氨基磺酸鹽鍍鎳工藝優(yōu)化

張偉華

（青島黃海學院，山東 青島266427）

0 前言

電鍍是基于電化學原理，在金屬或非金屬表面形成覆蓋層，以改善其表面狀況或強化其性能的工藝過程。電鍍涉及的工藝條件較多。由于各自的影響機制不盡相同，任一條件或多個條件的改變均會對電鍍效果造成影響［1-2］。

以獲得形貌平整、組織致密的鍍層為目的，本文開展氨基磺酸鹽鍍鎳實驗研究。以鍍鎳層的表面粗糙度為指標，優(yōu)選最佳工藝條件。

1 實驗

1.1 實驗材料

陽極為電解鎳，陰極為紫銅，兩者的面積比約為2∶1。

鍍液組成為：Ni（NH2SO3）2·4H2O 400g／L，NiCl2·6H2O 15g／L，CH3（CH2）11OSO3Na 0.1 g／L，H3BO350g／L。鍍液配制選用分析純的試劑，以蒸餾水為溶劑。

1.2 實驗設備

TL12-500CVC型可調穩(wěn)壓直流電源：調節(jié)電鍍過程中加載的電流密度。

HJ-5型多功能磁力攪拌器：調控鍍液溫度與攪拌強度。

MP511型pH 計：測定鍍液pH值。

1.3 測定與表征

采用Talysurf CLI 2000型三維表面形貌儀測試鍍鎳層的表面粗糙度。分別采用19JPC-V 型工具顯微鏡和JSM-6390型掃描電子顯微鏡觀察鍍鎳層的外觀與微觀組織。

2 結果與討論

2.1 工藝優(yōu)化

2.1.1 電流密度

電流密度對鍍鎳層表面粗糙度的影響，如圖1所示。由圖1可知：隨著電流密度的增加，鍍鎳層的表面粗糙度發(fā)生明顯的變化。電流密度低時，緩慢的電結晶過程導致電化學極化過電位較低，結晶粗化，鍍鎳層表面較粗糙。電流密度高時，電勢增大促使電化學極化程度增強，結晶細化，鍍鎳層表面趨于平整。但當電流密度接近極限電流密度時，鍍鎳層的表面粗糙度反而較大。這可能是由于電鍍過程液相傳質受限造成的。綜合而言，適宜的電流密度為5～8A／dm2。

圖1 電流密度對鍍鎳層表面粗糙度的影響

2.1.2 鍍液溫度

鍍液溫度對鍍鎳層表面粗糙度的影響，如圖2所示。由圖2可知：隨著鍍液溫度的升高，鍍鎳層的表面粗糙度呈現(xiàn)遞增的趨勢，但幅度較小。鍍液溫度通過影響鎳離子的活性及電化學極化過電位，進而影響鍍鎳層的表面粗糙度［3］。隨著鍍液溫度的升高，鎳離子的活性增強，促使其加速遷移，還原進程加快。但結晶過電位隨鍍液溫度的升高而降低，致使形核數(shù)量減少，晶核生長加速。雖然鍍鎳層的表面粗糙度總體呈現(xiàn)遞增趨勢，但改變幅度較小。另外，溫度過高會造成鍍液中水分蒸發(fā)加快，不利于保持鍍液成分穩(wěn)定。對此，鍍液溫度控制在45～50℃。

圖2 鍍液溫度對鍍鎳層表面粗糙度的影響

2.1.3 鍍液pH值

鍍液pH值對鍍鎳層表面粗糙度的影響，如圖3所示。由圖3可知：隨著鍍液pH值的升高，鍍鎳層的表面粗糙度先減小后增大。鍍液pH值較低時，析氫幾率高，容易形成針孔等缺陷。鍍液pH值升高，促進鎳離子配位并增大結晶過電位，提高成核幾率，間接起到細晶強化效果，從而改善鍍鎳層的平整性。但當鍍液pH值過高時，可能造成鍍鎳層中夾雜副反應生成的堿式鹽，表面狀況弱化［4］。

圖3 鍍液pH值對鍍鎳層表面粗糙度的影響

2.1.4 攪拌速率

攪拌速率對鍍鎳層表面粗糙度的影響，如圖4所示。由圖4可知：隨著攪拌速率的加快，鍍鎳層的表面粗糙度逐漸減小。這可從攪拌速率對液流傳質過程的影響及對電結晶過程的影響兩方面作出解釋［5］。攪拌速率加快，液相流動加速，參與電極過程的主鹽傳質進程自然加快，從而壓縮擴散層，減弱濃差極化，促使結晶細致，鍍鎳層表面趨于平整。

圖4 攪拌速率對鍍鎳層表面粗糙度的影響

2.2 確定最優(yōu)工藝參數(shù)

綜合上述分析，鍍鎳層的表面粗糙度隨電流密度的增加和鍍液pH值的升高均先減小后增大；隨攪拌速率的加快逐漸減?。浑S鍍液溫度的升高總體增大，但幅度不明顯。

以制備形貌平整的鍍鎳層為目標并兼顧工藝實際，確定最佳的工藝條件為：電流密度8A／dm2，鍍液溫度45℃，鍍液pH值5.0，攪拌速率0.5m／s。

2.3 驗證最優(yōu)工藝參數(shù)

鍍鎳層的表面形貌和微觀組織，如圖5 所示。由圖5可知：鍍鎳層平整、光亮，無明顯的缺陷，并呈現(xiàn)出均勻致密的特征。

鍍鎳層的表面粗糙度測試結果，如圖6 所示。由圖6可知：鍍鎳層的表面粗糙度約為0.63μm，并且區(qū)域性差別較小。

圖5 鎳鍍層的表面形貌和微觀組織

圖6 鎳鍍層的表面粗糙度測試結果

綜合而言，最佳工藝條件下能夠獲得形貌平整、組織致密的鍍鎳層。

3 結論

以鍍鎳層的表面粗糙度為指標，考察了電流密度、鍍液溫度、鍍液pH值和攪拌速率對其的影響規(guī)律。優(yōu)選出最佳的工藝條件為：電流密度8A／dm2，鍍液溫度45℃，鍍液pH值5.0，攪拌速率0.5 m／s。在該條件下施鍍，獲得的鍍鎳層平整、光亮，表面粗糙度約為0.63μm，并且微觀組織致密。

［1］袁詩璞.第六講——電鍍的工藝條件［J］.電鍍與涂飾，2009，28（1）：43-46.

［2］張宏祥，王為.電鍍工藝學［M］.天津：天津科學技術出版社，2002.

［3］屈新鑫，葛文，楊倩，等.糖精濃度和鍍液溫度對納米晶鎳鈷合金電鍍層組織結構和耐蝕性的影響［J］.材料保護，2013，46（10）：4-8.

［4］王劍峰，黃芳.工藝參數(shù)對電鍍鐵-磷合金鍍層性能的影響［J］.電鍍與精飾，2011，33（5）：35-38.

［5］朱曉東，李寧，黎德育，等.高速電鍍鋅工藝對鍍層粗糙度及微觀形貌的影響［J］.中國有色金屬學報，2005，15（1）：145-151.