本发明涉及金属表面处理，特别涉及一种用于高硅压铸铝合金化学镀的组合物及化学镀方法。
背景技术：
1、在铝合金方面，高硅压铸铝合金(adc12)在汽车配件、工业材等方面应用越来越广泛，但adc12由于硅含量很高(硅含量超过10％)，导电性差，用传统的阳极氧化处理工艺处理时，氧化上膜速度很慢，即使是获得的阳极氧化膜也很不均匀，表面发暗发灰，光泽度低，很难达到用户的装饰性以及其它功能性要求；而用三价铬或无铬钝化等化学氧化处理工艺，其表面光泽度低，表面不均匀，处理后的钝化层耐候性差，达不到汽车配件或其它工业材的高耐候性要求。
2、化学镀是近来应用较广泛的表面处理工艺，该工艺是利用溶液中自带的还原剂，通过氧化-还原反应，在基体表面沉积金属或金属合金的过程。化学镀工艺不需外接电源，操作方便，可作用于形状复杂的工件，生产成本低，因而受到广泛青睐。目前对adc12进行化学镀的工艺，通常采用的是氢氟酸+硝酸的酸洗体系，因为存在活泼的硝酸成分，所以使用寿命短，在酸洗的时候会大量放热，形成严重影响环境的黄烟，持续酸洗过程中，工作液升温快，控制不当很容易造成品质不稳定，容易出现发黑现象。
3、因此，进一步提高高硅压铸铝合金镀层的光泽度和耐候性是十分有必要的。
技术实现思路
1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种用于高硅压铸铝合金化学镀的组合物及化学镀方法，采用本发明组合物对高硅压铸铝合金进行化学镀，可在高硅压铸铝合金的表面得到光泽度高，耐候性好的镀层。
2、本发明的第一方面提供一种用于高硅压铸铝合金化学镀的组合物，包括酸性液和化学镀镍液；
3、所述酸洗液包括组分：氧化剂、多元醇、硝酸镧、硝酸铈、氟化物、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸、分散剂；
4、所述化学镀镍液包括组分：有机酸、还原剂、镍盐、缓冲剂、硫脲、1,4-丁炔二醇、糖精钠、2,2'-联吡啶。
5、根据本发明的一些实施方式，所述酸洗液中，所述氧化剂包括过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化氢、氯酸钠、高铁酸钾中的至少一种；所述多元醇包括聚乙二醇、季戊四醇、丙三醇中的至少一种；所述氟化物包括氟化氢铵、氟化铵、氟硅酸钠、氢氟酸中的至少一种；所述分散剂包括聚乙二醇和/丙三醇。
6、化学镀前处理流程中的酸洗除灰主要作用是除去压铸铝碱洗后基体表面的黑灰，使金属基体充分显露，同时对基体表面进行轻微蚀刻，使其具备一定的粗糙度从而增强后序镀层的附着力，因此，在高硅压铸铝合金的前处理中，酸洗除灰工艺尤为重要。酸洗液若要发挥对高硅压铸铝合金的除灰作用，氧化剂、氟化物、酸性环境缺一不可。在酸洗除灰反应中，本发明上述酸洗液通过强氧化剂(如过硫酸铵、氯酸钠、硝酸镧、硝酸铈)与氟化物(如氟化氢铵)的搭配组合，将高硅压铸铝合金碱洗反应产生的表面黑色灰污(硅化物和金属化合物等)反应溶解，并清洗干净；同时，有机酸共聚物(如丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物)以及有机磷(如二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸)金属络合剂的搭配使用，能够增强其反应去除灰污的能力，也就是对强氧化剂和氟化物不能反应去除的特殊金属化合物灰污，进行络合反应后，彻底反应去除；而在酸洗除灰的反应过程中，有一定的蚀刻反应，为了保证基体表面的蚀刻反应均匀一致，引入无泡分散剂是很必要的，分散剂(如聚乙二醇、丙三醇)的使用，使得高硅压铸铝合金经过上述酸洗液酸洗除灰后，表面均匀一致，不会产生花斑等缺陷。
7、根据本发明的一些实施方式，所述酸性液包括组分：过硫酸铵80±20g/l、氯酸钠20±10g/l、硝酸镧2±1g/l、硝酸铈2±1g/l、氟化氢铵200±50g/l、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物20±5g/l、二乙烯三胺五甲叉膦酸10±2g/l、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10±2g/l、聚乙二醇1.5±0.5g/l、丙三醇1.5±0.5g/l。
8、上述酸洗液中各组分的主要作用如下：
9、过硫酸铵作为强氧化剂，在高硅压铸铝合金洗白过程中可以起到除灰增白的效果，能确保高硅压铸铝合金经表面处理后比较白净、不发黑，高硅压铸铝合金用普通的不含强氧化剂的酸洗或碱性工艺，表面容易发黑，完全达不到理想的表面清洗效果；当过硫酸铵的浓度小于60g/l，则高硅压铸铝合金的表面容易发黑，当过硫酸铵的浓度大于100g/l，则高硅压铸铝合金经表面处理后有白色斑纹，表面不均匀。
10、氯酸钠作为辅助强氧化剂，主要对高硅压铸铝合金酸洗过程中产生的黑灰起到抑制和彻底去除作用；当其浓度小于10g/l，则高硅压铸铝合金酸洗后表面还附有黑灰，需要人工擦拭掉，操作比较麻烦，当其浓度大于30g/l，则酸洗后的表面也会产生不均匀的斑点或痕纹，严重影响表面处理质量。
11、硝酸铈和硝酸镧作为光亮剂、氧化剂组分，当硝酸铈或硝酸镧的浓度小于1g/l，则处理后表面虽为白色但比较哑光，没有光亮度；浓度大于3g/l，虽然表面比较白亮，但由于铈和镧元素超标而容易产生分布不均匀的小针点，严重影响后续的化学镀表面质量。
12、氟化氢铵的主要作用是反应整平高硅压铸铝合金的表面，并除去表面粘附的脱模剂等污垢，当氟化氢铵的浓度小于150g/l，高硅压铸铝合金的表面反应较弱，不能彻底清洗去除粘附在高硅压铸铝合金表面的脱模剂等污垢，达不到理想的清洗效果，当浓度大于250g/l，则反应过于激烈而不稳定，反应泡沫多，清洗后表面比较粗糙，也不能达到理想的清洗处理效果。
13、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物可作为络合剂，当酸洗槽液使用时间长而导致其中的金属离子浓度含量较高，对金属离子起到络合作用，不会产生沉渣或结晶现象。当丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的浓度小于15g/l，酸洗槽液使用一段时间后会产生较多沉渣，严重影响后续的清洗效果及槽液稳定性；但浓度大于25g/l，则高硅压铸铝合金酸洗后的表面会出现麻点。
14、二乙烯三胺五甲叉膦酸和2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸作为有机磷螯合剂，对高硅压铸铝合金表面的金属离子有着螯合作用，使得处理后表面的色泽比较均匀。当二乙烯三胺五甲叉膦酸或2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸的浓度小于8g/l，则酸洗处理后就色泽不均匀，表面部分区域发亮，部分区域发暗；当浓度大于12g/l，则酸洗后的表面有亮带现象，也严重影响后续化学镀层的质量。
15、聚乙二醇和丙三醇作为无泡润湿剂组分，能够在清洗时改变高硅压铸铝合金表面的表面张力，不但能够帮助清洗表面油污，也能起到很好的分散作用，让酸洗后的表面更加均匀一致。当聚乙二醇或丙三醇的浓度小于1g/l，则清洗除油污能力不够，而且处理后的表面有可能不够均匀一致，当浓度大于2g/l，则由于浓度过高而致使酸洗后的高硅压铸铝合金的表面产生白色印斑，影响后续化学镀层的质量。
16、根据本发明的一些实施方式，所述化学镀镍液中，所述有机酸包括柠檬酸、氨基乙酸、酒石酸钾钠、酒石酸、磺基水杨酸、dl-苹果酸中的至少一种；所述还原剂包括次亚磷酸钠、硼氢化钠、硫酸肼、烷基胺硼烷中的至少一种；所述镍盐包括硫酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍、醋酸镍中的至少一种；所述缓冲剂包括醋酸钠、硼砂、焦磷酸钠中的至少一种。
17、高硅压铸铝光亮化学镀镍的反应过程是一个自催化的氧化还原过程。本发明上述化学镀镍液通过还原剂(次亚磷酸钠、硼氢化钠、硫酸肼、烷基胺硼烷等)将镍主盐(硫酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍、醋酸镍等)的二价镍离子还原成金属镍单质均匀沉积在铝合金表面形成光亮镍镀层。而在沉积镀镍过程中，选择搭配比较好的络合剂(如酒石酸钠钾、柠檬酸、酒石酸)，可以起到能控制可供反应的游离镍离子的浓度，抑制亚磷酸镍的沉淀，提高镀液的稳定性，延长镀液的使用寿命，同时能够提高渡液的沉积速度，起到促进剂的作用；由于在化学镀镍反应中，副产物氢离子的产生，导致镀液ph值会下降，所以要添加缓冲剂(如醋酸钠、硼砂、焦磷酸钠)稳定镀液的ph值，使镀液ph值维持在正常范围内；同时，化学镀加速催化剂(如硫脲、氨基乙酸)的添加，其能够起到活化次磷酸根离子的作用，从而提高化学镀镍的沉积速率，加快化学镀镍成膜速度；化学镀镍液中光亮剂(如1,4-丁炔二醇、糖精钠、2,2'-联吡啶)的搭配添加，可以获得全光亮、整平性和延展性良好的镀层。
18、根据本发明的一些实施方式，所述化学镀镍液包括组分：次亚磷酸钠35±5g/l、硫酸镍25±5g/l、酒石酸钾钠15±5g/l、柠檬酸15±5g/l、硫脲3±1mg/l、氨基乙酸3±1g/l、dl-苹果酸3±1g/l、醋酸钠2±1g/l、1,4-丁炔二醇1±0.2g/l、糖精钠0.2±0.1mg/l、2,2'-联吡啶0.2±0.1mg/l。
19、上述化学镀镍液中各组分的主要作用如下：
20、次亚磷酸钠作为还原剂，起到化学镀镍槽液中的镍还原到高硅压铸铝合金表面的作用；当浓度小于30g/l，则还原不够彻底，高硅压铸铝合金表面化学镀镍的速度过慢，如果大于40g/l，则还原剂浓度超标，化学镀镍速度过快而导致镀层厚度不均匀、镀层不牢固。
21、硫酸镍是化学镀镍的主盐，当浓度小于20g/l，化学镀层厚度不够，浓度大于30g/l，则镀层厚度不均匀、表面平滑性不好。
22、酒石酸钾钠和柠檬酸作为镍离子络合剂，主要是起到络合镍离子的作用，使得化学镀镍层平整性好、镀层比较致密且均匀一致；当浓度小于10g/l，化学镀镍层比较疏松、不均匀，而且表面平整性也比较差，浓度大于20g/l，络合剂过高产生副作用，化学镀镍层表面产生花斑，严重影响化学镀镍层的视觉效果。
23、硫脲作为催化剂，适当少量可以加快化学镀镍层的成膜速度，当浓度小于2mg/l，起不到催化加快成膜速度的作用，浓度大于4mg/l，催化剂过量，会使化学镀镍层表面产生针眼、麻点等缺陷，严重影响表面效果。
24、氨基乙酸与dl-苹果酸作为金属离子螯合剂，起到在化学镀镍时促进金属镍在高硅压铸铝合金表面均匀析出的效果；当浓度小于2g/l，则起不到促进作用，浓度大于4g/l，则析镍不均匀，使得化学镀镍表面粗糙不平整。
25、1,4-丁炔二醇可以改善镍镀层表面形貌和微观结构，提高镀液电池反应效率和分散能力，降低镀层拉应力，使表面更加平滑；当浓度小于0.8g/l，化学镀镍层表面不细腻、不平滑，浓度大于1.2g/l，化学镀镍层表面容易发灰起皮，影响镀镍层表面效果。
26、糖精钠和2,2'-联吡啶作为化学镀镍层的光亮剂，起到降低金属杂质影响的作用，同时可以协同共同增加光亮的作用，其用量很少；当浓度小于0.1mg/l，化学镀镍层光泽度不够，浓度大于0.3mg/l，则影响化学镀镍层表面流平性，表面平滑性变差。
27、根据本发明的一些实施方式，所述化学镀镍液还包括组分：表面活性剂和稀土化合物。
28、根据本发明的一些实施方式，所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、正辛基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种；所述稀土化合物包括硫酸镧和/或硫酸铈。
29、在化学镀镍过程中，有时镀件表面连续产生的氢气泡可能会使底层产生条纹或麻点，添加表面活性剂(如十二烷基硫酸钠、正辛基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠)有助于工件表面气体的逸出，减低镀层的孔隙率；稀土元素在化学镀中可以改善镀液的深镀能力与分散能力，少量添加稀土化合物(如硫酸镧、硫酸铈)对镀液的镀层有显著改善，提高镀层的耐磨性能和耐腐蚀性能。
30、根据本发明的一些实施方式，所述化学镀镍液还包括组分：十二烷基硫酸钠0.2±0.1g/l、硫酸镧0.1±0.05g/l。
31、本发明的第二方面提供一种高硅压铸铝合金化学镀方法，包括酸洗，以及在所述酸洗后进行化学镀镍的步骤；所述酸洗采用的酸洗液为本发明所述的酸性液；所述化学镀镍采用的镀液为本发明所述的化学镀镍液。
32、根据本发明的一些实施方式，所述酸洗的操作条件包括：酸洗的温度为20-30℃，酸洗的时间为1-5分钟。
33、根据本发明的一些实施方式，所述化学镀镍的操作条件包括：镀液的ph为4.6-5.2，镀液的温度为80-85℃，镀速为13-14μm/h，化学镀镍的时间为40-60分钟。
34、根据本发明的一些实施方式，在所述酸洗前，还包括步骤：将高硅压铸铝合金进行除油、水洗。
35、根据本发明的一些实施方式，所述除油的具体过程为：将高硅压铸铝合金浸入碱液中碱洗，清洗温度为40-50℃，时间为2-5分钟。
36、根据本发明的一些实施方式，在所述化学镀镍前，还包括步骤：将所述酸洗后的高硅压铸铝合金进行水洗、表面活化、再次水洗。
37、根据本发明的一些实施方式，所述表面活化的具体过程为：将高硅压铸铝合金浸入质量浓度为40-45％硝酸溶液中，常温浸泡处理30-60秒。本发明中的常温指20-30℃。
38、根据本发明的一些实施方式，在所述化学镀镍后，还包括步骤：将所述化学镀镍后的高硅压铸铝合金进行水洗、封闭处理、再次水洗、烘干。
39、根据本发明的一些实施方式，所述封闭处理的具体过程为：将高硅压铸铝合金浸入聚丙烯酸类树脂液体中，常温浸泡处理2-5分钟。
40、根据本发明的一些实施方式，所述烘干的操作条件包括：烘干温度为60-70℃，烘干时间为15-30分钟。
41、本发明的第三方面提供一种高硅压铸铝合金复合材料，采用本发明所述的高硅压铸铝合金化学镀方法制备而成，所述高硅压铸铝合金复合材料包括高硅压铸铝合金基体以及附着在所述高硅压铸铝合金基体表面的镀镍层，所述高硅压铸铝合金复合材料的表面光泽度≥600gu。
42、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
43、本发明组合物包括酸性液和化学镀镍液，其中酸性液可完全替代传统的氢氟酸+硝酸的酸洗体系，酸洗过程中无危险性或污染性气体放出，且除灰洗白能力好，经其酸洗后的高硅压铸铝合金表面平整性与色泽都明显好于传统的氢氟酸+硝酸体系处理效果，即使是粘附大量形状不规则的脱模剂等污垢的高硅压铸铝合金，经过本发明酸性液处理后，表面白亮干净，色泽均匀，从而保证后续进行有效的化学镀镍工序处理；同时，经过本发明化学镀镍液处理获得的镀镍层的光泽度高，耐腐蚀性好，耐磨性好，硬度高，表面光滑平整，表面自洁性好，膜层与基体结合牢度好，很适合高功能性及高装饰性膜层的要求，而且该化学镀镍液体系稳定性好、使用寿命长，镀层出光速度快且呈镜面光亮，其综合性能总体优于传统的电镀工艺，操作工艺也更简单，综合处理成本也更低。