無氨化學(xué)鎳工藝及其應(yīng)用

頓福勝，李巖峰，周吉林，洪鐵軍，孫國慶

（1?安美特（中國）化學(xué)有限公司天津靜海分公司，天津300160；2?大連市表面工程協(xié)會，遼寧大連116021；3?丹東市鴨綠江技術(shù)表面處理中心，遼寧丹東118001；4?中國表面工程協(xié)會，北京100011）

化學(xué)鎳是塑料電鍍的重要的環(huán)節(jié)，對塑料件電鍍起至關(guān)重要的作用?；瘜W(xué)鎳鍍層的好壞直接影響后續(xù)鍍層與基材的結(jié)合力和產(chǎn)品的合格率。傳統(tǒng)化學(xué)鎳含氨和硼酸，用鉛作穩(wěn)定劑，生產(chǎn)過程氨水揮發(fā)快，味道大，對操作人員身體有不良的影響。清洗水中氨、氮含量高，處理困難，處理費用高，很難達到環(huán)保要求的排放指標［1‐4］。因此，無氨、無硼酸環(huán)?；瘜W(xué)鎳受到關(guān)注，用于解決生產(chǎn)廠家污水中氨、氮超標問題，同時保證化學(xué)鎳其他性能的穩(wěn)定。

安美特開發(fā)的匯眾ADM 環(huán)?；瘜W(xué)鎳NiLow是一種不含氨和鉛的化學(xué)鎳電鍍工藝，適用于ABS和ABS/PC基材，使用不含鉛的穩(wěn)定劑來穩(wěn)定鍍液，與匯眾ADM預(yù)浸銅相兼容，可在較低溫度（30～40 ℃）下進行操作。該化學(xué)鎳不含有害重金屬鉛，符合歐盟汽車工業(yè)要求。本文主要介紹環(huán)保無氨化學(xué)鎳在實際生產(chǎn)的使用情況，以及在生產(chǎn)過程中遇到的問題以及解決方案，為廣大的塑料電鍍用戶提供一些借鑒。

1 無氨化學(xué)鎳

1.1 特點

無氨化學(xué)鎳具有以下特點：（1）環(huán)保方面：無氨、無鉛、無硼酸；（2）污水處理：流程簡便，無氨氮超標困擾；（3）鍍液維護：維護方法與傳統(tǒng)化學(xué)鎳相同；（4）生產(chǎn)設(shè)備：與傳統(tǒng)化學(xué)鎳相同，可實現(xiàn)直接換槽；（5）工作環(huán)境：沒有刺激性氨氣，改善生產(chǎn)環(huán)境，有利于人員健康。

1.2 操作要點

無氨化學(xué)鎳操作要點主要包括：（1）定時添加穩(wěn)定劑；無氨化學(xué)鎳不含氨水，失去氨水對鎳的絡(luò)合作用，生產(chǎn)中穩(wěn)定劑需要定時添加。（2）定時測試pH；無氨化學(xué)鎳不含硼酸，損失了部分緩沖作用，生產(chǎn)中需定時補充pH 調(diào)整劑。（3）抑菌殺菌處理；無硼酸，殺菌作用缺失，為了預(yù)防藻類的產(chǎn)生，需要抑菌殺菌處理。（4）水洗；進槽前水洗和出槽后水洗需要加紫外線殺菌燈。（5）定時檢測pH 和穩(wěn)定劑含量對生產(chǎn)的穩(wěn)定非常必要，無氨化學(xué)鎳的分析頻率比傳統(tǒng)化學(xué)鎳要高。

1.3 運行成本

單純從化學(xué)品消耗上看，生產(chǎn)運行成本較高于傳統(tǒng)化學(xué)鎳，但污水處理簡易，省去氨、氮處理費用，綜合成本與傳統(tǒng)化學(xué)鎳相當。

1.4 無氨化學(xué)鎳日常維護

通過半年多的生產(chǎn)檢驗，總結(jié)了鍍液日常維護建議，見表1所示。

表1 工藝參數(shù)Tab.1 Process parameters

各種參數(shù)變化對鍍液沉積速率、穩(wěn)定性及鍍層磷含量的影響，具體情況見表2 所示。表示升高，表示下降。

無氨化學(xué)鎳現(xiàn)場生產(chǎn)照片如圖1 所示，由圖1中可以看出，鎳層上鍍完整，鍍層結(jié)晶細致，顏色均勻一致。

2 無氨化學(xué)鎳生產(chǎn)過程存在問題及解決方法

2020 年3 月在某一大型汽車塑料件電鍍廠開缸26000 L匯眾ADM 環(huán)保無氨化學(xué)鎳NiLow，開缸后通過短時調(diào)試，生產(chǎn)很快穩(wěn)定便可批量生產(chǎn)，產(chǎn)品合格率不低于傳統(tǒng)化學(xué)鎳水平，但生產(chǎn)過程也遇到一些問題，經(jīng)過不斷的摸索分析，找到了有效的解決方案。

2.1 鍍層毛刺

毛刺是電鍍經(jīng)常發(fā)生的問題，影響的因素復(fù)雜，在前處理、酸銅、半光鎳、光亮鎳以及掛具退鍍不徹底掉鎳渣，過濾機不良泥渣遺漏，還有環(huán)境因素等都可能導(dǎo)致鍍層毛刺，解決起來困難耗時，影響正常生產(chǎn)。這次產(chǎn)生毛刺問題，因為是新產(chǎn)品用于大生產(chǎn)，經(jīng)檢討開缸的各個環(huán)節(jié)，如鍍槽和過濾機的清洗，各組分藥品的測算、補加等，基本可以排除人為因素的影響。為了快速解決問題，采用“對比”的方式，即先在傳統(tǒng)化學(xué)鎳生產(chǎn)線上鍍完化學(xué)鎳，再轉(zhuǎn)移到無氨化學(xué)鎳生產(chǎn)線上做后續(xù)電鍍，毛刺問題沒有了，由此快速鎖定毛刺問題出現(xiàn)在無氨化學(xué)鎳。通過查看現(xiàn)場情況，發(fā)現(xiàn)化學(xué)鎳反應(yīng)較為強烈，工件表面有大量氣泡析出，檢查發(fā)現(xiàn)自動溫控失效，人工測試鍍液溫度高出工藝上限3 ℃，對無氨化學(xué)鎳來說3 ℃的溫差影響是非常大的，通過臨時冷凍機快速降溫到工藝中線，問題得到快速解決。

表2 參數(shù)變化對鍍液的影響Tab.2 Influence of parameter change on plating bath

2.2 漏鍍

漏鍍也是塑料電鍍常出現(xiàn)的問題，粗化、活化、化學(xué)鎳、粗化鉻霧都是漏鍍的影響因素，但多年的經(jīng)驗總結(jié)，各個因素導(dǎo)致的漏鍍有所不同，這次發(fā)現(xiàn)的漏鍍與以往都不同，漏鍍集中在化學(xué)鎳槽過濾機出口的位置，懷疑是過濾機出水沖擊導(dǎo)致的，但在用傳統(tǒng)化學(xué)鎳時沒有出現(xiàn)過這種情況。針對這種“規(guī)律性”的漏鍍，很有可能與過濾機出水沖擊有關(guān)，通過改過濾機出水口位置和采用多孔出水，以避免對工件的沖擊，漏鍍現(xiàn)象消失。通過這次漏鍍問題的解決，發(fā)現(xiàn)無氨化學(xué)鎳對水沖擊比較敏感，因此把過濾機系統(tǒng)作了適度的調(diào)整，后續(xù)生產(chǎn)這種漏鍍就沒有再出現(xiàn)過。

圖1 無氨化學(xué)鎳現(xiàn)場生產(chǎn)照片F(xiàn)ig.1 Field production photo of ammonia-free elec‐troless nickel

3 無氨化學(xué)鎳關(guān)鍵參數(shù)管控

高低溫冷熱循環(huán)測試是汽車主機廠非常重要的一項性能要求，從2020年3月開始采用無氨化學(xué)鎳至10月底生產(chǎn)8個月，鍍層的冷熱循環(huán)性能測試全部合格。這是我們結(jié)合以往多年汽車塑料電鍍生產(chǎn)經(jīng)驗，著重控制以下3 點，達到了預(yù)期的效果：（1）工藝參數(shù)控制在適合的范圍；注意不能照搬說明書給出的范圍，而是通過生產(chǎn)實踐總結(jié)出的控制技能，不同廠家、不同牌號、不同批次材料的素材，所用的參數(shù)都有所不同，需要在生產(chǎn)過程中不斷地摸索積累經(jīng)驗。（2）化學(xué)鎳鍍層電阻控制；定期用標準的ABS 板做電阻測試，控制化學(xué)鎳鍍層電阻，要求3 cm 間距的電阻值在10～20 Ω 之間。（3）化學(xué)鎳反應(yīng)速度控制；定期用標準ABS 板做鍍速測試，鍍速控制在0?025～0?050 μm/min。

4 結(jié)論

經(jīng)過半年多大生產(chǎn)的檢驗，匯眾ADM 環(huán)?；瘜W(xué)鎳NiLow 可替代傳統(tǒng)化學(xué)鎳工藝，徹底解決了生產(chǎn)廠污水中氨氮超標問題，生產(chǎn)線上無氨氣揮發(fā)，環(huán)境得以改善。這款無氨化學(xué)鎳不但無氨，還無鉛、無硼酸，更有利于環(huán)保。隨著社會發(fā)展對環(huán)保要求越來越高，相信無氨化學(xué)鎳的應(yīng)用也會越來越廣泛。

但是無氨化學(xué)鎳也有自身缺陷，例如要求溶液控制參數(shù)更為嚴格，操作比之前相對復(fù)雜，副反應(yīng)分解物亞磷酸鹽及碳酸鹽比傳統(tǒng)化學(xué)鎳增長快，有待持續(xù)改進完善。