1 前 言 化学镀镍在化工机械、宇宙航空等领域中应用广泛。随着生产中对功能及装饰性镀层的要求越来越高。如何研制出更新的镀镍光亮剂已引起人们的极大兴趣。在目前研制出的4代镀镍光亮剂中,第2代光亮剂镀层质量差,色泽偏淡米黄色[1]。第3代镀镍光亮剂以1,4 丁炔二醇与环氧类化合物的缩合物为代表,镀层光亮平整,应用广泛,但出光速度慢,分解产物多。20世纪80年代末研制出的第4代光亮剂,其中初级光亮剂一般为柔软剂,如武汉风帆电镀公司的柔软剂中含有C12H11NO4S2和C2H3SO3Na的混合物[2],次级光亮剂以吡啶衍生物和丙炔醇衍生物及炔胺类化合物为典型代表,镀液稳定,分解产物少,但应用缺乏普通性[3]。上述光亮剂绝大多数应用于电镀镍工艺中,化学镀镍上使用的光亮剂报道较少。本文研制的化学镀镍光亮剂在实际生产中的运用表明,对镀层有明显的增光和整平作用。 2 试 验 2.1 工艺流程 试样→镀前预处理→水洗→化学镀→水洗→镀后处理→检验→成品。 2.2 镀液组成及工艺条件 络合添加剂为有机酸的混合物,稳定剂为重金属盐,光亮剂为2种重金属盐和有机酸盐的混合物。 2.3 镀层性能测试 (1)显微硬度 厚度的测定采用HX 1型显微硬度计测试。 (2)镀层耐磨性测定 耐磨试验在M 2000型磨损试验机上进行,上块材料为GCr15,硬度59HRC,下环是被测试样。负荷500N,转速400r/min,20号机油润滑,持续磨损1h。试样磨损前后质量用FA1004电子天平称量。 (3)耐腐蚀性测定 在5%NaCl溶液、10%H2SO4溶液和10%HCl溶液中进行全浸试验,浸入时间为144h。 (4)镀层表面形貌及成分测定 分析仪器:日本岛津EPMA 1600电子探针X射线波谱仪。分析参数为加速电压15kV,样品电流50mA,X射线分光晶体LiF、PET、L55A。 (5)镀层组织及结构测试 采用日本理学3015型X射线衍射仪分析和测试。 3 成分及结构 3.1 镀层成分 文献[4]报道了高磷含量化学镀镍工艺的研究,最佳工艺条件下获得了磷质量分数为23%的高磷合金镀层。本工艺在5种试验条件下镀层中的磷质量分数分布见图1。光亮剂使用后获得的高磷合金镀层,磷含量随着光亮剂用量的增加而提高。在镀液组成和操作温度相同时,通过对比试验表明,不含光亮剂时镀层中的磷质量分数为8.237%。光亮剂用量2ml/L时,磷质量分数为15.812%。当光亮剂用量为6ml/L时,镀层中磷质量分数提高到39.026%。而且镀层中没有光亮剂的成分,从而确定光亮剂没有参加化学反应。但提高了镀层中磷的含量,说明光亮剂对镀液中磷的沉积有积极的促进作用。 3.2 镀层镀态下的相结构 根据电子显微镜观察[5],镍磷合金镀层的结构随着磷含量的增加,从晶态向非晶态变化,大致情况是:含磷质量分数3%左右时为微细晶态,含磷质量分数5%左右时为微细晶态+非晶态,含磷质量分数7%以上为非晶态。文献[6]指出,只有镀层成分在Ni P相图共晶点11%附近时,才能形成典型的非晶态组织。通过X射线衍射分析(见图2)可以看出,低磷、高磷镀层两种测试结果在2θ=45°处均出现了馒头峰,表明在两种情况下镀层都是非晶态结构。但含8.5%P的低磷合金镀层的衍射峰比较尖锐,而含15.8%P的高磷合金镀层的衍射峰似馒头包状,且衍射峰向两侧漫散开来,是非晶态结构的显著特征。 4 镀层性能测试 4.1 光亮剂应用效果 工艺中使用光亮剂后,在反应过程中镀层表面的出光速度较快,一般只需15～20min镀层便开始光亮,且镀层平整,结晶细致,达到了全光亮的效果。镀液装载量对镀层的光亮度也有影响。一般来说,随着镀液装载量的增加,镀层光亮度降低。试验表明,为了获得光亮的镀镍层,镀液装载量以低于2.4dm2/L为佳。同时,基体表面的光洁度愈高,出光速度就越快,获得的镀层表面光泽度也越好。 4.2 光亮剂对沉积速度的影响 文献[7]报道了在高磷高速化学镀镍磷合金工艺中各成分对沉积速度的影响,确定最佳条件下的沉积速度为18～30μm/h。本工艺中光亮剂用量对沉积速度的影响见图3,光亮剂用量在1～2ml/L范围内时,沉积速度降低较快,随后变化相对平缓。沉积速度随着光亮剂用量的增加而降低,表明光亮剂对沉积速度有一定的抑制作用。 4.3 光亮剂对镀层显微硬度及磨损率的影响 镀液中光亮剂用量对镀层镀态下的硬度和磨损率的影响见图4,随着光亮剂用量的增加,镀层镀态下的显微硬度逐渐降低。与文献[8]所述的镀层镀态下的硬度随磷含量的增加而降低是基本一致的。光亮剂用量控制在3ml/L以下时,镀态硬度在440～500HV间。镀层镀态下的磨损率随着光亮剂用量的增加而提高。镀液中光亮剂用量为1～2ml/L时,镀层的磨损率略高于不加光亮剂时镀层的磨损率0.00384mg/cm2·h。使用光亮剂后镀层硬度的降低和磨损率的提高,主要是由于非晶态高磷合金镀层中固溶态的磷原子增加所致。 4.4 光亮剂对镀层腐蚀率的影响 镀液中光亮剂用量对腐蚀率的影响见图5。腐蚀结果表明,在5%NaCl溶液中,光亮剂对腐蚀率影响不大,且腐蚀速率较低。因为高磷合金镀层随着磷含量的增加,使镀层的自钝化能力增加而使镀层表面富集一层磷,在腐蚀环境下形成完整致密的磷化钝化膜,对基体起到了很好的保护作用。同时,由于非晶态结构无偏析、位错等缺陷,不能形成局部腐蚀电池,故耐腐蚀性好[9]。但10%HCl溶液对镀层腐蚀率影响较大,腐蚀率随着光亮剂用量的增加而增加。一般情况下,镀层的耐腐蚀性随着磷含量增加而提高,但当含磷质量分数超过13%时,耐腐蚀性便有所降低[5]。光亮剂加入3ml/L后,镀层中磷质量分数已经超过了20%,从而大大降低了镀层的耐腐蚀性。从耐腐蚀性角度考虑,为获得耐腐蚀性能好的镍磷合金镀层,光亮剂用量应控制在1～2ml/L为宜。 5 结 论 (1)光亮剂使用后,获得了非晶态高磷合金镀层。镀层中固溶磷原子的增加,起到了明显的增光效果,提高了装饰性镀层的表面质量。 (2)在反应过程中,镀层表面出光速度快,一般只需15～20min镀层便开始光亮。且光亮剂用量少,持续出光时间长,镀液稳定可靠。 (3)光亮剂没有参加化学反应,对磷的沉积有积极的促进作用。提高了镀层中的磷含量。当磷含量过高时,会降低耐腐蚀性。本工艺中光亮剂用量应控制在1～2ml/L为宜。 |
