化學(xué)鍍鎳溶液的組成及其作用
來源 ：靖江市熔晟納米科技有限公司 2014/4/24 11:22:05??????點(diǎn)擊：
化學(xué)鍍技術(shù)是在金屬的催化作用下，通過可控制的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生金屬的沉積過程。與電鍍相比，化學(xué)鍍技術(shù)具有鍍層均勻、針孔小、不需直流電源設(shè)備 、能在非導(dǎo)體上沉積和具有某些特殊性能等特點(diǎn)。另外，由于化學(xué)鍍技術(shù)廢液排放少，對環(huán)境污染小以及成本較低，在許多領(lǐng)域已逐步取代電鍍，成為一種環(huán)保型的表面處理工藝。目前，化學(xué)鍍技術(shù)已在電子、閥門制造、機(jī)械、石油化工、汽車、航空航天等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。 本研究所經(jīng)過十余年的化學(xué)鍍技術(shù)研究開發(fā)工作，已具備化學(xué)鍍鎳(中磷、低磷、高磷)工藝，可根據(jù)客戶提供的部件的使用工況，制定出具體的化學(xué)鍍工藝方案，并承接對外加工服務(wù)。目前，結(jié)合汽車鋁質(zhì)活塞表面處理工藝，開發(fā)出一種全新的化學(xué)鍍Ni-P-B工藝，成功通過本田公司150小時臺架試驗(yàn)，化學(xué)鍍鍍層的表面硬度及耐磨性比一般的化學(xué)鍍有大幅度提高，表面硬度Hv>800。 化學(xué)鍍Ni-P
一、化學(xué)鍍Ni-P主要技術(shù)指標(biāo)： 鍍層厚度10-50μm，硬度Hv 550-1100（相當(dāng)于HRC 55～72），結(jié)合強(qiáng)度大于15kg/mm2，耐腐蝕性能大大優(yōu)于不銹鋼。
二、化學(xué)鍍Ni-P主要技術(shù)特點(diǎn)： 1．硬度高，耐磨性好：化學(xué)鍍鍍層經(jīng)熱處理后硬度達(dá)Hv 1100，工模具鍍膜后一般壽命提高3倍以上。 2．耐腐蝕強(qiáng)：化學(xué)鍍鍍層在酸、堿、鹽、氨和海水等介質(zhì)中都具有很好的耐蝕性，其耐蝕性好于不銹鋼。 3．表面光潔、光亮：工件經(jīng)化學(xué)鍍鍍膜后，表面光潔度不受影響，無需再加工和拋光。 4．可鍍形狀復(fù)雜：工件形狀不受限制，不變形，可化學(xué)鍍較深的盲孔和形狀復(fù)雜的內(nèi)腔。 5．被鍍材料廣泛：可在模具鋼、不銹鋼、銅、鋁、塑料、尼龍、玻璃、橡膠、木材等材料上化學(xué)鍍。 三、化學(xué)鍍Ni-P主要應(yīng)用部件 1．各類模具：注塑模、橡膠模、玻璃模、電木模、壓鑄模等。 2．石油化工耐腐蝕部件：反應(yīng)器、閥門、管道、泵體、轉(zhuǎn)子葉片等。 3．機(jī)械部件：汽車零部件，紡織機(jī)械以及各種需耐磨耐腐蝕的機(jī)械零部件。如齒輪、齒輪軸、編織針導(dǎo)向桿、大型針盤、針筒。 化學(xué)鍍鎳溶液的組成及其作用 主鹽： 化學(xué)鍍鎳溶液中的主鹽就是鎳鹽，一般采用氯化鎳或硫酸鎳，有時也采用氨基磺酸鎳、醋酸鎳等無機(jī)鹽。早期酸性鍍鎳液中多采用氯化鎳，但氯化鎳會增加鍍層的應(yīng)力，現(xiàn)大多采用硫酸鎳。目前已有專利介紹采用次亞磷酸鎳作為鎳和次亞磷酸根的來源，一個優(yōu)點(diǎn)是避免了硫酸根離子的存在，同時在補(bǔ)加鎳鹽時，能使堿金屬離子的累積量達(dá)到最小值。但存在的問題是次亞磷酸鎳的溶解度有限，飽和時僅為35g/L。次亞磷酸鎳的制備也是一個問題，價格較高。如果次亞磷酸鎳的制備方法成熟以及溶解度問題能夠解決的話，這種鎳鹽將會有很好的前景。
還原劑： 化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)過程是一個自催化的氧化還原過程，鍍液中可應(yīng)用的還原劑有次亞磷酸鈉、硼氫化鈉、烷基胺硼烷及肼等。在這些還原劑中以次亞磷酸鈉用的最多，這是因?yàn)槠鋬r格便宜，且鍍液容易控制，鍍層抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)。
絡(luò)合劑： 化學(xué)鍍鎳溶液中的絡(luò)合劑除了能控制可供反應(yīng)的游離鎳離子的濃度外，還能抑制亞磷酸鎳的沉淀，提高鍍液的穩(wěn)定性，延長鍍液的使用壽命。有的絡(luò)合劑還能起到緩沖劑和促進(jìn)劑的作用，提高鍍液的沉積速度。化學(xué)鍍鎳的絡(luò)合劑一般含有羥基、羧基、氨基等。 在鍍液配方中，絡(luò)合劑的量不僅取決于鎳離子的濃度，而且也取決于自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在鍍液中每一個鎳離子可與6個水分子微弱結(jié)合，當(dāng)它們被羥基，羥基，氨基取代時，則形成一個穩(wěn)定的鎳配位體。如果絡(luò)合劑含有一個以上的官能團(tuán)，則通過氧和氮配位鍵可以生成一個鎳的閉環(huán)配合物。在含有0.1mol的鎳離子鍍液中，為了絡(luò)合所有的鎳離子，則需要含量大約0.3mol的雙配位體的絡(luò)合劑。當(dāng)鍍液中無絡(luò)合劑時，鍍液使用幾個周期后，由于亞磷酸根聚集，濃度增大，產(chǎn)生亞磷酸鎳沉淀，鍍液加熱時呈現(xiàn)糊狀，加絡(luò)合劑后能夠大幅度提高亞磷酸鎳的沉淀點(diǎn)，即提高了鍍液對亞磷酸鎳的容忍量，延長了鍍液的使用壽命。 不同絡(luò)合劑對鍍層沉積速率、表面形狀、磷含量、耐腐蝕性等均有影響，因此選擇絡(luò)合劑不僅要使鍍液沉積速率快，而且要使鍍液穩(wěn)定性好，使用壽命長，鍍層質(zhì)量好。
緩沖劑： 由于在化學(xué)鍍鎳反應(yīng)過程中，副產(chǎn)物氫離子的產(chǎn)生，導(dǎo)致鍍液pH值會下降。試驗(yàn)表明，每消耗1mol的Ni2+ 同時生成3mol的H+，即就是在1L鍍液中，若消耗0.02mol的硫酸鎳就會生成0.06mol的H+。所以為了穩(wěn)定鍍速和保證鍍層質(zhì)量，鍍液必須具備緩沖能力。緩沖劑能有效的穩(wěn)定鍍液的pH值，使鍍液的pH值維持在正常范圍內(nèi)。一般能夠用作PH值緩沖劑的為強(qiáng)堿弱酸鹽，如醋酸鈉、硼砂、焦磷酸鉀等。
穩(wěn)定劑： 化學(xué)鍍鎳液是一個熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，常常在鍍件表面以外的地方發(fā)生還原反應(yīng)，當(dāng)鍍液中產(chǎn)生一些有催化效應(yīng)的活性微?！呋诵臅r，鍍液容易產(chǎn)生激烈的自催化反應(yīng)，即自分解反應(yīng)而產(chǎn)生大量鎳-磷黑色粉末，導(dǎo)致鍍液壽命終止，造成經(jīng)濟(jì)損失。 在鍍液中加入一定量的吸附性強(qiáng)的無機(jī)或有機(jī)化合物，它們能優(yōu)先吸附在微粒表面抑制催化反應(yīng)從而穩(wěn)定鍍液，使鎳離子的還原只發(fā)生在被鍍表面上。但必須注意的是，穩(wěn)定劑是一種化學(xué)鍍鎳毒化劑，即負(fù)催化劑，穩(wěn)定劑不能使用過量，過量后輕則降低鍍速，重則不再起鍍，因此使用必須慎重。 所有穩(wěn)定劑都具有一定的催化毒性作用，并且會因過量使用而阻止沉積反應(yīng)，同時也會影響鍍層的韌性和顏色，導(dǎo)致鍍層變脆而降低其防腐蝕性能。試驗(yàn)證明，稀土也可以作為穩(wěn)定劑，而且復(fù)合稀土的穩(wěn)定性比單一稀土要好。
加速劑： 在化學(xué)鍍?nèi)芤褐屑尤胍恍┘铀俅呋瘎?，能提高化學(xué)鍍鎳的沉積速率。加速劑的使用機(jī)理可以認(rèn)為是還原劑次磷酸根中氧原子被外來的酸根取代形成配位化合物，導(dǎo)致分子中H和P原子之間鍵合變?nèi)酰箽湓诒淮呋砻嫔细菀滓苿雍臀?。也可以說促進(jìn)劑能起活化次磷酸根離子的作用。常用的加速劑有丙二酸、丁二酸、氨基乙酸、丙酸、氟化鈉等。
一、化學(xué)鍍Ni-P主要技術(shù)指標(biāo)： 鍍層厚度10-50μm，硬度Hv 550-1100（相當(dāng)于HRC 55～72），結(jié)合強(qiáng)度大于15kg/mm2，耐腐蝕性能大大優(yōu)于不銹鋼。
二、化學(xué)鍍Ni-P主要技術(shù)特點(diǎn)： 1．硬度高，耐磨性好：化學(xué)鍍鍍層經(jīng)熱處理后硬度達(dá)Hv 1100，工模具鍍膜后一般壽命提高3倍以上。 2．耐腐蝕強(qiáng)：化學(xué)鍍鍍層在酸、堿、鹽、氨和海水等介質(zhì)中都具有很好的耐蝕性，其耐蝕性好于不銹鋼。 3．表面光潔、光亮：工件經(jīng)化學(xué)鍍鍍膜后，表面光潔度不受影響，無需再加工和拋光。 4．可鍍形狀復(fù)雜：工件形狀不受限制，不變形，可化學(xué)鍍較深的盲孔和形狀復(fù)雜的內(nèi)腔。 5．被鍍材料廣泛：可在模具鋼、不銹鋼、銅、鋁、塑料、尼龍、玻璃、橡膠、木材等材料上化學(xué)鍍。 三、化學(xué)鍍Ni-P主要應(yīng)用部件 1．各類模具：注塑模、橡膠模、玻璃模、電木模、壓鑄模等。 2．石油化工耐腐蝕部件：反應(yīng)器、閥門、管道、泵體、轉(zhuǎn)子葉片等。 3．機(jī)械部件：汽車零部件，紡織機(jī)械以及各種需耐磨耐腐蝕的機(jī)械零部件。如齒輪、齒輪軸、編織針導(dǎo)向桿、大型針盤、針筒。 化學(xué)鍍鎳溶液的組成及其作用 主鹽： 化學(xué)鍍鎳溶液中的主鹽就是鎳鹽，一般采用氯化鎳或硫酸鎳，有時也采用氨基磺酸鎳、醋酸鎳等無機(jī)鹽。早期酸性鍍鎳液中多采用氯化鎳，但氯化鎳會增加鍍層的應(yīng)力，現(xiàn)大多采用硫酸鎳。目前已有專利介紹采用次亞磷酸鎳作為鎳和次亞磷酸根的來源，一個優(yōu)點(diǎn)是避免了硫酸根離子的存在，同時在補(bǔ)加鎳鹽時，能使堿金屬離子的累積量達(dá)到最小值。但存在的問題是次亞磷酸鎳的溶解度有限，飽和時僅為35g/L。次亞磷酸鎳的制備也是一個問題，價格較高。如果次亞磷酸鎳的制備方法成熟以及溶解度問題能夠解決的話，這種鎳鹽將會有很好的前景。
還原劑： 化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)過程是一個自催化的氧化還原過程，鍍液中可應(yīng)用的還原劑有次亞磷酸鈉、硼氫化鈉、烷基胺硼烷及肼等。在這些還原劑中以次亞磷酸鈉用的最多，這是因?yàn)槠鋬r格便宜，且鍍液容易控制，鍍層抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)。
絡(luò)合劑： 化學(xué)鍍鎳溶液中的絡(luò)合劑除了能控制可供反應(yīng)的游離鎳離子的濃度外，還能抑制亞磷酸鎳的沉淀，提高鍍液的穩(wěn)定性，延長鍍液的使用壽命。有的絡(luò)合劑還能起到緩沖劑和促進(jìn)劑的作用，提高鍍液的沉積速度。化學(xué)鍍鎳的絡(luò)合劑一般含有羥基、羧基、氨基等。 在鍍液配方中，絡(luò)合劑的量不僅取決于鎳離子的濃度，而且也取決于自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在鍍液中每一個鎳離子可與6個水分子微弱結(jié)合，當(dāng)它們被羥基，羥基，氨基取代時，則形成一個穩(wěn)定的鎳配位體。如果絡(luò)合劑含有一個以上的官能團(tuán)，則通過氧和氮配位鍵可以生成一個鎳的閉環(huán)配合物。在含有0.1mol的鎳離子鍍液中，為了絡(luò)合所有的鎳離子，則需要含量大約0.3mol的雙配位體的絡(luò)合劑。當(dāng)鍍液中無絡(luò)合劑時，鍍液使用幾個周期后，由于亞磷酸根聚集，濃度增大，產(chǎn)生亞磷酸鎳沉淀，鍍液加熱時呈現(xiàn)糊狀，加絡(luò)合劑后能夠大幅度提高亞磷酸鎳的沉淀點(diǎn)，即提高了鍍液對亞磷酸鎳的容忍量，延長了鍍液的使用壽命。 不同絡(luò)合劑對鍍層沉積速率、表面形狀、磷含量、耐腐蝕性等均有影響，因此選擇絡(luò)合劑不僅要使鍍液沉積速率快，而且要使鍍液穩(wěn)定性好，使用壽命長，鍍層質(zhì)量好。
緩沖劑： 由于在化學(xué)鍍鎳反應(yīng)過程中，副產(chǎn)物氫離子的產(chǎn)生，導(dǎo)致鍍液pH值會下降。試驗(yàn)表明，每消耗1mol的Ni2+ 同時生成3mol的H+，即就是在1L鍍液中，若消耗0.02mol的硫酸鎳就會生成0.06mol的H+。所以為了穩(wěn)定鍍速和保證鍍層質(zhì)量，鍍液必須具備緩沖能力。緩沖劑能有效的穩(wěn)定鍍液的pH值，使鍍液的pH值維持在正常范圍內(nèi)。一般能夠用作PH值緩沖劑的為強(qiáng)堿弱酸鹽，如醋酸鈉、硼砂、焦磷酸鉀等。
穩(wěn)定劑： 化學(xué)鍍鎳液是一個熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，常常在鍍件表面以外的地方發(fā)生還原反應(yīng)，當(dāng)鍍液中產(chǎn)生一些有催化效應(yīng)的活性微?！呋诵臅r，鍍液容易產(chǎn)生激烈的自催化反應(yīng)，即自分解反應(yīng)而產(chǎn)生大量鎳-磷黑色粉末，導(dǎo)致鍍液壽命終止，造成經(jīng)濟(jì)損失。 在鍍液中加入一定量的吸附性強(qiáng)的無機(jī)或有機(jī)化合物，它們能優(yōu)先吸附在微粒表面抑制催化反應(yīng)從而穩(wěn)定鍍液，使鎳離子的還原只發(fā)生在被鍍表面上。但必須注意的是，穩(wěn)定劑是一種化學(xué)鍍鎳毒化劑，即負(fù)催化劑，穩(wěn)定劑不能使用過量，過量后輕則降低鍍速，重則不再起鍍，因此使用必須慎重。 所有穩(wěn)定劑都具有一定的催化毒性作用，并且會因過量使用而阻止沉積反應(yīng)，同時也會影響鍍層的韌性和顏色，導(dǎo)致鍍層變脆而降低其防腐蝕性能。試驗(yàn)證明，稀土也可以作為穩(wěn)定劑，而且復(fù)合稀土的穩(wěn)定性比單一稀土要好。
加速劑： 在化學(xué)鍍?nèi)芤褐屑尤胍恍┘铀俅呋瘎?，能提高化學(xué)鍍鎳的沉積速率。加速劑的使用機(jī)理可以認(rèn)為是還原劑次磷酸根中氧原子被外來的酸根取代形成配位化合物，導(dǎo)致分子中H和P原子之間鍵合變?nèi)酰箽湓诒淮呋砻嫔细菀滓苿雍臀?。也可以說促進(jìn)劑能起活化次磷酸根離子的作用。常用的加速劑有丙二酸、丁二酸、氨基乙酸、丙酸、氟化鈉等。
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