電鍍層達(dá)因值的影響因素和控制

黃皓，朱萬(wàn)宇

（成都宏明雙新科技股份有限公司，四川 成都 610091）

達(dá)因值這一概念最早出現(xiàn)在印刷行業(yè)，用來(lái)評(píng)價(jià)材料好不好印刷。達(dá)因(dyn)是力的單位，1 dyn = 10-5N，達(dá)因值的實(shí)質(zhì)是表面張力系數(shù)，單位為dyn/cm，1 dyn/cm = 1 mN/m[1]。隨著電鍍的發(fā)展，越來(lái)越多產(chǎn)品電鍍完后需要粘接膠膜、泡沫棉等，因此電鍍行業(yè)也引進(jìn)了達(dá)因值這一概念，用來(lái)評(píng)價(jià)電鍍層的粘接性能，達(dá)因值越高，表示鍍層的粘接性能越好[2]。雖然一些電鍍產(chǎn)品的初始達(dá)因值很高，但往往存在達(dá)因值衰減問(wèn)題[3]。本文以冷軋鋼電鍍鎳為例，探究了基材表面粗糙度、鍍液添加劑用量、包裝方式和電暈處理對(duì)鎳鍍層達(dá)因值及其衰減的影響，以供同仁參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 冷軋鋼電鍍鎳工藝流程

待鍍基材為10 mm × 10 mm的冷軋鋼(SPCC)，采用掛鍍方式作業(yè)，工藝流程為：電解除油→水洗→活化→水洗→電鍍鎳→水洗→90 °C熱水洗→120 °C烘干。

(1) 電解除油：Na2CO330 g/L，NaOH 20 g/L，Na3PO430 g/L，溫度65 °C，電流密度4 A/dm2，時(shí)間2 min。

(2) 活化：采用10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硫酸，常溫，時(shí)間2 min。

(3) 電鍍鎳：氨基磺酸鎳350 g/L，氯化鎳5 g/L，硼酸35 g/L，有機(jī)添加劑0 ～ 20 mL/L，溫度55 °C，電流密度1.5 A/dm2，時(shí)間10 min。

1.2 性能檢測(cè)和表征方法

采用日本三豐SV-3200型表面粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量基體和鍍層的表面粗糙度(Ra)。

采用上海Coronash HZ-DYJ型片材電暈處理機(jī)對(duì)Ni鍍層進(jìn)行電暈放電處理，功率2 kW，時(shí)間10 s。

采用規(guī)格不同的德國(guó)Arotest 34/36/38/40/42達(dá)因筆檢測(cè)Ni鍍層的達(dá)因值，先用42達(dá)因筆在零件表面 均勻地畫(huà)一條直線(xiàn)，靜置2 ～ 3 s后觀察筆跡是否收縮，未收縮(見(jiàn)圖1a)表示Ni鍍層的達(dá)因值為42 dyn/cm；筆跡收縮(見(jiàn)圖1b)則更換低一級(jí)的40達(dá)因筆檢測(cè)，如此按從高到低的順序更換達(dá)因筆檢測(cè)，直至筆跡不收縮，鍍層的達(dá)因值即為對(duì)應(yīng)達(dá)因筆規(guī)格的數(shù)值。

圖1 達(dá)因筆檢測(cè)樣品達(dá)因值時(shí)的照片 Figure 1 Photos showing how to test the dyne value of coating by using dyne test pen

2 結(jié)果與討論

2.1 基材粗糙度對(duì)達(dá)因值的影響

從表1可知，基材表面粗糙度越大，所得Ni鍍層的表面粗糙度和達(dá)因值越高。

表1 不同表面粗糙度的基材上所得Ni鍍層的表面粗糙度和初始達(dá)因值 Table 1 Surface roughness and initial dyne value of the nickel coatings electroplated on the substrate with different surface roughness

2.2 鍍液中添加劑含量對(duì)達(dá)因值的影響

使用表面粗糙度為1.0 ～ 1.2 μm的冷軋板為基材，采用添加劑體積分?jǐn)?shù)不同的鍍液電鍍鎳，電鍍之后在空氣中裸露放置。從表2可知，電鍍后樣品的初始達(dá)因值均為42 dyn/cm。隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，3組樣品的達(dá)因值均減小，其中添加劑體積分?jǐn)?shù)為20 mL/L時(shí)制備的樣品達(dá)因值在第30天時(shí)已降至34 dyn/cm以下。

表2 鍍液中添加劑體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)所得Ni鍍層的達(dá)因值衰減情況 Table 2 Dyne value decay of nickel coatings electroplated from baths with different volume fractions of additive

在金屬電沉積過(guò)程中，添加劑會(huì)微量參與反應(yīng)并夾雜于鍍層中[4]，在后續(xù)存放期間，有機(jī)添加劑逐漸析出到鍍層表面，從而影響其表面自由能[5]，導(dǎo)致表面張力減小，達(dá)因值隨之降低。沒(méi)有加添加劑時(shí)所制的樣品同樣出現(xiàn)了達(dá)因值衰減現(xiàn)象，初步分析認(rèn)為是在空氣中鍍層表面被氧化或污染所導(dǎo)致，但有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

2.3 包裝方式對(duì)達(dá)因值的影響

從表3可知，采用無(wú)添加劑的鍍液對(duì)冷軋鋼電鍍鎳后以不同方式包裝并存放?？梢?jiàn)樣品裸露放置時(shí)達(dá)因值衰減最嚴(yán)重，采用密封袋裝和抽真空均能在一定程度上減緩達(dá)因值的衰減，同時(shí)采用密封袋裝和抽真空時(shí)效果最佳。增加干燥劑對(duì)減緩達(dá)因值的衰減無(wú)明顯作用，說(shuō)明空氣中的水蒸氣對(duì)鍍層達(dá)因值的影響不大。

表3 不同包裝方式下Ni鍍層的達(dá)因值衰減情況 Table 3 Decrease of dyne value on electroplated nickel coatings packed in different ways

另外，樣品在密封袋+抽真空環(huán)境下存放30 d后的達(dá)因值仍會(huì)出現(xiàn)小幅衰減，推測(cè)可能是因?yàn)殄儗又写嬖诳紫叮写芯亢万?yàn)證。

2.4 電暈處理對(duì)達(dá)因值的影響

電暈處理是指利用高頻率的高電壓產(chǎn)生放電，提高被處理表面達(dá)因值的一種方式，主要用于薄膜、膠條、泡棉等塑料材質(zhì)。對(duì)2.2節(jié)中添加劑體積分?jǐn)?shù)為20 mL/L的樣品(放置30 d后)進(jìn)行電暈處理，其達(dá)因值從低于34 dyn/cm提高到了40 dyn/cm，但在接下來(lái)的20 d里又逐漸衰減到34 dyn/cm以下。

根據(jù)黃亞男的研究[6]，電暈放電可增大材料表面反應(yīng)性氧自由基的濃度，提高材料表面自由能。沈峰等[7]的研究則表明，在電暈過(guò)程中高能態(tài)的電子與空氣中的氧分子碰撞，使氧氣發(fā)生氧化而生成臭氧，臭氧的強(qiáng)氧化性使材料表面的有機(jī)污染物發(fā)生一系列復(fù)雜反應(yīng)而被去除，從而提高了材料的達(dá)因值。值得注意的是，電暈處理同樣具有時(shí)效性。

3 結(jié)論

研究了基材表面粗糙度、鍍液添加劑用量、包裝方式和電暈處理對(duì)Ni鍍層初始達(dá)因值及其衰減的影響。結(jié)果表明，適當(dāng)提高基材表面粗糙度或降低鍍液中添加劑的濃度，采用密封袋和抽真空來(lái)保存電鍍樣品，以及對(duì)鍍層進(jìn)行電暈處理，都能夠提高電鍍層的達(dá)因值。