滾鍍光亮鎳鍍液的維護(hù)

郭崇武

(廣州超邦化工有限公司，廣東廣州 510460)

滾鍍光亮鎳鍍液的維護(hù)

郭崇武

(廣州超邦化工有限公司，廣東廣州 510460)

滾鍍光亮鎳存在的一些問(wèn)題，需要在生產(chǎn)過(guò)程中才能發(fā)現(xiàn)并得以解決?？偨Y(jié)了維護(hù)滾鍍光亮鎳鍍液的經(jīng)驗(yàn)，分析了鍍液性能以及工藝參數(shù)對(duì)生產(chǎn)成本的影響。選用分散能力高的鍍液是降低鍍鎳成本的有效措施。提高鍍液的導(dǎo)電性，采用較低的電壓并增加陽(yáng)極面積，在較低溫度和較高pH條件下施鍍，可以降低光亮劑的消耗，提高鍍液的穩(wěn)定性。

滾鍍光亮鎳;光亮劑;導(dǎo)電性;溫度;pH;雜質(zhì)

引 言

鍍鎳已經(jīng)有100多年的歷史，在電鍍工業(yè)中具有重要的地位，廣泛地應(yīng)用于裝飾性和功能性電鍍。目前掛鍍光亮鎳工藝已比較完善，原料供應(yīng)商在實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果與大生產(chǎn)的情況基本吻合。但是，對(duì)于滾鍍光亮鎳，其工藝中存在的問(wèn)題往往在生產(chǎn)線上才能體現(xiàn)出來(lái)，對(duì)于工藝參數(shù)的優(yōu)化，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和研究才能夠完成，供應(yīng)商在實(shí)驗(yàn)室中的研究，還不足以解決大生產(chǎn)中存在的全部問(wèn)題。本文總結(jié)了維護(hù)滾鍍光亮鎳鍍液的經(jīng)驗(yàn)，分析并研究了鍍液性能以及工藝參數(shù)對(duì)生產(chǎn)成本的影響。

1 光亮劑的選擇

一般來(lái)講，滾鍍工件高低電流密度區(qū)的差別比較明顯，如五金制品中的鈕扣類產(chǎn)品，這些產(chǎn)品滾鍍光亮鎳時(shí)一般只要求裝飾性，檢驗(yàn)鍍層外觀時(shí)要看鍍件的低電流密度區(qū)是否光亮。因此，滾鍍光亮鎳選擇光亮劑比較嚴(yán)格，光亮劑對(duì)鍍液均鍍能力和出光速度的影響特別重要。某公司鍍鎳車間滾鍍鎳做過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，3#鍍槽和4#鍍槽鍍液主要成分完全相同，分別使用兩家供應(yīng)商的光亮劑，4#鍍槽的霍爾槽試片看上去比3#鍍槽光亮得多，只是低電流密度區(qū)光亮度略差，兩個(gè)鍍槽鍍同樣的產(chǎn)品，4#鍍槽鍍件的出光速度卻比不上3#鍍槽，需要電鍍較長(zhǎng)的時(shí)間。由此可見(jiàn)，選擇低電流密度區(qū)出光速度快的光亮劑能夠明顯降低鍍鎳成本。

滾鍍光亮鍍鎳溶液要求均鍍能力好，低電流密度區(qū)鍍層出光速度快。配制滾鍍鎳主光亮劑時(shí)要多用低電位增光劑，例如丙炔磺酸鈉，而使用高電位增光劑的作用則不大。配制輔助光亮劑時(shí)應(yīng)多使用低電位走位劑，例如烯丙基磺酸鈉，以便提高鍍液的均鍍能力。

2 鍍液的導(dǎo)電性

2.1 鍍液導(dǎo)電性對(duì)均鍍能力的影響

鍍液的均鍍能力是衡量鍍液性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，均鍍能力好的鍍液，其鍍層厚度均勻，在施鍍過(guò)程中可以在較短的時(shí)間內(nèi)使低電流密度區(qū)的鍍層達(dá)到厚度要求，從而降低電鍍成本。按產(chǎn)品檢驗(yàn)要求，檢驗(yàn)鍍層厚度時(shí)要測(cè)定鍍層的最小厚度［1］，也就是測(cè)定低電流密度區(qū)鍍層的厚度，如果鍍液的均鍍能力差，將導(dǎo)致高電流密度區(qū)鍍層過(guò)厚，造成金屬材料的浪費(fèi)。在有色金屬價(jià)格上漲的沖擊下，近幾年電鍍行業(yè)開(kāi)發(fā)一些低濃度鍍鎳溶液，以便減少鍍液帶出造成的損失。隨著鍍鎳溶液濃度的降低，鍍液的導(dǎo)電性下降，給均鍍能力帶來(lái)了不利的影響，但是，在低濃度滾鍍光亮鎳鍍液中添加導(dǎo)電鹽硫酸鉀，可以彌補(bǔ)其均鍍能力不足的缺陷［2］。采用某公司B2000號(hào)滾鍍光亮鍍鎳鍍液，測(cè)定降低鎳鹽質(zhì)量濃度和添加導(dǎo)電鹽對(duì)鍍液均鍍能力的影響，在實(shí)驗(yàn)室配制鍍鎳溶液3份，1#鍍液為B2000號(hào)溶液配方為:

2#鍍液降低了硫酸鎳和氯化鎳的質(zhì)量濃度，溶液配方為:

3#鍍液在2#鍍液基礎(chǔ)上添加了硫酸鉀溶液配方為:

對(duì)上述三種溶液做霍爾槽試驗(yàn)，嚴(yán)格控制鍍液的溫度，θ在 52～53℃，pH 約 4.3，電流 2A，施鍍5min，為了使鍍層均勻，不攪拌鍍液。試驗(yàn)結(jié)果列于表1。2#鍍液降低了硫酸鎳和氯化鎳的質(zhì)量濃度，鍍液的導(dǎo)電性下降，與1#鍍液相比，試片低電流密度區(qū)鍍層厚度減小，3#鍍液在降低鎳鹽質(zhì)量濃度的同時(shí)，向鍍液中添加硫酸鉀，提高了鍍液的導(dǎo)電性，與2#鍍液相比，在低電流密度區(qū)鍍層的厚度值得到了明顯的提高。

表1 試片不同點(diǎn)處鍍層的厚度值

在日常對(duì)滾鍍光亮鎳鍍液的維護(hù)中，一般要求ρ(硫酸鎳)≥200g/L，如果采用低質(zhì)量濃度鍍液，建議添加導(dǎo)電鹽硫酸鉀。

2.2 鍍液導(dǎo)電性對(duì)光亮劑消耗的影響

按工藝要求，滾鍍光亮鎳每槽的電流一般是固定的，鍍液的導(dǎo)電性直接影響槽電壓，導(dǎo)電性好，槽電壓就低。槽電壓影響光亮劑的消耗，也就是說(shuō)鍍液的導(dǎo)電性影響滾鍍光亮鎳光亮劑的消耗，目前業(yè)內(nèi)人士對(duì)此還知之不多。按某公司產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，在B2000號(hào)滾鍍光亮鎳工藝中，主光亮劑的消耗量為250～350mL/kAh，但用霍爾槽試驗(yàn)，主光亮劑的消耗量卻遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)值，而在實(shí)際生產(chǎn)中主光亮劑的補(bǔ)加量又遠(yuǎn)高于該數(shù)值。實(shí)驗(yàn)表明，施鍍電壓直接影響添加劑的消耗量，表2給出了光亮劑消耗量與槽電壓的關(guān)系。

表2 不同電壓條件下主光亮劑的消耗量

實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明，隨著施鍍電壓的增高，光亮劑的消耗量加大。滾鍍槽中電阻較大，電鍍時(shí)槽電壓較高，因此，滾鍍時(shí)光亮劑的消耗量要比掛鍍大得多。有些電鍍廠為了追求產(chǎn)量，加大槽電壓和電流，于是，光亮劑的消耗量超出了工藝范圍。當(dāng)電壓升高時(shí)，電極的電荷密度增大，陽(yáng)極氧化能力和陰極還原能力增強(qiáng)，光亮劑在電極上反應(yīng)速度加快，另一方面，陰陽(yáng)兩極電荷密度增大時(shí)，對(duì)光亮劑的吸附能力增強(qiáng)，吸附量隨之增大，光亮劑被氧化和被還原的速度加快。

加大光亮劑補(bǔ)加量來(lái)保持鍍液的出光速度，會(huì)造成分解產(chǎn)物在鍍液中的積累，導(dǎo)致鍍液性能變差，出光速度變慢，鍍層容易發(fā)黃甚至發(fā)黑。

2.3 提高鍍液導(dǎo)電性的方法

對(duì)滾鍍光亮鎳，應(yīng)盡可能提高鍍液的導(dǎo)電性，降低槽電壓，保證鍍液的穩(wěn)定性。提高鍍液的質(zhì)量濃度，尤其是提高氯化鎳的質(zhì)量濃度，是提高鍍液導(dǎo)電性的方法之一，但提高鍍液質(zhì)量濃度會(huì)在鍍件出槽時(shí)加大鎳鹽的帶出量。提高溫度可以增大鍍液的導(dǎo)電性，但溫度高于工藝上限時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鍍液的穩(wěn)定性變差。

在鍍液中添加導(dǎo)電鹽，是提高鍍液導(dǎo)電性的有效方法，導(dǎo)電鹽價(jià)格較低，一般不會(huì)增大鍍鎳成本。如某公司鍍鎳車間向滾鍍光亮鎳鍍槽中加入30～40g/L硫酸鉀，在電流相同的情況下，槽電壓從14～15V下降至10～13V，鍍液的性能開(kāi)始好轉(zhuǎn)，出光速度明顯加快。鍍液出光速度加快后，縮短了鍍鎳時(shí)間，降低了電鍍成本。

增加鍍液體積也是提高鍍液導(dǎo)電性的有效方法，采用這種方法雖然會(huì)增加一次性的開(kāi)缸成本，但在長(zhǎng)期生產(chǎn)中原材料消耗會(huì)有所下降，而且鍍液相對(duì)穩(wěn)定，便于維護(hù)。某公司滾鍍光亮鎳鍍槽較淺，鍍液體積小，槽電壓14～15V，而另一公司鍍槽較深，鍍液體積大約多50%，槽電壓11～13V。相比之下，滾鍍光亮鎳采用較深的鍍槽既可以省電，又可以減少光亮劑的消耗量，在降低鍍鎳成本的同時(shí)，又有利于提高鍍液性能。

3 工藝條件的控制

3.1 施鍍電流和電壓

采用大電流施鍍，生產(chǎn)效率高，但需要提高槽電壓，又會(huì)導(dǎo)致光亮劑消耗過(guò)快。采用較低電流施鍍，產(chǎn)量低，對(duì)比較復(fù)雜的鍍件，低電流密度區(qū)不易上鍍，對(duì)滾鍍光亮鎳一般采用12V電壓比較合適，增加陽(yáng)極面積，可以降低滾鍍光亮鎳槽電壓，減少陽(yáng)極面積，則需提高鍍槽電壓。必須注意，在降低施鍍電壓和電流的同時(shí)，一定要選擇均鍍能力較好的鍍液，同時(shí)要保證鍍液有較高的導(dǎo)電性。

3.2 鍍液的溫度

滾鍍光亮鎳鍍液θ低于50℃時(shí)出光速度變慢，長(zhǎng)期在60℃以上工作時(shí)，鍍液的出光速度將變慢。光亮劑在陽(yáng)極和陰極上分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子的擴(kuò)散速度加快，導(dǎo)致光亮劑的消耗隨之增加。當(dāng)鍍液的θ高于60℃時(shí)，如果按照正常消耗量補(bǔ)加光亮劑，不能保證鍍液的出光速度，要使鍍件正常出光，就要加大光亮劑的補(bǔ)加量，但其分解產(chǎn)物在鍍液中的積累隨之增多，最終導(dǎo)致鍍液性能變差。

采用B2000號(hào)滾鍍光亮鎳工藝，供應(yīng)商要求θ控制在55～60℃，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，θ在55℃左右效果較好。

3.3 鍍液的pH

鍍鎳溶液的pH對(duì)鍍液及鍍層性能影響較大，在較高pH條件下，鍍液有較好的均鍍能力和較高的電流效率［3］，但pH過(guò)高，鍍層容易夾雜金屬氫氧化物。在B2000號(hào)滾鍍光亮鎳工藝中的pH為4.2～4.5，pH 較高時(shí)，出光速度快，但鍍層色澤偏黃，降低pH，出光速度慢，但鍍層色澤較白。為了提高出光速度，某公司在使用B2000工藝時(shí)，先將pH控制在4.3～4.7，以提高出光速度，在鍍件出槽前幾分鐘向鍍液中加酸降低pH，保證鍍層的色澤。

3.4 氯化鎳

氯離子具有較高的導(dǎo)電性，提高滾鍍光亮鎳鍍液中氯化鎳的質(zhì)量濃度，有利于降低槽電壓。氯離子又是陽(yáng)極活化劑，氯化鎳質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí)，陽(yáng)極鎳的溶解速度過(guò)快，造成鍍液中鎳離子的質(zhì)量濃度過(guò)高。按照滾鍍光亮鎳的工藝要求，氯化鎳的質(zhì)量濃度為50～60g/L，但在實(shí)際操作中，氯化鎳的用量應(yīng)以能保證鍍液中鎳離子質(zhì)量濃度平衡為好。

4 雜質(zhì)的監(jiān)控

4.1 銅雜質(zhì)

銅雜質(zhì)對(duì)鍍鎳溶液的均鍍能力和覆蓋能力均有較大的影響，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)ρ(銅)達(dá)到5mg/L時(shí)，鍍液的覆蓋能力明顯下降。某公司滾鍍鎳生產(chǎn)線長(zhǎng)期受銅雜質(zhì)污染的困擾，曾經(jīng)使用過(guò)除雜水和低電位走位劑，但都不理想，還給鍍液的性能帶來(lái)了負(fù)面影響，出光速度變慢，整平能力變差。于是決定，在滾鍍鎳生產(chǎn)線上設(shè)置一個(gè)回收槽，鍍件出槽時(shí)經(jīng)過(guò)回收槽漂洗，鍍件入槽電鍍前也經(jīng)過(guò)這個(gè)回收槽漂洗，把鍍銅漂洗水帶入回收槽，把回收液帶入鍍槽［4］。經(jīng)過(guò)回收槽漂洗后，銅雜質(zhì)大部分留在了回收槽，減輕了對(duì)鍍鎳溶液的污染。在回收槽中采用電解法處理銅雜質(zhì)，用石墨板作陽(yáng)極，用不銹鋼板作陰極，陰極在使用前鍍沖擊鎳。用0.2～0.4V電壓電解，空氣攪拌回收液，并控制 pH小于4。采用這項(xiàng)新技術(shù)處理銅雜質(zhì)，取得了較好的效益。

如果鍍液受到銅雜質(zhì)的嚴(yán)重污染，采用硫化物沉淀法處理效果較好［5］;如果采用電解法處理，則需要很長(zhǎng)時(shí)間，電解時(shí)鎳的損耗也較多。

4.2 鋅雜質(zhì)

20mg/L鋅雜質(zhì)使鍍鎳溶液的覆蓋能力明顯下降，鋅的質(zhì)量濃度再高時(shí)，低電流密度區(qū)鍍層發(fā)黑。處理鋅雜質(zhì)一般采用鋅雜質(zhì)抑制劑，鋅雜質(zhì)抑制劑中的絡(luò)合劑優(yōu)先與鋅離子絡(luò)合，鋅離子絡(luò)合后與鎳共沉積，但速度比較緩慢，實(shí)驗(yàn)表明，鋅雜質(zhì)抑制劑使鍍鎳溶液的出光速度變慢。因此，切不可過(guò)量使用除鋅劑。

4.3 鐵雜質(zhì)

滾鍍光亮鎳鍍液中鐵雜質(zhì)超過(guò)一定質(zhì)量濃度，電鍍時(shí)由于滾桶眼處的電流密度高，鍍件貼在滾桶眼上時(shí)，水電解產(chǎn)生氫氧根，鐵離子生成氫氧化物夾雜在鍍層中，鍍件的表面出現(xiàn)了滾桶眼子印。另外，鐵雜質(zhì)較高時(shí)，鍍層還會(huì)產(chǎn)生脆性和針孔。一般要求鐵雜質(zhì)的質(zhì)量濃度不得超過(guò)50mg/L［6］。鐵雜質(zhì)主要來(lái)源于掉落在鍍鎳槽中的鐵件和鐵屑，鐵緩慢溶解而污染鍍液?？刂畦F雜質(zhì)比較簡(jiǎn)單，下班前用磁鐵打撈掉在鍍槽中的鐵件和鐵屑，即可控制鐵雜質(zhì)在工藝允許的范圍之內(nèi)。

4.4 有機(jī)雜質(zhì)

鍍鎳溶液中的有機(jī)雜質(zhì)主要來(lái)源于添加劑的分解產(chǎn)物，在生產(chǎn)中有機(jī)雜質(zhì)積累到一定程度便干擾光亮劑的作用，使鍍液的出光速度變慢，整平能力變差;雜質(zhì)夾雜在鍍層中，鍍層產(chǎn)生脆性，防腐性能變差;有機(jī)雜質(zhì)吸附在鍍層表面，用鉻酐溶液鈍化后，光亮度較低的鍍層容易發(fā)黃，看上去像是黃色鐵銹;有機(jī)雜質(zhì)過(guò)多，鍍層還會(huì)出現(xiàn)局部發(fā)黑的現(xiàn)象。因此，要定期用活性炭處理鍍液。

5 鍍液大處理

按照有機(jī)添加劑的還原理論［7］，添加劑在陰極上被還原對(duì)鍍層起光亮作用，同時(shí)，被還原的添加劑也就成了鍍液中的雜質(zhì)。用活性炭處理只能除去一部分有機(jī)雜質(zhì)，一些較大分子的有機(jī)物不易被活性炭吸附［8］，當(dāng)不易被活性炭吸附的有機(jī)雜質(zhì)積累過(guò)多時(shí)，需對(duì)鍍液進(jìn)行大處理。用氧化法處理，將較大的有機(jī)物分子氧化成小分子，然后用活性炭吸附，才能滿足鍍鎳工藝的要求。

處理鍍鎳溶液中的有機(jī)雜質(zhì)，一般選用高錳酸鉀或雙氧水作氧化劑。實(shí)驗(yàn)表明，高錳酸鉀被還原成Mn2+和二氧化錳，二氧化錳沉淀能過(guò)濾出去，Mn2+留在鍍液中，鍍鎳層容易長(zhǎng)毛刺。雙氧水的氧化能力較弱，對(duì)有機(jī)雜質(zhì)的氧化不夠徹底，而且，過(guò)量的雙氧水不易分解。過(guò)硫酸鈉的氧化性較強(qiáng)，還原產(chǎn)物硫酸根對(duì)鍍鎳溶液無(wú)影響。向鍍鎳溶液中加2.5g/L過(guò)硫酸鈉，在55～60℃保溫2～3h。用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH=4.3～4.7，鐵離子完全生成氫氧化鐵沉淀，加活性炭吸附，6h后過(guò)濾。用霍爾槽試驗(yàn)確定光亮劑的補(bǔ)加量，向鍍槽中補(bǔ)加光亮劑。

6 結(jié)論

在滾鍍光亮鎳操作中，要正確選擇光亮劑，要保證鍍液的導(dǎo)電性，推薦使用導(dǎo)電鹽硫酸鉀。采用合適的電流和電壓施鍍，增加陽(yáng)極面積，合理降低鍍液溫度和提高pH，控制雜質(zhì)的污染。堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，不斷提高和完善維護(hù)滾鍍光亮鎳鍍液的技術(shù)。

［1］GB 12322-90，金屬覆蓋層 工程用鎳電鍍層［S］.

［2］郭崇武，易勝飛，李健強(qiáng).低濃度滾鍍光亮鎳研究［J］.電鍍與精飾，2007，29(6):35-37.

［3］張勝濤.電鍍工程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:115-116.

［4］郭崇武.電鍍漂洗水回收新方法［J］.電鍍與精飾，2007，29(4):37-39.

［5］郭崇武，易勝飛，李健強(qiáng).硫化物沉淀法處理鍍鎳溶液中的銅雜質(zhì)［J］.涂裝與電鍍，2008，(5):38-39.

［6］張?jiān)收\(chéng)，胡如南，向榮.電鍍手冊(cè)(上冊(cè))［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1997:317.

［7］張立茗，方景禮，袁國(guó)偉，等.實(shí)用電鍍添加劑［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007:25-26.

［8］袁詩(shī)璞.光亮鍍鎳的幾個(gè)實(shí)踐問(wèn)題［J］.涂裝與電鍍，2009，(3):3-10.

Maintenance of Bright Nickel Barrel Plating Bath

GUO Chong-wu
(Guangzhou Ultra Union Chemicals Ltd，Guangzhou 510460，China)

Some problems existing in bright nickel barrel plating，could be founded and resolved in production process.Maintenance experiences of the barrel nickel plating bath were summarized，and effects of the bath performance and processing parameters on production cost were discussed.By selecting nickel plating bath with higher throwing power，the production cost could be decreased.Under higher electrical conductibility and pH value of plating bath，lower voltage and temperature and larger anodic area，the consumption of brightener could be reduced，and stability of the plating bath could improved.

bright nickel barrel plating;brightener;electrical conductibility;temperature;pH value;impurity

TQ153.12

B

1003-3849(2012)03-0034-05

2011-03-22

2011-11-15