一种超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺

本发明属于电镀领域，具体涉及一种超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺。

背景技术：

1、在金属材料表面沉积功能性或装饰性涂镀层的方法多种多样，包括电镀、物理气相沉积、化学气相沉积、热浸镀、喷涂等，尽管这些技术应用场景各不相同，但只有电镀适合于大规模生产，电镀沉积效率高、生产成本低、镀层质量高且稳定，可满足耐磨性、导电性、抗腐蚀性、美观性等要求，成为了现代工业产业链不可或缺的基础环节，广泛应用于电子工业、航空航天等几乎所有工业领域。

2、在传统的电镀生产中，金属材料不可避免地会接触酸、碱、水等物质，并且在水溶液中电镀时伴随着水的电解析氢，这些过程常导致氢渗透到金属材料内，在使用过程中的出现氢脆断裂，并引发严重的安全事故和经济损失。即使进行电镀后除氢处理，也无法完全避免该事件的发生。强度等级越高的材料，氢脆敏感性越高，为减少氢脆事故发生，强度超过10.9级紧固件严令禁止电镀锌，而采用无氢脆工艺或低氢脆的工艺。无氢脆的达克罗工艺，涂层中性盐雾测试的耐蚀性可达到1000h以上，但涂层与基体的结合力较差，反复装卸后耐蚀性降低，且不适合在湿热环境下使用。cn111945195a公开的低氢脆电镀锌镍工、cn107245733a公开的低氢脆电镀镉工艺，均无法彻底解决电镀导致的氢脆问题。

3、在熔融盐、有机溶剂和离子液体中电镀可杜绝电镀过程中析氢问题，有机溶剂易挥发和燃烧，化学反应过程中产生环境污染物，镀液的安全性和稳定不足。熔融盐电沉积需要保持高温熔融状态，如licl-kcl（450℃），nacl-kcl（700-900℃），naf-alf3或kf-alf3(750-980℃)，licl-kcl（400-550℃），而大多数材料在这样高温下组织和性能均会发生变化。pvd镀膜生产效率远低于电镀，涂层与基体的结合力不高，镀层易出现针孔状缺陷，镀层的耐蚀性不及电镀涂层，不适合复杂零件的表面处理。热浸镀无法较好的控制涂层厚度，且要将工件放入高温浸镀液中，不适合高强钢的表面处理。

4、离子液体由无机盐和有机盐混合形成低温熔融盐，具有宽的电势窗口，高的金属盐溶解性，高的导电性，好的热稳定性，低的饱和蒸汽压，宽的液相温度范围，且污染物排放少，是解决水溶液电镀至氢脆的理想替代性镀液。离子液体电镀铝或铝锰合金镀层对于大多数金属基体均可形成牺牲阳极保护，然而离子液体电镀铝或铝锰合金需要专门开发配套的电镀设备，以及电镀工艺和电镀添加剂，这严重影响了其快速发展。此外，为彻底解决电镀的氢脆问题，离子液体电镀还需要开发无氢脆的前处理工艺和后处理工艺。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，包括如下步骤：

2、步骤一、除油：使用有机溶剂超声清洗工件；

3、步骤二、物理除锈：采用磁力抛光、震动抛光、研磨、机械打磨或喷砂机械除氧化膜；

4、步骤三、表面清洗：采用有机溶剂超声清洗去除工件表面的残留物；

5、步骤四、活化：将工件在活化舱内的活化液中进行活化；

6、步骤五、电镀：在由卤化咪唑盐、alcl3和/或无水氯化锰配置的离子液体中电镀铝或铝锰合金；

7、步骤六、镀液清洗：用清洗液清洗工件表面；

8、步骤九、钝化和/或封闭：采用铬酸盐钝化剂或三价铬钝化剂进行钝化，和/或封闭剂进行封闭处理。

9、进一步的，所述步骤六和步骤九之间还包括如下步骤：

10、步骤七、喷丸：采用玻璃珠、氧化砂等球形砂进行喷丸处理；

11、步骤八、喷丸镀层表面清洗：采用有机溶剂超声清洗和去离子水超声清洗进行钝化前的表面清洁。

12、进一步的，步骤一中所述有机溶剂采用丙酮或四氯化碳。

13、进一步的，步骤四中活化液使用温度为20-100℃，活化时间为1-15min；所述活化舱内水含量和氧气含量小于50ppm，并通入氩气、氮气等惰性气体作为保护气，并维持舱内正压状态。

14、进一步的，步骤五中离子液体镀铝镀液由摩尔比1-2：1的alcl3：卤化咪唑盐配置而成，并加入电镀添加剂。

15、进一步的，步骤五中离子液体镀铝锰镀液由摩尔比1-2：1的alcl3：卤化咪唑盐，加入0.02-0.25mol/l的mncl2，和电镀添加剂组成。

16、进一步的，步骤五中电镀时镀液温度控制在20-80 ℃，电镀的电流密度控制在0.4-2 a/dm2，电镀铝或铝锰合金镀层厚度0.1-100 μm。

17、进一步的，步骤五中电镀液所处的电镀设备舱内水含量和氧气含量小于50ppm，并通入氩气、氮气等惰性气体作为保护气，并维持舱内正压状态。

18、进一步的，步骤七中喷丸气压控制在0.2-3atm，喷枪与工件距离5-20 cm，喷丸至工件外观一致。

19、进一步的，步骤九中所述铬酸盐钝化剂钝化条件为钝化温度20-30℃，ph范围1.3-1.8，钝化时间30-180s，烘干温度50-100℃，烘干时长5-25min；三价铬钝化条件为温度30-50℃，ph范围3.5-4，钝化时间30-300s；封闭剂封闭处理条件为封闭温度20-40℃，封闭时间1-30min，烘干温度60-120℃，烘干时间10-30min。

20、本发明的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺解决了电镀前处理、电镀和电镀后处理等过程引起工件氢脆断裂的问题，是整套无水、无酸、无碱的离子液体电镀铝和铝锰合金工艺，可有效解决金属材料防腐蚀问题，尤其对氢脆较敏感的高强度金属材料防护；形成的无氢脆电镀铝和铝锰合金涂层的防腐蚀能力超过达克罗涂层、电镀锌镍涂层、电镀镉涂层，具有较强的耐酸性盐雾和中性盐雾能力，可替代这些涂层的部分应用领域。此外，所用的离子液体镀铝和铝锰工艺相对现有工艺更加环保，生产废水和废液排放基本为零，且无重金属离子废液。

技术特征：

1.一种超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，其特征在于：所述步骤六和步骤九之间还包括如下步骤：

3.如权利要求1或2所述的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，其特征在于：步骤一中所述有机溶剂采用丙酮或四氯化碳。

4.如权利要求1或2所述的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，其特征在于：步骤四中活化液使用温度为20-100℃，活化时间为1-15min；所述活化舱内水含量和氧气含量小于50ppm，并通入氩气、氮气等惰性气体作为保护气，并维持舱内正压状态。

5.如权利要求1或2所述的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，其特征在于：步骤五中离子液体镀铝镀液由摩尔比1-2：1的alcl3：卤化咪唑盐配置而成，并加入电镀添加剂。

6.如权利要求1或2所述的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，其特征在于：步骤五中离子液体镀铝锰镀液由摩尔比1-2：1的alcl3：卤化咪唑盐，加入0.02-0.25mol/l的mncl2，和电镀添加剂组成。

7.如权利要求1或2所述的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，其特征在于：步骤五中电镀时镀液温度控制在20-80 ℃，电镀的电流密度控制在0.4-2 a/dm2，电镀铝或铝锰合金镀层厚度0.1-100 μm。

8.如权利要求1或2所述的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，其特征在于：步骤五中电镀液所处的电镀设备舱内水含量和氧气含量小于50ppm，并通入氩气、氮气等惰性气体作为保护气，并维持舱内正压状态。

9.如权利要求2所述的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，其特征在于：步骤七中喷丸气压控制在0.2-3atm，喷枪与工件距离5-20 cm，喷丸至工件外观一致。

10.如权利要求1或2所述的超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，其特征在于：步骤九中所述铬酸盐钝化剂钝化条件为钝化温度20-30℃，ph范围1.3-1.8，钝化时间30-180s，烘干温度50-100℃，烘干时长5-25min；三价铬钝化条件为温度30-50℃，ph范围3.5-4，钝化时间30-300s；封闭剂封闭处理条件为封闭温度20-40℃，封闭时间1-30min，烘干温度60-120℃，烘干时间10-30min。

技术总结本发明属于电镀领域，公开了一种超耐蚀无氢脆电镀铝或铝锰合金镀层工艺，包括如下步骤：除油：使用有机溶剂超声清洗工件；物理除锈：采用磁力抛光、震动抛光、研磨、机械打磨或喷砂机械除氧化膜；表面清洗：采用有机溶剂超声清洗去除工件表面的残留物；活化：将工件在活化舱内的活化液中进行活化；电镀：在由卤化咪唑盐、AlCl<subgt;3</subgt;和/或无水氯化锰配置的离子液体中电镀铝或铝锰合金；镀液清洗：用清洗液清洗工件表面；喷丸：采用玻璃珠、氧化砂等球形砂进行喷丸处理；喷丸镀层表面清洗：采用有机溶剂超声清洗和去离子水超声清洗进行钝化前的表面清洁；钝化和/或封闭：采用铬酸盐钝化剂或三价铬钝化剂进行钝化，和/或封闭剂进行封闭处理。技术研发人员：王宏涛,刘进成,徐夺花受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17