復(fù)配磷酸鹽無氰鍍金液中配位導(dǎo)電鹽的篩選

葉仁祥，浦建堂

（山東魯藍環(huán)?？萍加邢薰?，山東 臨沂 276034）

保護環(huán)境是全人類共同的事業(yè)，無氰電鍍金技術(shù)的發(fā)展是電鍍行業(yè)當下的首要重任。目前在研的技術(shù)多為亞硫酸鹽及硫代硫酸鹽體系，因單一體系的限制，應(yīng)用中存在各種各樣的缺陷，不易在實際生產(chǎn)中推廣。

本文擬公開本單位發(fā)明的一種可量產(chǎn)的復(fù)配磷酸鹽體系無氰鍍金工藝，其鍍層呈檸檬黃金色，外觀精美，導(dǎo)電性能極佳，可焊性好，接觸電阻低，能夠廣泛應(yīng)用到裝飾性電鍍金和功能性電鍍金中。本文通過全因子實驗優(yōu)選出最佳工藝組成，并考察了鍍液穩(wěn)定性及鍍層的各項性能。

1 實驗

1.1 材料

陽極為鍍鉑鈦網(wǎng)，實驗基體采用100 mm × 65 mm × 0.3 mm的黃銅片，在267 mL霍爾槽中試驗。配制鍍液及水洗皆用超純水，所用試劑除特殊說明外皆為分析純。

1.2 工藝

工藝流程：打磨(采用600號至2000號水磨砂紙)→水洗→化學(xué)除油→水洗→電化學(xué)除油→水洗→活化→水洗→鍍銅→水洗→活化→鍍鎳→水洗→活化→水洗→鍍金→水洗→吹水→烘干→性能檢測。

化學(xué)除油：質(zhì)量分數(shù)5% ~ 7%的銅基熱除油粉(中山誠信洗滌科技有限公司生產(chǎn))，溫度40 ~ 50 °C，時間120 ~ 200 s。

電化學(xué)除油：質(zhì)量分數(shù)5% ~ 7%的銅基室溫電解除油粉(中山誠信洗滌科技有限公司生產(chǎn))，室溫，電流密度2 ~ 4 A/dm2，時間30 ~ 90 s。

活化：質(zhì)量分數(shù)為5% ~ 10%的硫酸，時間0.5 ~ 1.0 min。

硫酸鹽光亮鍍銅：CuSO4?5H2O 180 ~ 250 g/L，硫酸55 ~ 70 g/L，鹽酸20 ~ 80 mg/L，開缸劑4 ~ 8 mL/L，光亮劑A 0.2 ~ 0.6 mL/L，光亮劑B 0.2 ~ 0.5 mL/L，溫度25 ~ 35 °C，電流密度1 ~ 3 A/dm2。以上添加劑均為東莞市華悅表面處理科技有限公司生產(chǎn)。

硫酸鹽光亮鍍鎳：NiSO4?6H2O 180 ~ 280 g/L，NiCl2?6H2O 45 ~ 60 g/L，H3BO340 ~ 50 g/L，柔軟劑4 ~ 6 mL/L，光亮劑0.4 ~ 0.6 mL/L，潤濕劑0.5 ~ 1.5 mL/L，溫度50 ~ 65 °C，電流密度1 ~ 3 A/dm2。以上添加劑均為東莞市華悅表面處理科技有限公司生產(chǎn)。

復(fù)配磷酸鹽無氰鍍金：基礎(chǔ)鍍液中含有氯化金鉀3 ~ 6 g/L、復(fù)配開缸劑80 ~ 110 mL/L、復(fù)配調(diào)色劑3 ~5 mL/L和復(fù)配光亮劑0.5 ~ 1.5 mL/L[1]，pH 8 ~ 9，溫度20 ~ 30 °C，電流密度0.5 ~ 2.0 A/dm2，時間30 ~ 600 s。

1.3 復(fù)配配位導(dǎo)電鹽的篩選及全因子試驗

配位導(dǎo)電鹽的選擇需滿足與氯化金鉀溶解反應(yīng)的需求，對金離子有良好的配位效果，令金離子在陰極還原時不產(chǎn)生歧化反應(yīng)，從而保證無氰鍍金液不會渾濁、變色、發(fā)黑、發(fā)臭。另外，配位導(dǎo)電鹽需滿足金離子在陰極還原時的分散性能，才能保證鍍金層在產(chǎn)品表面的覆蓋性。還有，配位導(dǎo)電鹽需保證金鍍層的附著力不受影響。

由表1可知，在基礎(chǔ)液中單獨加入所選的幾種物質(zhì)對霍爾槽試驗時鍍液的清澈度影響明顯，值得進一步考察的是磷酸二氫鉀、乙二胺四乙酸(EDTA)、碳酸鉀、碳酸鈉、磷酸氫二鉀、亞硫酸鉀和5,5-二甲基海因，它們在霍爾槽試驗時的覆蓋能力(走位)各有不同，尤以磷酸二氫鉀、碳酸鉀、磷酸氫二鉀、亞硫酸鉀和5,5-二甲基海因為好，而使用這5種物質(zhì)時鍍層的附著力100%合格。

表1 配位導(dǎo)電鹽的初選Table 1 Primary selection of complexing and conducting salts

再經(jīng)過仔細調(diào)配，最終確定表2所示的最佳復(fù)配配位導(dǎo)電鹽配方。

表2 復(fù)配配位導(dǎo)電鹽的組成Table 2 Composition of complexing and conducting salts

在氯化金鉀4 g/L，復(fù)配開缸劑100 mL/L，復(fù)配調(diào)色劑4 ml/L，復(fù)配光亮劑1 mL/L的條件下對復(fù)配配位導(dǎo)電鹽的含量、pH、溫度、電流密度的工藝組合進行全因子試驗(方案見表3)，以確定最佳工藝參數(shù)。

表3 全因子試驗的因素水平Table 3 Factors and their levels in full factorial test

按表4對試片鍍層各性能進行評價，全部達到要求才判定為合格。實驗結(jié)果(見表5和圖1)表明，相互協(xié)作使復(fù)配配位導(dǎo)電鹽的使用效果比任一單鹽都優(yōu)秀，A3B2C2D2、A3B2C3D1、A3B2C3D2為合格組合，尤以A3B2C3D2為最優(yōu)，即復(fù)配配位導(dǎo)電鹽200 g/L，pH 8.5，溫度30 °C，電流密度1.0 A/dm2。此最佳工藝組合之下，鍍液一直清澈透明，均鍍效果極佳，鍍層色澤鮮艷、結(jié)晶細致。

圖1 全因子試驗中典型試片的照片F(xiàn)igure 1 Photos of typical specimens in full factorial test

表4 評價機制Table 4 Criterion for evaluation

表5 全因子試驗結(jié)果Table 5 Results of total factorial test

2 鍍金效果及鍍液穩(wěn)定性

2.1 鍍層厚度及其均勻性檢測(電鍍時間2 min，電流1 A)

雖然用電流密度尺測量試片的高區(qū)電流密度與低區(qū)電流密度相差約100倍，但由圖2可知鍍金層的厚度只相差2.348倍，說明本工藝的均鍍性很好。

圖2 霍爾槽試片上鍍層厚度的分布Figure 2 Film thickness distribution of Hull cell test coupon

2.2 鍍層金相組織結(jié)構(gòu)檢測

由圖3可明顯看出本復(fù)配磷酸鹽體系無氰鍍金工藝制得的鍍金層無顆粒狀結(jié)晶且表面極均勻平整，結(jié)晶細膩。

圖3 試片膜層金相結(jié)構(gòu)(放大400倍)Figure 3 Metallographic structure of the film at a magnitude of 400×

2.3 鍍層附著力檢測(熱震法+百格法)

鍍金試片在熱震法測試(在250 °C烤箱恒溫2 h后取出，立即放入冷水中急劇冷卻)后再進行百格法測試(用標準百格刀橫豎各切一刀至中間鍍層)，用3M膠帶完全貼合覆蓋，然后瞬間猛烈撕開，先用5倍放大鏡目視觀察3M膠帶上是否有鍍金膜層粘附，再用140倍電腦放大鏡觀察試片百格內(nèi)的方格。結(jié)果鍍層并無起皮、脫落、起泡等不良現(xiàn)象(見圖4a)，通過140倍放大鏡觀察鍍層也未見開裂(見圖4b)，說明鍍層結(jié)合力良好。

圖4 熱震后鍍層百格附著力測試照片F(xiàn)igure 4 Photos of cross-cut test specimen after thermal shock

2.4 鍍層顏色和光澤檢測

在 3色燈箱光源下與標準色塊(檸檬黃 24K金色)進行目視對比及用 MN60H型光澤度儀對樣件上平面進行測量。由圖5可明顯觀察到本復(fù)配磷酸鹽體系無氰鍍金工藝的鍍層均勻一致，細膩平整，呈現(xiàn)出鮮艷的檸檬黃金色，光澤達到656 Gs。

圖5 試件外觀顏色Figure 5 Color of test specimen

2.5 鍍層耐蝕性檢測

按照GB/T 6458–1986《金屬覆蓋層 中性鹽霧試驗(NSS試驗)》，在FZ-60型鹽霧機中進行鹽霧試驗，采用pH = 6 ~ 7的NaCl溶液連續(xù)噴霧，鹽霧箱溫度為47 °C，80 cm2的噴霧量為1.4 mL/h，每8 h觀察一次，72 h后取出并觀察鍍層表面最終的腐蝕情況，結(jié)果如圖6所示。樣品在沒有噴有機透明罩光漆保護的情況下，未出現(xiàn)腐蝕點，達到 GB/T 6461–2002《金屬基體上金屬和其他無機覆蓋層 經(jīng)腐蝕試驗后的試樣和試件的評級》的10級標準。

圖6 試件中性鹽霧試驗后的照片F(xiàn)igure 6 Photo of specimen after neutral salt spray test

2.6 鍍液穩(wěn)定性檢測

已做40張霍爾槽試片的鍍液在室溫下自然靜置90 d后目視無異常。檢測、調(diào)整鍍液的各項工藝參數(shù)到工藝范圍內(nèi)之后，連續(xù)施鍍50張試片，根據(jù)消耗情況同時補充相關(guān)主鹽及添加劑，穩(wěn)定溫度、成分和電流密度，鍍層呈檸檬黃金色，光亮鮮艷、細膩平整，且鍍液仍然正常。

3 結(jié)語

采用本文研制的復(fù)配磷酸鹽體系無氰鍍金工藝能得到外觀良好的鍍金膜層，鍍液穩(wěn)定，分散性強，可完全應(yīng)用于實際生產(chǎn)，實現(xiàn)無氰無毒的環(huán)保目標。