化學(xué)鍍鎳液的主要組成及其作用.doc

化學(xué)鍍鎳液的主要組成及其作用優(yōu)異的鍍液配方對于產(chǎn)生最優(yōu)質(zhì)的化學(xué)鍍鎳層是必不可少的?；瘜W(xué)鍍鎳溶液應(yīng)包括：鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑、緩沖劑、促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑、光亮劑、潤濕劑等。主鹽化學(xué)鍍鎳溶液中的主鹽就是鎳鹽，如硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳等，由它們提供化學(xué)鍍反應(yīng)過程中所需要的鎳離子。早期曾用過氯化鎳做主鹽，但由于氯離子的存在不僅會降低鍍層的耐蝕性，還產(chǎn)生拉應(yīng)力，所以目前已很少有人使用。同硫酸鎳相比用醋酸鎳做主鹽對鍍層性能是有益的。但因其價格昂貴而無人使用。其實最理想的鎳離子來源應(yīng)該是次磷酸鎳，使用它不至于在鍍浴中積存大量的硫酸根，也不至于在使用中隨著補(bǔ)加次磷酸鈉而帶入大量鈉離子，同樣因其價格因素而不能被工業(yè)化應(yīng)用。目前應(yīng)用最多的就是硫酸鎳，由于制造工藝稍有不同而有兩種結(jié)晶水的硫酸鎳。因為硫酸鎳是主鹽，用量大，在鍍中還要進(jìn)行不斷的補(bǔ)加，所含雜質(zhì)元素會在鍍液的積累，造成鍍液鍍速下降、壽命縮短，還會影響到鍍層性能，尤其是耐蝕性。所以在采購硫酸鎳時應(yīng)該力求供貨方提供可靠的成分化驗單，做到每個批量的質(zhì)量穩(wěn)定，尤其要注意對鍍液有害的雜質(zhì)尤其是重金屬元素的控制。還原劑用得最多的還原劑是次磷酸鈉，原因在于它的價格低、鍍液容易控制，而且合金鍍層性能良好。次磷酸鈉在水中易于溶解，水溶液的pH值為6。是白磷溶于NaOH中，加熱而得到的產(chǎn)物。目前國內(nèi)的次磷酸鈉制造水平很高，除了國內(nèi)需求外還大量出口。絡(luò)合劑化學(xué)鍍鎳溶液中除了主鹽與還原劑以外，最重要的組成部分就是絡(luò)合劑。鍍液性能的差異、壽命長短主要取決于絡(luò)合劑的選用及其搭配關(guān)系。絡(luò)合劑的第一個作用就是防止鍍液析出沉淀，增加鍍液穩(wěn)定性并延長使用壽命。如果鍍液中沒有絡(luò)合劑存在，由于鎳的氫氧化物溶解度較小，在酸性鍍液中便可析出淺綠色絮狀含水氫氧化鎳沉淀。硫酸鎳溶于水后形成六水合鎳離子，它有水解傾向，水解后呈酸性，這時即析出了氫氧化物沉淀。如果六水合鎳離子中有部分絡(luò)合劑存在則可以明顯提高其抗水解能力，甚至有可能在堿性環(huán)境中以鎳離子形式存在。不過，pH值增加，六水合鎳離子中的水分子會被OH根取代,促使水解加劇，要完全抑制水解反應(yīng)，鎳離子必須全部螯合以得到抑制水解的最大穩(wěn)定性。鍍液中還有較多次磷酸根離子存大，但由于次磷酸鎳溶液度較大，一般不致析出沉淀。鍍液使用后期，溶液中亞磷酸根聚集，濃度增大，容易析出白色的NiHPO3.6H2O沉淀。加入絡(luò)合劑以后溶液中游離鎳離子濃度大幅度降低,可以抑制鍍液后期亞磷酸鎳沉淀的析出。絡(luò)合劑的第二個作用就是提高沉積速度，加絡(luò)合劑后沉積速度增加的數(shù)據(jù)很多。加入絡(luò)合劑使鍍液中游離鎳離子濃度大幅度下降，從質(zhì)量作用定律看降低反應(yīng)物濃度反而提高了反應(yīng)速度是不可能的，所以這個問題只能從動力學(xué)角度來解釋。簡單的說法是有機(jī)添加劑吸附在工件表面后，提高了它的活性，為次磷酸根釋放活性原子氫提供更多的激活能，從而增加了沉積反應(yīng)速度。絡(luò)合劑在此也起了加速劑的作用。能應(yīng)用于化學(xué)鍍鎳中的絡(luò)合劑很多，但在化學(xué)鍍鎳溶液中所用的絡(luò)合劑則要求它們具有較大的溶解度，存在一定的反應(yīng)活性，價格因素也不容忽視。目前，常用的絡(luò)合劑主要是一些脂肪族羧酸及其取代衍生物，如丁二酸、檸檬酸、乳酸、蘋果酸及甘氨酸等，或用它們的鹽類。在堿浴中則用焦磷酸鹽、檸檬酸鹽及銨鹽。不飽和脂肪酸很少使用，因不飽和烴在飽和時要吸收氫原子，降低還原劑的利用率。而常見的一元羧酸如甲酸、乙酸等則很少使用，乙酸常用作緩沖劑，丙酸則用作加速劑。穩(wěn)定劑化學(xué)鍍鎳溶液是一個熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，由于種種原因，如局部過熱、pH值提高，或某些雜質(zhì)影響，不可避免的會在鍍液中出現(xiàn)一些活性微粒催化核心，使鍍液發(fā)生激烈的均向自催化反應(yīng)，產(chǎn)生大量NiP黑色粉末，導(dǎo)致鍍液短期內(nèi)發(fā)生分解，逸出大量氣泡，造成不可挽救的經(jīng)濟(jì)損失。這些黑色粉末是高效催化劑，它們具有極大的比表面積與活性，加速了鍍液的自發(fā)分解，幾分鐘內(nèi)鍍液將報廢生效。穩(wěn)定劑的作用就在于抑制鍍液的自發(fā)分解，使施鍍過程在控制下有序進(jìn)行。穩(wěn)定劑是一種毒化劑，即毒性催化劑，只需加入痕量就可以抑制鍍液自發(fā)分解。穩(wěn)定劑不能使用過量，過量后輕則減低鍍速，重則不再起鍍。我們大致把我們從前用的穩(wěn)定劑分為四類：第六主族元素S、Se、Te的化合物；某些含氧化合物；重金屬離子；水溶性有機(jī)物。以上所說的是以次磷酸根作還原劑為例子，但其基本原理在胺基硼化物浴中同樣適用。但強(qiáng)堿性的硼氫化鈉浴及90溫度下，有些穩(wěn)定劑往往會分解、沉淀而失效。有報道說用鉈鹽效果不錯。另外，硝酸鉈還能增加較低溫度下鍍浴的沉積速度。鉈鹽能在NiB鍍層中共沉積，有時高達(dá)6%的含量。加速劑為了增加化學(xué)鍍的沉積速度，在化學(xué)鍍鎳溶液中還加入一些化學(xué)藥品，它們有提高鍍速的作用而被稱為加速劑。加速劑的作用機(jī)理被認(rèn)為是還原劑次磷酸根中氧原子可以被一種外來的酸根取代形成配位化合物，或者說加速劑的陰離子的催化作用是由于形成了雜多酸所致。在空間位阻作用下使H-P鍵能減弱，有利于次磷酸根離子脫氫，或者說增加了次磷酸的活性。實驗表明，短鏈飽和脂肪酸的陰離子及至少一種無機(jī)陰離子，有取代氧促進(jìn)次磷酸根脫氫而加速沉積速度的作用?；瘜W(xué)鍍鎳中許多絡(luò)合劑即兼有加速劑的作用。緩沖劑化學(xué)鍍鎳過程中由于有氫離子產(chǎn)生，使溶液pH值隨施鍍進(jìn)程而逐漸降低，為了穩(wěn)定鍍速及保證鍍層質(zhì)量，化學(xué)鍍鎳體系必須具備PH值緩沖能力，也就是說使之在施鍍過程中pH值不至于變化太大，能維持在一定pH值范圍內(nèi)的正常值。某些弱酸（或堿）與其鹽組成的混合物就能抵消外來少許酸或堿以及稀釋對溶液pH值變化的影響，使之在一個較小范圍內(nèi)波動，這種物質(zhì)稱為緩沖劑。緩沖劑緩沖性能好壞可用pH值與酸濃度變化圖來表示，酸濃度在一定范圍內(nèi)波動而pH值卻基本不變的體系緩沖性能好?；瘜W(xué)鍍鎳溶液中常用的一元或二元有機(jī)酸及其鹽類不僅具備絡(luò)合鎳離子的能力，而且具有緩沖性能。在酸性鍍浴中常用的HAC-NaAC體系就有良好的緩沖性能，但醋酸根的絡(luò)合能力卻很小，它一般不做絡(luò)合劑用。其它組份與電鍍鎳一樣，在化學(xué)鍍鎳溶液中加入少許的表面活性劑，它有助于氣體的逸出、降低鍍層的孔隙率。另外，由于使用的表面活性劑兼有發(fā)泡劑作用，施鍍過程中在逸出大量氣體攪拌情況下，鍍液表面形成一層白色泡沫，它不僅可以保溫、降低鍍液的蒸發(fā)損失、減少酸味，還使許多縣浮的臟物夾在泡沫中而易于清除，以保持鍍件和鍍液的清潔。表面活性劑是這樣一類物質(zhì)，在加入很少量時就能大幅度地降低溶劑的表面張力、界面張力，從而改變體系狀態(tài)。在固液界面上由于固體表面上原子或分子的價鍵力是未飽和的，與內(nèi)部原子或分子比較能量相對較高，尤其金屬表面是屬于高能表面之列，它與液體接觸時表面能總是減小的。換句話說，金屬的固氣界面很容易被固液界面代替（潤濕定義就是固體表面吸附的氣體為液體取代）。化學(xué)鍍鎳是一種功能性鍍層，一般不做裝飾用，故不要求光亮。但有人將電鍍鎳用的光亮劑如苯基二磺酸鈉用于酸性化學(xué)鍍浴中收到一定效果。蛋白質(zhì)、萘磺