電鍍多層鎳的發(fā)展和應(yīng)用

摘 要：文章分析了多層鎳的防腐原理和在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，指出鍍鎳工藝發(fā)展過程中需要解決的幾個(gè)問題，這對(duì)促進(jìn)電鍍工業(yè)的發(fā)展具有很大的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：電鍍；鍍鎳；多層鎳

1 概述

鎳的密度為8.907g/cm3，熔點(diǎn)1450℃，鎳的強(qiáng)度高、塑性好，硬度高、耐磨性好，可鍛性強(qiáng)、易于加工，耐蝕性好、特別是抗堿蝕性好，耐高溫，接觸電阻小。除用作防護(hù)裝飾鍍層外，在機(jī)械工業(yè)中用作重要工件的修復(fù)如軸承，或用于修復(fù)磨損后的工件。在電子工業(yè)中用作插頭鍍金層的底層，以提高鍍金層的耐磨性，鍍鎳層還經(jīng)常與鍍金層一起作為導(dǎo)電圖形制作時(shí)的抗蝕層，以抵抗堿性溶液的浸蝕。同時(shí)它還與金層一起作為印刷板的可焊性保護(hù)層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整平工藝。正是由于鍍鎳層有很多優(yōu)異的性能，所以廣泛用在電子、化工、機(jī)械、食品和醫(yī)療等領(lǐng)域，其應(yīng)用已遍及現(xiàn)代工業(yè)的所有部門，在電鍍工業(yè)生產(chǎn)中，鍍鎳層的生產(chǎn)量?jī)H次于于鍍鋅層而居第二位。

2 多層鎳的防腐原理

鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.25V，比鐵的標(biāo)準(zhǔn)電位高，并具有強(qiáng)烈的鈍化能力，鈍化后電位更高，可用在鐵工件上鍍鎳，屬于陰極鍍層。只有當(dāng)鍍層完整無缺時(shí)，鎳鍍層才能使鐵工件受到機(jī)械保護(hù)作用。由于鎳鍍層孔隙率高，特別是當(dāng)鍍層較薄時(shí)更為突出，因此只有鎳鍍層足夠厚（40～50μm）時(shí)才能在空氣和腐蝕介質(zhì)中起到防腐作用。按鍍層的外觀和結(jié)構(gòu)特征可分為暗鎳、光亮鎳、黑鎳和硬鎳多層鎳等。光亮鎳鍍層的晶體結(jié)構(gòu)雖然比暗鎳鍍層要致密一些，但鍍層內(nèi)應(yīng)力和孔隙率較高，不能鍍厚。腐蝕發(fā)生時(shí)，由于鐵的電極電位低，鋼鐵基體成為腐蝕電池的陽極，使腐蝕沿厚度縱向發(fā)展，加速了鋼鐵基體的腐蝕。為改善鎳鍍層的防護(hù)性能，研究人員通過改變鍍液的成分，改善電鍍工藝條件，而開發(fā)了多層鎳工藝。多層鍍鎳工藝是經(jīng)不斷改進(jìn)和完善后的防護(hù)裝飾性電鍍工藝，它包括半光亮鎳、高硫鎳、光亮鎳、微孔鎳等技術(shù)?？梢越M合出雙層鎳、三層鎳、四層鎳等，其各方面性能達(dá)到甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的Cu/Cr/Ni技術(shù)，是裝飾性電鍍中取消氰化物鍍銅的理想選擇。鍍多層鎳是在同一基體材料上，選用不同的鍍液成分及工藝條件，獲得兩層或三層的鎳鍍層，但是鍍層總厚度卻不增加甚至降低，而鍍層的耐蝕能力卻得到提高。

2.1 雙層鎳

電鍍雙層鎳的底層是半光亮鎳，含硫量小于0.005%，外層是光亮鎳，含硫量大于0.04%，一般在0.05%左右。由于外層含硫的光亮鎳電位較低，通常光亮鎳層與半光亮鎳層之間的腐蝕電位差在120～160mV，腐蝕一旦發(fā)生，外層含硫較高的亮鎳成為陽極，底層的半光亮鎳成為陰極，光亮鎳層優(yōu)先腐蝕，使腐蝕在光亮鎳層中橫向發(fā)展，避免了腐蝕向縱深發(fā)展。從而使半光亮鎳層受到電化學(xué)保護(hù)，有效提高了整個(gè)雙層鎳層對(duì)鋼鐵基體材料的保護(hù)性能[1]。

2.2 三層鎳

三層鎳是在雙層鎳之間再鍍一薄層含硫量更高的高硫鎳層。高硫鎳層含硫量為0.12%～0.25%[1]。這種鎳具有比半光亮鎳、光亮鎳都高的電化學(xué)活性，腐蝕電位在三層中最低。腐蝕一旦發(fā)生，高硫鎳層成為腐蝕原電池的陽極優(yōu)先腐蝕，使腐蝕在高硫鎳層中橫向發(fā)展，保護(hù)了底層半光亮鎳層和基體金屬免受腐蝕，保證了電鍍?nèi)龑渔嚰词乖诤穸群鼙r(shí)仍具有很好的耐蝕性。由于三層鎳的耐蝕性性能更好，因此鎳層總厚度只要25μm就可以超過總厚度40μm的雙層鎳的耐蝕性能，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了單層鎳的耐蝕性性能。通常高硫鎳層的厚度只要1μm就足夠了，而半光亮鎳層的厚度一般控制在總厚度的50%以上[1]。

2.3 四層鎳

四層鎳是由半光亮鎳、高硫鎳、亮鎳、鎳封組成，是在三層鎳的基礎(chǔ)上再鍍一層鎳封。鎳封層結(jié)構(gòu)致密，鍍層上含有無數(shù)微小不導(dǎo)電的顆粒（SiO2），再在其上鍍鉻，在不導(dǎo)電的顆粒處形成孔隙，整個(gè)鍍鉻層成為多孔層（孔的密度為15000～50000cm2）；一方面微粒封閉了亮鎳層的孔隙，另一方面增大了表面積，降低了腐蝕電流的密度，從而提高了耐蝕性[2-3]。

3 多層鎳的應(yīng)用

3.1 在鈦合金上的應(yīng)用

在鈦合金上鍍鎳，既有足夠的強(qiáng)度，又能提高鈦合金的耐磨性能、抗咬合、抗劃傷的能力，擴(kuò)大了鈦合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[4]。

3.2 在鎂合金上的應(yīng)用

雷細(xì)平研究了在鎂合金上鍍Cu-Ni-Cr鍍層，該組合鍍層中的鎳是“雙層鎳”或者“三層鎳”，使得組合鍍層的耐蝕性和耐磨性能明顯提高，滿足了在惡劣環(huán)境下工作的汽車、摩托車等產(chǎn)品的特殊要求[5]。

3.3 在鋼鐵件上的應(yīng)用

羅耀宗在鋼鐵管件上鍍含有多層鎳的Cu-Ni-Cr鍍層，成功解決了鍍層疏松的問題。劉慧明等通過在汽車輻條式鐵輪轂電鍍多層鎳/鉻工藝，得到的鍍層厚度均勻、質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量通過了美國高速公路測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品已批量銷往美國[6～7]。

3.4 在鋅鋁合金上的應(yīng)用

王愛榮在鋅鋁合金上以氰化鍍銅作底層，再在其上鍍Cu-Ni-Cr組合鍍層，使得鋅鋁合金的耐蝕性和結(jié)合力明顯提高。羅耀宗在高級(jí)摩托車鋁合金汽缸蓋上鍍含有多層鎳的Cu-Ni-Cr鍍層，該鍍層結(jié)合力良好，表面光亮如鏡，完全滿足客戶提出的苛刻防腐條件，使得產(chǎn)品返銷英國[8～9]。

3.5 在不銹鋼上的應(yīng)用

羅建江研究了在不銹鋼絲上鍍鎳，具有高的比強(qiáng)度、良好的減震性、較好的耐腐蝕和耐磨性、電磁屏蔽好等優(yōu)點(diǎn)。使得不銹鋼絲在汽車和電子通訊領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用，并將成為高附加值的產(chǎn)業(yè)[10]。

4 結(jié)束語

不斷開發(fā)多層鎳電鍍?nèi)芤号浞?、改進(jìn)工藝，嚴(yán)格控制多層鎳中硫的含量，通過采取特殊的添加劑減少對(duì)環(huán)境的污染，增加脈沖、超聲波在電鍍鎳過程中的應(yīng)用，研究電鍍工藝參數(shù)與鍍層性能之間的關(guān)系，成為電鍍鎳工藝的發(fā)展方向。將相對(duì)廉價(jià)的金屬轉(zhuǎn)換成有價(jià)值的產(chǎn)品，電鍍是重要方法之一。對(duì)于薄鍍層，多層鎳結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為改善鍍層耐蝕性能的主要方法之一。電鍍技術(shù)的不斷改進(jìn)及電鍍產(chǎn)品功能性的不斷增加，使電鍍業(yè)變得更有吸引力，對(duì)工業(yè)文明也有著重要的推動(dòng)作用[11～12]。

參考文獻(xiàn)

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