珍珠鎳電鍍工藝及其性能

珍珠鎳電鍍工藝及其性能核心提示：在瓦特鎳鍍液中加入添加劑后獲得較穩(wěn)定的懸濁液，利用這種鍍液制得珠光效果良好的珍珠鎳鍍層?？疾炝颂砑觿┯昧?、鍍液溫度與pH、電流密度等工藝條件對珍珠鎳鍍層外觀的影響，并對珍珠鎳鍍層的耐蝕性進(jìn)行了研究。掃描電鏡下觀察到珍珠鎳鍍層表面有無數(shù)重疊的圓形凹坑，直徑約20～30m，這些凹坑在光照下會發(fā)生較強(qiáng)的漫反射，在宏觀上表現(xiàn)出柔和的珍珠效果。陽極極化曲線測試結(jié)果表明，珍珠鎳鍍層的耐腐蝕性優(yōu)于半光亮鎳鍍層。1前言珍珠鎳又稱緞面鎳、沙丁鎳(satinnicke1)，外觀為乳白色，光澤柔和，內(nèi)應(yīng)力低，防腐蝕性好，是一種優(yōu)良的防護(hù)裝飾性鍍層。珍珠鎳電鍍工藝最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代末，90年代以后發(fā)展很快¨。珍珠鎳可以直接作為防護(hù)裝飾性涂層，也可以在珍珠鎳上再鍍覆其他金屬，如鉻、金、銀等，形成沙鉻、沙金和沙銀，其防護(hù)裝飾效果更強(qiáng)。目前，珍珠鎳鍍層已經(jīng)在汽車裝飾、電子產(chǎn)品、日用五金、文化用品等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。早期的珍珠鎳鍍層是通過機(jī)械法制得的，這種方法獲得的鍍層表面粗糙，無光澤，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，已逐漸被淘汰。目前珍珠鎳電鍍一般有2種方法：復(fù)合電鍍法和乳化劑法，前一種方法因?yàn)檎渲殒囧儗庸鉂啥炔焕硐耄円翰灰拙S護(hù)而使其應(yīng)用受到限制；后一種方法是在瓦特鎳鍍液中加入低濁點(diǎn)的非離子表面活性劑，形成乳濁液，利用液滴在陰極表面的吸附與脫附，得到珍珠鎳鍍層，采用這種方法制得的珍珠鎳鍍層表面有無數(shù)重疊的凹坑，在宏觀上表現(xiàn)出柔和的珍珠效果，但在工業(yè)生產(chǎn)過程中這種鍍液需要配備冷熱循環(huán)裝置，操作比較繁瑣。本文在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上開發(fā)出新型珍珠鎳添加劑，制備出珠光效果優(yōu)良的珍珠鎳鍍層。同時(shí)對珍珠鎳電沉積工藝進(jìn)行了全面研究，確定了最佳工藝條件，并且對珍珠鎳鍍層的耐蝕性和結(jié)合力進(jìn)行了測試2實(shí)驗(yàn)方法2．1赫爾槽實(shí)驗(yàn)及掛片實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)鍍液為瓦特型鍍鎳溶液：250～400g／LNiSO4·7H2O，30～50LNiC12·5H2O，30～40LHBO。加入添加劑后進(jìn)行霍爾槽實(shí)驗(yàn)和掛片實(shí)驗(yàn)，確定最佳工藝條件。赫爾槽實(shí)驗(yàn)：采用267mL的霍爾槽，實(shí)驗(yàn)時(shí)取約250mL電解液，陽極為純鎳板，陰極為經(jīng)過拋光的紫銅片，尺寸為100mm×60mm，厚度為1mm，通過霍爾槽的總電流為2A，電鍍時(shí)間為15rain。掛片實(shí)驗(yàn)：鍍液體積為500mL，陽極為純鎳板，陰極鍍片為經(jīng)過拋光的25mm×40mm紫銅片。2．2鍍層表面形貌利用捷克TESCAN／TS-5130SB型掃描電子顯微鏡觀察珍珠鎳鍍層的表面形貌，放大倍數(shù)分別為500倍、1000倍。2．3鍍層的耐蝕性測試?yán)蒙虾３饺ACHI660B型電化學(xué)工作站測量珍珠鎳鍍層在ω=：3．5％NaC1溶液中的陽極極化曲線，掃描速率為1mV／s，考察珍珠鎳鍍層的耐蝕性能。3結(jié)果與討論3．1添加劑的用量對珍珠鎳鍍層的影響添加劑A是由糖精、雙苯磺酰亞胺等鍍鎳光亮劑組成，其主要作用是細(xì)化晶粒，減小鍍層的內(nèi)應(yīng)力，提高或調(diào)節(jié)鍍層的光澤，并在一定程度上提高鍍液的抗雜能力，其用量限制不嚴(yán)，但添加量過低鍍層沒有光澤，過高則鍍層太亮影響珠光效果，一般為2～10mL／L。添加劑B由琥珀酸酯鹽類陰離子表面活性劑、羧酸鹽類陰離子表面活性劑和季銨鹽類陽離子表面活性劑等按一定比例混合組成。當(dāng)瓦特鎳鍍液中添加劑B的加入量小于6mL／L時(shí)，得到的鎳鍍層珍珠效果很淡，此時(shí)電極表面形貌如圖1(a)所示；而添加劑B的加入量過大(大于20mL／L)時(shí)，鍍鎳層應(yīng)力增大，電極表面出現(xiàn)黑點(diǎn)(見圖1(b))，鍍層的珠光效果也很差。一般添加劑B的加入量應(yīng)控制在6～20mL／L，此時(shí)可得到珠光效果理想的鎳鍍層，其掃描電鏡形貌見圖2。從圖2中可以看出，在珍珠鎳鍍層表面存在很多重疊的凹坑，直徑大約在20～30m之間。光照射時(shí)，鍍層表面發(fā)生較強(qiáng)的漫反射，外觀柔和，有珍珠效果。添加劑B加入到瓦特鎳鍍液中會形成許多細(xì)小的“乳滴”，均勻地分散于鍍液中。乳滴表面因吸附陽離子表面活性劑而帶正電，電鍍時(shí)這些乳滴在電場的作用下吸附在陰極表面，阻止了鎳離子在陰極上的沉積，乳滴脫附后鎳離子則可以正常沉積。這種陰極表面上乳滴的反復(fù)吸附、脫附現(xiàn)象導(dǎo)致鍍層表面出現(xiàn)了無數(shù)的凹坑，在宏觀上就使鍍層產(chǎn)生了珍珠效果。添加劑B含量較少時(shí)，在陰極表面吸附的乳滴少，得到的鎳鍍層表面凹坑少，珠光效果很淡；而添加劑B含量較多時(shí)，鍍液中顆粒在陰極表面大量吸附，嚴(yán)重影響了鎳的正常沉積，鍍鎳層表面質(zhì)量變差，基本無珠光效果。3．2鍍液基礎(chǔ)成分對珍珠鎳鍍層的影響改變鍍液中主鹽硫酸鎳的濃度，電鍍珍珠鎳鍍層。鍍液中硫酸鎳含量在250～400g／L范圍內(nèi)均能得到良好的珍珠鎳鍍層，而且隨著硫酸鎳濃度的升高，鍍層的出沙時(shí)間縮短。在鍍液中加入氯化鎳可增加鍍液的導(dǎo)電能力，并使陽極活化，促進(jìn)陽極正常溶解，但氯化鎳濃度過高會造成鍍層內(nèi)應(yīng)力增加，并影響鎳鍍層的珠光效果。硼酸作為緩沖劑，用量應(yīng)控制在30～40g/L3．3鍍液pH對鎳鍍層的影響控制鍍液中硫酸鎳含量為400g／L，氯化鎳含量為40g／L，添加劑A為8mL／L，添加劑B為16mL／L，鍍液溫度為55℃，改變鍍液pH，進(jìn)行掛片實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：鍍液pH在3．8～5．2的范圍內(nèi)均能得到合格的珍珠鎳鍍層；pH過低時(shí)，沉積過程電極表面析氫較嚴(yán)重，鍍層表面出現(xiàn)“氣流”痕跡；pH過高時(shí)，鍍鎳層的珠光效果差，而且鍍層脆性大。3．4鍍液溫度對鎳鍍層的影響控制鍍液中硫酸鎳含量為400g／L，氯化鎳含量為40g／L，添加劑A為8mL／L，添加劑B為16mI／L，鍍液pH為3．8～5．2之間，改變鍍液溫度，進(jìn)行掛片實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，鍍液溫度應(yīng)控制在50～60℃之間。鍍液溫度低于50℃時(shí)，鍍層的珠光效果較淡：隨著鍍液溫度的升高，鍍液中鎳離子的還原速度和乳滴的移動(dòng)速度相應(yīng)加快，出沙時(shí)間縮短，珠光效果增強(qiáng)；但溫度高于60cC時(shí)，添加劑易發(fā)生分解，在鍍層表面形成黑點(diǎn)。3．5電流密度對鎳鍍層的影響通過赫爾槽實(shí)驗(yàn)考察了電流密度對珍珠鎳鍍層的影響，赫爾槽實(shí)驗(yàn)樣片如圖3所示。從圖中可以看出，在試片的大部分范同內(nèi)都能得到珍珠鎳鍍層。根據(jù)公式i=j(4．47—4．13lg1)(其中f=0．5～9．5cm)E61，計(jì)算出電鍍珍珠鎳鍍層的電流密度區(qū)間約為2～12A／dm2。掛片實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在無攪拌、電流密度在3～10A／dm之間電鍍5～10min，即可得到合格的珍珠鎳鍍層。電鍍時(shí)間低于5min時(shí)，鎳鍍層厚度較薄，珠光效果較淡。3．6珍珠鎳鍍層的耐蝕性能珍珠鎳鍍層與半光亮鎳鍍層在ω=3．5％NaC1溶液中的陽極極化曲線如圖4所示。從圖中可以看出，珍珠鎳鍍層的腐蝕電位較半光亮鎳鍍層正，陽極腐蝕電流密度降低(腐蝕電位在大于一0．13V時(shí)陽極電流密度明顯要小)，說明珍珠鎳鍍層的耐腐蝕性優(yōu)于半光亮鎳鍍層。3．7珍珠鎳鍍層結(jié)合力采用彎曲試驗(yàn)法測定珍珠鎳鍍層的結(jié)合力，被測試片為25mm×40mm鍍有珍珠鎳的銅片。彎曲試驗(yàn)是將試片反復(fù)彎曲直到基體和鍍層一起斷裂，觀察斷口處鍍層的附著情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，珍珠鎳鍍層的結(jié)合力良好，直至試片折斷也未出現(xiàn)鍍層脫落現(xiàn)象。