一种锌合金的表面处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种锌合金的表面处理方法，先采用等离子体增强化学气相沉积致密防腐层，再以物理气相沉积的方式沉积金属层作为打底层，为后续电镀提供具有良好结合力的预镀层的表面处理方法。本发明通过PECVD及PVD方式沉积锌合金打底层取代高污染、剧毒的氰化物锌合金电镀前处理工艺，减少废水排放及对环境的污染，可应用于卫浴、电子、家电、汽车等行业的电镀配件。
【专利说明】一种锌合金的表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属表面处理领域，具体涉及一种锌合金的表面处理方法。
【背景技术】
[0002]锌合金是以锌为基加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、锡、铅、钛等。锌合金压铸件具有材料价廉、熔点低、耗能少、流动性及成型性好、填充充分，压出来的铸件表面光整等优点，因此，其表面比较适合抛光、电镀和喷涂等处理。目前，锌合金压铸件越来越多地应用于汽车、电子、家电、卫浴等领域。
[0003]由于锌合金成分中含有杂质元素铅、镉、锡等，导致铸件老化而发生变形，长期使用后表现为体积胀大，机械性能特别是塑性显著下降。由于锌合金的化学稳定性差，在空气中容易遭到腐蚀，在强酸、强碱中均会受到强烈的浸蚀，因此目前通过镀覆电镀层来达到防腐蚀或者装饰的目的。
[0004]常规锌合金件电镀工艺为:镀前处理、氰化物预镀铜、焦磷酸镀铜、酸性镀铜、光亮镀镍、镀铬；其它锌合金压铸件预镀工艺还有化学镀铜、羟基乙叉二膦酸(HEDP)镀铜、铜锡合金电镀等，但因结合力、成本、废水处理等不同问题而未能在工业中获得实际应用。
[0005]由于现有的锌合金压铸件电镀工艺几乎均采用氰化镀铜进行打底及采用焦磷酸镀铜加厚镀层，氰化物具有剧毒性及含磷废水排放对水质的污染；淘汰含氰、含磷电镀等落后生产工艺为势之所趋。为落实国家《重金属污染综合防治“十二五”规划》，解决电镀产业旧技术提升和更新难的问题、实现电镀生产工艺环保、节能、减排。锌合金环保型表面处理新工艺技术开发应用势在必行。
[0006]等离子体增强化学气相沉积法(PlasmaEn-hanced Chemical Vapor Deposition)是利用辉光放电，在高频电场下使稀薄气体电离产生等离子体，这些离子在电场中被加速而获得能量，可在较低温度下实现SiO2薄膜的淀积。这种方法的特点是淀积温度大大降低，一般可从LPCVD中的700°C下`降至最低100°C，且淀积速率快，可准确控制淀积速率(约60nm/min),生成的薄膜结构致密。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种锌合金的表面处理方法，本发明通过PECVD及PVD方式沉积锌合金打底层取代高污染、剧毒的氰化物锌合金电镀前处理工艺，减少废水排放及对环境的污染，可应用于卫浴、电子、家电、汽车等行业的电镀配件。
[0008]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种锌合金的表面处理方法，其特征在于:先采用等离子体增强化学气相沉积致密防腐层，再以物理气相沉积的方式沉积金属层作为打底层，为后续电镀提供具有良好结合力的预镀层的表面处理方法。
[0009]具体步骤如下:
O将压铸好的锌合金进行超声除蜡处理；除蜡水10-30mL/L，温度60_70°C，时间IOmin ；
2)超声热除油；除油粉20-40g/L，温度40-60°C，时间4_6min；
3)电解除油:Na2C0310-20g/L，Na2Si0310_20g/L，表面活性剂(烷基醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、直链醇硫酸钠中的一种或多种)5-10mL/L，温度40-60°C，时间3_5min ；
4)酸活化；无机酸盐30-50g/L，有机酸10-30 mL/L，温度30_40°C，时间0.5-lmin ；
5)三价铬钝化；三价铬盐3g/L，硝酸盐5-50g/L，有机酸10-30mL/L，pH值2_3，时间0.5-lmin ；
6)热风烘干；
7)转移至真空镀膜设备中，抽真空至IXlO-2Pa；
8)等离子体辉光活化；离子源功率5-10kW，占空比75%，氩气流速100-300SCCM，炉体内压力 1.0-2.0Pa，温度 80-100°C，辉光时间 5-lOmin ；
9)等离子体增强化学气相沉积(PECVD)SiO2致密防腐层；炉体温度80-150°C，反应物质为四甲基硅烷或四乙基硅烷，O2 50-200SCCM,Ar 50-200SCCM，炉体内真空压力5_20Pa，射频功率为100-300W，时间5-15min ；
10)物理气相沉积(PVD)金属导电层；多弧离子镀法或溅射镀膜法；金属导电层包括金属底层和金属表层:金属底层为钛、锆、银、铬、镍、不锈钢、镍钒合金中的一种或两种；金属表层为镍、铜中的一种；
11)转电镀，有机酸活化；有机酸:20-50mL/L；
12)电镀无氰、无磷碱铜；以电解铜为阳极，在电流密度为0.4-0.8 A/dm2、温度为35-40°C、表面张力小于85 dyne/cm的条件下进行；电解液主要组成为:络合剂40-60 g/L，硫酸铜 12-20 g/L 和润湿剂 0.1-0.5 g/L ；
13)后续电镀铜、镍、铬等。
[0010]步骤(4)所述的无机酸盐为硫酸钠、硫酸氢钠、氯化钠中的一种，有机酸为甲基磺酸、柠檬酸、酒石酸、草酸中的一种。
[0011]步骤(5)所述的三价铬盐为氯化铬、硫酸铬、碱式硫酸铬中的一种；硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠、硝酸铵、硝酸锌中的一种；有机酸为草酸、柠檬酸、酒石酸中的一种。
[0012]步骤(11)所述的有机酸为草酸、柠檬酸、酒石酸中的一种。
[0013]本发明的显著优点在于:
(1)采用无磷除蜡、除油工艺；
(2)三价铬钝化工艺；
(3)用等离子体辉光放电方式进行锌合金基材表面钝化层进行改性；
(4)采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)SiO2致密掩蔽膜；
(5)米用物理气相沉积(PVD)金属导电层。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的膜层结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1锌合金面板一种锌合金的表面处理方法的具体步骤如下:
1)将压铸好的锌合金进行超声除蜡处理；除蜡水10mL/L，温度60°C，时间IOmin；
2)超声热除油；除油粉20g/L，温度40°C，时间4min；
3)电解除油:Na2C0310g/L，Na2Si0310g/L，表面活性剂5mL/L，温度 40°C，时间 3min ；
4)酸活化:无机酸盐30g/L，有机酸10mL/L，温度30°C，时间0.5min ；
5)三价铬钝化；三价铬盐3g/L，硝酸盐5g/L，有机酸10mL/L，pH值2，时间0.5min ；
6)热风烘干；
7)转移至真空镀膜设备中，抽真空至IXlO-2Pa；
8)等离子体辉光活化；离子源功率5kW，占空比75%，氩气流速100SCCM，炉体内压力
1.0Pa，温度80°C，辉光时间5min ；
9)等离子体增强化学气相沉积(PECVD)SiO2致密防腐层；炉体温度120°C，反应物质为四甲基硅烷，O2 50SCCM, Ar 50SCCM，炉体内真空压力5Pa，射频功率为100W，时间5min ；
10)物理气相沉积(PVD)金属导电层；金属导电层包括金属底层和金属表层:金属底层采用溅射镀不锈钢，不锈钢靶功率7kW，氩气流速200SCCm，炉内压力0.4Pa，镀膜时间8min ；金属表层采用多弧离子镀镍，镍靶电流80A，氩气流速80SCCm，炉内压力0.3Pa，镀膜时间IOmin0
[0016]11)转电镀，有机酸活化；有机酸:20mL/L ；
12)电镀无氰、无磷碱铜；以`电解铜为阳极，在电流密度为0.4A/dm2、温度为35°C、表面张力小于85 dyne/cm的条件下进行；电解液主要组成为:络合剂40g/L,硫酸铜12 g/L和润湿剂0.1 g/L ；
13)后续电镀铜、镍、铬等。
[0017]步骤(4)所述的无机酸盐为硫酸钠，有机酸为甲基磺酸。
[0018]步骤(5)所述的三价铬盐为氯化铬；硝酸盐为硝酸钾；有机酸为草酸。
[0019]步骤(11)所述的有机酸为草酸。
[0020]所述的除蜡水采用安美特公司提供UniClean Soak BCR除蜡水。
[0021]所述的除油粉采用安美特公司提供UniClean 151除油粉。
[0022]实施例2锌合金把手
一种锌合金的表面处理方法的具体步骤如下:
1)将压铸好的锌合金进行超声除蜡处理；除蜡水30mL/L，温度70°C，时间IOmin；
2)超声热除油；除油粉40g/L，温度60°C，时间6min；
3)电解除油=Na2CO320g/L,Na2SiO3 20g/L，表面活性剂 10mL/L，温度 60。。，时间 5min ；
4)酸活化:无机酸盐50g/L，有机酸30mL/L，温度40°C，时间Imin；
5)三价铬钝化；三价铬盐3g/L，硝酸盐50g/L，有机酸30mL/L，pH值3，时间Imin；
6)热风烘干；
7)转移至真空镀膜设备中，抽真空至IXlO-2Pa；
8)等离子体辉光活化；离子源功率10kW，占空比75%，氩气流速300SCCM，炉体内压力
2.0Pa，温度100°C，辉光时间IOmin ；
9)等离子体增强化学气相沉积(PECVD)SiO2致密防腐层；炉体温度100°C，反应物质为四乙基硅烷,O2 200SCCM，Ar 200SCCM，炉体内真空压力20Pa，射频功率为300W，时间15min ；10)物理气相沉积(PVD)金属导电层；金属导电层包括金属底层和金属表层:金属底层采用多弧离子镀铬，铬靶电流70A，氩气流速50SCCm，炉内压力0.2Pa，镀膜时间5min ;金属表层采用溅射镀铜，铜靶功率8kW，氩气流速200SCCm，炉内压力0.4Pa，镀膜时间lOmin。
[0023]11)转电镀，有机酸活化；有机酸:50mL/L ；
12)电镀无氰、无磷碱铜；以电解铜为阳极，在电流密度为0.8 A/dm2、温度为40 °C、表面张力小于85 dyne/cm的条件下进行；电解液主要组成为:络合剂60 g/L,硫酸铜20 g/L和润湿剂0.5 g/L ；
13)后续电镀铜、镍、铬等。
[0024]步骤(4)所述的无机酸盐为硫酸氢钠，有机酸为柠檬酸。
[0025]步骤(5)所述的三价铬盐为硫酸铬；硝酸盐为硝酸钠；有机酸为柠檬酸。
[0026]步骤(11)所述的有机酸为柠檬酸。
[0027]所述的除蜡水采用安美特公司提供UniClean Soak BCR除蜡水。
[0028]所述的除油粉采用安美特公司提供UniClean 151除油粉。
[0029]实施例3锌合金龙头座(复杂结构)
一种锌合金的表面处理方法的具体步骤如下:
1)将压铸好的锌合金进行超声除蜡处理；除蜡水20mL/L，温度65°C，时间IOmin；
2)超声热除油；除油粉30g/L，温度50。。，时间5min；
3)电解除油:Na2C0315g/L,Na2Si0315g/L，表面活性剂 7.5mL/L，温度 50。。，时间 4min ；
4)酸活化:无机酸盐40g/L，有机酸20mL/L，温度35°C，时间Imin；
5)三价铬钝化；三价铬盐3g/L，硝酸盐25g/L，有机酸20mL/L，pH值2，时间0.7min ；
6)热风烘干；
7)转移至真空镀膜设备中，抽真空至IXlO-2Pa；
8)等离子体辉光活化；离子源功率7kW，占空比75%，氩气流速200SCCM，炉体内压力1.5Pa，温度90°C，辉光时间7min ；
9)等离子体增强化学气相沉积(PECVD)SiO2致密防腐层；炉体温度90°C，反应物质为四甲基硅烷或四乙基硅烷，O2 120SCCM, Ar 120SCCM，炉体内真空压力12Pa，射频功率为200W，时间 15min ；
10)物理气相沉积(PVD)金属导电层；金属导电层包括金属底层和金属表层:金属底层采用溅射镀铬，铬靶功率8kW，氩气流速200SCCm，炉内压力0.4Pa，镀膜时间IOmin ;金属表层采用溅射镀铜，铜靶功率IOkW,氩气流速200SCCm，炉内压力0.4Pa，镀膜时间20min ；
11)转电镀，有机酸活化；有机酸:35mL/L；
12)电镀无氰、无磷碱铜；以电解铜为阳极，在电流密度为0.6 A/dm2、温度为37°C、表面张力小于85 dyne/cm的条件下进行；电解液主要组成为:络合剂50 g/L,硫酸铜16g/L和润湿剂0.3g/L ；
13)后续电镀铜、镍、铬等。
[0030]步骤(4)所述的无机酸盐为氯化钠，有机酸为酒石酸。
[0031]步骤(5)所述的三价铬盐为碱式硫酸铬；硝酸盐为硝酸铵；有机酸为酒石酸。
[0032]步骤(11)所述的有机酸为酒石酸。
[0033]所述的除蜡水采用安 美特公司提供UniClean Soak BCR除蜡水。[0034]所述的除油粉采用安美特公司提供UniClean 151除油粉。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围 。
【权利要求】
1.一种锌合金的表面处理方法，其特征在于:先采用等离子体增强化学气相沉积致密防腐层，再以物理气相沉积的方式沉积金属层作为打底层，为后续电镀提供具有良好结合力的预镀层的表面处理方法。
2.根据权利要求1所述的锌合金的表面处理方法，其特征在于:具体步骤如下: 1)将压铸好的锌合金进行超声除蜡处理； 2)超声热除油； 3)电解除油； 4)酸活化； 5)三价铬钝化； 6)热风烘干； 7)转移至真空镀膜设备中，抽真空至IXlO-2Pa; 8)等离子体辉光活化； 9)等离子体增强化学气相沉积SiO2致密防腐层； 10)物理气相沉积金属导电层； 11)转电镀，有机酸活化； 12)电镀无氰、无磷碱铜； 13)后续电镀铜、镍、铬等。
3.根据权利要求2所述的锌合金的表面处理方法，其特征在于:步骤(4)所述的酸活化，主要采用无机酸盐和有机酸混合；其中无机酸盐为硫酸钠、硫酸氢钠、氯化钠中的一种；有机酸为甲基磺酸、柠檬酸、酒石酸、草酸中的一种。
4.根据权利要求2所述的锌合金的表面处理方法，其特征在于:步骤(5)所述的三价铬钝化，主要采用三价铬盐、硝酸盐和有机酸混合；其中三价铬盐为氯化铬、硫酸铬、碱式硫酸铬中的一种；硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠、硝酸铵、硝酸锌中的一种；有机酸为草酸、柠檬酸、酒石酸中的一种。
5.根据权利要求2所述的锌合金的表面处理方法，其特征在于:步骤(8)的离子源为霍尔离子源或考夫曼离子源；离子源功率2-5kW，占空比75%，氩气流速100-300SCCM，炉体内压力 1.0-2.0Pa，温度 80-100°C，辉光时间 5-lOmin。
6.根据权利要求2所述的锌合金的表面处理方法，其特征在于:步骤(9)中真空炉体温度为 80-150°C。
7.根据权利要求2所述的锌合金的表面处理方法，其特征在于:步骤(9)中主要反应物质为四甲基硅烷或四乙基硅烷；其它气体:02和Ar ;炉体内真空压力为5-20Pa，射频功率为 100-300W，时间为 5-15min。
8.根据权利要求2所述的锌合金的表面处理方法，其特征在于:步骤(10)主要采用多弧离子镀膜法或溅射镀膜法；其中金属导电层包括金属底层和金属表层:金属底层为钛、锆、银、铬、镍、不锈钢、镍钒合金中的一种或两种；金属表层为镍、铜中的一种。
9.根据权利要求2所述的锌合金的表面处理方法，其特征在于:步骤(11)所述的有机酸为草酸、柠檬酸、酒石酸中 的一种。
【文档编号】C23C14/18GK103820792SQ201410107140
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】李震林, 林志敏, 余泽峰 申请人:厦门建霖工业有限公司