N-240C型柔軟劑對(duì)鍍鎳層性能的影響

姜吉瓊， 李明模

（1.桂林理工大學(xué) 廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 桂林541004；2.桂林理工大學(xué) 廣西建筑新能源與節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林541004）

0 前言

添加劑對(duì)鍍鎳層的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。通過合理地選擇添加劑類型并控制其用量，能夠很好地改善鍍鎳層的表面形貌，使其具有一定的光澤度，同時(shí)還能夠優(yōu)化其延展性，減少氫脆及消除內(nèi)應(yīng)力。在工業(yè)上，通常向鍍液中加入一種含硫有機(jī)化合物，使鍍鎳層的內(nèi)應(yīng)力降低，從而提高鍍鎳層的韌性或延展性。本文選擇N-240C型柔軟劑作為應(yīng)力消除劑，初步探討其體積分?jǐn)?shù)對(duì)氨基磺酸鹽鍍液體系中所得鍍鎳層性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器和試劑

儀器：高頻開關(guān)整流器，X-ray膜厚測(cè)試儀，鹽霧試驗(yàn)機(jī)，干燥箱，CHI 860D型電化學(xué)工作站。

試劑：電鍍級(jí)的SC-217型熱浸脫脂劑、硫酸、氨基磺酸鎳、氯化鎳、硼酸、N-240C型柔軟劑；分析純的氨基磺酸、堿式碳酸鎳。

基材：陰極選用黃銅片，規(guī)格為100mm×60 mm×0.3mm；陽極采用純度為99%的純鎳板，規(guī)格為55mm×61mm×1.27mm。

1.2 前處理

前處理主要是去除零件表面的浮灰、殘?jiān)?、油脂、氧化皮等各種腐蝕產(chǎn)物，使基體金屬呈現(xiàn)潔凈的表面，接受金屬離子的沉積，以獲得完整致密的鍍層。如果前處理不徹底，鍍件就會(huì)出現(xiàn)起泡、脫皮的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)鍍不上鍍層，致使鍍件報(bào)廢?；w前處理一般包括以下幾個(gè)方面：整平、除油、酸洗、弱浸蝕等［1］。實(shí)驗(yàn)前，將打磨過的黃銅試片放入50～60℃的SC-217型熱浸脫脂劑中除油5min；取出后，用純凈水清洗；再放入15%的硫酸活化液中酸洗10s；最后再次用純凈水清洗。水洗完成后，馬上放入氨基磺酸鎳鍍液中進(jìn)行電鍍。

1.3 鍍液組成及工藝條件［2］

氨基磺酸鎳80～110g／L，氯化鎳8～15g／L，硼酸34～40g／L，N-240C型柔軟劑2～5mL／L，pH值3.8～4.6，2A／dm2，空氣攪拌，55～65℃，5min。

1.4 工藝流程

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 外觀檢查

根據(jù)目測(cè)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定法對(duì)光亮度進(jìn)行分級(jí)。分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為［3］：1級(jí)鍍層光亮如鏡，能清晰分辨出人的五官和眉毛；2級(jí)鍍層表面光亮，能看出人的五官和眉毛，但眉毛部分不夠清晰；3級(jí)鍍層表面光亮度較差，但能看出人的五官輪廓，只是眉毛部分模糊；4級(jí)鍍層基本上無光澤，看不清人的五官輪廓。同時(shí)注意觀察鍍層表面狀態(tài)。

1.5.2 結(jié)合力和附著力檢查

將鍍鎳后的試片置于干燥箱中，于250℃下保溫1h后水淬，若無起泡或脫落現(xiàn)象，則鍍鎳層的結(jié)合力好。將鍍鎳后的試片彎曲90°后放大4倍，若無脫落、起泡或裂紋現(xiàn)象，則鍍鎳層的附著力好。

1.5.3 耐蝕性試驗(yàn)

將鍍鎳后的試片置于鹽霧試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行48h的中性鹽霧試驗(yàn)，檢查鍍層的耐蝕性。主要考慮以下幾個(gè)方面：試驗(yàn)后的外觀；去除腐蝕產(chǎn)物后的外觀；腐蝕缺陷（如點(diǎn)蝕、裂紋、氣泡等）的分布和數(shù)量；開始出現(xiàn)腐蝕的時(shí)間。

1.5.4 應(yīng)力試驗(yàn)

在電鍍過程中，由于金屬的結(jié)晶具有一定的變形或有異相滲入，會(huì)產(chǎn)生一定內(nèi)應(yīng)力，這種現(xiàn)象在鍍鎳過程中尤為明顯。鍍層的內(nèi)應(yīng)力可以分為兩類：一類是使鍍層體積有膨脹趨勢(shì)的應(yīng)力，稱之為壓應(yīng)力；另一類是使鍍層體積有收縮趨勢(shì)的應(yīng)力，稱之為拉應(yīng)力。通過陰極彎曲法測(cè)量鍍鎳層的內(nèi)應(yīng)力。由于鍍層的內(nèi)應(yīng)力與陰極曲率半徑成反比，故采用鍍后黃銅試片的曲率來半定量地表征鍍層的內(nèi)應(yīng)力。黃銅試片單面鍍鎳。如果鍍層面向上彎成凹面，顯示鍍層為拉力狀態(tài)，鍍層面的凹面曲率表示鍍層的拉力［4］。

1.5.5 耐熱性能試驗(yàn)

將鍍鎳后的試片置于干燥箱中，于（538±8）℃下保溫2.5h。通過觀察鍍層外觀有無起泡或裂紋現(xiàn)象，以考核其耐熱性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 鍍層的光亮度

圖1為N-240C型柔軟劑的體積分?jǐn)?shù)對(duì)鍍層光亮度的影響。由圖1可知：N-240C型柔軟劑的加入對(duì)鍍層光亮度的影響并不大。N-240C型柔軟劑的體積分?jǐn)?shù)從0.2mL／L增加到16.0mL／L時(shí)，鍍鎳層的光亮度變化不大。整體上鍍層表面都不能算是光亮，只能看出人的五官輪廓，眉毛部分模糊。從局部看，不加N-240C型柔軟劑或加少量時(shí)，在試片的高電流區(qū)明顯有“白霧”，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)針孔；隨著N-240C型柔軟劑的持續(xù)加入，高電流區(qū)的“白霧”會(huì)淡去，針孔也消失；當(dāng)加到3.0mL／L時(shí)，整個(gè)試片才出現(xiàn)全光亮，沒有“白霧”和針孔；當(dāng)加到12.0 mL／L后，對(duì)鍍鎳層光亮度的影響趨于平緩。

圖1 N-240C型柔軟劑對(duì)鍍層光亮度的影響

2.2 鍍層的結(jié)合力和附著力

對(duì)空白鍍層和添加N-240C型柔軟劑的鍍層進(jìn)行結(jié)合力檢測(cè)，鍍層均無起泡和脫落現(xiàn)象；試片經(jīng)90°來回反復(fù)的彎折，鍍層無明顯脫落。這說明鍍層具有很好的結(jié)合力和附著力，同時(shí)說明N-240C型柔軟劑的加入對(duì)鍍層結(jié)合力和附著力的影響不大。

2.3 鍍層的耐蝕性

鍍鎳層腐蝕速率的測(cè)定在鹽霧試驗(yàn)箱中進(jìn)行，用5%的NaCl溶液在20℃下進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，持續(xù)浸入時(shí)間為48h。首先對(duì)鍍鎳試片稱重和測(cè)膜厚，得出試驗(yàn)前的質(zhì)量和膜厚。試驗(yàn)結(jié)束后，將試片洗凈、烘干，稱重、測(cè)膜厚，并放在顯微鏡下觀察它的外觀及檢測(cè)其機(jī)械性能等。通過如下公式計(jì)算其腐蝕速率：

式中：v為腐蝕速率，mg／（cm·h）；t為試驗(yàn)時(shí)間，h；m1，m2分別為試驗(yàn)前、后試片的質(zhì)量，mg；h1，h2分別為試驗(yàn)前、后試片的膜厚，cm。鍍鎳層的耐蝕性隨N-240C型柔軟劑體積分?jǐn)?shù)的變化，如圖2所示。由圖2可知：在5%的NaCl溶液中，N-240C型柔軟劑的體積分?jǐn)?shù)對(duì)鍍層耐蝕性的影響不大；另外，其鹽霧試驗(yàn)后的外觀變化不明顯，只是輕微的點(diǎn)蝕。

圖2 N-240C型柔軟劑對(duì)鍍層腐蝕速率的影響

2.4 鍍層的內(nèi)應(yīng)力

陰極彎曲法是對(duì)內(nèi)應(yīng)力的一種半定量描述，陰極曲率半徑的倒數(shù)即為鍍層的內(nèi)應(yīng)力，陰極曲率越大，內(nèi)應(yīng)力越大。鍍層內(nèi)應(yīng)力隨N-240C型柔軟劑體積分?jǐn)?shù)的變化，如圖3所示。由圖3可知：當(dāng)N-240C型柔軟劑的體積分?jǐn)?shù)很低時(shí)（0～2mL／L），鍍層表現(xiàn)出拉應(yīng)力，尤其是當(dāng)N-240C型柔軟劑的體積分?jǐn)?shù)低于0.8mL／L時(shí)，鍍層易有針孔和出現(xiàn)“白霧”；隨著N-240C型柔軟劑的體積分?jǐn)?shù)的升高，鍍層的拉應(yīng)力明顯降低；當(dāng)升高到3mL／L時(shí)，鍍層的內(nèi)應(yīng)力最低，接近零；繼續(xù)升高，鍍層的內(nèi)應(yīng)力由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，并且呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。由此可見，當(dāng)N-240C型柔軟劑的體積分?jǐn)?shù)為3mL／L時(shí)，鍍鎳層的性能最優(yōu)。

圖3 N-240C型柔軟劑對(duì)鍍層內(nèi)應(yīng)力的影響

2.5 氨基磺酸鎳對(duì)鍍層性能的影響

在氨基磺酸鎳鍍液中，主鹽是Ni（NH2SO3）2·4H2O，其質(zhì)量濃度與鍍層質(zhì)量（如鍍層的結(jié)晶狀況及理化性能等）和沉積速率關(guān)系密切。表1為氨基磺酸鎳的質(zhì)量濃度對(duì)鍍層性能的影響。由表1可知：隨著電解液中氨基磺酸鎳的質(zhì)量濃度的增加，鍍層的內(nèi)應(yīng)力逐漸減小；氨基磺酸鎳的質(zhì)量濃度為60～140g／L時(shí)，得到的鍍層具有良好的結(jié)合力及較低的應(yīng)力和氫脆性能。但一般來說，電解液的質(zhì)量濃度過高，不僅鍍液的黏度增大、槽電壓增加，而且工件出槽時(shí)帶出的鍍液損失也增加。這樣不僅浪費(fèi)原材料，還增加了廢水處理量，不符合電鍍清潔生產(chǎn)的要求［2］。

表1 氨基磺酸鎳的質(zhì)量濃度對(duì)鍍層性能的影響

3 結(jié)論

（1）N-240C型柔軟劑的加入使鍍鎳層的光亮度有所改善。雖達(dá)不到鏡面光亮，但可消除鍍層表面的“白霧”及減少針孔，使鍍層柔和、光澤、平整。

（2）加入N-240C型柔軟劑后，獲得的鍍鎳層與基體結(jié)合良好，附著力強(qiáng)，耐蝕性好。

（3）N-240C型柔軟劑的加入，可降低和消除鍍層的內(nèi)應(yīng)力。

（4）電解液的溫度為65℃，pH值為3.8，N-240C型柔軟劑的體積分?jǐn)?shù)為3mL／L，電流密度為2A／dm2，主鹽Ni（NH2SO3）2·4H2O的質(zhì)量濃度為95g／L時(shí)，所得鍍鎳層的性能最優(yōu)。

［1］樊菊紅.電鍍鎳添加劑的研究［D］.西安：西安理工大學(xué)，2006.

［2］王輝.氨基磺酸鹽低應(yīng)力鍍鎳工藝［J］.腐蝕與防護(hù)，2010，31（9）：726-728.

［3］張景雙，石金聲，石磊，等.電鍍?nèi)芤号c鍍層性能測(cè)試［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：7-9.

［4］李延偉，姚金環(huán)，楊哲龍.氨基磺酸鹽鍍鎳過程中內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生及變化的因素與機(jī)理［J］.材料保護(hù)，2008，41（10）：34-36.