0.08%-0.20%,其余为Al。高的Si 含量使材料在压铸过程中具有良好的流动性,Mg Ti 提高了材料的耐蚀性。压铸铝质量轻、机械强度好、导电导热性能好、无磁性,且可利用压铸技术铸造尺寸精度高的复杂零件。但压铸铝合金电镀层附着力差,耐蚀性能有待提高。本文介绍的压铸铝合金YL101 防护技术,克服了上述缺点,并在某对海超短波跳频电台、某海军集群通信系统中得以实施,防护效果显著。

 

2、工艺方案

为满足产品的需要和装配的特殊要求,某对海超短波跳频电台中腔体部分选用镀锌彩钝膜上浸涂有机保护膜防护技术,某海军集群通信系统中手持机衬板选用无色化学导电氧化后选择部位喷涂金属漆、刷涂DJB-823 防护技术。以上所述腔体和手持机衬板都是压铸铝合金ZL101,由于用在不同的产品中,选用防护工艺时需考虑与相邻零件的电偶腐蚀。

2. 1 镀锌工艺方案

金属清洗剂除油─碱蚀─热水清洗─流水洗净─浸亮─流水洗净─镀锌─流水洗净─彩虹色钝化─流水洗净─温水清洗(40 - 60 )─烘干(50 - 60 )─浸涂有机保护膜。

2. 1. 1 除油配方及工艺条件

金属清洗剂            10%(质量分数)

θ                           40 - 60

t                              3 - 5 min

2. 1. 2 碱蚀配方及工艺条件

氢氧化钠                         80 - 100 g/L

θ                                    80 - 90

T                                     10 - 30 s

2. 1. 3 浸亮配方及工艺条件

硝酸和氢氟酸的混合液          31(体积比)

θ                                          室温

t                                            5 - 15 s

2. 1. 4 镀锌配方及工艺条件

氧化锌                                   8 - 20 g/L(最佳12 g/L)

氢氧化钠                               100 - 150 g/L(最佳125 g/L)

ZN-265A(武汉风帆)        10 -15 mL/L

ZN-265B(武汉风帆)        4 - 8 mL/L

ZN-265C(武汉风帆)        2 -4 mL/L

θ                                          5 - 52

阴阳极面积比                        11.5 - 12.0

阳极                                       0#锌板

Jk                                          0.5 - 8.0 A/dm2

阴极移动                               8 -12 /min

2. 1. 5 彩钝配方及工艺条件

酪酐                                      10 g/L

硝酸                                      1 mL/L

硫酸                                      0.5 mL/L

高锰酸钾                               0.1 g/L

θ                       室温

T                                          10-15s

 

2. 1. 6 涂膜配方及工艺条件

采用西安创联的TL-2有机保护膜,室温操作,时间0.5-1.0min

2. 2 无色化学氧化工艺方案

金属清洗剂除油─喷砂─流水洗净─浸亮─流水洗净─无色化学导电氧化─流水洗净─去离子水清洗─烘干(40~50)─装电池面喷涂金属漆─装印制板面为不影响接地而涂刷DJB-823(北京邮电大学)

无色化学导电氧化配方及工艺条件如下:

磷酸                                    20 - 25 g/L

铬酐                                    2 - 4 g/L

氟化钠                                  4- 6 g/L

硼酸                                    1 - 3 g/L

θ                                       室温

t                                         15 - 60 s

 

3、压铸铝合金镀锌

3. 1 存在问题

2.1 节的工艺方案镀锌易起泡、脱皮,零件镀锌彩色钝化后库存3个月后彩虹色钝化膜色泽变深,部分零件反复返工后报废。

3. 2 原因分析

查阅有关资料,结合实践经验,分析出压铸铝合金电镀锌产生缺陷的主要原因有以下几个方面:

(1) 铝是两性金属,在酸性溶液和碱性溶液中都不稳定。

(2) 铝合金在空气中易氧化成致密的氧化膜(2Al+3O2 2Al2O3),导致镀层基体结合不好。

(3) 铝的电极电位较负(   Al3+/Al =-1.76 V)),在镀锌溶液中能将锌置换出来(2Al + 3Zn2+ 2Al3++ + 3Zn)因此附在铝件表面的锌层为置换层而非电镀层,影响镀层结合力。

(4) 铝的膨胀系数比绝大多数金属的膨胀系数大,如果镀层结合力不好,温度变化较大就可能造成镀层脱落。

(5) 压铸铝合金在加工中易造成偏析,影响合金本身的耐蚀性。

(6) 压铸铝合金含有 6.5% -7.5%的硅,镀层亲和力差,影响电镀结合力。

(7) 压铸铝合金组织疏松,有砂眼、气孔等缺陷,影响电镀清洗质量。

3. 3 解决措施

(1) 加强前处理和每道工序的清洗,减少零件在空气中的暴露时间,快速带电进入镀锌槽,防止在镀锌溶液中发生置换反应。

压铸铝合金在热碱蚀溶液中腐蚀时,在零件表面易产生一层黑色膜,这是由于压铸铝合金表面合金成分偏析造成的。在2.1 节的浸亮工序中,用浓硝酸除去黑色的偏析相,氢氟酸去除表面的硅,使铝的银白色基体露出,提高除氧化膜和析出相的效果。

Al2O3 + 6NaOH 2Na3AlO3 + 3H2O

Al2O3 + 6HNO3 2Al(NO3) 3 + 3H2O

Al + 4HNO3 Al(NO3) 3 + NO + 2H2O

2Al + 6NaOH 2Na3AlO3 + 3H2

3Si + 4HNO3 + 18HF 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O

(2) 压铸铝合金镀锌彩色钝化后必须浸涂有机保护膜以防变色。

不溶解的三价铬化合物是镀锌彩色钝化膜的主要成分,具有较高的稳定性,给予镀层良好的机械保护。可溶的六价铬化合物在夹附、吸附或化学键作用下分布于膜的内部,起填充孔隙作用,在潮湿的大气中会慢慢从膜中渗出,溶解于膜表面的凝雾水中,并离解出铬酸,具有使镀层再钝化的作用。由于压铸铝合金的孔隙引起的镀层不连续性,使得再钝化极易发生,因而压铸铝合金镀锌彩色钝化膜极易变色。可采用在镀锌彩钝膜上浸涂薄而透明的有机保护膜,以隔绝钝化膜与空气的直接接触,防止变色。

3. 4 镀锌彩钝涂膜性能测试

3. 4. 1 镀锌层结合强度测试

用一根直径为6mm,顶端加工成光滑的半圆球形的钢棒,在镀层表面上快速有力地摩擦15s,所施加的压力应在每一行程中足以擦光镀层,但不能大到损坏镀层。必要时,可在一个或多个镀件上,选择一处以上的地方进行上述试验。经测试,镀层连续地附着于基体金属,结合强度合格。

3. 4. 2 钝化膜附着力测试

在完成钝化 24 h 后,手持无砂橡皮或软纸,来回摩擦试样表面10

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