影響化學(xué)鍍鎳液活性的研究

陳紅輝, 吳慶鋒, 謝紅雨, 楊如曙, 周小平, 廖麗軍

(1.常德力元新材料有限責(zé)任公司,湖南常德415001;2.長沙力元新材料有限責(zé)任公司,湖南長沙410005;3.湖南文理學(xué)院,湖南常德415007)

影響化學(xué)鍍鎳液活性的研究

陳紅輝1, 吳慶鋒2, 謝紅雨2, 楊如曙3, 周小平2, 廖麗軍1

(1.常德力元新材料有限責(zé)任公司,湖南常德415001;2.長沙力元新材料有限責(zé)任公司,湖南長沙410005;3.湖南文理學(xué)院,湖南常德415007)

0 前言

目前,生產(chǎn)中普遍使用的化學(xué)鍍鎳液的操作溫度為85～95℃,雖然鎳的沉積速率較快,但工藝控制困難,能耗高,設(shè)備損耗較嚴(yán)重,勞動(dòng)條件較惡劣,鍍液使用壽命不長[1-5]。文獻(xiàn)[4]報(bào)道:每完成一次鎳離子更新,即:鍍厚約為100μm/dm2時(shí),鍍液中積累的亞磷酸鈉的質(zhì)量濃度至少為40 g/L,硫酸鈉的質(zhì)量濃度約為24 g/L;p H值調(diào)整劑的反應(yīng)產(chǎn)物(主要是Na+,K+,NH+4等堿金屬離子)的積累;其他還有配位劑、緩沖劑等有機(jī)添加劑的反應(yīng)產(chǎn)物的積累,工件帶入污染物的積累等。這種可觀的積累速率構(gòu)成了化學(xué)鍍鎳液老化的化學(xué)因素。在這些文獻(xiàn)的研究中,均將亞磷酸根的累積作為影響化學(xué)鍍鎳液壽命的主要研究對象,對于其它因素并沒有做系統(tǒng)的研究。本文探討了亞磷酸根與銨鹽對鍍液壽命的影響,提出影響化學(xué)鍍鎳液壽命的最大因素為銨鹽;并提出相應(yīng)的替代工藝,可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍍鎳液長期使用而不用更新,不僅降低了化學(xué)鍍鎳運(yùn)行成本,還有效降低了廢液排放量。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

采用面積為10 cm×10 cm、厚度為2.0 cm的聚胺酯海綿作為基體材料。

1.2 實(shí)驗(yàn)工藝

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

分析可知,化學(xué)鍍鎳的副產(chǎn)物主要有亞磷酸根、硫酸根、銨鹽及鈉離子。根據(jù)各種有關(guān)化學(xué)鍍的資料、論文的闡述,亞磷酸根是影響化學(xué)鍍鎳的關(guān)鍵因素;隨著亞磷酸根的質(zhì)量濃度的增加,化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)速率降低,鍍層質(zhì)量變差[1-6]。

2.1 亞磷酸根的影響

按以上工藝新配制化學(xué)鍍液2 000 m L,編號為A;取生產(chǎn)工作液2 000 m L,編號為B;再另取生產(chǎn)工作液2 000 mL,編號為C。然后在C溶液中按ρCa2+∶ρHPO2-=1.00∶1.25加入分析純的硫酸鈣,并

3攪拌24 h,濾紙過濾,分析硫酸鎳、次磷酸鈉、亞磷酸根和鈣離子的質(zhì)量濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:亞磷酸根的質(zhì)量濃度從48.8 g/L降至4.76 g/L,同時(shí)溶液中鈣離子的質(zhì)量濃度達(dá)到1 078 mg/L。

實(shí)驗(yàn)選用以上三種試液進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)對比,根據(jù)試件起鍍時(shí)間與鍍層電阻情況評判凈化后的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如圖1和圖2所示。

圖1 不同鍍液起鍍時(shí)間的對比

由圖1可知:新配液和凈化液均存在起鍍困難的問題,并且鍍層質(zhì)量有漏鍍現(xiàn)象,至使用到第3塊樣片后反應(yīng)才基本正常;而使用生產(chǎn)工作液時(shí),第一塊樣片就基本上正常。這是因?yàn)樾屡湟汉蛢艋褐谢钚晕镔|(zhì)較少的緣故。由圖2可知:新配液小試的電阻明顯低于生產(chǎn)工作液的和凈化液的電阻;而生產(chǎn)工作液和凈化液啟動(dòng)正常后小試的電阻基本差不多。這說明生產(chǎn)工作液中產(chǎn)生了一種使反應(yīng)變慢、鍍層質(zhì)量變差的物質(zhì);而通過硫酸鈣的凈化并未將其去除。當(dāng)然,還有一種可能就是引入了鈣離子,影響了槽液的活性。

為證明鈣離子對槽液活性的影響,實(shí)驗(yàn)采用質(zhì)量濃度為6 g/L的草酸處理凈化液中的鈣離子。將鍍液中鈣離子的質(zhì)量濃度從 1 078 mg/L降低到338 mg/L;然后用草酸除鈣后的溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果和未除鈣的溶液沒有明顯差異。這證明了亞磷酸根并不是影響化鍍液反應(yīng)的主要因素。

圖2 不同鍍液電阻的對比

2.2 銨鹽的影響

取生產(chǎn)工作液2 000 m L,放置48 h,讓氨自然揮發(fā),溶液顏色由藍(lán)變綠,p H值降低到7.5,將溶液分成兩份,一份再用氨水調(diào)整p H值到8.5,編號為A;另外一份用氫氧化鈉調(diào)整p H值到8.5,編號為B;再新配1 000 m L化學(xué)鍍液,用氨水將p H值調(diào)至8.5,編號為C。用基體材料進(jìn)行小試,起鍍時(shí)間、電阻對比,如圖3和圖4所示。

圖3 不同條件對起鍍時(shí)間的影響

圖4 不同條件對鍍液電阻的影響

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:新配化學(xué)鍍液存在啟動(dòng)困難的問題,用氫氧根調(diào)節(jié)p H值的鍍液啟動(dòng)速率最快;新配化學(xué)鍍液小試的電阻最小,氨水調(diào)節(jié)p H值的鍍液小試的電阻最大。

由此推斷:化學(xué)鍍液中的銨鹽是影響化學(xué)鍍反應(yīng)的最主要因素。新配鍍液中銨鹽最少,反應(yīng)啟動(dòng)后,反應(yīng)速率快,上鎳量高,半成品的電阻小;而生產(chǎn)工作液中銨鹽最多,所以最終的反應(yīng)速率最慢。實(shí)驗(yàn)中可用氫氧化鈉代替部分氨水,以達(dá)到將溶液反應(yīng)速率控制在合理范圍內(nèi)的目的。

3 結(jié)論

(1)采用氫氧化鈉代替部分氨水調(diào)節(jié)溶液的p H值,可以有效控制溶液中銨鹽的累積,將槽液活性控制在一個(gè)合適的水平,達(dá)到生產(chǎn)溶液不更換的要求。

(2)實(shí)驗(yàn)證明:化學(xué)鍍鎳液中,銨鹽才是影響化學(xué)鍍鎳液使用壽命的最主要因素。控制銨鹽的累積,可延長鍍液的使用壽命。

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[2] 高叔軒,劉貴昌,趙瑜.超聲波輔助下中低溫化學(xué)鍍鎳工藝的研究[J].材料保護(hù),2004,37(3):28-30.

[3] 黃鑫,賀子凱,蔡曉蘭.中溫酸性光亮化學(xué)鍍鎳[J].表面技術(shù), 2003,32(5):46-48.

[4] 姜曉霞,沈偉.化學(xué)鍍理論及實(shí)踐[M].北京:國防工業(yè)出版社,2000:181-201.

[5] 鄒建平,賀子凱,黃鑫,等.中溫化學(xué)鍍鎳-磷合金鍍液的周期循環(huán)實(shí)驗(yàn)研究[J].電鍍與精飾,2005,27(4):8-10.

[6] 耿秋菊,周榮明,印仁和,等.延長化學(xué)鍍鎳液壽命的研究[J].電鍍與涂飾,2006,25(1):11-14.

A Study of Im pact on Activity of Electroless Nickel Plating Bath

CHEN Hong-hui1, W U Qing-feng2, XIE Hong-yu2, YANG Ru-shu3,
ZHOU Xiao-ping2, L IAO L i-jun1
(1.Changde Liyuan New Material Co.,L td.,Changde 415001,China; 2.Changsha Liyuan New Material Co.,L td.,Changsha 410005,China; 3.Hunan A rts&Sciences University,Changde 415007,China)

通過實(shí)驗(yàn)研究了在中溫堿性化學(xué)鍍鎳溶液體系中,影響堿性化學(xué)鍍液活性與壽命的最主要因素不是亞磷酸根的累積,而是鍍液中銨鹽的累積。通過采用不含銨鹽的堿替代氨水來調(diào)節(jié)鍍液p H值的方式,能有效地控制鍍液中銨鹽的累積,有效地延長了鍍液的使用壽命。

化學(xué)鍍鎳;亞磷酸根;氫氧根;鍍液壽命

The experimental research show s that in middle-temperature alkaline electroless nickel p lating bath system,the main facto r affecting the electroless p lating bath activity and life is not the accumulation of phosphite ions but the accumulation of ammonium ions.By using alkali w ithout ammonium ions as a substitute for ammonium solution to adjust p H,the accumulation of ammonium ions in p lating bath can be significantly controlled,thus effectively p rolonging the service life of the solution.

electroless nickel;phosphite;hydroxyl;service life of bath

book=11,ebook=18

TQ 153

A

1000-4742(2010)05-0011-03

2010-04-14

湖南省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(GK-3059)