电镀-电镀镀镍技术.doc

電鍍鍍鎳技術一前言鍍鎳的應用面很廣，可作為防護裝飾性鍍層，在鋼鐵，鋅壓鑄件，鋁合金及銅合金表面上，保護基體材料不受腐蝕或起光亮裝飾作用；也常作為其他鍍層的中間鍍層，在其上再鍍一層薄鉻，或鍍一層仿金層，其抗蝕性更好，外觀更美。還有就是在功能性應用方面，在特殊行業的大型零件上鍍約13mm厚，可達到修復之目的。硫酸鹽鍍鎳體系鍍液鎳，組成簡單，電流效率高（達95%以上），是目前國內應用最廣泛的鍍鎳液。在該鍍液基礎上添加不同類型的添加劑，則可得到多種性能不同的鍍鎳層，如半光亮鎳、光亮鎳、高硫鎳、珍珠鎳、槍黑鎳等。如在該鍍液體系中加入第二種金屬離子，配以適當添加劑，則可得到不同的鎳合金鍍層，從而使得硫酸鍍鎳體系在整個電鍍鎳中佔有舉足輕重的位置。二硫酸鹽鍍鎳體系電鍍機理硫酸鹽鍍鎳溶液是簡單鹽電解液，鎳的原子結構決定了鎳的置換作用小，所以不需要採用任何絡合劑，就可以從簡單的鎳鹽溶液中電解出金屬鎳，該電解液屬於弱酸性，PH6。同時，氫在鎳層上的超電壓小，也就是說鎳有吸氫程度較大，故伴隨有析氫副反應。陰極反應式如下：Ni2+2e=Ni2H+2e=H2鍍鎳的陽極採用電解鎳板，正常狀況下，陽極電化學溶解成鎳離子，以補充鍍液中消耗的鎳離子，反應式如下：Ni2eNi2+但是鎳陽極很容易鈍化，在表面生成一層褐色氧化膜，導致陽極溶解停止，而產生析氧反應。反應式如下：2H2O4e4H+O22Ni+3ONi2O3（褐色）所以在硫酸鹽鍍鎳鍍液中常加入陽極活化劑，如：氯化鈉或氯化鎳等。三硫酸鎳電鍍工藝及添加劑研究現狀關於硫酸鹽鍍液中的主鹽，陽極活化劑，緩衝劑、導電鹽，各工藝配方沒有多大變化，在電鍍工藝手冊中均有介紹，在此不作詳論。重要的是，鍍鎳添加劑的研究成果不斷地踴現，使鍍鎳技術發展迅猛，出現了多種成熟可靠的工藝技術。1普通鍍鎳技術（也叫鍍暗鎳）：普通鍍鎳也就是在基礎鍍液中少加適量潤濕劑或不加任何添加劑所得到的鍍鎳層，只要嚴格按工藝成份及工藝條件去做，便可得到理想的暗鍍層。參考配方如下：成份及工藝條件（g/l）配方一配方二硫酸鎳，NiSO4250350240330氯化鎳，NiCL230603752硼酸，H3BO330403045硫酸鎂，MgSO41520溫度，555405PH值354.85.6電流密度，A/dm22.51.00.61.02光亮鍍鎳技術：光亮鍍鎳技術的核心主要是光亮劑的研究技術。回顧鍍鎳光亮劑的歷史，現已進入第四代光亮劑應用階段。第一代是以無機鹽類為主要光亮劑階段，如氯化鎘等。參考配方如下：成份及操作條件（g/l）配方一配方二硫酸鎳，NiSO47H2O200250300400氯化鈉，NaCl15202535硼酸，H3BO335403040硫酸鎂，MgSO47H2O2025-糖精0.510.30.6氯化鎘0.0010.01-苯酚-0.30.6PH值4.24.64.54.8溫度，20352540電流密度，A/dm20.510.51.5第二階段開始採用了丁炔二醇與糖精的組合，可以得到白亮鍍層，但整平性差，而且丁炔二醇的還原產物1，4丁二醇和正丁烷殘留在鍍液中，惡化鍍液，並且很難用活性炭除去。下面提供二例配方：成份及操作條件（g/l）配方一配方二硫酸鎳,NiSO4250300300350氯化鎳,NiCl23050-氯化鈉,NaCl-1015硼酸，H3BO335403540糖精0.81.00.81.0丁炔二醇0.40.50.40.5十二烷基硫酸鈉0.050.150.050.10PH值44.644.5溫度（）40505055電流密度（A/d）1.53.01.53.0陰極移動需要需要第三階段開始採用丁炔二醇與環氧化合物進行縮合而成的產物，如丁炔二醇與環氧丙烷的縮合物BE、丁炔二醇與環氧丙烷的縮合物PK和791等。該階段所採用的縮合物與糖精組合使用，鍍液整平性能比1，4丁炔二醇的組合好得多，大處理週期也較長；但仍存在出光速度較慢，低電流密度區光亮性差，而高電流密度區易發霧，故只適合於要求不高的簡單工件。對於複雜零件就顯得力不從心了。後來通過試驗發現在含第三類光亮劑中添加適量烯丙基磺酸鈉、烯丙基磺酰胺、乙烯磺酸鈉等化合物可提高出光速度和整平速度，降低金屬雜質離子的影響。下面提供幾例配方：成份及操作條件g/l配方一（滾鍍）配方二（滾鍍）配方三（掛鍍）配方四（掛鍍）硫酸鎳,NiSO4180250350380300350250320氯化鎳,NiCL2-3040-氯化鈉,NaCL1520-12151220硼酸,H3BO33045404535403545791光亮劑ml/l12-240.81.2BE(ml/l)-0.50.75-糖精1.530.81.00.81.012十二烷基硫酸鈉-0.050.100.050.100.050.25PH值4.55.53.84.244.54.24.8時間,秒4445505840505060電流密度,A/dm20.52352.03.02.54.5其中配方（2）、（3）為電鍍工藝手冊中的配方,配方（1）、（4）為我們試驗採用的配方。配方中所採用BE、791、871光亮劑均是我們以前所開發研製的老一代配方。發展至第四階段的光亮劑一般由柔軟劑與含吡啶衍生物之類的中間體複配產物組合形成。它具有快出光性（一般35分鐘即可光亮），高整平性，同時拓寬了鍍層的光亮範圍，使得到光亮鍍層的時間大大縮短，從而減少光亮鍍層鎳的消耗，特別適用於裝飾性五金電鍍。柔軟劑一般由至少兩種以上中間體複配而成。柔軟劑中間體的主要成份仍為鄰磺酰苯酰亞胺（即糖精），對苯磺酰亞胺等。另外還需加入兩類輔助成份，才能得到良好的柔軟劑。一類輔助成份為烯丙基磺酸鈉，苯亞磺酸鈉等，起輔助整平作用；第二類是雜質容忍物質，如飽和烯烴磺化物、有機多硫化合物、不飽和脂肪酸衍生物、芳香族磺酸鹽、不飽和烷基磺酸鈉等，可提高柔軟劑的低電流密度區光亮作用。光亮鍍鎳高中電流密度區光亮整平中間體，大多採用丙炔醇的加成物，或者完全不屬於炔屬體系的吡啶類衍生物，大致分為以下三類：第一類是吡啶的衍生物，如吡啶翁丙氧基硫代甜菜堿、丙烷磺酸吡啶嗡鹽，分子式為C8H11NO3S，吡啶丙氧基衍生物，羥基丙烷磺酸吡啶嗡鹽分子式為：C8H11NC4S等。第二類：炔胺衍生物類：如：丙炔類二乙基氨化物，二乙氨基丙炔胺（分子式C17H13N）等。第三類：丙炔醇的衍生物：如：丙炔醇丙氧基化合物（分子式C6H10O2）、丙炔醇乙氧基化合物（C6H8O2）等。其他還有像甘油單丙炔醚（POG）等物質，也有相似作用。這裏，丙炔醇出光速度也很快，用它代替第三代中的1，4丁炔二醇，光亮整平性好的多，但它易分解，所得到的鍍層脆性大。同樣獲得一致的光亮整平性能，則引入低電流密度走位元物質；這類中間體物質多為硫脲化合物等含硫化合物，具有擴展低電流密度區鍍層，防止或減少鍍層漏鍍。常用的有羥乙基硫脲嗡甜菜堿，硫脲乙基化合物，炔丙基磺酸鹽類，吡啶羥基丙烷磺酸鹽，乙烯基磺酸鈉，丙炔嗡鹽，丁醚嗡鹽等。當我們瞭解了第四代光亮劑各類物質的性質，通過各種優化組合，就有可能製備出各種性能不同的新一代優良鍍鎳添加劑，經過電鍍專家們一致努力，研製出了達國際同步水平的優良滾、掛鍍鎳添加劑，由主光劑和柔軟劑組成，具有鍍覆25分鐘即獲得柔白鏡面亮度，深鍍能力好，消耗量低等特點。以下兩例是該公司提供，供參考之用：成份及操作條件（g/l）滾鍍配方掛鍍配方硫酸鎳,NiSO4280320200260氯化鎳,NiCl245554555硼酸,H3BO340504050十二烷基硫酸鈉或低泡潤濕劑,ml/l0.510.51主光劑,ml/l0.50.70.30.7柔軟劑,ml/l688PH值44.545電流密度,A/d0.110-溫度,50605060再者，利用這些中間體還可以複配成各種鍍鎳輔助劑，例如：超級走位劑（即滌鍍劑）、增亮水、多功能除雜水等。這些產品均可同以往的BE型、791型等老產品相容，在防針孔、整平性、增加外觀亮度、除去有機或無機雜質、以及鋅、銅、鐵等金屬雜質有獨特的功效。通過實踐認為：只要能熟練應用這類新的中間體，適當配以老的添加劑物質，便可得到性能各異的鍍鎳添加劑，才能共同推進鍍鎳技術的普及進展。3珍珠鎳最早獲得珍珠鎳的方法為複合鍍技術，即在鍍鎳液中加入以金屬化合物形成的分散相（固態微粒），懸浮於鍍液中，與鎳離子共沉積而形成凹凸不平的鍍層，即傳統珍珠鎳。現在一種新的理論是在硫酸鹽鍍鎳液中加入一種或兩種非離子型表面活性劑，由增水基碳鏈或基環（簡稱R鍵），親水基醚鍵（一O一）和聚氧乙烯鍵（CH2CH2O）三種基因組成，因它們有一共同特點是：這些物質具有反常的不溶解性能，隨溫度升高，它們的溶解度反而降低，在溶液溫度升高時，與水有締*用，醚鍵會脫鉤，便會析出使溶液渾濁，我們把能使溶液變渾濁時的溫度臨界值稱為濁點。析出後便形成小液珠，當它們直徑在530時，處於通電狀態，鎳離子放電，沉積，而吸咐小液珠處無鎳沉積；當液珠脫咐後，在原吸咐點上就會有微小凹坑，如此反復，便形成了凹凸不平的珍珠鎳層。在配製時，我們還可通過非離子表面活性劑來設定鍍液的濁點，和用實際使用，一般規則：分子碳鏈越長，其濁點越低；分子中聚氧分子數越多，其濁點越高。4鍍黑鎳：黑鎳鍍層呈黑色，具有很強的消光能力，常應用於某些有特殊要求的行業。近來，在國內的裝飾應用方面呈上升趨勢，尤其在鐘錶、燈具、皮革飾件等方面廣泛流行。黑鎳鍍層比較硬，經拋光後顏色會變淺。一般是在光亮鍍鎳層上閃鍍一層較薄的黑鎳層（只有2左右），再進行鍍後塗漆或浸油處理，從而獲得典雅、別具一格的槍黑色鎳光亮鍍層。黑鎳鍍層可由NiZn合金鍍液，NiSn合金鍍液在NiZn黑鎳鍍層中，含有較高的非金屬相，如鎳的硫化物，鋅的硫化物和有機物等的混合物，硫化物的形成，是由於硫氰酸根在陰極上還原游離出硫離子，現鍍液中鎳離子、鋅離子形成，在陰極上與鎳共沉積，至於黑色是如何產生的，目前尚無定論，一觀點認為是鍍層中存在黑色硫化鎳所致，一觀點認為中鍍層結構本身所呈現的顏色。關於槍黑色NiSn合金鍍液，南昌航空工業學院研究了一種以羥基羧酸鹽為絡合劑，含硫氨基酸作發黑劑的鍍液，由50g/l羥基羧酸鹽，5g/l亞錫鹽、30g/l鎳鹽、4g/l含硫氨基酸組成基本鍍液，PH值為8.5，可以鍍得裝飾性、耐蝕性都很好的槍黑色NiSn合金。NiSn合金鍍液不穩定主要是由其中Sn2+氧化所引起的，需加入抗氧化劑，可抑制亞錫鹽的消耗，從而得到穩定的鍍液。下面列舉二例配方：配方一配方二硫酸鎳，NiSO47H2O120180g/l硫酸鈉，Na2SO45g/l硼酸，H3BO32025g/l硫氰酸鉀，KCNS812g/l添加劑1015g/lPH值5.06.0（用硫酸或乙醇胺調節）溫度3050時間310分鐘自行研製。硫酸鎳，NiSO47H2O70100g/l硫酸鋅，ZnSO47H2O4050g/l硫酸鎳銨，NiSO4(NH4)2SO46H2O4060g/l硼酸，H3BO32535g/l硫氰酸銨，NH4SCN2535g/lPH值4.55.5溫度3036電流密度0.10.4A/dm2鍍黑鎳常規工藝流程簡介：前處理預鍍氰化銅酸性光亮鍍銅光亮鎳鍍黑鎳鈍化塗有機保護劑5硫酸鹽鍍鎳基合金：在硫酸鹽鍍鎳溶液中加入鐵離子、鈷離子或磷和適當添加劑，成為NiFe、NiCo、NiP合金鍍液，廣泛應用於自行車、摩托車、汽車、日用五金、五金模具及電子電腦行業。常規的鍍液技術將不作詳細討論。現介紹一種由筆者研製開發的一種電鍍鎳鐵工藝技術，通過對硫酸鹽鍍鎳進行改造，並輔以合適的添加劑，可以得到一種厚度可達3mm以上，結合力好，極低內應力的優良鎳鐵合金鍍層，特別適合於鋼鐵連鑄機結晶器銅板的表面的電鍍，以及大型模具零件的修復，其鍍層技術參數見下表：基體材料：紫銅、銀銅、鉻鋯銅、鍍覆100小時測試：序號專案測試結果紫銅銀銅鉻鋯銅