中性電鍍鎳鍍層硬度研究

謝幸秦

【摘 要】電鍍鎳是應(yīng)用最廣泛的表面處理技術(shù)之一。隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展，中性檸檬酸鹽鍍鎳工藝由于對(duì)基體腐蝕小，易維護(hù)，環(huán)保無污染，所得鍍層性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)而常用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)中。本文在中性鍍鎳電解液中，采用檸檬酸鈉作為鎳配位劑，控制鍍液溫度為45oC，研究了檸檬酸鈉含量和陰極電流密度對(duì)鎳鍍層硬度的影響。結(jié)果表明，鎳鍍層的硬度隨檸檬酸鈉質(zhì)量濃度的增加而下降且當(dāng)檸檬酸鈉質(zhì)量濃度為100g/L和陰極電流密度為1.0A/dm2時(shí)，鍍層的硬度最大（約102HV）。

【關(guān)鍵詞】中性鍍鎳；檸檬酸鈉；鍍層硬度

1.緒論

1.1電鍍液成分及其作用

（1）鎳鹽。鍍鎳鍍液的鎳鹽可以采用硫酸鎳和氯化鎳，其中硫酸鎳的溶解度大、純度較高、價(jià)格低廉。工業(yè)用的硫酸鎳有NiSO4·7H2O和NiSO4·6H2O兩種，前者鎳含量20.9%，而后者的鎳含量為22.3%[1]。在光亮鎳鍍液中，一般含量是240g/L～300g/L。硫酸鎳含量低，鍍液分散能力好，鍍層結(jié)晶細(xì)致，但陰極電流效率和極限電流密度低，沉積速度慢，硫酸鎳含量高，允許使用的電流密度大，沉積速度快，但鍍液分散能力稍差。

（2）陽極活化劑?；衔镏械穆入x子為陽極活化劑。在鍍鎳鍍液中，若不加氯離子或氯離子含量不足時(shí)，陽極容易鈍化。陽極鈍化對(duì)電鍍生產(chǎn)極為不利，加入或適當(dāng)補(bǔ)充氯化鎳或氯化鈉后，氯離子能夠吸附在陽極表面，降低陽極電位，去極化作用非常顯著。氯離子還能增加溶液的導(dǎo)電性，使鍍層表面光滑、結(jié)晶細(xì)致、分散能力得到改善。但氯離子含量不能過高，使鍍層粗糙或形成毛刺。

（3）硼酸。硼酸在鍍鎳液中是一種緩沖劑[2]。每種鍍液，在一定的條件下，pH值只有維持在一定的范圍內(nèi)，金屬才能更好的沉積，硼酸就是起穩(wěn)定pH值的作用[3]。在電鍍過程中鍍液中H+放電，會(huì)使鍍液的酸度下降，此時(shí)，硼酸水解產(chǎn)生H+，以保證pH值維持在工藝范圍內(nèi)。

1.2工藝條件的影響

（1）溫度：本工藝宜在25～35oC操作，45oC仍能得到合格鍍層。不過，過高溫度易使檸檬酸鹽水分解而產(chǎn)生沉淀，溶液揮濁而不穩(wěn)定，鍍層發(fā)灰無光，有針孔和毛刺；過低（<20oC），溶液有結(jié)晶析出，不能開啟正常電流而沉淀速度較慢，鍍層薄且偏黃無光澤，有霧斑；適中的溫度施鍍鍍層結(jié)晶細(xì)膩光亮呈銀白色。深鍍能力和分散能力亦好，鍍液更穩(wěn)定[4]。

（2）pH值：當(dāng)鍍液pH低于1時(shí)，為強(qiáng)酸性，高于12時(shí)為強(qiáng)堿性，而pH在1～12之間時(shí)一般都應(yīng)標(biāo)明允許的pH范圍。對(duì)微酸性鍍液，采用適當(dāng)?shù)妮^高pH，可減少光亮劑用量與消耗量，同時(shí)減弱鐵件、銅件等的掉件腐蝕而減少雜質(zhì)積累。對(duì)于單金屬堿性條件下的配合物電鍍，一般隨著pH升高，配合能力增強(qiáng)。在相同的配合比下，可通過對(duì)pH的調(diào)整來控制配合強(qiáng)度。但對(duì)鍍鋅壓鑄件、浸鋅鋁件，即使對(duì)氰化鍍銅，pH也不能大于10.5，否則這類兩性金屬會(huì)溶解。對(duì)于配合物合金電鍍，pH會(huì)影響鍍層合金組分的比例，要求較為嚴(yán)格。

（3）電流密度：提高生產(chǎn)效率角度講，希望采用的陰極電流密度大些好，但實(shí)際允許值受多種因素的制約，包括濃差極化（如攪拌強(qiáng)度的影響）、電化學(xué)極化的影響（過大時(shí)鍍層易燒焦），液溫、主鹽濃度對(duì)傳質(zhì)速度的影響，工件復(fù)雜程度與裝掛方式的影響，陰極電流密度越大、越接近燒焦處的鍍層光亮整平性越好，故條件允許時(shí)宜采用盡可能大的陰極電流密度[5]。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1基體鍍前處理

鍍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，即使肉眼看不到的氧化膜也應(yīng)完全除去，使基體金屬呈現(xiàn)出潔凈的表面，接受金屬離子的沉積，以獲得完整、致密的鍍層。

2.2電解液組成及工藝條件

表2-3 電解液組成及工藝條件

實(shí)驗(yàn)以直流穩(wěn)流源為電鍍電源，陽極為65mm×50mm×5mm電解鎳，陰極為100mm×10mm×0.1mm銅箔，陰極施鍍面積為60mm×10mm，鍍層平均厚度控制在30μm。

2.3電鍍鎳工藝流程

電鍍鎳的工藝流程為：剪切基體材料→打磨除油→蒸餾水洗→酸浸蝕→蒸餾水洗→吹干→稱重→施鍍→蒸餾水洗→吹干→稱重→測(cè)試。

2.4鍍層硬度測(cè)定

利用HXD-1000TMC自動(dòng)轉(zhuǎn)塔顯微硬度儀測(cè)量鎳鍍層的硬度（載荷200gf，保荷時(shí)間15s），每個(gè)樣品都選取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，最后取平均值并分析其標(biāo)準(zhǔn)偏差。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

圖3-1為不同質(zhì)量濃度的檸檬酸鈉在不同陰極電流密度條件下對(duì)鎳鍍層硬度的影響。由圖3-1可知，鍍層的硬度隨檸檬酸鈉質(zhì)量濃度的增加而下降且當(dāng)檸檬酸鈉質(zhì)量濃度為100g/L和陰極電流密度為1.0 A/dm2時(shí)，鍍層的硬度最大（約102HV）。

圖3-1 檸檬酸鈉質(zhì)量濃度對(duì)鍍層硬度的影響

4.結(jié)論

本文在中性鍍鎳電解液中，采用檸檬酸鈉作為鎳配位劑，控制鍍液溫度為45℃，在檸檬酸鈉含量分別為100g/L、120g/L、150g/L、180g/L的條件下，改變陰極電流密度，考察檸檬酸鈉含量對(duì)鎳鍍層硬度的影響。結(jié)果表明，鎳鍍層的硬度隨檸檬酸鈉質(zhì)量濃度的增加而下降且當(dāng)檸檬酸鈉質(zhì)量濃度為100g/L和陰極電流密度為1.0A/dm2時(shí)，鍍層的硬度最大（約102HV）。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]何建波，吳肖安等.電鍍鎳磷合金研究現(xiàn)狀及前景[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，3，（01）.

[2]張靜韻.電鍍工工藝學(xué)（中級(jí)本）[M].北京：科學(xué)普及出版社，1984.

[3]陳范才等.現(xiàn)代電鍍技術(shù)[M].中國紡織出版社，2009.

[4]邱國海.檸檬酸鹽中性滾鍍亮鎳新工藝[J].上海電鍍.

[5]袁詩璞.電鍍的工藝條件[J].電鍍與涂飾，2009，28（1）.