一种适用于铝合金化学镀铜的前处理工艺方法与流程

本发明属于轻合金表面功能涂层技术领域，具体涉及一种适用于铝合金化学镀铜的前处理工艺方法。

背景技术：

铝及铝合金属于化学镀难镀基材，原因在于铝属于比较活泼金属，易在大气环境中形成薄而致密的氧化膜，严重影响镀层与基体的结合力，另外，铝的电极电位低，当浸入镀液时，析出金属(铝与镀液反应生成的偏铝酸钠等)与铝表面形成接触镀层，也导致镀层与基体结合力差，同时铝属于两性金属，在酸、碱溶液中都不稳定，使得化学镀过程复杂化。

因此，要在铝及其合金制品上得到良好的化学镀层，最关键的是结合力问题，而结合力取决于化学镀的前处理。传统的前处理工艺为二次浸锌法，其流程为：除油、浸蚀、一次浸锌、硝酸退除、二次浸锌，但是，该前处理工序复杂、且采用的化学材料及辅料均具有很强的污染性，不利于环保，且结合力低，不适合大规模推广使用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于铝合金化学镀铜的前处理工艺方法，以提高铝合金表面铜镀层的结合力。

本发明采用以下技术方案：一种适用于铝合金化学镀铜的前处理工艺方法，包括以下步骤：

依次对待处理铝合金试样进行除油脱脂、磨制、抛光和水洗；

对水洗后的待处理铝合金试样进行微弧氧化处理，直至待处理铝合金试样表面生成氧化铝层；

采用去离子水对生成氧化铝层的铝合金试样进行超声清洗；

采用5～10g/l硝酸银溶液在室温下对超声清洗后的铝合金试样进行活化处理，并对活化处理后的铝合金试样进行清洗，得到化学镀铜前的氧化铝试样。

优选的，微弧氧化处理中的电解液中锡酸钠浓度为10～50g/l；

微弧氧化处理中采用直流脉冲微弧氧化电源，氧化铝层的厚度为15～80μm，氧化铝层中sn含量≥5at.％，且sn以+2价或+4价存在。

优选的，采用去离子水对生成氧化铝层的铝合金试样进行超声清洗的时间2～5min。

优选的，活化处理时间为1～5min。

本发明的另一种技术方案：一种适用于铝合金的化学镀铜处理工艺方法，采用上述的一种适用于铝合金化学镀铜的前处理工艺方法得出清洗后的化学镀铜前的氧化铝试样，对清洗后的氧化铝试样进性化学镀铜处理，得出铝合金镀铜成品。

优选的，所述化学镀铜处理中的溶液中组分和浓度为：硫酸铜15g/l、酒石酸钾钠50g/l、甲醛15ml/l、氢氧化钠12g/l、甲醇40ml/l、亚铁氰化钾0.1g/l、镍盐1-3g/l和去离子水；

用naoh溶液调节溶液ph值至12～13，化学镀时间为1～5h，化学镀生成的镀层厚度为5～30μm。

本发明的有益效果是：通过本发明方法可制备出陶瓷质属性的氧化铝，其表面多孔结构有利于增加与后续化学镀铜层的结合，同时其陶瓷质属性可起到有效的隔离镀液与铝基体的接触，从而大幅度增加膜基结合力，且该方法减少了化学试剂的实用，减少了环境污染，由于氧化铝陶瓷层具有绝缘性，所开发的铝基表面微弧氧化陶瓷层+化学镀铜层具有作为led、电路板等应用的潜力。

【附图说明】

图1为采用本发明方法制得的铝合金表面掺杂锡的微弧氧化陶瓷层微观形貌图；

图2为采用本发明方法制得含有表面微弧氧化+化学镀铜层的铝合金试样图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种适用于铝合金化学镀铜的前处理工艺方法，由以下步骤组成：

a、依次对待处理铝合金试样进行除油脱脂、磨制、抛光和水洗。

b、对水洗后的待处理铝合金试样进行微弧氧化处理，直至待处理铝合金试样表面生成氧化铝层。微弧氧化处理中的电解液中锡酸钠浓度为10～50g/l，以保证sno2在基体表面的成分含量；微弧氧化处理中采用直流脉冲微弧氧化电源，微弧氧化处理中生成的氧化铝层的厚度为15～80μm，氧化铝层中sn含量≥5at.％，且sn以+2价或+4价存在。

c、采用去离子水对生成氧化铝层的铝合金试样进行超声清洗，清洗的时间2～5min，得到化学镀铜前的氧化铝试样。清洗时间过短洗不干净，过长浪费资源。

采用5～10g/l硝酸银溶液在室温下对超声清洗后的铝合金试样进行活化处理，活化处理时间为2～5min，时间过短活化不到位，结合弱，对活化处理后的铝合金试样进行清洗，得到化学镀铜前的氧化铝试样。

本发明还公开了一种适用于铝合金的化学镀铜处理工艺方法，采用上述的一种适用于铝合金化学镀铜的前处理工艺方法得出清洗后的化学镀铜前的氧化铝试样，对清洗后的氧化铝试样进性化学镀铜处理，得出铝合金镀铜成品。

化学镀铜处理中的溶液中组分和浓度为：硫酸铜15g/l、酒石酸钾钠50g/l、甲醛15ml/l、氢氧化钠12g/l、甲醇40ml/l、亚铁氰化钾0.1g/l、镍盐1-3g/l和去离子水；

用naoh溶液调节溶液ph值至12～13，化学镀时间为1～5h，化学镀生成的镀层厚度为5～30μm。

本发明先在铝合金表面制备特定微弧氧化陶瓷层，该陶瓷层中掺杂有适量的锡元素(+2价或+4价)，且陶瓷层表面微孔孔径在纳米级；然后经去离子水超声清洗后，采用活化处理工艺在陶瓷层表面形成具有催化活性的金属颗粒；最后，以甲醛为还原剂在陶瓷层表面沉积化学镀铜层。

采用本发明方法得到的结构如图1、图2所示，该氧化陶瓷层表面有“火山行”孔洞，通过该孔洞可以有效提高该陶瓷层和铜镀层的结合力，且经测量得出上述铝基体+微弧氧化+化学镀铜层的复合结构具有优异的结合性能，通过拉力计测得其拨离强度大于1.2n/mm²，且导热绝缘性能优良，其导热系数大于80w/mk，击穿电压高于1200v。

实施例1：

本实施例中，铝合金表面制备微弧氧化:层，掺杂锡微弧氧化层厚度为30μm，测得复合镀层的结合力为1.5n/mm²(拨离强度)。制备方法包括如下步骤：

步骤1：对线切割的铝合金试样先经过除油除脂工艺后，先经过不同水砂纸磨制，再经抛光后水洗以备微弧氧化处理。

步骤2：依据铝合金微弧氧化电解液的选配原则选用化学试剂，配制含锡的硅酸钠微弧氧化电解液，其中，锡酸钠的浓度为10g/l。

步骤3：采用直流脉冲微弧氧化电源，通过调整单脉冲输出能量及氧化时间，使铝合金表面形成厚度为30μm，sn含量为5at.％，且sn以+2价存在的氧化铝层。

步骤4：去离子水超声清洗微弧氧化处理铝合金试样2min，以清除微孔中存在的电解液。

步骤5：对铝合金微弧氧化层在5g/l硝酸银溶液中室温下进行活化处理，时间为2min。

步骤6：去离子水清洗活化处理的微弧氧化陶瓷层，以免将活化溶液带入化学镀铜溶液。

实施例2：

本实施例中，铝合金表面制备微弧氧化+化学镀铜复合镀层，掺杂锡微弧氧化层厚度为30μm，化学镀铜层厚度为5μm，测得复合镀层的结合力为1.5n/mm²(拨离强度)。制备方法包括如下步骤：

步骤1：对线切割的铝合金试样先经过除油除脂工艺后，先经过不同水砂纸磨制，再经抛光后水洗以备微弧氧化处理。

步骤2：依据铝合金微弧氧化电解液的选配原则选用化学试剂，配制含锡的硅酸钠微弧氧化电解液，其中，锡酸钠的浓度为10g/l。

步骤3：采用直流脉冲微弧氧化电源，通过调整单脉冲输出能量及氧化时间，使铝合金表面形成厚度为30μm，sn含量为5at.％，且sn以+2价存在的氧化铝层。

步骤4：去离子水超声清洗微弧氧化处理铝合金试样2min，以清除微孔中存在的电解液。

步骤5：对铝合金微弧氧化层在5g/l硝酸银溶液中室温下进行活化处理，时间为2min。

步骤6：去离子水清洗活化处理的微弧氧化陶瓷层，以免将活化溶液带入化学镀铜溶液。

步骤7：化学镀铜处理：溶液配方，硫酸铜15g/l、酒石酸钾钠50g/l、甲醛15ml/l、氢氧化钠12g/l、甲醇40ml/l、亚铁氰化钾0.1g/l；反应温度为27℃，溶液调节后ph值为12，化学镀时间为1h，镀层厚度为5μm。

实施例3：

本实施例中，铝合金表面制备微弧氧化+化学镀铜复合镀层，掺杂锡微弧氧化层厚度为80μm，化学镀铜层厚度为15μm，复合镀层的结合力为1.8n/mm²(拨离强度)，上述复合镀层的制备方法包括如下步骤：

步骤1：对线切割的铝合金试样先经过除油除脂工艺后，先经过不同水砂纸磨制，再经抛光后水洗以备微弧氧化处理。

步骤2：依据铝合金微弧氧化电解液的选配原则选用化学试剂，配制含锡的硅酸钠微弧氧化电解液，其中锡酸钠的浓度为50g/l。

步骤3：采用直流脉冲微弧氧化电源，通过调整单脉冲输出能量及氧化时间，使铝合金表面形成厚度为80μm，sn含量为8at.％，且sn以+2价和+4价存在的氧化铝层。

步骤4：去离子水超声清洗微弧氧化处理铝合金试样2min，以清除微孔中存在的电解液。

步骤5：对铝合金微弧氧化层在10g/l硝酸银溶液中室温下进行活化处理，时间为3min。

步骤6：去离子水清洗活化处理的微弧氧化陶瓷层，以免将活化溶液带入化学镀铜溶液。

步骤7：化学镀铜处理：溶液配方，硫酸铜15g/l、酒石酸钾钠50g/l、甲醛15ml/l、氢氧化钠12g/l、甲醇40ml/l、亚铁氰化钾0.1g/l，反应温度27℃，溶液ph为12.5，化学镀时间为2h，镀层厚度为15μm。

实施例4：

本实施例中，铝合金表面制备微弧氧化+化学镀铜复合镀层，掺杂锡微弧氧化层厚度为60μm，化学镀铜层厚度为30μm，复合镀层的结合力为1.3n/mm²(拨离强度)，上述复合镀层的制备方法包括如下步骤：

步骤1：对线切割的铝合金试样先经过除油除脂工艺后，先经过不同水砂纸磨制，再经抛光后水洗以备微弧氧化处理。

步骤2：依据铝合金微弧氧化电解液的选配原则选用化学试剂，配制含锡的硅酸钠微弧氧化电解液，其中锡酸钠的浓度为30g/l。

步骤3：采用直流脉冲微弧氧化电源，通过调整单脉冲输出能量及氧化时间，使铝合金表面形成厚度为60μm，sn含量为15at.％，且sn以+2价和+4价存在的氧化铝层。

步骤4：去离子水超声清洗微弧氧化处理铝合金试样2min，以清除微孔中存在的电解液。

步骤5：对铝合金微弧氧化层在6g/l硝酸银溶液中室温下进行活化处理，时间为3min。

步骤6：去离子水清洗活化处理的微弧氧化陶瓷层，以免将活化溶液带入化学镀铜溶液。

步骤7：化学镀铜处理：溶液配方，硫酸铜15g/l、酒石酸钾钠50g/l、甲醛15ml/l、氢氧化钠12g/l、甲醇40ml/l、亚铁氰化钾0.1g/l、27℃、ph在13。化学镀时间为4h，镀层厚度为30μm。

微弧氧化技术是一种直接在轻金属表面原位生长陶瓷膜的新技术，其原理是将al、mg、ti等轻金属或其合金置于电解质水溶液中作为阳极，利用电化学方法在该材料的表面产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，获得金属氧化物陶瓷层的一种表面改性技术，是一种简单、环保的表面处理工艺。

本发明的技术目的是针对现有铝合金表面化学镀铜前处理工艺复杂，效果较差、存在环保问题等行业难题，提供一种铝合金表面化学镀铜的简单、高效前处理工艺，获得微弧氧化+化学镀铜复合镀层，该镀层具有特定的功能特性，在led、电路板等电子领域具有较大应用潜力。