【文章內(nèi)容簡介】 劣與鍍液中銅鹽濃度、游離硫酸根含量、溫度、陰陽極的電流密度以及攪拌方式和攪拌程度密切相關(guān)。 在酸性硫酸鹽鍍液光亮鍍銅工藝中，陽極采用含磷 %～ %的銅板，這種陽極銅板溶解時，能夠形成一層有韌性的棕黑色膜，對導(dǎo)電性能影響很小，不會影響銅的正常溶解，同時還可以避免一價銅離子的生成。為了防止銅陽極在通電溶解過程中不溶物進入鍍液，可用滌綸布袋或陽極框包圍，以減少鍍層粗糙和毛刺的產(chǎn)生。陰陽極面積比為 l： l時，不會發(fā)生陽極鈍化現(xiàn)象，同時鍍液中的銅含量也能夠保持穩(wěn)定。 鍍液的配制如下：首先將計算量的硫酸銅用熱蒸餾水或去離子水溶解，加入少量硫酸 (化學(xué)純或電池級，數(shù)量約為需求量的 1／ 10)以防止硫酸銅水解。加入 lmlL1的 30%的雙氧水，攪拌 30min，然后加入l～ 2gL1的活性炭，攪拌 30min，靜置數(shù)小時 (最好隔夜 )。過濾后在濾液中加入余量的硫酸。將添加劑分別配制成溶液，加入已配制好的鍍液中，再用蒸餾水稀釋至指定體積，充分攪拌即可。 (2)焦磷酸鹽鍍銅液 焦磷酸鹽鍍銅是國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的工藝之一，它的主要特點是鍍液比較穩(wěn)定，容易控制，電流效率較高，均鍍能力和深鍍能力強，鍍層結(jié)晶細密，并能夠獲得較厚的鍍層，只是鍍液的成本偏高。 表 5— 4 焦磷酸鹽鍍銅溶液的組成和工藝條件舉例 注： l， 3號配方適用于一般鍍銅； 2號配方適用于光亮鍍銅； 4號配方適用于滾鍍。 鍍液成分的作用：焦磷酸銅是鍍液的主鹽，提供銅離子，焦磷酸鉀是配合劑。鍍液中必須要有一定量的焦磷酸根存在，以穩(wěn)定焦磷酸銅配合物，防止沉淀產(chǎn)生，改善鍍層質(zhì)量，提高鍍液分散能力和改善陽極溶解狀況。硝酸鹽可以提高電流密度的上限，減少針孔，降低鍍液的操作溫度，提高分散能力等，但都明顯降低電流效率。檸檬酸鹽、酒石酸鹽、氮三乙酸和氨水與銅形成配合物，是輔助配體。它們可以改善鍍液分散能力，加強鍍液的緩沖作用，促進陽極溶解，增大容許電流密度和提高鍍層的光亮度。巰基化合物是光亮添加劑，二氧化硒是輔助光亮劑，能夠提高鍍層光亮度，同時降低鍍層內(nèi)應(yīng)力。在電鍍時，陰陽極面積之比一般為 1:2。 2)鍍鎳及鎳合金 (1)鍍鎳 鍍鎳的應(yīng)用面很廣，大體可分為防護裝飾性和功能性兩方面。 在防護裝飾性鍍層，鎳可以鍍覆在低碳鋼、鋅鑄件、某些鋁合金及銅合金的表面，保護基體材料不受腐蝕，并通過拋光暗鎳鍍層或直接鍍光亮鎳的方法獲得光亮的鎳鍍層，達到裝飾的目的。另外，也有在光亮鎳鍍層上鍍金或仿金鍍層，并覆蓋透明的有機膜層，從而獲得金色裝飾層。塑料經(jīng)過處理后也能鍍鎳，使其金屬化，既輕巧又美觀。 在鎳鍍層的功能性應(yīng)用方面，最令人注目的是修復(fù)電鍍，在被磨損、腐蝕或加工過度的零件上，鍍上比實際需要更厚一點的鎳鍍層，然后經(jīng)過機械加工，使其達到規(guī)定的尺寸。尤其是近年來發(fā)展了刷鍍技術(shù)，可以在需要修復(fù)的部位進行局部電鍍，進一步降低了修復(fù)的成本。易磨損的軸類或軸承零件的修復(fù)常常采用這種方法。 厚的鎳鍍層具有很好的耐磨性，可以作為耐磨鍍層，尤其是近年發(fā)展了復(fù)合電鍍，以鎳為主體金屬，以金剛石、碳化硅、三氧化二鋁等粒子作為分散顆粒，可以沉積出夾帶耐磨微粒的復(fù)合鍍層，硬度比通常鎳鍍層高，耐磨性更好。如果以石墨或氟化石墨進行復(fù)合鍍，鍍層具有優(yōu)良的自潤滑性能，可作為潤滑鍍層。 鍍鎳溶液的種類很多，大致可分為電鍍暗鎳、半光亮鎳與光亮鎳，以及特殊要求的鍍鎳三大類。 電鍍暗鎳多用于要求厚鍍層的功能性鍍鎳，也常用作裝飾性鍍鎳。 半光亮鍍鎳與光亮鍍鎳主要用作防護裝飾性鍍鎳，而且常組成雙鎳層或三鎳層，以得到較高的抗蝕性。其鍍液基本組成與瓦特浴鍍鎳成分相同，僅添加了不同的光亮劑。瓦特浴鍍鎳液基本組成如下： 硫酸鎳 (NiSO47H2O) 240gL1 氯化鎳 (NiCl26H2O) 20gLl 硼 酸 20gL1 現(xiàn)在使用的瓦特浴鍍鎳液組成多數(shù)是在此基礎(chǔ)上做了微小變動。硫酸鎳是鍍鎳溶液的鎳離子主要來源。氯化鎳的作用有兩個，一是幫助陽極溶解，二是提高溶液的電導(dǎo)率，以降低達到額定電流密度時的槽電壓。硼酸起緩沖作用，用來穩(wěn)定鍍液 pH值。采用瓦特浴鍍液時，鍍液濃度、電流密度、溫度、攪拌和 pH值等條件是相互影響的。 鍍鎳光亮劑分為兩類。第一類光亮劑又稱為初級光亮劑，包括芳香族磺酸、芳香族磺酰胺、芳香族磺酰亞胺、芳香族亞磺酸以及雜環(huán)磺酸等五類化合物。第二類光亮劑又稱次級光亮劑，包括醛類、酮類、炔類、氰類和雜環(huán)類等五種類型的化合物。 特殊要求的鍍鎳有緞狀鎳、黑鎳、滾鍍鎳等，針對不同要求而擇定。 (2)鍍鎳磷合金 鎳磷合金是一種單相均一的非晶態(tài)合金，它不存在晶界、位錯等基體缺陷，因此不會產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象，耐點蝕性能也好于晶態(tài)合金。此外，它對能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的滑移平面的選擇性腐蝕也不敏感，不會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。 鎳磷合金除具有優(yōu)良的耐蝕性外，還具有硬度高 (熱處理前 600HV， 400℃ 處理 1～ h，硬度為 1000HV)、鍍層致密、耐藥性和耐磨性好、能屏蔽電磁波等特性。 鎳磷合金受熱會發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，由均一單相的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)變?yōu)殒嚲w與 Ni3P兩相組織，結(jié)果使耐蝕性下降。當鍍層含磷量大于 8%時，鍍層變?yōu)榉谴判浴? 鎳磷合金可以通過電鍍和化學(xué)鍍的方法獲得?；瘜W(xué)鍍時是用次亞磷酸鈉作還原劑。電鍍鎳磷合金是在鍍鎳溶液中加入亞磷酸或次亞磷酸鈉而得到。用亞磷酸時，鍍液的穩(wěn)定性高，成本低，鍍層中含磷量容易控制。由于亞磷酸鎳的溶解度低，電鍍必須在較低 pH值下進行，因而電流效率較低。用次亞磷酸鈉時，由于它本身是強還原劑，成本高，也給操作帶來麻煩，因此實際應(yīng)用得很少。 鍍液組成及工藝條件見表 5— 5。 表 5— 5 鎳磷合金鍍液的組成和工藝條件 * 絡(luò)合劑和穩(wěn)定劑由武漢大學(xué)電化學(xué)教研室研制。 鎳磷合金鍍液的具體配制步驟如下： ? ①稱取計量的鎳鹽、絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑于鍍槽中，加入熱水，在攪拌下使其溶解。 ? ②稱取計量的硼酸，用熱水在另一容器中溶解后用濾布濾入鍍槽。 ? ③在鍍槽中加入計量的亞磷酸與磷酸，攪拌均勻。 ? ④將濕潤劑或糖精分別用熱水溶解后，在攪拌條件下慢慢倒入鍍槽。 ? ⑤調(diào)整溶液 pH值，加水至規(guī)定體積后進行試鍍。 (3)電鍍其他鎳基合金 電鍍其他鎳基合金主要有 NiZn， NiAl， NiMo，NiW， NiMoFe， NiS， NiPS等。其中， NiMo， NiMoFe， NiS可以作為析氫反應(yīng)的電催化活性陰極材料，具有較好的開發(fā)前景。它既可以降低電解槽電壓，又可以減少環(huán)境污染，推動清潔的二次能源 —— 氫能的實現(xiàn)，也可以用在電解海水制氯防污系統(tǒng)，代替目前使用的 Ni或 Ti網(wǎng)。 3)鍍鉻 鍍鉻按其用途主要分為防護裝飾性鍍鉻和耐磨性鍍鉻兩類，前者是防止基體金屬銹蝕和美化產(chǎn)品外觀，后者是提高機械零件的硬度、耐磨、耐蝕和耐溫性能。 防護裝飾性鍍鉻大量應(yīng)用于汽車、摩托車、自行車、縫紉機、鐘表、家用電器、醫(yī)療器械、儀器儀表、家具、辦公用品以及日用五金等產(chǎn)品。其特點是：鍍層薄，只有～ ；鍍鉻層對鋼鐵基體是陰極性鍍層，因此必須采用中間鍍層才能得到足夠的防蝕效果；鍍鉻層平滑、光亮、美觀。 鋼鐵零件一般防護性鍍鉻的主要工藝流程有兩種： (1)CuNiCr 化學(xué)除油 → 水洗 → 陽極電解除油 → 水洗 → 閃鍍氰化銅 → 水洗 → 光亮鍍銅 → 水洗 → 光亮鍍鎳 → 水洗 → 鍍鉻 → 水洗 → 干燥 水洗 → 周期換向氰化鍍銅 → 水洗 → 光亮鍍鎳 → 水洗 → 鍍鉻 → 水洗 → 干燥。 (2)多層 NiCr 化學(xué)除油 → 水洗 → 陽極電解 → 除油水洗 → 陰極電解除油 → 水洗→ 半光亮鍍鎳 → 回收槽中清洗 → 光亮鍍鎳 → 水洗 → 鍍鉻 → 水洗 → 干燥 回收槽中清洗 → 亮硫鎳 → 光亮鍍鎳 → 水洗 → 鍍鉻 → 水洗 → 干燥。 4)鍍鋅及鋅合金 (1)鍍鋅 鍍鋅層大多鍍覆于鋼鐵制品的表面。經(jīng)鈍化后，在空氣中幾乎不發(fā)生變化，在汽油和含 CO2的潮濕水汽中也有很好的防銹性能，這是因為鈍化膜致密和鋅鍍層表面生成的堿式碳酸鋅薄膜保護了下面金屬不再遭受腐蝕的緣故。另外鋅有較鐵 (－ )負的電位 (－ )，因此形成 FeZn原電池時，鋅為陽極，它本身會溶解而使鋼鐵基體得到保護。即使表面鋅鍍層不完整也能起到保護作用，所以鋅鍍層被稱為 “ 陽極性鍍層 ” 。鋅鍍層對鋼鐵基體既有機械保護作用又有電化學(xué)保護作用，因此抗蝕性特別優(yōu)良。 鋅鍍層鈍化后，通常視所用鈍化液不同而得到不同色彩的鈍化膜或白色鈍化膜。彩虹色鈍化膜的抗蝕性比無色鈍化膜高五倍以上。一方面是因為彩虹色鈍化膜比較厚，另一方面彩虹色鈍化膜表面被劃傷后，在潮濕空氣中，劃傷部位附近的鈍化膜中的六價鉻可以對劃傷部位進行 “ 再鈍化 ” ，修復(fù)損傷后使得鈍化膜保持完整，因此，鍍鋅膜一般采用彩虹色鈍化膜。無色鈍化膜外觀潔白，多用于日用五金、建筑五金等要求有白色均勻表面的制品。此外還有黑色鈍化、軍綠色鈍化等，在工業(yè)上也有應(yīng)用。 (2)鍍鋅合金 鋅基合金具有優(yōu)良的耐蝕性能，通過電鍍的方法可以得到鋅和其他很多金屬的二元合金或三元合金。例如 ZnFe， ZnCo， ZnNi， ZnCr， ZnTi， ZnMn， ZnAl，ZnSn， ZnMo， ZnNiV， ZnNiCd， ZnNiCo， ZnNiTi， ZnCoMo， ZnCoCr和 ZnTiFe等。多數(shù)鋅合金的防腐蝕性能比鋅好，能夠有效降低鍍層的使用厚度。目前常用的鋅合金有 ZnFe， ZnCo， ZnNi， ZnTi， ZnMn， ZnAl， ZnCoCr等，它們以優(yōu)良的耐蝕性和低氫脆性而有可能取代鋅和鎘鍍層。日本一公司開發(fā)的光亮 ZnNi合金電鍍工藝，據(jù)稱 2～ 3μm的鍍層可以耐鹽霧 200h。ZnCo合金外觀酷似鉻，可作裝飾性鍍層。 ZnFe合金可進行磷化處理而用于鋼板和零件的電鍍 鋅鎳合金以含鎳 8%～ 15%最佳，大于15%時鍍層難于鈍化。鋅鎳合金的耐蝕性和耐磨性約為純鋅的 3～ 5倍，耐熱達 200℃ ～250℃ ，焊接性及延展性與純鋅相當，在碳素鋼上的顯微硬度為 550HV，對油漆的結(jié)合力良好，氫脆性接近于零，鍍層毒性小，但潤滑性能稍低于純鋅。 表 56 鋅鎳合金鍍液的組成和工藝條件 ? 其中應(yīng)用最廣的是氯化物型，其次是硫酸鹽型。兩類鍍液成分及工藝條件見表 56。 ? *光亮劑 7212由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制， SSA85由武漢材料保護研究所研制。 ? 鋅鎳合金的鈍化工藝參數(shù)見表 57 表 57 鋅鎳合金的鈍化工藝參數(shù) 5)鍍鎘 鎘在陰極上的沉積過程與鋅類似。鎘的標準電極電位－ 0． 4V，比鐵 (－ 0． 44V)稍高，在通常條件下，鎘鍍層對鋼鐵基體是陰極性鍍層。但在 25℃ 人造海水中，鎘的電位是－ ，比鐵 (－