摘要: 采用正交設計試驗方法, 對鋁合金表面電鍍前處理工藝進行了優化改進, 并在LY12 鋁合金表面實現了電刷鍍銅工藝, 所得刷鍍銅層與基體結合強度高, 滿足錫焊連接質量要求。該工藝操作簡便, 節約能源, 生產效率高, 易于推廣應用。
關鍵詞: 鋁合金、電刷鍍、錫焊、結合力
引言
鋁合金因具有重量輕、比強度高、色澤美觀、耐腐蝕及可塑性和成型性能好等優點, 廣泛應用于工業和民用等許多領域。經過適當的表面處理, 鋁合金還可以滿足其它特殊的使用要求。雖然鋁及鋁合金的表面處理方法很多, 但鍍前預處理是鍍層能否滿足性能要求的關鍵。某一工程結構要求在尺寸為2000mm×3000mm 的鋁合金板上單面四個周邊, 每個周邊寬120mm 處涂鍍金屬涂層,用于錫焊連接, 實現密封、電磁屏蔽功能。根據使用要求難以進行電鍍、化學鍍施工, 焊接后的結合力也難以保證。相比之下, 電刷鍍可以滿足這些特殊要求, 這是由電刷鍍可以在常溫、無槽、局部區域高速電沉積的獨特優點所決定的。采用正交設計的試驗方法, 經過多次試驗研究, 應用鋅酸鹽表面預處理后刷鍍銅鍍層的工藝來實現這一要求, 施工簡便, 節約能源, 易于推廣應用。
1　工藝流程
初除油→電凈→表面粗化→水洗→出光→水洗→浸鋅→水洗→二次浸鋅→鍍堿銅→吹干焊接→結合力檢驗
2　工藝規范
211　丙酮除油
用脫脂棉蘸取丙酮溶液, 在待鍍部位擦拭, 初步除掉表面灰塵、油脂。
212　電　凈
將工件作為陰極, 不銹鋼作為陽極, 電壓8～ 10V , 室溫, 交替操作兩次。
213　鋁合金表面粗化
用粗化液在電凈后的鋁合金試件表面粗化30 s(不通電) , 室溫下, 當在表面上能觀察到小氣泡冒出時, 即認為表面粗化操作工序已經到位。
214　出　光
表面經粗化處理后, 室溫, 在出光溶液進行出光30s 左右, 直到整個待鍍面白亮為止。
215　浸　鋅
在浸鋅處理溶液中, 鋁合金在除去表面氧化膜的同時, 表面沉積一層鋅層, 防止了鋁合金進一步氧化, 鋁合金表面電位向正方向移動。本試驗研究中,采用二次浸鋅法進行浸鋅操作。第一次浸鋅處理后,表面的氧化膜被溶解, 形成的浸鋅層呈灰色。一次浸鋅層結晶較為粗糙, 浸鋅層與基體的結合力不好, 需要在出光液中進行退鋅(10s左右) , 去掉疏松層;用水沖洗后, 再進行二次浸鋅操作, 才能獲得更均勻、細致、緊密、完整的浸鋅層, 表面呈均勻的灰色到青
灰色。二次浸鋅時, 浸鋅層不可過厚, 只要求均勻、致密即可。
216　電刷鍍銅
采用堿銅鍍銅溶液, 在二次浸鋅后的鋁合金試樣上刷鍍銅。試件作為陰極, 刷鍍電壓8～12 V。實驗表明, 在6～10um 的鍍層范圍之內, 鍍層與基體結合強度很好, 滿足焊接要求。這是因為過厚的鍍層本身就存在拉應力, 使得鍍層與基體結合力變差, 所以鍍層厚度不宜超過10um。
217　焊接方法、鍍層與基體結合力測試
在待焊面上均勻地涂上焊油, 將焊絲卷成螺旋狀圓盤, 放在兩個刷鍍好的試樣之間, 在加熱的同時用一定的壓力壓住試樣, 至焊錫熔化滲出, 然后讓其自然冷卻。將焊接后的試樣進行拉伸試驗, 拉伸強度達到4kg/mm2而試樣不會產生分離, 完全滿足工程設計要求的抗拉強度。
3　工藝說明
1) 鋁合金屬兩性金屬, 電凈除油、出光腐蝕的時間不宜過長。
2) 多次實驗證明, 該工藝中的浸鋅操作是鋁合金表面能否獲得滿意鍍層的重要工序。在浸鋅處理操作過程中, 二次浸鋅操作適宜形成穩定致密的浸鋅層。為后續的電刷鍍銅工序打好基礎; 由于浸鋅液有一定的黏度, 浸鋅后的表面采用多道水洗(或熱水洗) , 以避免局部表面鍍不上等缺陷。
3) 鍍前預處理的目的是除去鋁合金表面的氧化膜, 各道工序在操作時盡量做到連貫、迅速, 各工序間清洗要干凈, 特別是出光腐蝕的工件, 不能在空氣中停留的時間過長, 處理后應迅速置于清水中。
4) 采用電刷鍍工藝, 以電凈除油工序代替了普通電鍍工藝中的化學除油工序,不需要加熱, 節約了能源。