穩(wěn)定劑對化學鍍鎳性能的影響，今天我就著這個主題給大家分享一篇文章，其通過化學鍍鎳原理、化學鎳的實驗等方面內容進行講解，我們不妨進來詳細的了解一下吧！

化學鍍鎳實際上是在鍍鎳溶液中加入其還原劑，使金屬離子在基體表面的自催化作用下進行還原的金屬沉積過程?；瘜W鍍鎳比電鍍鎳更具有優(yōu)越性，且對于形狀復雜的工件電鍍效果更佳。通過向電鍍液中添加磷酸鹽等高磷化學試劑可制備高磷化學鎳層。相比于低磷化學鍍鎳，高磷化學鍍鎳具有更[敏感詞]的耐磨損性和耐腐蝕性等特點。

國內高磷化學鍍鎳市場的發(fā)展正在逐漸壯大，該技術已廣泛應用于汽車、航空、電子、冶金及機械等領域。在高磷化學鍍鎳技術的不斷發(fā)展過程中，研究重點開始向使用新型添加劑、改善電鍍液的穩(wěn)定性等方向發(fā)展，以提高技術在更廣泛領域的應用。高磷化學鍍鎳過程中，電鍍液穩(wěn)定性問題一直是需要解決的難點問題。鍍液穩(wěn)定性對金屬鍍層質量具有重要影響，如果鍍液的穩(wěn)定性不好，會導致電鍍液配方失調、金屬鍍層質量下降，甚至造成鍍液失效，從而影響生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。因此，研究高磷化學鍍鎳穩(wěn)定劑具有重要的意義。目前，中低磷化學鍍鎳工藝已經(jīng)相對穩(wěn)定，所使用的添加劑類型包括了稀土鹽、有機物和無機鹽三大類，本文將其使用在高磷化學鍍鎳中，并分別選擇了檸檬酸鈰、硫脲和碘化鉀3種穩(wěn)定劑進行對比。

實 驗

1.1 材料與試劑基材為5cm×10cm×1mm的45"鋼試片，采用砂紙(800～2000目)逐級打磨后，在50℃除油液(市售)中浸泡10min徹底除油，然后放入稀鹽酸(體積分數(shù)10%)中浸泡30s活化，直到表面出現(xiàn)氣泡為止，最后用去離子水清洗后即可進行化學鍍鎳。選用分析純試劑硫酸鎳、次亞磷酸鈉、乳酸、乙酸鈉、檸檬酸配制基礎化學鍍鎳液，各組分用量為：硫酸鎳25g/L、次亞磷酸鈉26g/L、乙酸鈉10g/L、檸檬酸14g/L、乳酸15g/L。將配制好的化學鍍鎳液靜置一段時間后，水浴鍋恒溫加熱1h,溫度控制在90℃即可使用。1.2 化學鍍鎳層的制備預處理后的45#鋼試片懸掛著浸泡在化學鍍鎳液中，采用HH.S-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋使化學鍍鎳液維持在(90±0.5)℃。浸泡2h后取出45"鋼試片，用去離子水清洗干凈后吹干，然后進行性能測試。只改變穩(wěn)定劑種類([敏感詞]種含有碘酸鉀，第二種含有檸檬酸鈰，第三種含硫脲)進行單因素實驗，3種化學鍍鎳液依次命名為HNY1、HNY2、HNY3,基礎鍍液為HNY0。利用這4種化學鍍鎳液制備4個化學鍍鎳層試樣，依次命名為HNC1、HNC2、HNC3、HNCO。1.3 表征與測試采用PdCl?溶液測試化學鍍鎳液的穩(wěn)定性;在100mL燒杯中注入50mL的化學鍍鎳溶液，恒溫至86~88℃,在攪拌下加入濃度為100mg/L的PdCl?溶液3mL。記錄自注入PdCl?溶液至鍍液開始出現(xiàn)黑色霧狀沉淀的時間(以s為單位)。采用西凡儀器有限公司提供的型號為XF-PIM的鍍層測厚及材料分析儀測量施鍍后試片的鍍層厚度及磷含量;實驗前先將儀器預熱5min,將試片置于恒溫測控箱中規(guī)定測試位置，測試選擇Fe基底Ni-P鍍層曲線，測試時間設置為60s,一鍵啟動測試。每次測試結束后調整試片位置重復5次實驗，結果取平均值。采用數(shù)顯式顯微硬度計測試施鍍后鍍層的硬度，每次測試結束后調整試片位置重復5次實驗，結果取平均值。采用MIT型金相顯微鏡表征化學鍍鎳層的表面形貌。通過采用RST5200型電化學工作站進行電化學Tafel曲線測試，腐蝕介質是3.5wt.%氯化鈉溶液，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為1cm2的鉑片電極。將表面鍍有化學鍍鎳層的45#鋼試片裁切制作符合要求的工作電極。采用型號為RT210的粗糙度測量儀測試化學鍍鎳層的粗糙度，測試時將傳感器放在被測面上，由儀器內部的驅動機構帶動傳感器沿著被測試片表面做等速滑行，測試時只需將傳感器放在試片表面，按啟動鍵即可，重復5次測試取平均值。

結果與討論

2.1 化學鍍鎳原理

化學鍍又稱自催化鍍，是在無外加電流條件下，借助還原劑，使鍍液中的金屬離子還原沉積到待鍍基體上的過程?；瘜W鍍得到的金屬鍍層是連續(xù)的，且施鍍金屬自身有催化能力，已經(jīng)被還原沉積到基體表面的金屬作為新的催化活性點，反應在沉積的金屬表面繼續(xù)進行，得到連續(xù)的金屬鍍層?；瘜W鍍現(xiàn)有的基礎理論有“電化學理論”、“氫化物理論”和“原子氫態(tài)理論”等，其中得到最多支持的是“原子氫態(tài)理論”。原子氫態(tài)理論認為,還原劑次亞磷酸鈉在加熱及催化作用下放出原子態(tài)氫，其將溶液中的Ni*還原為金屬鎳，而不是通過H?PO??與Ni2?直接作用。即：

 

原子態(tài)氫H吸附在活性金屬表面，溶液中Ni2+在活性金屬表面得到電子發(fā)生金屬沉積。

 

同時次亞磷酸根在活性金屬表面也可以得到原子態(tài)氫Had的電子，從而發(fā)生P單質的沉積，即：

 

或H?PO?在加熱及催化條件下自發(fā)沉積出P,即：

 

同時，氫氣的析出可以是由于次亞磷酸根水解產(chǎn)生，也可以是由原子態(tài)的氫互相結合產(chǎn)生。即：

 

該理論很好的解釋了次磷酸還原化學鍍鎳過程中的析氫現(xiàn)象和沉積的鎳磷合金鍍層原因。2.2 化學鍍鎳液的鍍速通過西凡儀器有限公司提供的型號為XF-PIM的鍍層測厚及材料分析儀測量施鍍后試片的鍍層厚度，根據(jù)厚度計算出化學鍍鎳液的鍍速，計算結果如圖1所示?？梢钥闯觯尤敕€(wěn)定劑后，化學鍍鎳液的鍍速均有所降低，這是由于穩(wěn)定劑其實也是一種負催化劑，可以吸附在試片和鍍液中的微粒表面，從而抑制次亞磷酸鈉的脫氫反應，掩蔽催化活性中心，阻止鎳磷合金的成核反應，從而使得鍍速降低。對比4個化學鍍鎳液可以看出，HNY2鍍液鍍速降低最多，分析其原因：金屬鈰作為稀土元素，具有特殊的4f電子結構，在鍍層表面有兩種吸附形式存在，一種是較強的內吸附，一種是較弱的靜電吸附。在鍍液中的鈰離子會被還原為金屬鈰，由于兩種吸附形式的存在，因此有更多的金屬鈰吸附在鍍件表面，占據(jù)了較多的活性催化位點，影響了Ni?和H?PO?的反應，使速度降低。HNY1和HNY3鍍液的鍍速相差不大，對比基礎鍍液，鍍速降低很小，這是由于含有碘化鉀和硫脲的穩(wěn)定劑只是在試樣表面形成了吸附來阻礙鎳的還原以及抑制次亞磷酸鈉的脫氫反應，從而使鎳磷合金在試樣表面的沉積速度降低，但降低很少。

 

圖1 不同化學鍍鎳液的鍍速2.3 化學鍍鎳液的穩(wěn)定性本實驗采用氯化鈀溶液測定鍍液穩(wěn)定性，該方法是KonardParker在1987年提出來的，是一種化學鍍鎳溶液穩(wěn)定性的快速測定方法，至今仍被沿用,測試結果如圖2所示?；瘜W鍍鎳液是一個熱力學不穩(wěn)定體系，在施鍍過程中會有鎳膠粒生成并累積，造成鍍液分解。

 

圖2 不同化學鍍鎳液的分解時間從圖2中可以看出，3種穩(wěn)定劑對化學鍍鎳液均起到了穩(wěn)定作用。對比4個化學鍍鎳液可以看出，HNY2鍍液穩(wěn)定性提高最小，是由于金屬鈰雖然在鍍件表面有兩種吸附形式，但在鎳膠粒表面的吸附只是簡單的靜電作用吸附，這種吸附是不穩(wěn)定的，尤其是在施鍍過程中鍍液溫度很高，這種吸附的穩(wěn)定性會更差，所以添加檸檬酸鈰的鍍液穩(wěn)定性效果最差。HNY1和HNY3鍍液的穩(wěn)定性相差不大，對比基礎鍍液，穩(wěn)定性提高很大，這是由于含有碘化鉀和硫脲的穩(wěn)定劑在鎳膠粒表面的吸附是通過化學作用吸附,這種吸附更加穩(wěn)定，HNY1和HNY3鍍液相比較，HNY1鍍液的穩(wěn)定性[敏感詞]。2.4 化學鍍鎳層的硬度圖3為添加不同穩(wěn)定劑的化學鍍鎳液所得鍍層硬度的測試結果。從圖中可以看出3種穩(wěn)定劑的加入均使鍍層的硬度得到了提高。這是由于穩(wěn)定劑加入后，會吸附在鎳膠粒表面，屏蔽鎳膠粒表面的活性中心，從而阻止鎳在這些微粒上沉積，使得鎳膠粒不會繼續(xù)長大;鍍液中移動到鍍層表面的鎳膠粒更小，使鍍層的結晶更加致密。對比4個化學鍍鎳層可以看出，HNC2鍍層硬度提高最小，這是由于檸檬酸鈰對鎳膠粒生長的抑制作用較小，產(chǎn)生較大的鎳膠粒夾雜在鍍層中所導致，而含有碘化鉀和硫脲的穩(wěn)定劑對鎳膠粒生長的抑制作用較強，因此HNC1和HNC3鍍層的硬度相比基礎鍍層提高很大。

 

圖3 不同化學鍍鎳層的硬度2.5 化學鍍鎳層的磷含量圖4為添加不同穩(wěn)定劑的化學鍍鎳液所得鍍層磷含量的測試結果。從圖4中可以看出3種穩(wěn)定劑的加入均使鍍層的磷含量均有所提高，但差別不大，說明穩(wěn)定劑的加入促進了次亞磷酸鈉的析磷反應，但促進效果一般，因此磷含量變化不大。

 

圖4 不同化學鍍鎳層的磷含量2.6 化學鍍鎳層的表面形貌對添加不同穩(wěn)定劑的化學鍍鎳液所得鍍層的微觀形貌進行觀察，測試結果如圖5所示。

 

圖5 不同化學鍍鎳層的表面形貌從圖5中可以看出，由于化學鍍鎳液中加入了不同的穩(wěn)定劑，鍍層在形貌上顯現(xiàn)出了很大的差別。未加穩(wěn)定劑時，鍍層呈現(xiàn)出很小的胞狀組織，大部分胞狀組織堆積在一起，連結成背包狀的大塊凸起，同時在鍍層上形成孔隙等缺陷;加入含碘化鉀的穩(wěn)定劑后，鍍層表面的胞狀組織體積有所增加，但并未堆積在一起形成背包狀大塊突起，鍍層表面的孔隙等缺陷也消失不見，這說明該穩(wěn)定劑使鍍層更加平整致密;加入含有檸檬酸鈰的穩(wěn)定劑后，鍍層表面的胞狀組織未見明顯變大，堆積在一起形成背包狀結構體積較基礎鍍層有所減小，但鍍層上同樣形成了較多的疏松、孔隙等結構，說明該穩(wěn)定劑的加入對鍍層質量提升不大;加入含有硫脲的穩(wěn)定劑后，鍍層表面的胞狀組織有所增大，少量堆積在一起形成很小的背包狀結構，與基礎鍍層相比，孔隙等缺陷也有所減少，說明該穩(wěn)定劑的加入也起到了平整致密的作用。2.7 化學鍍鎳層的耐蝕性圖6為不同化學鍍鎳層的Tafel曲線，表1為化學鍍鎳層的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度的擬合結果。

 

圖6 不同化學鍍鎳層的Tafel曲線

 

表1  不同化學鍍鎳層的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度

從熱力學角度分析，加入穩(wěn)定劑后，自腐蝕電位均正移，說明發(fā)生腐蝕的傾向變小;從動力學角度分析，加入穩(wěn)定劑后，鍍層的自腐蝕電流密度降低1或2個數(shù)量級，說明鍍層的腐蝕速率降低，因此3種穩(wěn)定劑的加入均在不同程度上提高了鍍層的耐蝕性。這是由于穩(wěn)定劑的加入使得鍍層更加細致均勻，夾雜在鍍層中的鎳膠粒更小。對比加入不同穩(wěn)定劑的3種鍍層可以看出，加入含檸檬酸鈰的穩(wěn)定劑后得到的鍍層耐蝕性提高最少，這是由于該穩(wěn)定劑對鍍液穩(wěn)定性提高最小，鍍液中含有更多的鎳粉夾雜在鍍層中，且鍍層表面結晶相對較粗大，存在孔隙等缺陷。加入含碘化鉀的穩(wěn)定劑后得到的鍍層耐蝕性[敏感詞]，這是由于加入該穩(wěn)定劑后，鍍液最穩(wěn)定，因此鍍層中夾雜的鎳粉也是最少的，并且得到的鍍層結晶最細致均勻，無孔隙等缺陷。

 

圖7不同化學鍍鎳層的粗糙度從圖7中可以看出，加入不同穩(wěn)定劑后，鍍層的粗糙度均有所降低，其中HNC2鍍層的降低最小，這是由于加入含有檸檬酸鈰的穩(wěn)定劑后鍍層表面存在孔隙，結晶粗大。而加入含有碘化鉀的穩(wěn)定劑和含有硫脲的穩(wěn)定劑后，鍍層粗糙度降低比較明顯，這說明鍍層均變得更加平整致密，對比HNC1和HNC3兩種鍍層，HNC1鍍層的粗糙度更小，這說明含有無機鹽的穩(wěn)定劑效果[敏感詞]。

結 論

(1)加入穩(wěn)定劑后鍍液鍍速均有所降低，鍍液穩(wěn)定性均有所提高;加入含碘化鉀的穩(wěn)定劑后，鍍液鍍速降低最少，鍍液最穩(wěn)定。

(2)加入穩(wěn)定劑后鍍層磷含量幾乎不變，硬度、耐蝕性均有所提高，鍍層粗糙度均有所降低;對比3種穩(wěn)定劑，含有碘化鉀的穩(wěn)定劑效果[敏感詞]。

通過上文詳細的講解，我們對穩(wěn)定劑對化學鍍鎳性能的影響有了大致的了解，文章來源：電鍍與精飾，作者單位：1.西凡儀器(深圳)有限公司;2.南昌航空大學材料學院，版權歸原作者所有，如有侵權請聯(lián)系后臺刪除。