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《主鹽濃度與熱處理對化學(xué)鍍鎳鍍層性能的影響研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、主鹽濃度與熱處理對化學(xué)鍍鎳鍍層性能的影響研究摘要：本實驗采用酸性化學(xué)鍍，以次磷酸鈉為還原劑，在85℃下進行化學(xué)鍍鎳，通過控制主鹽濃度得到不同的鍍層。按照基片、鍍鎳而未經(jīng)熱處理與鍍鎳且經(jīng)過熱處理對試樣進行分類，并對鍍層成分、晶體結(jié)構(gòu)、硬度以及耐蝕性進行表征。結(jié)果顯示，隨著主鹽濃度升高，鍍速降低且達到一定濃度后，鍍層中磷與鎳的總含量也增加；同時，熱處理提升了鍍層的硬度與耐蝕性，鍍層結(jié)晶性也有所增強。關(guān)鍵字：化學(xué)鍍鎳；主鹽濃度；鍍層硬度；耐蝕性；結(jié)晶性1.引言化學(xué)鍍（Ni-P）鎳磷合金是一種在不加外電流的情況
2、下，利用還原劑在活化零件表面上自催化還原沉積得到Ni-P鍍層的方法?；瘜W(xué)鍍?nèi)芤旱姆诸惙椒ê芏?，根?jù)不同的原則有不同的分類法。當(dāng)鍍層沉積到活化的零件表面上，由于鎳具有自催化能力，它的還原過程還會自動進行下去，直到把零件取出鍍槽為止[1]?；瘜W(xué)鍍鎳已廣泛用于電子、計算機、航天航空、石油化工、醫(yī)藥、紡織等領(lǐng)域。化學(xué)鍍鎳的方法可以按PH值分為酸性鍍液和堿性鍍液，酸性鍍液PH值一般在4～6，堿性鍍液PH值一般大于8，堿性鍍液因其操作溫度較低，主要用于非金屬材料的金屬化（如塑料，陶瓷等）。本實驗采用酸性化學(xué)鍍，以次
3、磷酸鈉為還原劑，研究85℃下化學(xué)鍍鎳時主鹽濃度對鍍層性能的影響。但由于主鹽純度不足以及緩沖劑選擇不當(dāng)，致使調(diào)試PH值時加入過多硫酸，影響主鹽濃度，鍍后試樣與基片的硬度相比，提升不明顯，且不同濃度鍍液所得的試樣之間差異也不大。2.實驗原理2.1化學(xué)鍍鎳機理化學(xué)鍍鎳，又稱為無電解鍍鎳或自催化鍍鎳，是通過溶液中適當(dāng)?shù)倪€原劑使金屬離子在金屬表面靠自催化的還原作用而進行的金屬沉積過程。以次磷酸鹽為還原劑的沉積過程為：(1) Ni2++(H2PO2)-+H2O3H++(HPO3)2-+Ni(2)(H2PO2)-+H
4、H2O+OH-+P(3)?(H2PO2)-+H2OH+(HPO3)2-+H2↑?反應(yīng)中部分(H2PO2)-被氫原子還原成P，元素磷混雜在鍍層中。所以，化學(xué)鍍鎳的過程中鍍液的pH值不斷地增加，磷的濃度減少。[2]2.2常見的鍍液組分及其作用機理2.2.1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。用醋酸鎳或次磷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。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
5、鎳是主鹽，用量大，在鍍中還要進行不斷的補加，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。所以要注意質(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。[3]2.2.2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。次磷酸鈉的含量取決于鎳鹽的濃度。為了獲得最佳鍍速和鍍層的
6、光亮度等，鎳鹽和次磷酸鈉合適的摩爾比為0.3~0.4。次磷酸鈉的濃度主要對鍍層沉積速度、鍍層磷含量及溶液穩(wěn)定性造成影響。2.2.3絡(luò)合劑絡(luò)合劑的選用及其搭配關(guān)系，對鍍液性能的差異、壽命長短起著決定性作用。??其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。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。絡(luò)合劑存在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
7、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。[4]??其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)
8、角度來解釋。簡單的說法是有機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。??隨著反應(yīng)的進行，亞磷酸鹽不斷生成并在溶液中積聚，當(dāng)其含量達到一定程度時就會有亞磷酸鎳沉淀析出，這是造成鍍液自然分解的主要原因。為避免沉淀產(chǎn)生，必須在溶液中添加能夠有效降低Ni2+濃度的絡(luò)合劑。絡(luò)合劑能與Ni2+結(jié)合從而降低Ni2+的活性，減少亞磷酸鎳沉淀的生成。但絡(luò)合劑濃度不
