| 1 前言 由于铬镀层具有光亮、防变色,在大气环境下稳定性和光泽的持久性等独特的优良性能,而获得了广泛的应用。然而镀铬均镀性较差,电流密度高,电流效率低,能耗高,同时,铬雾和含铬废水排放严重污染环境和水源,危害人体键康。因而致力于开发代铬镀层,先后开发了电镀Sn-Co、Co-B、Ni-Co Tl-B等合金层以及化学镀Ni-Mo-P、Ni-Cu-P、Ni-Sn-P、Co-W-P、Ni-W-P等合金镀层,但是这些合金镀 层的综合性能不能满足取代铬镀层的要求。鉴于上述状况,本文就可以取代铬镀层的电镀Ni-Fe-Co合金工艺加以 叙述。 2 工艺概述 Ni-Fe-Co合金镀液由可溶性Ni2+盐、Fe2+盐和Co2+盐,还原剂、络合剂和硬化剂等组成。适宜的可溶性Ni2+盐有NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O、Ni(BF4)2、Ni(CH3COO)2、Ni(NH4)2(SO4)2·6H2O等。Ni2+约为镀液中总金属离子的质量分数的60%～80%。适宜的可溶性Fe2+盐有FeCl2·4H2O、FeSO4·7H2O、Fe(BF4)2、氨基磺酸铁等。Fe2+约为镀液中总金属离子的质量分数的10%～15%。镀液中如果含有少量的Fe3+(约为0.1～0.2g/L),则会有助于增进合金镀层的平滑性、光亮性和整平性。适宜的可溶性Co2+盐有CoSO4·7H2O、Co(CH3COO)2·4H2O、CoCl2·6H2O、(NH4)2SO4·CoSO4·6H2O和Co(BF4)2等。Co2+约为镀液中总金属离子的质量分数的15%～30%。镀液中加入还原剂可以将镀液中被氧化成的Fe3+还原为Fe2+,使镀液中的Fe3+浓度降低到不会产生有害的影响。适宜的还原剂有抗坏血酸、D 异抗坏血酸、马来酸、粘康酸、对苯二酚苄醚钠、天冬氨酸等。还原剂浓度约为2～50g/L。镀液中加入络合剂,使其与还原剂混合使用,可以稳定地获得光亮Ni-Fe-Co合金镀层,而且镀层中铁的质量分数超过10%。适宜的络合剂有柠檬酸、谷氨酸、葡萄糖酸以及它们的盐。络合剂的质量浓度约10～20g/L。 镀液中加入硬化剂可使Ni-Fe-Co合金镀层的粒径更细,降低Ni2+、Fe2+和Co2+到达镀件基体表面的速度,在镀件基体沉积均匀致密的硬质合金镀层。适宜的硬化剂有1,4 丁炔二醇、1,4 丁炔二磺酸、苯丙酸、3 二甲氨基 1 丙炔、双(三甲胺基) 1,2 二苯基 1,2 双(二氯氧硼基)乙烯等。硬化剂浓度约为2～50mL/L。镀液pH值约为3.8～4.2,可以采用H2SO4或者NaOH、NH3·H2O等调节。适宜的镀件基体有活化处理过的不锈钢、铁、镍、钴、铬、钛、铝、锡、锌、铂、铜、黄铜、银、钨和超耐热性合金等金属,玻璃、陶瓷和塑料等非金属。非金属基体电镀以前,先后浸渍于SnCl2溶液和钯盐溶液中进行敏化和催化处理,再进行化学镀,以形成电镀用的导电性基底膜。采用具有活性炭的过滤泵循环过滤镀液。电镀过程中,根据镀液中消耗的Co2+量,适时补充Co2+盐,可以提高镀液的使用寿命;定期分析和补充镀液中的还原剂和硬化剂,可以保持镀液组成的平衡和稳定;还必须使电流参数和操作条件保持稳定。阳极最好采用铁和镍。阳极表面积与镀件表面积之比约为1∶1～4∶1。镍阳极表面积与铁阳极表面积之比约为8∶1～10∶1。Ni-Fe-Co合金镀液适用于滚镀和挂镀。 Ni-Fe-Co合金镀层的质量分数分别为65%～75%镍、0～20%铁、15%～25%钴和0.5%～1.5%硬化剂。在结构上,镍基固溶体是由质量分数分别为55%～65%Ni3Fe结晶和35%～45%Ni3Co结晶组成的合金。镍基固溶体粒径约为5.5～8.5nm。由于这种微晶构造,Ni-Fe-Co合金镀层具有优良的耐蚀性,在NaCl溶液体系(ISO3768)中,Ni-Fe-Co合金镀层的耐蚀性2.6倍于铬镀层。由于Ni3Fe和Ni3Co金属互化物的硬化而产生高耐磨性,Ni-Fe-Co合金镀层的耐磨性2倍以上于铬镀层。随着固溶体原子的增大,堆垛层错能量(SFE,Stack ingFaultEnergy)降低,难以发生摩耗裂纹,进一步提高了Ni-Fe-Co合金镀层的耐磨性，通过调节Ni-Fe-Co合金镀层中镍和铁的含量,可以获得类似于铬镀层的光泽和色调。镍基固溶体中的铁和钴可以增加合金镀层的硬度和热力学稳定性,因此,Ni-Fe-Co合金镀层具有相当高的硬度,而且在300～500℃下进行热处理,将会进一步提高合金镀层硬度。 3 应用 例1 按照下列程序配制Ni-Fe-Co合金镀液(1)20L蒸馏水加热到70℃,加入7.6molNiCl2·6H2O,使其溶解。在NiCl2溶液中加入30.0molNiSO4·6H2O和2.0molCoSO4·7H2O,完全溶解和混合后,加入15.0molH3BO3,完全溶解后,配制成第1种溶液。 (2)5L蒸馏水加热到50℃,加入3.1molFeSO4·7H2O,使其完全溶解。加入6.0mol对苯二酚苄醚钠(C13O2H11Na)和0.84molNa3C6H5O7。完全溶解后,配制成第2种溶液。 (3)把第2种溶液加入到第1种溶液中,完全混合后,配制成第3种溶液。采用活性炭过滤机过滤第3种溶液。 (4)采用质量分数分别为10%H2SO4溶液和50%NH3·H2O溶液调节第3种溶液pH值为3.8～4.2。 (5)在第3种溶液中加入40mL双(三甲胺基) 1,2 二苯基 1,2 双(二氯氧硼基)乙烯硬化剂,完全混合后,加入蒸馏水使 溶液体积为30L。加热溶液到50℃,配制成Ni-Fe-Co合金镀液。20cm×5cm×0.15cm铁制试样经过电化学清洗和阳极活化后,浸渍于上述配制的Ni-Fe-Co合金镀液中。阳极采用由镍和铁组成的多重阳极。阳极总表面积与试样表面积之比为1∶1,镍阳极表面积与铁阳极表面积之比为10∶1。在5A/dm2下电镀40min。然后取出试样,水洗和干燥。采用测微计测得Ni-Fe-Co合金镀层厚度为46.6mm。Ni-Fe-Co合金镀层具有镜面光亮和反射性,没有孔隙和裂纹等不良现象。 经测试,Ni-Fe-Co合金镀层硬度为1219.8Hv,明显高于硬铬、化学镀Ni-P合金和镍镀层。例2 按照例1的镀液和电镀条件,20件20mm、厚度为3mm的铁制件,电镀60min,可以获得厚72μm和硬度范围为1019～1183(Hv100)的Ni-Fe-Co合金镀层。经测试,镀层具有优良的耐蚀性和耐磨性。 例3 除去例1镀液中的FeSO4·7H2O,其余镀液组成和电镀条件不变。所获得的Ni-Co合金镀层的耐蚀性优于Ni-Fe-Co合金镀层,但是Ni-Co合金镀层硬度仅为900～950(Hv100),低于1000(Hv100)以上的Ni-Fe-Co合金镀层。 4 结论Ni-Fe-Co合金镀液的特征如下: (1)镀液成分的质量分数分别为0～25%铁、10%～30%钴、50%～80%镍、8%～20%还原剂、5%～15%络合剂和3%～8%硬化剂。 (2)从镀液中可以获得质量分数分别为65%～75%镍、0～20%铁、15%～25%钴和0.5%～1.5%硬化剂的Ni-Fe-Co合金镀层。 (3)镀液无毒,减少污染,保护环境。 (4)Ni-Fe-Co合金镀层具有高硬度、优良的耐蚀性、耐磨性、耐热性和光亮度等性能,适用于取代硬铬镀层。 |
