化學(xué)鍍鎳配方

1、簡述電鍍槽液加料方法與溶液密度測定方法1.電鍍生產(chǎn)現(xiàn)場工藝管理的主要內(nèi)容：1)控制各槽液成分在工藝配方規(guī)范內(nèi)。遵守規(guī)定的化學(xué)分析周期。2)保持電鍍生產(chǎn)的工藝條件。如溫度、電流密度等。3)保持陰極與陽極電接觸良好。4)嚴格的陰極與陽極懸掛位置。5)保持鍍液的清潔和控制鍍液雜質(zhì)。6)保持電鍍掛具的完好和掛鉤、掛齒良好的電接觸。2.電鍍槽液加料方法：加料要以“勤加”“少加”為原則。2.1固體物料的補充，某些有機固體料先用有機溶劑溶解,再慢慢加入以提高增溶性。若直接加入往往會使鍍液混濁。一般的固體物料,可用鍍槽中的溶液來分批溶解。即取部分電鍍液把要加的料在攪拌下慢慢加入,待靜止澄清,把上層清液加入鍍槽

2、。未溶解的部分,再加入鍍液,攪拌溶解。這樣反復(fù)作業(yè),直到全部加完。在不影響鍍液總體積的情況下,也可以用去離子水或熱的去離子水攪拌溶解后加入鍍槽。有些固體料易形成團狀,影響溶解過程?？梢韵扔蒙倭克{(diào)成稀漿糊狀,逐步?jīng)_稀以避免團狀物的形成。2.2液體物料的補充，可以用去離子水適當稀釋或用鍍液稀釋后在攪拌下慢慢加入。嚴禁將添加劑光亮劑的原液加入鍍槽。2.3補充料的時機，加料最好是在停鍍時進行。加入后經(jīng)過充分攪勻再投入生產(chǎn)。在生產(chǎn)中加料,要在工件剛出槽后的“暫休”時段加入。可在循環(huán)泵的出液口一方加入,加入速度要慢,藥料隨著出液口的沖擊力很快分散開來。2.4加料方法不當可能造成的后果：2.4 1)如果加

3、入的是光亮劑,則易造成此槽工件色澤差異。2.4.2)如果加入的是沒有溶解的固體料,則易造成鍍層毛刺或粗糙。2.4.3)如果是加入酸調(diào)節(jié)ph,會造成槽液內(nèi)部ph不均勻而局部造成針孔。3.鍍液及其它輔助溶液密度的測試方法：3.1要經(jīng)常測定溶液的密度，新配制的鍍液或其它輔助液,都要測定它的密度并作為檔案保存起來供以后對比。鍍液的密度一般隨著槽齡增加而增加。這是由于鍍液中雜質(zhì)離子、添加劑分解產(chǎn)物等積累的結(jié)果,因此可以把溶液密度與溶液成分化驗數(shù)據(jù)一起綜合進行分析,判斷槽液故障原因以利排除。3.2溶液密度測定方法，在電鍍生產(chǎn)中,常用密度計或波美計測試溶液密度。密度與波美度可以通過下列公式轉(zhuǎn)換。對重于水的液

4、體密度=145/(145-波美度),波美度=(145x145)/密度,在用波美計測試時,其量程要從小開始試測,若波美計量程選擇不當,會損壞波美計。測試密度不要在鍍槽內(nèi)進行,應(yīng)取出部分鍍液在槽外進行。在鍍槽中測試,當比重計或波美計萬一損壞,鍍液會被鉛粒污染。應(yīng)將待測液取出1.5l左右(用2000ml燒杯),熱的溶液可用水浴冷卻。然后將樣液轉(zhuǎn)移至1000ml直形量筒中,裝入量為距筒口約20mm處,就可用比重計測量。脈沖電鍍電源使用須知脈沖電鍍電源使用須知一、脈沖電鍍電源與鍍槽之間的距離為了確保脈沖電流波形引入鍍槽時不畸變，且衰減小，希望在安裝時，脈沖電鍍電源與鍍槽的間距2-3m為佳，否則對脈沖電流

5、波形的后沿（下降沿）影響較大，電鍍將不能達到預(yù)期效果。二、陰、陽極的導(dǎo)線連接方式直流電源的導(dǎo)線連接方式，不適合脈沖電源的連接，脈沖電鍍電源的輸出連接，希望兩根導(dǎo)線的極間電容能夠抵消導(dǎo)線的傳輸電感效應(yīng)，因此陰、陽極導(dǎo)線最好的方法就是雙絞交叉后，引送到鍍槽邊，從而保持脈沖波形不變。三、導(dǎo)線的選用1、由于是脈沖電源，為了避免趨夫效應(yīng)，在導(dǎo)線選擇時，應(yīng)選擇多股芯線作脈沖電源到鍍槽的連接線，多股芯線絞織，其間的線電容可以抵消其電感效應(yīng)。2、導(dǎo)線的規(guī)格一定要滿足其通過的額定電流，因為脈沖電流的電流密度要比平均電流的電流密度大很多很多，因此必須考慮能承受脈沖電源的電流所產(chǎn)生的電流熱效應(yīng)，以確保脈沖電源到鍍槽

6、的衰減最小。舉例：脈沖電流為1000a，占空比為60%，顯然其平均電流為600a，而額定電流為：(100060%)1.3780a，在選擇導(dǎo)線時，額定值最好選擇800a的導(dǎo)線?；瘜W(xué)鍍鎳化學(xué)鍍鎳化學(xué)鍍鎳已成為國際上表面處理領(lǐng)域中發(fā)展最快的工業(yè)技術(shù)之一，以其優(yōu)良的性能，在幾乎所有的工業(yè)部門都得到了廣泛應(yīng)用，每年總產(chǎn)值達10億美元，而且每年還以5%7%的速度遞增一、性質(zhì)和用途用次磷酸鈉作還原劑獲得的鍍層實際上是鎳磷合金。依含磷量不同可分為低磷（1%4%）、中磷（4%10%）和高磷（10%12%）。從不同ph值的鍍液中可獲得不同含磷量的鍍層，在弱酸性液（ph=45）中可獲得中磷和高磷合金；從弱堿性液（p

7、h=810）中可獲得低磷和中磷合金。含磷為8%以上的ni-p合金是一種非晶態(tài)鍍層。因無晶界所以抗腐性能特別優(yōu)良。經(jīng)過熱處理（300400）變成非晶態(tài)與晶態(tài)的混合物時硬度可高達hv=1155；化學(xué)復(fù)合鍍層硬度更高，如ni-p-sic，鍍態(tài)hv=700，350熱處理后可達到hv=1300。非晶態(tài)合金是開發(fā)新材料的方向，現(xiàn)已成為工程學(xué)科的一大熱門。近年低磷化學(xué)鍍鎳是研究開發(fā)的又一熱點，含磷1%4%的ni-p合金，鍍態(tài)的hv=700，熱處理后接近硬鉻的硬度，是替代硬鉻層的理想鍍層，又是可在鋁上施鍍的好鍍種。化學(xué)鍍層的種類、性質(zhì)和主要用途，列于表3-1-2。化學(xué)鍍鎳層與電鍍鎳層的性能比較，列于表3-1-

8、3。表3-1-2 化學(xué)鍍鎳種類性質(zhì)和主要用途 鍍種 主要性質(zhì) 主要用途酸性（7%12%p）工程上用；ni-p 耐蝕性堿性（1%4%p）電子行業(yè)，代硬鉻ni-b高耐熱、硬度高耐磨，酸性（3%b）電子工4良好的導(dǎo)電性、焊接性業(yè)；堿性（約5%b）航空工業(yè)。ni-m-p（m=cu、w、耐蝕、耐熱、磁性能和cr、fe、zn、nb、w、電阻性能mo）ni-p/sic、al2o3、人造金剛石、cfx、ptfe、耐磨性、自潤滑性泵、閥門、液壓軸、內(nèi)燃機汽化部件表3-1-3 化學(xué)鍍鎳與電鍍鎳的性能比較比較項目 組成 外觀 結(jié)構(gòu) 密度厚度均勻性 硬度（鍍態(tài)） 加熱硬化 耐磨性 耐蝕性電鍍鎳層 99%以上ni 暗至

9、光亮 晶態(tài) 8.9 差hv=200400 無變化 相當好好（多孔隙）化學(xué)鍍鎳層92%ni、8%p（平均值）半光亮至光亮 非晶態(tài) 7.9（平均） 好hv=500700 hv=9001300 極好優(yōu)良（孔隙少）及制藥裝置、廚房設(shè)施化工、機械、紡織、造紙等工業(yè)部門，如模具、器、金屬電阻器、醫(yī)療非磁性應(yīng)用、薄膜電阻tio2、zro2、ni-b/tio2、zro2相對磁化率（%）電阻率/cm-1 36 7 4 601000.010.020.380.2 熱導(dǎo)率/jcm-1s-1-1 0.16 無潤滑油 有潤滑油 磨損 0.2化學(xué)鍍鎳的脆性較大，在鋼上僅能經(jīng)受2.2%的塑性變形而不出現(xiàn)裂紋。在620下退火后

10、，塑性變形能力可提高到6%；當熱處理溫度達840時，其塑性還可進一步改善?；瘜W(xué)鍍鎳層同鋼鐵、銅及其合金、鎳和鈷等基體金屬有良好的結(jié)合力。在鐵上鍍覆1012m的化學(xué)鍍鎳層，經(jīng)反復(fù)彎曲180后未出現(xiàn)任何裂紋和脫落現(xiàn)象。但與高碳鋼、不銹鋼的結(jié)合力比上述金屬差；同非金屬材料的結(jié)合力會更差些，重要的是取決于非金屬材料鍍前預(yù)處理質(zhì)量?；瘜W(xué)鍍鎳層的化學(xué)穩(wěn)定性在大多數(shù)介質(zhì)中都比電鍍鎳高，在大氣中曝曬試驗、鹽霧加速試驗中，其耐蝕性顯著地優(yōu)于鎳；在海水、氨和染料等介質(zhì)中相當穩(wěn)定?；瘜W(xué)鍍鎳層以其高耐蝕、高耐磨、高均勻性、兼有防腐、裝飾及機能方面的作用，故用途十分廣泛，諸如電子和計算機、化學(xué)和化工、機械、航空航天、石

11、油和天然氣、汽車、食品加工、醫(yī)藥和紡織等工業(yè)部門。具體應(yīng)用舉例：1.計算機工業(yè)主要用于數(shù)量巨大的硬盤片鋁鎂合金上化學(xué)鍍鎳，使 6其具有足夠的硬度以保護鋁合金基體不變形和磨損，同時防止基體氧化腐蝕。2.電子工業(yè)除需要耐磨耐蝕的化學(xué)鍍層外，還大量需要低電阻溫度系數(shù)、擴散阻擋層及良好的焊接性能的化學(xué)鍍層。ni-cr-p、ni-w-p等多元合金化學(xué)鍍層具有低電阻溫度系數(shù)，在薄膜電阻器的制造中很有用。ni-b、ni-p-b、ni-p等化學(xué)鍍層的釬焊性接近于金鍍層。3.機器制造工業(yè)凡需要耐磨或耐蝕的零部件一般都可用化學(xué)鍍鎳來提高其壽命，如液壓軸、曲軸、傳動鏈帶、齒輪和離合器、工、卡、模具等。4.石油和天然

12、氣、化學(xué)工業(yè)化學(xué)鎳層對含硫化氫的石油和天然氣環(huán)境，對酸、堿、鹽等化工腐蝕介質(zhì)有優(yōu)良的抗蝕性，所以在采油設(shè)備、輸油管道中有廣泛用途。在普通鋼或低合金鋼上鍍一層5070m的ni-p合金，其壽命可提高36倍。化學(xué)工業(yè)的容器、閥、管道、泵等的化學(xué)鍍鎳可替代不銹鋼和純鎳。5.汽車工業(yè)汽車工業(yè)中使用化學(xué)鍍鎳是利用其耐蝕、耐磨性能，如形狀復(fù)雜的齒輪、散熱器和噴油嘴、制動瓦片、減震器等等。6.其它航空業(yè)中的噴氣發(fā)動機的一些零件，陶瓷、軸瓦合金、不銹鋼在還原氣氛中的結(jié)合材料，鋁、鎂、鈹材料制成的航空零部件和電子元件等。二、以次磷酸鈉為還原劑的化學(xué)鍍鎳1.酸性化學(xué)鍍鎳的工藝規(guī)范（見表3-1-4）。2.堿性化學(xué)鍍鎳

13、的工藝規(guī)范（見表3-1-5）表3-1-4 酸性化學(xué)鍍鎳的工藝規(guī)范配方 工藝規(guī)范1234567含量/gl-126硫酸（niso47h2o） 253025氯化鎳（nicl26h2o）3025303530 10次磷酸鈉202530（nah2po2h2o） 醋酸鈉（nac2h3o2） 15 檸檬酸鈉10（na3c6h5o72h2o） 葡萄糖酸鈉 乳酸（c3h6o3）80%/mll-1丙酸（ch3ch2cooh）24 10 1025 10182212173520103027 2.2硫酸肼鉛離子（ppm） 硫脲（ppm） ph值 溫度/沉積速度/mh-1 適用基體材料102 224.555 859090

14、1215204.5 46 46 45 4.659030408590909590 2051025 1015鋼鐵 鋼鐵 鋼鐵 鋼鐵 陶瓷 玻璃 鋼鐵3.化學(xué)鍍鎳液的配制方法8化學(xué)鍍鎳配方多，使用成分多，且有弱酸性和弱堿性兩種，特別要根據(jù)選用的配方采用正確的配制方法，防止因配制不當產(chǎn)生鎳的氫氧化物沉淀。這里介紹配制應(yīng)遵循的順序： （1）用不銹鋼、搪瓷、塑料作鍍槽。 （2）用配槽總體積的1/3水量加熱溶解鎳鹽。（3）用另外1/3的水量溶解絡(luò)合劑、緩沖劑及其它化合物，然后將鎳鹽溶液在攪拌下倒入其中，澄清過濾。（4）用余下1/3水量溶解次磷酸鈉，過濾，在將要使用前在攪拌下倒入上述混和液中，稀至總體積，用1

15、：10的h2so4或1：4的氨水調(diào)ph值。表3-1-5 堿性化學(xué)鍍鎳工藝規(guī)范配方 工藝規(guī)范硫酸鎳（niso47h2o） 氯化鎳（nicl26h2o）12345含量/gl-12530402030次磷酸鈉（nah2po2h2o）10 氯化銨（nh4cl） 焦磷酸鉀（k4p2o7）5025203530 3050檸檬酸銨（(nh4)3c6h5o7） 氫氧化銨（nh4oh）/mll-1 光亮劑nd-1/ mll-1 絡(luò)合劑nd-2/ mll-150102025 20 40309檸檬酸鈉（na3c6h5o7）ph值溫度/時間/min厚度/m適用基體材料 10 910 910或89.5 1011 810 8

16、8.5 3040 6575 90 510 510 60 40 3545 0.20.512.5 8 塑料 塑料 金屬 金屬 塑料 注：配方4為ble-1光亮低溫化學(xué)鍍鎳新工藝，溶液較酸性液穩(wěn)定、節(jié)能、外觀光亮平滑。ph=910時獲含p2%4%低磷合金，ph=88.5時為含p7%8%的普通化學(xué)鎳層，南京大學(xué)研制。4.化學(xué)鍍鎳簡單原理化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)歷程如下：第一步：溶液中的次磷酸根在催化表面上催化脫氫，同時氫化物離子轉(zhuǎn)移到催化表面，而本身氧化成亞磷酸根h2po2+h2ohpo32-+h+2h（吸附于催化表面） 第二步：吸附于催化表面上的活性氫化物與鎳離子進行還原反應(yīng)而沉積鎳，而本身氧化成氫氣ni2+

17、2hni0+h2 總反應(yīng)式為2h2+2h2o+ni2+ni0+h2+4h+2h部分次磷酸根被氫化物還原成單質(zhì)磷，同時進入鍍層h2+h（催化表面）p+h2o+oh10上述還原反應(yīng)是周期地進行的，其反應(yīng)速度取決于界面上的ph值。ph值較高時，鎳離子還原容易；而ph值較低時磷還原變得容易，所以化學(xué)鍍鎳層中含磷量隨ph值升高而降低。除上述反應(yīng)外，化學(xué)鍍鎳中還有副反應(yīng)發(fā)生，即由于存在副反應(yīng)，實際每消耗2mol次磷酸鈉大約能沉積0.7mol的鎳原子。加入槽中的次磷酸鹽最終約90%轉(zhuǎn)化為亞磷酸鹽，亞磷酸鎳溶解度低，當有絡(luò)合劑存在，游離鎳離子少時，不產(chǎn)生沉淀物。當有亞磷酸鎳固體沉淀物存在時，將觸發(fā)溶液的自分解

18、。在化學(xué)鍍中不可避免地會有微量的鎳在槽壁和鍍液中析出，容易導(dǎo)致自催化反應(yīng)在均相中發(fā)生，需要用穩(wěn)定劑加以控制。反應(yīng)中生成的氫離子將降低鍍液ph值，從而降低沉積速度，所以需加ph值緩沖劑和及時調(diào)ph值。鋁合金化學(xué)鍍鎳工藝研究與應(yīng)用筆者從1996年開始進行鋁合金化學(xué)鍍鎳工藝研究，經(jīng)反復(fù)試驗終于研制成功一種既能滿足電子設(shè)備微波元件外表裝飾要求又具有良好物理化學(xué)特性(可焊性、耐磨性、三防特性、高低溫特性等)，而且附著力優(yōu)異的鋁合金化學(xué)鍍鎳工藝體系。經(jīng)過一年多的小槽(25l)生產(chǎn)考驗后，已于1998年安裝了一條小型手動化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線具備鍍液自動控溫、壓縮空氣攪拌、循環(huán)過濾、去離子水漂洗等功能，特

19、別是配置了鍍液自動分析和補充儀(美國walchem產(chǎn)品)，它能保證工作過程鍍液成分和ph值始終保持在正常工藝范圍，從而保證鍍層質(zhì)量可靠。該生產(chǎn)線已成功地應(yīng)用于鍍覆引進放大器鋁腔體以及微波開關(guān)，振蕩器和天線饋 11電架等，滿足了設(shè)計要求，使用效果良好。 本文對該工藝體系作一簡要總結(jié)，重點報道二次浸鋅和堿性化學(xué)鍍鎳工藝的確定，酸性化學(xué)鍍鎳工藝的優(yōu)選以及鍍層主要物理化學(xué)特性。1 二次鋅酸鹽處理眾所周知，鋁上電鍍(或化學(xué)鍍)存在許多困難，由于鋁化學(xué)性質(zhì)活潑，電化學(xué)電位很負(e-1.66v)，對氧有高度親和力、極易氧化；鋁的線膨脹系數(shù)比一般金屬大(2410-6/)；它又是兩性金屬，在酸堿中均不穩(wěn)定，化學(xué)

20、反應(yīng)復(fù)雜；鍍層有內(nèi)應(yīng)力，因而鋁上電鍍(或化學(xué)鍍)能否成功，關(guān)鍵是要解決附著力問題。 鋁表面的氧化膜經(jīng)酸堿腐蝕去除后，在空氣或水溶液中能迅速重新生成。為此，鋁上電鍍必須進行特殊前處理，其目的在于去除這些氧化膜，使其不能重新形成，并迅速賦予一層薄而均勻的金屬鍍層作為進一步按正常工藝電鍍的底層。可見，能否置取這樣一層理想的金屬層乃是獲得鋁上電鍍(化學(xué)鍍)層附著力良好的工藝關(guān)鍵，習慣置取該金屬薄層的工藝方法有浸鋅酸鹽法、浸錫酸鹽法、電鍍鋅法、磷酸陽氧化法等。浸鋅酸鹽法由于zn在強堿溶液中呈絡(luò)離子存在，它的電位變得比簡單鹽中的fe或ni負得多，與al十分接近，因而當al浸入鋅酸鹽溶液中能得到較薄的均勻z

21、n層，有助于與鋁基體牢固結(jié)合，這正是目前應(yīng)用較普遍的主要原因。兩次浸鋅處理比一次浸鋅處理而言，它能降低zn含量，使zn層結(jié)晶更細致。有作者經(jīng)掃描電鏡(sem)觀察證明，第一次浸zn后能看到晶粒之間仍有未變化的鋁表面區(qū)域，其鋅酸鹽膜結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)狀、不連續(xù)分布，尺寸為0.21.0m范圍。而兩次浸zn膜比第一次浸zn膜致密得多，晶粒度分布均勻，大致相同(150300mm)，看不到未鍍覆鋁表面，原因在于除去第一層zn膜后，重新形成的氧化膜比原先的氧化膜更均勻，故隨后第二次浸漬zn層易于均勻復(fù)蓋上全部鋁表面。為此，我們選擇配方(1)、(2)和改進配方(3)、(4)進行比較試驗，見表1。并測定了在4種不同鋅酸

22、鹽溶液中所形成的鋅層重量，見表2。表1 鋅酸鹽溶液/(gl-1)配方1配方2配方3配方4naoh zno znso4 niso4 knac4h4o6500100 5012020 45200 100 60 100240 120 60 12012第12/21頁fecl3 211 1 nano3 添加劑 10301030表2 不同浸鋅工藝的鋅層質(zhì)量處理 浸鋅配方1配方2配方3配方4規(guī)范 時間mg/dm2mg/dm2mg/dm2mg/dm2一次浸鋅1min4.614.335.894.28再次浸鋅各1min2.501.820.800.40再次浸鋅各2min 0.751.03再次浸鋅各3min 0.840

23、.86表2數(shù)據(jù)證明，兩次浸鋅得到的鋅層比一次浸鋅薄，配方2與配方1均是典型的濃溶液與稀溶液，鋅層呈光亮，深藍灰色，配方(1)堿濃度太高，粘度大，工件不易清洗干凈，配方(2)堿濃度低，含鋅量太少故需經(jīng)常校正，溶液穩(wěn)定性差，而改進配方(3)與(4)堿濃度適中，特別是含有鎳鹽，naoh對zn2的摩爾濃度比值由10提高到1314，將酒石酸鉀鈉含量升高到100120g/l，又引進添加劑，使鎳離子呈更穩(wěn)定絡(luò)離子形式存在，從而能使鎳離子與鋅離子一起緩慢而均勻地置換沉積在鋁表面，得到的鋅鎳合金層比配方(1)、(2)更薄更均勻。有文獻報導(dǎo)浸zn層質(zhì)量大致應(yīng)在1.61.7mg/dm2范圍(最佳3.1mg/dm2)

24、，通過試驗，我們發(fā)現(xiàn)控制zn-ni層質(zhì)量在12mg/dm2范圍的浸鋅工藝能充分保證鋁上鍍層附著力良好。特別是含鎳的鋅層為隨后的化學(xué)預(yù)鍍鎳沉積初期提供了充足的催化核心，這是提高隨后鎳鍍層附著力的一個重要因素。132 堿性化學(xué)鍍鎳預(yù)鍍實踐證明，兩次浸鋅工藝是鋁合金獲得附著力優(yōu)異的化學(xué)鍍鎳層的前提條件，但是這層薄而致密的鋅層在隨后的化學(xué)鍍鎳溶液中會發(fā)生化學(xué)溶解作用，常規(guī)化學(xué)鍍鎳使用酸性溶液(ph45)，工作溫度高(90)，顯而易見如果鋁合金浸鋅后直接在酸性鍍液中化學(xué)鍍鎳，鋅層很快溶解掉，而且溶解的鋅會污染鍍液，為了減緩鋅層的溶解作用，提高化學(xué)鍍鎳層對基體鋁合金的結(jié)合力，延長化學(xué)鍍鎳溶液的使用壽命，必

25、須采用堿性化學(xué)鍍鎳預(yù)鍍工藝，這也是鋁合金化學(xué)鍍鎳成功與否的關(guān)鍵所在。有人研究了化學(xué)鍍鎳反應(yīng)初期基體鋁上鎳鍍層的化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)大部分鋅層溶解在化學(xué)鍍鎳溶液中，這種溶解作用的強弱取決于下列五種因素，化學(xué)鍍鎳液的溫度、ph值、鎳離子濃度、絡(luò)合配位體種類和絡(luò)合物濃度。為此，堿性化學(xué)鍍鎳作為預(yù)鍍底層必須綜合考慮鍍液ph值、溫度、沉積速度、絡(luò)合劑種類和濃度之間的平衡關(guān)系，作者選擇了4種代表性配方進行比較。見表3。表3 堿性化學(xué)鍍鎳溶液 /(gl-1)配方1配方2配方3配方4nacl26h2o21 21niso46h2o 25 25nah2po22h2o12 20 25 25(nh4)c6h5o745 45

26、絡(luò)合劑 10 45nh4cl 30 30 30 30nh4oh 50 5014為保證鍍液穩(wěn)定、沉積速度適中，經(jīng)過試驗改變還原劑和絡(luò)合劑的濃度，確認配方(4)呈強堿性(ph8.59)，工作溫度低(3545)，由于采用復(fù)合絡(luò)合劑，進一步降低鎳離子有效濃度，氧化還原反應(yīng)速度變得緩慢使結(jié)晶更細致均勻，從而能有效減弱浸鋅層的溶解，而且在鋅層被置換的同時即發(fā)生鎳的自催化沉積，所以最終能在鋁表面直接得到一層結(jié)晶細小、均勻、結(jié)合良好的薄鎳層，而幾乎不參雜有氧化物或鋅層。 通過近兩年的生產(chǎn)實踐，證明該配方與國外引進的enplateal-100化學(xué)閃鍍鎳具有相似的功能，經(jīng)過預(yù)鍍能在鋁表面得到一層薄而均勻、活潑的鎳

27、層，是隨后酸性化學(xué)鍍鎳的理想底層。3 酸性化學(xué)鍍鎳選擇3種酸性化學(xué)鍍鎳配方進行工藝比較見表4。首先觀察鍍層外觀，從配方(1)得到的鎳層呈半光亮黃白色，而配方(2)得到鎳層色暗，不適用于鋁合金，隨后比較配方(1)和配方(3)，配方(3)是商品enplate ni418，其鎳離子與次亞磷酸根離子的摩爾濃度比值大約在0.30.4，從而能保證沉積速度適中(1620m/h)，由于含有適當?shù)木彌_劑和穩(wěn)定劑因而鍍液十分穩(wěn)定。鍍液溫度保持在8590，溫度變化嚴格控制在1范圍，一般隨著溫度升高，沉積速度加快，含磷量下降，溫度波動大時，磷含量變化太大，會生成片狀鍍層影響結(jié)合力和抗腐蝕性。一般隨著ph值增大，沉積速

28、度提高，含磷量下降，本工藝控制ph在4.90.1范圍。生產(chǎn)過程鎳離子和次亞磷酸根離子濃度及ph值逐漸減小，鍍層含p量升高。表4 酸性化學(xué)鍍鎳溶液 /(gl-1)配方1 配方2配方3niso46h2o23 25nah2po4h2o24 2415c3ii6o3 2720c4h6o4 c2h5ona 15na3c6h5o7 15enplateni-418(ml/l) 60enplateni-418(ml/l) 90本所化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線配置了美國walchem化學(xué)鍍鎳自動分析(添加)儀，實現(xiàn)了鍍液自動控溫、連續(xù)過濾、壓縮空氣攪拌、鍍液在線自動分析與補充。整個化學(xué)鍍過程工藝條件始終在最佳范圍，因而從配方(

29、3)得到的鎳層含磷量能穩(wěn)定在80%左右，鍍液穩(wěn)定。其外觀色澤呈光亮黃白色，接近進口的放大器鋁腔體，滿足了本課題防護、裝飾性能的外觀要求。4 鍍后熱處理化學(xué)鍍鎳層和鋁基體界面產(chǎn)生的作用力稱為應(yīng)力，一般中磷(5%9%)鍍層的拉應(yīng)力典型值為56176mpa，高磷(10%12%)鍍層的壓應(yīng)力28mpa，低磷(2%4%)鍍層略有壓應(yīng)力，如果應(yīng)力足夠高而結(jié)合力不好則會造成鍍層起泡或分離，或者在高、低溫環(huán)境使用時，由于鋁和鎳的膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力疊加到內(nèi)應(yīng)力上，也將導(dǎo)致化學(xué)鍍鎳層起泡。鋁合金化學(xué)鍍鎳后進行熱處理可能消除鎳磷合金中殘留的原子氫，使內(nèi)應(yīng)力得到緩慢釋放，最大限度減少內(nèi)應(yīng)力絕對值，同時促使沉積層

30、和基體間發(fā)生微量擴散，進一步提高鍍層與基體附著力，而不降低耐腐蝕性。熱處理應(yīng)在化學(xué)鍍后立即進行，在有空氣循環(huán)的烘箱中緩慢升溫，效果較好。根據(jù)mil-c-26074e、ams2404d、iso 4527-1987等化學(xué)鍍鎳標準規(guī)16定，推薦鋁合金提高附著力的熱處理規(guī)范如下：(a)可熱處理強化鋁合金，在120140下烘烤11.5h； (b)非熱處理強化鋁合金，在150180下烘烤11.5h。 5 鍍液穩(wěn)定性與壽命本工藝體系的堿性鍍鎳液和酸性鍍鎳液本身均十分穩(wěn)定，經(jīng)補充鎳鹽與還原劑，溶液可以連續(xù)使用，商品enplate 418的鎳離子更新累計質(zhì)量可達3750g/l。鍍液煮沸也不會分解。但是任何鍍液的

31、壽命都是有限的，為了在生產(chǎn)過程延長鍍液使用壽命，關(guān)鍵在于嚴格的管理和維護。首先要根據(jù)生產(chǎn)負荷，定期或不定期分析鎳離子和還原劑濃度，少量或經(jīng)常補充消耗的鍍液成分，使鍍液始終工作在最佳工藝范圍，與此同時生產(chǎn)過程要嚴格控制溫度和ph值在工藝范圍，這是保持鍍液穩(wěn)定，延長壽命的基本要求。必須防止鍍液成分過分偏低，一次性大量補充試劑，造成溶液不平衡，影響工作壽命。保持鍍液盡量干凈是延長化學(xué)鍍鎳液壽命的重要措施之一，配制鍍液要用去離子水和分析純試劑。任何金屬雜質(zhì)的引入都會對化學(xué)鍍鎳溶液產(chǎn)生不利影響，如果試劑純度不夠，金屬雜質(zhì)含量高，鍍液中雜質(zhì)微粒會發(fā)生自催化反應(yīng)而析出金屬鎳，導(dǎo)致鍍液混濁。另外，盡管采用聚丙

32、烯塑料鍍槽，理論上鎳不會沉積在鍍槽壁上，然而由于空氣塵埃會帶入顆粒狀物質(zhì)，同樣會成為自催化核心，所以在局部過熱的加熱管壁和槽底，在生產(chǎn)一定周期后仍會堆積少量鎳，如果不及時清除將會嚴重影響鍍液穩(wěn)定性。每班工作結(jié)束要及時抽出化學(xué)鍍鎳液，使其迅速冷卻到60以下，以減少鎳的自發(fā)析出。要經(jīng)常檢查加熱管壁、濾芯、槽底、槽壁有無鎳析出，定期用稀硝酸浸泡、清洗，但是必須將殘存的酸跡清洗干凈，因為硝酸是降低鍍液壽命的有害雜質(zhì)。嚴格控制裝載量也是延長化學(xué)鍍鎳溶液壽命的一個重要因素。裝載量過大會使反應(yīng)過分劇烈，次亞磷酸鈉可能分解為亞磷酸鈉，析出的鎳會脫落，溶液易渾濁甚至分解，同樣在空載和壓縮空氣強烈攪拌下也會第17

33、/21頁加速次亞磷酸鈉氧化成亞磷酸鈉，影響鍍液穩(wěn)定性。為延長鍍液壽命，生產(chǎn)中應(yīng)該將裝載量控制在最佳范圍0.51.0dm2/l，應(yīng)當盡可能將足夠量的工件集中一起施鍍，有效利用槽液的負載能力，避免過載和空載。 6 典型工藝體系鋁件有機溶劑去油堿性除油(堿腐蝕)硝酸浸蝕浸鋅去膜第二次浸鋅堿性化學(xué)鍍鎳酸性化學(xué)鍍鎳去離子水漂洗熱處理。7 鍍層物理化學(xué)特性7.1 鍍層化學(xué)成分及結(jié)晶形態(tài)用電子顯微鏡及x射線能譜分析鋁上化學(xué)鍍鎳層成分與形態(tài)見表5。表5 不同化學(xué)鍍鎳工藝鍍層成分與組織形態(tài) 酸性鍍鎳 酸性鍍鎳堿性鍍鎳(0)(配方3) (配方1)化學(xué)鍍 ni89.95% ni86.82% ni93.79 %鎳層成

34、分p10.05% p13.18% p6.21%鍍層光亮、連續(xù)鍍層發(fā)暗，呈粒鍍層半光亮，基厚度均勻，有少狀不連續(xù)，厚度本連續(xù)有孔隙 結(jié)晶形態(tài)量孔隙，晶粒大不均勻晶粒大區(qū)，晶粒大小小為亞微米 小為4m 為亞微米從表5的鍍層外觀及結(jié)晶形態(tài)看出，酸性鍍鎳(配方3)最好，堿性鍍鎳0組較好，酸性鍍鎳(配方1)較差。據(jù)報道，含磷量8%的化學(xué)鎳鍍層為晶態(tài)結(jié)構(gòu)，有磁性，但比電鍍鎳小，但隨著含磷量增加，從晶態(tài)向非晶態(tài)轉(zhuǎn)變，含磷量8%時呈亞晶態(tài)結(jié)構(gòu)，呈弱磁性，經(jīng)熱處理能顯著提高磁性。含磷量在10%12%時為第18/21頁非晶態(tài)鎳磷(ni-p)合金，完全無磁性，不存在晶界、位錯等晶體缺陷。因而，化學(xué)鍍鎳層耐腐蝕性隨著

35、含磷量增加而提高，通過x射線能譜分析證實從配方(3)得到的化學(xué)鍍鎳層含p量為8%10%，屬于中磷化學(xué)鍍鎳層。7.2 鍍層附著力按標準iso 4527-1987(附錄b)規(guī)定，采用熱震試驗方法，將鋁合金ly12cz化學(xué)鍍鎳試樣及零件放在電熱烘箱中加熱至250，保溫1h，經(jīng)冷水驟冷，未見鼓泡與起皮。7.3 高低溫沖擊試驗鋁腔體10個(化學(xué)鍍鎳15m)，按標準gjb 150.5-86規(guī)定，經(jīng)高溫125，低溫-55，進行6個循環(huán)沖擊，未見鼓泡與起皮。7.4 濕熱試驗鋁試樣(ly12cz)100mm50mm1mm三件及鋁腔體2個(化學(xué)鍍鎳15m)，按標準gjb150.10-86規(guī)定，進行恒定濕熱試驗168h(溫度40、相對濕度95%)，鍍層表面沒有變化。7.5 中性