幾種品牌硫酸鎳的電鍍鎳性能對比性研究

周佑明

(金柯有色金屬有限公司，江蘇昆山 215301)

引 言

電鍍工業(yè)是我國重要的加工行業(yè)，隨著近年來我國電子電工和汽車行業(yè)的高速發(fā)展，我國電鍍行業(yè)又進(jìn)一步得到了發(fā)展，歐洲和亞洲發(fā)達(dá)國家，逐漸把電鍍企業(yè)轉(zhuǎn)移到中國，我國電鍍企業(yè)也積極實(shí)施技術(shù)改造，提高電鍍技術(shù)水平，電鍍行業(yè)的發(fā)展將不斷擴(kuò)大硫酸鎳的使用量。我國硫酸鎳的生產(chǎn)量近年來增長非常快，幾大硫酸鎳生產(chǎn)企業(yè)紛紛擴(kuò)大產(chǎn)能，致使硫酸鎳生產(chǎn)與銷售競爭非常激烈。

為了更好的改善硫酸鎳的質(zhì)量，滿足市場的需求，我公司與南昌航空大學(xué)共同簽署了《各品牌硫酸鎳對電鍍鎳和化學(xué)鍍鎳性能對比研究》技術(shù)開發(fā)協(xié)議，為正確指導(dǎo)電鍍生產(chǎn)，提供信息資料。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)以“A、B、C、D、E 和 F”代表六種品牌硫酸鎳，其中代號(hào)C為金柯生產(chǎn)硫酸鎳，六種品牌硫酸鎳按照同一的方法進(jìn)行性能測試。

1.1 工藝配方

為排除添加劑的干擾，選擇統(tǒng)一的電鍍鎳溶液配方及操作條件:250～300g/L NiSO4·7H2O，30～60g/L NiCl2·6H2O，35 ～ 40g/L H3BO3，pH=3.7，Jκ=1A/dm2，θ=45～60℃ 。

1.2 性能測試

1)采用276mL赫爾槽進(jìn)行試驗(yàn)。陽極板為可溶性鎳陽極(99.95%)，陰極為普通的紫銅板，通過試驗(yàn)觀察鍍層外觀。

2)采用赫爾槽法測試鍍液的分散能力［1］。把制備好的鍍層分成10等份，取中間位置1～8作為測量點(diǎn)。如圖1所示。

圖1 測試鍍液分散能力

式中T為鍍液的分散能力，%;δ1為測量位置1鍍層厚度，μm;δ5為測量位置5鍍層厚度，μm。

3)采用內(nèi)孔法測試鍍液的覆蓋能力［1］，計(jì)算公式為:

用電解式測厚儀分別測量赫爾槽試片位置1和位置5兩個(gè)點(diǎn)的厚度 δ1、δ5(μm)，計(jì)算分散能力T。

式中F為鍍液的覆蓋能力，%;l1表示鍍層的長度，mm;l5為表示銅管的長度，mm。

4)采用粗糙度儀法測試鍍液的整平能力［1］。計(jì)算公式為:

式中Ra為電鍍前中心線的平均粗糙度，μm;Ra＇為電鍍后中心線的平均粗糙度，μm。

5)采用安培小時(shí)測試鍍液的電流效率［1］。計(jì)算公式為:

式中ηκ為鍍液的電流效率，%;m為制備鎳鍍層質(zhì)量，g;m理為鍍層的理論質(zhì)量，g。

6)采用偏轉(zhuǎn)法測試鍍層的內(nèi)應(yīng)力［1］。使用條形陰極法，內(nèi)應(yīng)力的計(jì)算公式為:

式中F內(nèi)為鍍層內(nèi)應(yīng)力，N/cm2;E為基體材料彈性模數(shù)，N/cm2;δ為試片厚度，cm;δ1、δ2為任意兩點(diǎn)的鍍層厚度，cm;l為試片電鍍面的長度，cm;l偏為試片自由端偏轉(zhuǎn)幅度，cm。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

六種品牌硫酸鎳分別按照2.1工藝配方，配制成鍍鎳液，測試鍍液與鍍層性能，若未加說明，則鍍液為未經(jīng)預(yù)處理?xiàng)l件下所測。

2.1 赫爾槽試驗(yàn)

1)鍍液未預(yù)處理。六種品牌硫酸鎳的瓦特鎳鍍液赫爾槽試驗(yàn)(I=2A，t=10min)，試片外觀見圖2。

圖2 不同硫酸鎳赫爾槽試片外觀

由圖2赫爾槽試片外觀對比可知，在未引入雜質(zhì)離子的情況下，六種品牌硫酸鎳所配鍍液的赫爾槽試片外觀優(yōu)劣較為明顯，在試片表觀上的反應(yīng)主要體現(xiàn)于針孔的多少。由圖2可知，C、E試片針孔最少，A、D、F試片針孔最多，且分布的區(qū)域較大，B試片也有部分針孔出現(xiàn)，而試片發(fā)霧情況相當(dāng)。F試片的針孔細(xì)小而綿密，屬麻點(diǎn)型針孔，即凹孔深度未至基材表面。造成針孔嚴(yán)重程度不同的原因，主要是六種品牌硫酸鎳的產(chǎn)品品質(zhì)的差異。

2)鍍液預(yù)處理。六種品牌硫酸鎳的鍍鎳鍍液經(jīng)過預(yù)處理。

a.將待處理液的pH調(diào)至3.0～3.5范圍內(nèi);

b.分別向待處理液中加入6%H2O2各8mL，將低價(jià)態(tài)金屬雜質(zhì)(如鐵)氧化成高價(jià)態(tài)，同時(shí)將有機(jī)雜質(zhì)部分分解;

c.將待處理液加熱至65℃，并在65℃條件下保持2h，使多余雙氧水分解;

d.利用NaOH溶液將待處理液的pH調(diào)至5.6，使氧化后的高價(jià)金屬形成沉淀;

e.向待處理液中分別加入1g粉狀活性炭，攪拌2h，靜置 24h;

f.過濾。過濾→靜置12h→再過濾→再靜置12h→再過濾;

g.調(diào)整靜置過濾后溶液的pH為3;

h.電解。利用大陰極小陽極，以0.1A/dm2電解6h，直至瓦楞型陰極上鍍層顏色均勻一致;

i.分析槽液成分，調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)工藝范圍。

預(yù)處理后鍍液進(jìn)行赫爾槽試驗(yàn)，試片外觀見圖3。由圖3分析可知，將A、B、D、F鍍鎳溶液預(yù)處理前后的試片以及未預(yù)處理的C、E試片比較，可知A、B、D和F鍍鎳溶液預(yù)處理后的赫爾槽試片中，高電流密度區(qū)的針孔有所減少，但針孔依然比未處理的C和E試片多。并且，預(yù)處理后鍍鎳溶液所得試片發(fā)霧范圍比未預(yù)處理的試片窄。

圖3 鍍鎳液預(yù)處理后赫爾槽試片結(jié)果

2.2 分散能力測試

利用赫爾槽試驗(yàn)測試六種品牌硫酸鎳的鍍鎳液的分散能力，結(jié)果見圖4。

圖4 硫酸鎳與鍍鎳液分散能力關(guān)系圖

由圖4可以看出，六種品牌硫酸鎳的鍍鎳液的分散能力稍有差別，其中試片C、E的分散能力稍好。

2.3 整平能力測試

利用粗糙度儀測試鍍層與基材的表面粗糙度，計(jì)算鍍液的整平能力。測試了A、B、C、D、E和F六種不同品牌硫酸鎳的鍍鎳液的整平能力，結(jié)果見圖5。

圖5 硫酸鎳與鍍鎳液整平能力關(guān)系圖

由圖5分析可知，六種品牌硫酸鎳的鍍鎳液整平能力都表現(xiàn)為負(fù)整平，其中C試片鍍液整平能力最強(qiáng)，因其雜質(zhì)離子含量少，鍍層表面針孔少，粗糙度較低，從而使鎳鍍層的整平能力最優(yōu)。

2.4 覆蓋能力測試

測試了A、B、C、D、E和F六種不同品牌硫酸鎳的鍍鎳液的覆蓋能力，測試結(jié)果見圖6。由圖6分析可知，六種品牌硫酸鎳的鍍鎳液的覆蓋能力差別較小，其中E品牌最好，A、B兩種品牌硫酸鎳瓦特鍍鎳液覆蓋能力較接近，D品牌稍差，可能是某種有機(jī)物在低電流密度吸附時(shí)，阻礙了鎳離子的沉積。

圖6 硫酸鎳與鍍鎳液覆蓋能力關(guān)系圖

2.5 電流效率測試

利用稱量法測試鍍液的電流效率。測試了A、B、C、D、E和F六種鍍鎳液的電流效率，測試結(jié)果見圖7。

圖7 硫酸鎳與鍍鎳液的電流效率關(guān)系圖

由圖7分析可知，六種品牌硫酸鎳的鍍鎳液均有較高的電流效率(均在98%以上)，相互之間差別較小，其中C、E品牌的電流效率稍優(yōu)于其它品牌鍍液的電流效率，B品牌的電流效率稍差。

2.6 鍍層內(nèi)應(yīng)力

測試了六種品牌硫酸鎳鍍鎳在θ=50℃、pH=4.0時(shí)鍍層的內(nèi)應(yīng)力，測試結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同硫酸鎳鍍鎳的內(nèi)應(yīng)力

由圖8分析可知，六種品牌硫酸鎳鍍鎳層內(nèi)應(yīng)力有較大差異，其中C、E品牌比較接近且最小，A品牌最大，D、F品牌稍小于A品牌，B品牌次之。因工藝條件保持一致，鍍液中的雜質(zhì)是促使內(nèi)應(yīng)力增大的主要原因之一。因A、B、D和F品牌硫酸鎳4種硫酸鎳溶解時(shí)表面有大量氣泡，而C、E較少，可能A、B、D和F品牌硫酸鎳含有機(jī)物較多，致使鍍層內(nèi)應(yīng)力較大。

由于金屬結(jié)晶有一定的變形或異相滲入，會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，這種現(xiàn)象在鍍鎳過程中尤為明顯。電鍍層的內(nèi)應(yīng)力可分為兩大類:一類使鍍層體積有膨脹趨勢的應(yīng)力，稱為壓應(yīng)力，另一類一類使鍍層體積有收縮趨勢的應(yīng)力，稱為拉應(yīng)力，拉應(yīng)力過大，使鍍層開裂，而壓應(yīng)力過大，使鍍層起泡，從而均導(dǎo)致鍍層失效，在生產(chǎn)中要嚴(yán)格控制鍍層的內(nèi)應(yīng)力。

3 結(jié)論

本文測試了六種品牌硫酸鎳對電鍍鎳性能的影響，測試結(jié)果如下。

1)赫爾槽試驗(yàn)結(jié)果顯示，A、B、D和F 4種品牌硫酸鎳預(yù)處理針孔減少，C、E兩品牌無明顯變化，但針孔仍少于A、B、D和F品牌硫酸鎳。

2)C品牌硫酸鎳配制的瓦特鎳液獲取鍍層內(nèi)應(yīng)力最小。

3)C、E品牌硫酸鎳的分散能力、整平能力、覆蓋能力和電流效率均優(yōu)于其它品牌硫酸鎳。

［1］ 張景雙，石金聲，石磊，等.電鍍?nèi)芤号c鍍層性能測試［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003:71-132