浅谈铝合金电化学氧化镍盐封闭处理

郭文燕

（山西大众电子信息产业集团有限公司电路制造分公司，山西 太原 030024）

铝是地球上蕴藏量最丰富的金属元素，约占地壳总重量的8.0%，同时也是有色金属里使用最为广泛的金属，具有密度小、强度大、耐腐蚀性好、导电和导热性能高、优良的表面装饰性能。铝的标准电极电位为-1.66V，而铝的抗腐蚀能力主要归功于铝暴露在空气中时金属外部自我形成一层保护膜，不过这层保护膜呈现出的结构过于酥松，导致铝的硬度变差，耐磨性变差。为了处理这些不良条件，要在铝的表面进行一定的处理，一般的处理方法有表面镶镀、化学转化膜、阳极氧化处理[1]。其中对于铝合金的阳极氧化处理也会在上述关于铝合金的处理方式中最成功的一种，由阳极氧化得到的膜层比化学氧化膜硬，耐蚀性、耐热性、绝缘性及吸附能力更好，因而应用范围较广。常温的封闭处理方法最早由西方发明，但是因为存在问题导致工艺的稳定性受到极大影响[2]。

随着中温处理的应用，铝材的工业性也得到了稳定，中温封闭是指温度介于高温热封闭和常温冷封闭之间的一种封闭方法。最常用的是重铬酸盐封闭处理和镍盐封闭处理。传统的镍盐封闭处理容易在加工中出现暗纹花斑，因此会影响材料质量。

1 铝合金电化学氧化镍盐封闭处理方法设计

1.1 镍盐封闭前处理

在铝材的生产过程当中，易存在瑕疵，而瑕疵将会影响铝合金生产质量，要在铝材进行封闭处理之前进行前处理。前处理主要为机械处理和化学处理两种，机械处理包括抛光、滚光、磨砂等[3]。主要是处理铝材表面的缺陷。而化学处理为除油和碱蚀处理，除油主要是去除铝材上面的油污，而碱蚀处理能够消除在铝合金表面形成的一些金属化合物，进而加快铝合金阳极氧化处理的效率，并使得氧化膜层的连续性得到了提高[4]。碱蚀的反应公式如下。

反应式（1）表现碱蚀对于铝型材料上的氧化膜、脏污、油渍膜、污染物的反应。而反应式（2），表现碱蚀对于那些铝材上的脏污和氧化膜的侵蚀，并且消除划伤，压痕等铝材表面的缺陷，使铝材表面更加光滑平整。而反应式（3），对于铝型材料的碱蚀反应的发生，产生大量的偏铝酸钠，而偏铝酸钠又转化为氢氧化铝同时生产沉淀，在表面沉积成硬铝石，使得铝材质量提高。

1.2 复合阳极氧化

铝的阳极氧化是在酸中进行的，因此铝的氧化膜形成过程及其溶解过程是相互对立而又密切相关。本文使用的氧化方法为采取硫酸进行阳极氧化，在进行阳极氧化时，只有氧化膜（AL2O3）的生成速度大于溶解速度时，氧化膜才能形成，并且保持一定的厚度。其中阳极氧化工艺为：电解质成分硫酸(wt%)10%-30%，铝离子成分小于20g/L，温度在10-20℃左右，电流密度为0.6～3 A / dm2，槽液电压为10-20V。电解液通电后在电流的作用下发生水解，在阴极上放出氢气，即（5）

一部分新生(原子)氧与阳极铝反应，生成无水氧化铝膜，即（6）

随着氧化过程的不断进行，溶液的温度将会持续升高，因为在氧化膜的生产过程中产生放热反应。而溶液温度过高将会导致氧化电压偏高，出现电击上，并且容易出现色品有色斑的缺点，因为温度过高，导致氧化膜过快溶解，导致氧化膜的耐磨性以及耐蚀性下降。温度过低，氧化膜层透明度降低，着色性能差，脆性增强，易开裂。而在阳极氧化的过程中，单一氧化材料的效果不佳，而采取更多材料进行阳极氧化，也就是使用复合阳极氧化。本文研究中采取的是添加有机物进行复合阳极氧化，PETT具有良好的自润滑性，利用PETT的复合膜，可有效提高成品的耐腐蚀性，因此，在铝的复合阳极氧化中添加PETT复合膜，可以提高氧化膜的润滑性与硬度。PTFE 颗粒在经过表面活性剂处理后带上负电荷，并在外加电场的作用下向阳极移动，与阳极的铝表面发生化学反应后吸附在复合膜上[5]。

1.3 完成封闭处理

镍盐溶液工艺：Ni2+溶液的浓度不低于0.8g/L，不高于1.3g/L，溶液的浓度不高于0.3g/L，F-不高于0.6g/L，PH值要把控在5.5-6.5左右不可过高或过低，在25摄氏度封闭十至十五分钟。氟化镍封闭机理是F-进入多孔层后，在孔表面吸附，使氧化膜孔具备导电性，便于后续加工，使Ni2+在孔中与OH-结合生成沉淀，通过沉淀自然将孔封闭。加工过程中，由于温度高于80℃时铝材氧化产生铝矾土，其化学式为Al2O3·3H2O，此镍盐的封闭主要是凭借阳极氧化膜中的氧化铝经过反应并且转换成氢氧化铝，当氢氧化铝生产后，与A1 F3和共同封孔。而着色槽液pH值是影响硼酸和有机酸的重要因素，它们也是稳定剂的主要成分，会对着色溶液起到缓冲作用。而PH值低的时候，着色的速度会降低。如pH＜2.5 时，氢离子几乎完全取代镍离子还原析出，而使型材不能着色；当PH值过高时，着色深，不过PH值的过高将会有绿色的氢氧化镍沉淀产生，容易出现暗纹花斑，经过研究，PH值在4.0到4.5时着色效果最好。当槽液pH过低时，要及时开启精制设备，利用阴离子交换器提高pH；当槽液pH值过高时，要加入稳定剂调整。至此铝材的镍盐封闭处理完成。

2 实验论证分析

传统镍盐封闭处理，因金属铝离子与空气中的氧气发生反应，而导致封闭处理后的铝合金上出现暗纹花斑，本文对镍盐封闭的前处理和阳极氧化过程中进行改良，为保证可靠性，通过实验测试改良后和传统方法中，不同的加工时间段里，溶液中铝离子进行测试和实验。实验中使用的铝合金为6061铝合金，相关溶剂为：硫酸、植酸、表面活性剂、硫酸铜、氯化钠、盐酸、氢氧化钠、蒸馏水。实验结果如图1所示。

图1 实验论证结果曲线

图1 所示，在加工过程中，传统方法的铝离子过程中一直处于较高水平，容易在镍盐封闭过程中产生暗纹花斑，而本文改善的方法中，因改善了溶液的比例和工艺要求，铝离子在不同加工时间中均低于传统方法，可有效避免暗纹花斑的生成，保证产品的加工质量，优势明显，尤其在加工过程中出现温度不足时，仍然能够相对传统方法保证镍盐封闭，结合取样分析和实验论证中产品的质量情况，出现暗纹花斑的情况较传统的镍盐封闭处理大大改善。

3 结束语

本文对传统的铝合金镍盐封闭处理进行了改良，对于铝材的前处理的方法和工艺流程，阳极氧化的改进，以及进行封闭处理时的溶剂和具体流程进行改良来使镍盐封闭处理时溶剂中出现的铝离子含量降低，有效的避免了使用传统镍盐封闭处理方法下出现暗纹花斑，影响最后成品质量的问题，本文的方法极具有效性，希望本文的研究能够为铝合金电化学氧化镍盐封闭处理的方法提供理论依据。