铝质表壳装饰镀层的工艺研究

《钟表（半年刊）》1995年第2期，第 17–18 页。署名单位：北京铁路局北京科学技术研究所。

原刊未印出版日期，这份刊物的出版周期也不确定，所以没有填 date：同年各篇里，它排在已知月份的那几篇之后。查到确切日期就补上。

这一篇的署名单位是「北京铁路局北京科学技术研究所」，不再是手表二厂。 这是他由手表厂转到铁路局的书面凭据，小传里那一段年份可以据此落实。合作者赵振寰，中国科学院自动化研究所。

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正文

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【摘要】 铝质材料上试镀装饰性镀层是目前电镀行业的研究课题及方向。本文介绍了铝材磷酸阳极氧化的工艺配方、条件和几种装饰性镀层的工艺流程。

THE TECHNOLOGICAL RESEARCH OF Al-PLATING CASE DECORATE

Yang Guilin（Beijing Railway Bureau Beijing Scientific Technological Research Institute）
Zhao Zhenhuan（Scientific Institute of China Automatic Research Institute）

Abstract　Al matiaral-plating decorate is the topic and direction of electroplate industry at present. This article introduce the prescription, condition and kind of plating-decorate technological process for the Al matiaral of phosphoric acid anodic oxidation.

铝和铝合金易于加工成型，质轻，强度高，价格相对低，因此用铝材作装饰镀层的基底是当今电镀工作者的热门课题之一。但铝活泼，表面极易生成氧化膜，不能直接电镀；铝的线膨胀系数较大，影响与基体上镀层的结合强度。因此，铝上电镀需克服以上难点。目前，发表的论文以铝上浸锌或镀锌作为基底的较多，二次浸锌或镀锌后需氰化镀铜，再镀其它金属，此工艺较复杂，且氰化物有剧毒。作者通过试验认为，铝材磷酸阳极氧化工艺简单可靠，直接焦磷酸盐镀铜，避免了氰化物的毒性，经镀亮镍后，为离子镀氮化钛或其他装饰镀层打下了良好基础。由于铜镀层线膨胀系数介于铝和镍之间，采用此工艺，镀层与铝之间结合力很好，成品率高，是极有前途的工艺之一。

1　实验设计与结果

1.1　铝材磷酸阳极氧化原理

铝和铝合金磷酸阳极氧化与硫酸阳极氧化原理相同，均为在阳极生成多孔的氧化膜。磷酸阳极氧化时孔径粗糙，具有较高活性，电镀时晶核形成多，沉积层易于履盖表面，使膜层平滑均匀，结晶细小，附着力好。后者的膜层坚固致密，孔径小，活性差，晶粒形成困难。

1.2　实验设计

先用铝合金试片进行实验。铝合金试片厚 0.5 mm，面积 50×100 mm，全浸于磷酸溶液中做阳极，不锈钢片做阴极。实验路线为：磷酸阳极氧化 → 焦磷酸盐镀铜 → 镀亮镍 → 镀层检验。

（1）铝片预处理工艺：用去污粉刷去表面污物后，再进行化学除油。

成分／条件	值
NaOH (g/l)	10
Na₂CO₃ (g/l)	50
Na₃PO₄ (g/l)	50
温度 (℃)	70～80
时间 (min)	1～2

（2）铝片磷酸阳极氧化工艺：化学除油经热水洗、冷水洗后再用磷酸阳极氧化工艺。

条件	1 号配方	2 号配方
磷酸 (g/l)	200	350
温度 (℃)	室温	室温
电压 (V)	12	12
D_K (A/dm²)	0.8	1.0
时间 (min)	15	15

（3）焦磷酸盐镀铜：磷酸阳极氧化后经冷水洗净，用 1% HF 活化，用冷水洗后马上进行焦磷酸盐镀铜。

成分／条件	值
CuSO₄ (g/l)	25～30
K₄P₂O₇ (g/l)	150～180
K₂HPO₄ (g/l)	20～30
NH₄NO₃ (g/l)	7～10
pH	8～9
D_K (A/dm²)	1～1.5
温度 (℃)	室温
时间 (min)	30

（4）镀亮镍：按表厂一般镀亮镍工艺。

（5）镀层检查

镀层厚度测定：用放大 100 倍金相显微镜测定铜层约 8 μm，镍层约 30 μm。

结合力试验：把铝片放入恒温箱中加热至 250℃，保温半小时取出投入自来水中，用放大镜观察无起皮现象。把试片反复弯曲，镀层仍无起皮发生，证明镀层与铝基体结合良好。

人工汗酸腐蚀试验：把人工汗喷涂在试片上，放于有盖的玻璃杯中，在 40±2℃ 停留 24 小时，镀层无变化、起皮和铝基体的腐蚀。

按以上工艺对 LD₂ 锻铝表壳进行施镀。其中磷酸阳极氧化工艺用 2 号配方。

2　铝质表壳的几种典型装饰镀层

2.1　铝质表壳装饰镀层的工艺流程

LD₂ 锻铝表壳 → 6501 超声波清洗去油 → 化学去油 → 磷酸阳极氧化 → 活化 → 焦磷酸盐镀铜 → 镀亮镍 → 检验 → 枪黑色电镀（或离子镀金黄色氮化钛或纯黑色碳化钛）

2.2　枪黑色电镀工艺

成分／条件	值
焦磷酸钾	150～200 g/l
枪黑色电镀 A 盐	20～30 g/l
枪黑色电镀 B 剂	20～40 ml/l
温度	30～40℃
D_K	0.1～2 A/dm²
阳极	不锈钢板
时间	20 min

槽中放置一小块锡。

经清洗后，无水酒精脱水干燥，用眼睛观察枪黑色色彩十分高雅、美丽，此色为国际流行色彩。

2.3　多弧离子镀氮化钛

多弧离子镀是采用阴极电弧蒸发源的一种离子镀技术，其优点是：

（1）一弧三用，钛金属等离子体对工件轰击加热、清洗镀膜，结合力好，膜层质量高；

（2）固体蒸发源任意摆放，可多个组合。工具夹具简单，不另设加热器。真空室也简单，适合大批量零件和大尺寸零件；

（3）工作真空范围宽，大蒸发源，离化率高，低电压、大电流，加工周期短，生产效率高，适合工业化大生产。缺点是工件表面光洁度稍有降低，但完全能满足表壳的装饰要求。

（1）工艺过程：铝质表壳丙酮清洗 → 烘烤（150℃，1 小时）→ 检验 → 装挂具 → 离子镀 → 检验

（2）离子镀氮化钛

条件	值
真空度	5×10⁻³ Pa
离子轰击加热和清洗	6 Pa，轰击电压 300～500 V
通入氮气真空度	4×10⁻¹ Pa，工件负偏压 100 V
镀膜温度	200～300℃
镀膜时间	20～30 min

（3）结果

外观色泽：呈光亮金黄色，但比真金色偏青。

结合强度：参照轻工业 QB215—62 对镀铬表壳的检验方法，用粒度为 100#～120#〔?〕氧化铝砂轮，用 800～1000 m/min 速度切割样品，观察膜层边缘无起皮、剥落现象。

用 50 g 显微硬度计测得 TiN 膜硬度为 HV927～1283 之间。

人工汗腐蚀试验：按前述方法进行，无腐蚀现象。

3　结论

3.1　铝材磷酸阳极氧化后直接镀铜和亮镍，工艺简单可靠，成品率高，成本也低。

3.2　铝材电镀在手表厂除添置磷酸阳极氧化设备外，可利用现有镀铜、镀镍设备和工艺，节省投资。

3.3　铝质表壳电镀上镀亮镍后，为其上镀其他多种装饰镀层，诸如流行枪黑色镀层、黑镀、黑铬镀层以及离子镀氮化钛金色和碳化钛黑色镀层等等。增加了手表外观花色，上了档次，拓宽了销路，从而提高了经济效益。

3.4　本工艺也可用于不同品种的铝装饰镀层。