铝合金电镀镀层及其制备方法技术领域
本发明涉及电镀产品，具体地涉及一种铝合金电镀镀层及其制备方法。
背景技术
铝合金具有质轻、易成型加工、导电导热性好等多种优良性能，常用作钢
铁等金属的表面复合材料，在汽车消音器、家电制品、耐热材料等领域用于提
高钢板的耐腐蚀性和耐热性等。为了抑制由铝和铁反应产生的Fe-Al合金的生
长以及铝金属向铁中的快速扩散，常采用向铝电镀液中添加10％以下的Si的方
法，通过该方法制造的电镀钢板可具有较为优良的加工性和耐热性，但同时也
伴随钢板外观质量尤其是光泽度损失的问题。为解决外观质量下降的问题，又
有研究者提出了在含有硅的电镀液中添加铬和镁的方法，以抑制损害加工性和
表面外观的合金层的生长。例如
CN 1208493C公开了一种铝合金电镀钢板的电镀方法，是通过用含有5－
15重量份硅、0.1－1.5重量份铬、0.01－3.0重量份镁的电镀液电镀处理铝合金
电镀钢板，减少在成形加工时出现的电镀层的剥离和电镀保护膜的裂缝，从而
得到表面外观改善、耐腐蚀性和加工性提高的铝合金电镀钢板，但是其耐磨性
能及耐冷热冲击性能差，不能满足严酷环境下的使用要求。
CN 101113527B公开了一种电镀产品及其制备方法，该电镀产品包括基体
材料和基体材料表面上的电镀金属层，所述电镀金属层从内层到外层依次包括
铜层、镍层和铬层，其中，所述电镀金属层还包括中间镀层，所述中间镀层位
于镍层和铬层之间，所述中间镀层为钯、铑或钌，或者为钯、铑、钉和镍中任
意2种、3种或4种的合金。该发明提供的电镀产品，镍层和铬层之间具有中
间镀层，中间镀层能够阻止金属镍向电镀产品表面析出，因此可以大大降低镍
析出量，使金属镍的析出量满足每星期每平方厘米不得超过0.5微克的标准，
同时该电镀产品的表面性能如耐磨性、耐腐蚀性和耐冲击性好。该发明主要以
塑料为基材，对于钢板的电镀效果并不理想。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种铝合金电镀镀层，其外观
平整，光泽度高，加工性及耐腐蚀性俱佳，尤其是具有优异耐磨性能和耐冷热
冲击性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铝合金电镀镀层，包括以重量百分比wt％表示的如下组分：Ti 0.2－
10wt％，Cr 0.5－2.5wt％，Zr 0.05－0.2wt％，纳米颗粒0.5－6wt％，余量Al。
所述Ti可抑制镀层中Al的溶出和氧化，并增加镀层的致密性，其在镀层
中的含量过低则难以形成致密耐蚀的镀层，含量过高则外观质量下降。
在本发明所述的铝合金电镀镀层中，所述Ti的重量百分比为0.2－10wt％，
例如可以是0.2－5wt％，2－7wt％，0.5－6wt％，3－10wt％，8－9wt％，0.2wt
％，0.5wt％，1wt％，1.6wt％，2wt％，2.5wt％，3wt％，3.1wt％，3.5wt％，
4wt％，4.4wt％，4.6wt％，5wt％，5.5wt％，5.8wt％，6wt％，6.1wt％，6.5wt
％，7wt％，7.2wt％，8wt％，8.7wt％，9wt％，9.6wt％，10wt％；优选为1－
8wt％；最优选为3－6wt％。
所述Cr能在电镀层的表面形成致密的钝化态氧化保护膜使得镀铝钢板的
耐腐蚀性提高，同时通过在电镀液中形成铬元素均匀分布起到使得合金层的结
晶粒微细化的作用以及在电镀层内形成聚集的稳定形态并使得加工性和加工后
的剖切面的耐腐蚀性提高的作用。Cr在镀层中的含量过低则分布的均匀性差，
含量过高则会损害电镀钢板的表面外观。
在本发明所述的铝合金电镀镀层中，所述Cr的重量百分比为0.5－2.5wt％，
例如可以是0.5－1.5wt％，1－2wt％，1.3－1.9wt％，1.7－2.1wt％，1.4－2.5wt
％，0.5wt％，0.6wt％，0.7wt％，0.8wt％，0.9wt％，1wt％，1.1wt％，1.2wt％，
1.3wt％，1.4wt％，1.5wt％，1.6wt％，1.7wt％，1.8wt％，1.9wt％，2wt％，2.1wt
％，2.2wt％，2.3wt％，2.4wt％，2.5wt％；优选为0.8－2wt％；最优选为1－
1.5wt％。
所述Zr少量添加到合金材料中可以提高耐腐蚀性。
在本发明所述的铝合金电镀镀层中，所述Zr的重量百分比为0.05－0.2wt
％，例如可以是0.05－0.2wt％，0.07－0.15wt％，0.08－0.16wt％，0.1－0.14wt
％，0.11－0.19wt％，0.18－0.2wt％，0.05wt％，0.06wt％，0.07wt％，0.08wt
％，0.09wt％，0.1wt％，0.11wt％，0.12wt％，0.13wt％，0.14wt％，0.15wt％，
0.16wt％，0.17wt％，0.18wt％，0.19wt％，0.2wt％；优选为0.08－0.2wt％；最
优选为0.1－0.15wt％。
所述纳米颗粒可以使电镀产品的表面更致密且使表面具更好的耐磨性和耐
腐蚀性，任意本领域技术人员已知及可以获得的颗粒直径在纳米级的颗粒均可
应用，例如二氧化硅颗粒、金刚石颗粒、三氧化二铝颗粒等中的任意一种或至
少两种的混合物。优选地，所述纳米颗粒的粒子直径为20－160纳米，进一步
优选为40－140纳米，最优选为60-120纳米。
在本发明所述的铝合金电镀镀层中，所述纳米颗粒的重量百分比为0.5－
6wt％，例如可以是0.5－1.5wt％，0.95－3wt％，1－2wt％，2.6－5wt％，3.5
－6wt％，0.5wt％，0.83wt％，1.0wt％，1.56wt％，1.7wt％，2wt％，2.3wt％，
2.4wt％，2.5wt％，2.75wt％，3wt％，3.25wt％，3.5wt％，3.82wt％，4wt％，
4.08wt％，4.5wt％，4.67wt％，4.9wt％，5wt％，5.16wt％，5.45wt％，5.5wt％，
6wt％；优选为1－5wt％；最优选为2－4wt％。
优选地，本发明所述的铝合金电镀镀层在基材（优选为钢板）上的附着量
为0.5－80g/m2，低于此范围则耐蚀性不足，高于此范围则镀层加工性能恶化。
综上所述，本发明优选的技术方案为：
一种铝合金电镀镀层，包括以重量百分比wt％表示的如下组分：Ti 1－8wt
％，Cr 0.8－2wt％，Zr0.08－0.2wt％，纳米颗粒1－5wt％，余量Al。
本发明最优选的技术方案为：
一种铝合金电镀镀层，包括以重量百分比wt％表示的如下组分：Ti 3－6wt
％，Cr1－1.5wt％，Zr 0.1－0.15wt％，纳米颗粒2－4wt％，余量Al。
优选地，本发明所述的铝合金电镀镀层中基本上不含其他的杂质。此处术
语“基本上不含”指的是不具有有意地添加到合金组成中的显著的该组分的量，
例如＜0.005％的水平，更优选没有，可以理解在所期望的最终产品中可具有痕
量附带元素和/或杂质。
本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以含有其他组分，这些
其他组分赋予所述铝合金电镀镀层以不同的特性。除此之外，本发明所述的“包
括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……制成”。不管本发明所述铝合金
电镀镀层包括何种成分，所述铝合金电镀镀层的重量百分比之和为100%。
进一步地，本发明还提供所述铝合金电镀镀层的制备方法，具体的方法如
下：
（1）采用AlCl3－NaCl熔盐体系，其中AlCl3的含量为81mol％-99mol％，
将配制好的熔盐放入电镀槽中，加热至熔化；
（2）加入TiCl3或TiCl4，Ti离子的加入量为Al离子浓度的1/20－1/5；
（3）加入Cr、Zr、纳米颗粒；
（4）浸入基体材料作为阴极，金属Al板或石墨板作为阳极，接通直流电
源；
（5）电镀温度为150－300℃；
（6）电镀槽中阴极电流密度为0.02A／cm2－1A／cm2；
（7）电镀槽中熔盐流动速度为0.1M/sec-4M/sec。
所述基体材料优选为钢板。
所述阳极的形状可以为任意形状，优选为环状、圆柱状或平板状；所述阳
极的数目可以为一个或多个。
优选地，电镀过程中可以通入氮气或惰性气体保护。所述惰性气体为氦气、
氖气、氩气、氪气、氙气等。
优选地，在电镀之前可以先用常规方法对基体进行脱脂、酸洗、水洗并充
分干燥。
优选地，在电镀之后可以用水冲洗镀件再烘干。
优选地，电镀的时间为0.5-10min。
本发明提供的铝合金电镀镀层的制备方法，通过反复试验确定工艺参数，
使得电镀涂层的密合性好，而又不存在由于基体钢板的热扩散过快所导致的合
金层异常生长现象，因此最终获得的电镀镀层外观平整，光泽度高，加工性及
耐腐蚀性俱佳，尤其是具有优异耐磨性能和耐冷热冲击性能。同时，本发明方
法操作时间短，效率高，仅需不超过10min的时间即可在基体材料表面沉积出
平整光滑的铝合金镀层。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但下述的各个实施例仅仅是
本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范
围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限
制性的实施例如下：
实施例1：
一种铝合金电镀镀层，包括以重量百分比wt％表示的如下组分：Ti6wt％，
Cr1wt％，Zr0.15wt％，纳米颗粒2wt％，余量Al。
附着量为40g/m2。
对本实施例获得的铝合金电镀镀层进行性能测试，方法如下：
（1）耐磨性测定：使用美国诺曼仪器设备公司生产的7-IBB型RCA磨耗
仪，在175克力的作用下，磨擦电镀镀层，露出基体材料时记录橡胶轮转动的
圈数；
（2）耐腐蚀性能测定：将电镀镀层置于盐雾箱内，在35℃下用浓度为5wt
％的氯化钠盐水喷涂电镀镀层2小时，取出并置于另外一个温度为40℃、相对
湿度为80％的恒温恒湿箱中，观察电镀镀层并记录镀层表面出现异常所用的时
间。
（3）耐冷热冲击性能测试：将电镀镀层放置在冷热冲击测试箱中，将测试
温度降低到－40℃，放置2小时，然后在3分钟内将测试温度升至85℃，放置
2小时，重复上述操作5次后将电镀产品放置在室温环境中，观察镀层表面是
否出现异常。
测试结果如下：
耐磨性：2400次；
耐腐蚀性：180小时；
耐冷热冲击：通过，无异常。
实施例2：
一种铝合金电镀镀层，包括以重量百分比wt％表示的如下组分：Ti3wt％，
Cr1.5wt％，Zr0.1wt％，纳米颗粒4wt％，余量Al。
附着量为50g/m2。
按照与实施例1相同的方法对本实施例获得的铝合金电镀镀层进行性能测
试，结果如下：
耐磨性：2350次；
耐腐蚀性：178小时；
耐冷热冲击：通过，无异常。
实施例3：
一种铝合金电镀镀层，包括以重量百分比wt％表示的如下组分：Ti8wt％
（3－6wt％），Cr0.8，Zr0.2wt％，纳米颗粒1wt％，余量Al。
附着量为60g/m2。
按照与实施例1相同的方法对本实施例获得的铝合金电镀镀层进行性能测
试，结果如下：
耐磨性：2300次；
耐腐蚀性：175小时；
耐冷热冲击：通过，无异常。
实施例4：
一种铝合金电镀镀层，包括以重量百分比wt％表示的如下组分：Ti1wt％，
Cr2wt％，Zr0.08wt％，纳米颗粒5wt％，余量Al。
附着量为10g/m2。
按照与实施例1相同的方法对本实施例获得的铝合金电镀镀层进行性能测
试，结果如下：
耐磨性：2280次；
耐腐蚀性：173小时；
耐冷热冲击：通过，无异常。
实施例5：
一种铝合金电镀镀层，包括以重量百分比wt％表示的如下组分：Ti 10wt％，
Cr 0.5wt％，Zr 0.2wt％，纳米颗粒0.5wt％，余量Al。
附着量为80g/m2。
按照与实施例1相同的方法对本实施例获得的铝合金电镀镀层进行性能测
试，结果如下：
耐磨性：2200次；
耐腐蚀性：168小时；
耐冷热冲击：通过，无异常。
实施例6：
一种铝合金电镀镀层，包括以重量百分比wt％表示的如下组分：Ti 0.2wt
％，Cr 2.5wt％，Zr 0.05wt％，纳米颗粒6wt％，余量Al。
附着量为0.5g/m2。
按照与实施例1相同的方法对本实施例获得的铝合金电镀镀层进行性能测
试，结果如下：
耐磨性：2250次；
耐腐蚀性：165小时；
耐冷热冲击：通过，无异常。
在说明书和权利要求书中使用的所有表示组分含量在所有情况下都应当被
理解为加上术语“约”的修饰。因此，除非相反指出，在说明书和权利要求书
中所给出的数值都可以根据本发明所希望得到的性质的不同而变化。在最低限
度，并不用于将等价物原则的应用限定为权利要求的范围，每个数值都应当至
少依照所报道的有效数字的值通过使用普通的舍入方法进行解释。而且，所有
在此公布的范围都应当被理解为包含范围的起点和终点值，包含任意和所有包
含在其中的小范围。例如，一定的范围“1-10”应当被认为包含最小值1和最
大值10之间(包括在内)的任何和所有小范围；即所有以大于或等于1的最小值
起始，而且以小于或等于10的最大值结束的所有小范围，例如5-10，3.3-6.7，
或1.5-8.8。在此文件中所提到的所有参考文献都应当被理解为全部包括进来用
于参考。
应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范
围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求
保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
申请人声明，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步
详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技
术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。