1. 化學鍍的鍍鎳
主鹽:
化學鍍鎳溶液中的主鹽就是鎳鹽,一般採用氯化鎳或硫酸鎳,有時也採用氨基磺酸鎳、醋酸鎳等無機鹽。早期酸性鍍鎳液中多採用氯化鎳,但氯化鎳會增加鍍層的應力,現大多採用硫酸鎳。目前已有專利介紹採用次亞磷酸鎳作為鎳和次亞磷酸根的來源,一個優點是避免了硫酸根離子的存在,同時在補加鎳鹽時,能使鹼金屬離子的累積量達到最小值。但存在的問題是次亞磷酸鎳的溶解度有限,飽和時僅為35g/L。次亞磷酸鎳的制備也是一個問題,價格較高。如果次亞磷酸鎳的制備方法成熟以及溶解度問題能夠解決的話,這種鎳鹽將會有很好的前景。
還原劑:
化學鍍鎳的反應過程是一個自催化的氧化還原過程,鍍液中可應用的還原劑有次亞磷酸鈉、硼氫化鈉、烷基胺硼烷及肼等。在這些還原劑中以次亞磷酸鈉用的最多,這是因為其價格便宜,且鍍液容易控制,鍍層抗腐蝕性能好等優點。
絡合劑:
化學鍍鎳溶液中的絡合劑除了能控制可供反應的游離鎳離子的濃度外,還能抑制亞磷酸鎳的沉澱,提高鍍液的穩定性,延長鍍液的使用壽命。有的絡合劑還能起到緩沖劑和促進劑的作用,提高鍍液的沉積速度。化學鍍鎳的絡合劑一般含有羥基、羧基、氨基等,常用的絡合劑有檸檬酸鈉、酒石酸鈉等。
在鍍液配方中,絡合劑的量不僅取決於鎳離子的濃度,而且也取決於自身的化學結構。在鍍液中每一個鎳離子可與6個水分子微弱結合,當它們被羥基,羧基,氨基取代時,則形成一個穩定的鎳配位體。如果絡合劑含有一個以上的官能團,則通過氧和氮配位鍵可以生成一個鎳的閉環配合物。在含有0.1mol的鎳離子鍍液中,為了絡合所有的鎳離子,則需要含量大約0.3mol的雙配位體的絡合劑。當鍍液中無絡合劑時,鍍液使用幾個周期後,由於亞磷酸根聚集,濃度增大,產生亞磷酸鎳沉澱,鍍液加熱時呈現糊狀,加絡合劑後能夠大幅度提高亞磷酸鎳的沉澱點,即提高了鍍液對亞磷酸鎳的容忍量,延長了鍍液的使用壽命。
不同絡合劑對鍍層沉積速率、表面形狀、磷含量、耐腐蝕性等均有影響,因此選擇絡合劑不僅要使鍍液沉積速率快,而且要使鍍液穩定性好,使用壽命長,鍍層質量好。
緩沖劑:
由於在化學鍍鎳反應過程中,副產物氫離子的產生,導致鍍液pH值會下降。試驗表明,每消耗1mol的Ni2+ 同時生成3mol的H+,即就是在1L鍍液中,若消耗0.02mol的硫酸鎳就會生成0.06mol的H+。所以為了穩定鍍速和保證鍍層質量,鍍液必須具備緩沖能力。緩沖劑能有效的穩定鍍液的pH值,使鍍液的pH值維持在正常范圍內。一般能夠用作PH值緩沖劑的為強鹼弱酸鹽,如醋酸鈉、硼砂、焦磷酸鉀等。
穩定劑:
化學鍍鎳液是一個熱力學不穩定體系,常常在鍍件表面以外的地方發生還原反應,當鍍液中產生一些有催化效應的活性微粒——催化核心時,鍍液容易產生激烈的自催化反應,即自分解反應而產生大量鎳-磷黑色粉末,導致鍍液壽命終止,造成經濟損失。
在鍍液中加入一定量的吸附性強的無機或有機化合物,它們能優先吸附在微粒表面抑制催化反應從而穩定鍍液,使鎳離子的還原只發生在被鍍表面上。但必須注意的是,穩定劑是一種化學鍍鎳毒化劑,即負催化劑,穩定劑不能使用過量,過量後輕則降低鍍速,重則不再起鍍,因此使用必須慎重。
所有穩定劑都具有一定的催化毒性作用,並且會因過量使用而阻止沉積反應,同時也會影響鍍層的韌性和顏色,導致鍍層變脆而降低其防腐蝕性能。試驗證明,稀土也可以作為穩定劑,而且復合稀土的穩定性比單一稀土要好。
加速劑:
在化學鍍溶液中加入一些加速催化劑,能提高化學鍍鎳的沉積速率。加速劑的使用機理可以認為是還原劑次磷酸根中氧原子被外來的酸根取代形成配位化合物,導致分子中H和P原子之間鍵合變弱,使氫在被催化表面上更容易移動和吸附。也可以說促進劑能起活化次磷酸根離子的作用。常用的加速劑有丙二酸、丁二酸、氨基乙酸、丙酸、氟化鈉等。
其他添加劑:
在化學鍍鎳溶液中,有時鍍件表面上連續產生的氫氣泡會使底層產生條紋或麻點。加入一些表面活性劑有助於工件表面氣體的逸出,降低鍍層的孔隙率。常用的表面活性劑有十二烷基硫酸鹽、十二烷基磺酸鹽和正辛基硫酸鈉等。
稀土元素在電鍍液中可以改善鍍液的深鍍能力、分散能力和電流效率。研究表明,稀土元素在化學鍍中同樣對鍍液的鍍層性能有顯著改善。少量的稀土元素能加快化學沉積速率,提高鍍液穩定性,鍍層耐磨性和搞腐蝕性能。
化學鍍鎳磷合金鍍層,硬度可高達HV1000,相當HRC69,具有很高的耐磨性和耐腐蝕性,鍍層結合力好、厚度均勻。鍍速快,可達20μm/小時。
2. 化學鍍鎳幾個問題
化學鍍鎳的優點有:厚度均勻和均鍍能力好;耐腐蝕性強;耐磨性好;光澤度高;表面硬度高;結合強度大;仿型性好;工藝技術高適應性強;耐高溫等。
化學鍍使用范圍面廣,適用於金屬,金屬半導體及各種非金屬(陶瓷,樹脂,金剛石)等;化學鍍層均勻,不收尺寸大小,形狀的影響,並且可以得到均勻的鍍層;化學鍍層結合力優良且具有很好的化學、力學和磁性性能(如緻密而高硬度等);化學鍍一些方面要優於電鍍,並且有些問題只能用化學鍍解決。廣州貽順化工緻力於化學鍍方面,有非常要好的技術支持,主導「環保貽順,綠色家園」的宗旨。
3. 化學中沉澱說「渾濁」還是「混濁」
渾濁 比如 CA(OH)2++CO2===CACO3+H2O 這是二氧化炭使澄清石灰水變渾濁的原理 CACO3為沉澱
4. 化學中渾濁與混濁的區別
一樣的。都是指混合物,不清澈透明的液體。或者膠體或者懸濁液乳濁液。就像渾水摸魚用哪個都可以。都讀二聲。但是我推薦你最好以課本為准。畢竟是應試教育。
5. 化學鍍鎳生產時,鍍液的管理和維護需要注意什麼
化學鍍在表面處理技術中佔有重要的地位。化學鍍是利用合適的還原劑使溶液中的金屬離子有選擇地在經催化劑活化的表面上還原析出成金屬鍍層的一種化學處理方法。可用下式表示:
M2++2e(由還原劑提供)--->M
在化學鍍中,溶液內的金屬離子是依靠得到所需的電子而還原成相應的金屬。例如,在酸性化學鍍鎳溶液中採用次磷酸鹽作還原劑,它的氧化還原反應過程如下:
Ni2++2e--->Ni(還原)
(H2PO2)-+H2O--->(H2PO3)-+2e+2H+(氧化)
兩式相加,得到全部還原氧化反應:
Ni2++(H2PO2)-+H2O--->(H2PO3)-+Ni+2H+
還原劑的有效程度可以用它的標准氧化電位來推斷。由上述可知,次磷酸鹽是一種強還原劑,能產生一個正值的標准氧化一還原電位。但不應過分地信賴E°值,因為在實際應用上,由於溶液中不同離子的活度、超電位和類似因素的影響,會使E°值有很大的差異。但氧化和還原電位的計算仍有助於預先估算不同還原劑的有效程度。若全部標准氧化還原電位太小或為負值,則金屬還原將難以發生。
化學鍍溶液的組成及其相應的工作條件必須是反應只限制在具有催化作用的製件表面上進行,而溶液本身不應自發地發生還原氧化作用,以免溶液自然分解,造成溶液很快失效。如果被鍍的金屬(如鎳、鈀)本身是反應的催化劑,則化學鍍的過程就具有自動催化作用,使上述反應不斷地進行,這時,鍍層厚度也逐漸增加,獲得一定的厚度。除鎳外,鈷、銠、鈀等都具有自動催化作用。
對於不具有自動催化表面的製件,如塑料、玻璃、陶瓷等非金屬,通常需經過特殊的預處理,使其表面活化而具有催化作用,才能進行化學鍍。
化學鍍與電鍍比較,具有如下優點:
①不需要外加直流電源設備。
②鍍層緻密,孔隙少。
③不存在電力線分布不均勻的影響,對幾何形狀復雜的鍍件,也能獲得厚度均勻的鍍層;
④可在金屬、非金屬、半導體等各種不同基材上鍍覆。
化學鍍與電鍍相比,所用的溶液穩定性較差,且溶液的維護、調整和再生都比較麻煩,材料成本費較高。
化學鍍工藝在電子工業中有重要的地位。由於採用的還原劑種類不同,使化學鍍所得的鍍層性能有顯著的差異,因此,在選定鍍液配方時,要慎重考慮鍍液的經濟性及所得鍍層的特性。
目前,化學鍍鎳、銅、銀、金、鈷、鈀、鉑、錫以及化學鍍合金和化學復合鍍層,在工業生產中已被採用。
如何進行化學鍍鎳
化學鍍鎳是化學鍍應用最為廣泛的一種方法,所用還原劑有次磷酸鹽、肼、硼氫化鈉和二甲基胺硼烷等。
目前國內生產上大多採用次磷酸鈉作還原劑,硼氫化鈉和二甲基胺硼烷因價格較貴,只有少量使用。
1.鍍層的用途
化學鍍鎳層的結晶細致,孔隙率低,硬度高,鍍層均勻,可焊性好,鍍液深鍍能力好,化學穩定性高,目前已廣泛用於電子、航空、航天、機械、精密儀器、日用五金、電器和化學工業中。
非金屬材料上應用化學鍍鎳越來越多,尤其是塑料製品經化學鍍鎳後即可按常規的電鍍方法鍍上所需的金屬鍍層,獲得與金屬一樣的外觀。塑料電鍍產品已廣泛用於電子元件、家用電器、日用工業品等。
化學鍍鎳在原子能工業,如生產核燃料系統中的零件和容器以及火箭、導彈、噴氣式發動機的零部件上已採用。
化工設備中壓縮機等的零部件為防腐蝕、抗磨,而用化學鍍鎳層是很有利的。
化學鍍鎳層還能改善鋁、銅、不銹鋼材料的焊接性能,減少轉動部分的磨耗,減少不銹鋼與鈦合金的應力腐蝕。
對鍍層尺寸要求精確的精密零件和幾何形狀復雜的零件的深孔、盲孔、腔體的內表面,用化學鍍鎳能得到與外表面同樣厚度的鍍層。
對要求高硬度、耐磨的零件,可用化學鍍鎳代替鍍硬鉻。
2.鍍層的組成和特性
<1>鍍層的組成
用次磷酸鹽作還原劑的化學鍍鎳溶液中鍍得的鍍層含有4%~15%的磷,是一種鎳磷合金。以硼氫化物或胺基硼烷作還原劑得到的鍍層才是純鎳層,含鎳量可達99.5%以上。剛沉積出來的化學鍍鎳層是無定型的,呈非晶型薄片狀結構。
鍍層中磷含量主要決定於溶液的pH值,隨著pH值降低,磷含量增大。常規的酸性化學鍍鎳溶液中沉積出的鍍層含磷量為7%~12%,而鹼性溶液中沉積的鎳層含磷量為4%~7%。此外,溶液的組成及各組分的含量和它們的相對比率,以及溶液的工作溫度等都對含磷量有一定的影響。
<2>鍍層的特性
①硬度
化學鍍鎳層比電鍍鎳層的硬度高得多,而且更耐磨。電鍍鎳層的硬度僅為HV160~180,而化學鍍鎳層的硬度一般為HV300~500。
用熱處理方法可大大提高化學鍍鎳層的硬度,在400℃加熱1小時後,硬度的最高值約可達HV1000。若繼續提高熱處理溫度,如提高到600℃時,則硬度反而降低為HV700。
熱處理前的化學鍍鎳層是非晶型的無定型結構,熱處理後則轉變成晶型組織,鍍層中有Ni3P相形成。Ni3P相的析出量隨著熱處理溫度的升高而增加,其最大析出量則決定於鍍層的含磷量。
為了提高鍍層硬度,合適的熱處理規定是:溫度380~400℃,時間為1小時。為防止鍍層變色,最好有保護氣氛或用真空熱處理。在不具備保護氣氛條件時,適當降低熱處理溫度(如280℃)和延長處理時間,同樣可以提高硬度值。
當鍍層具有最大硬度時,脆性亦增大,因而不適宜在高載荷或沖擊的條件下使用。選擇恰當的熱處理條件,可使鍍層既有一定的硬度又有延展性。
一般鋼制工件的化學鍍鎳層在200℃溫度下處理2小時,可提高鍍層結合力和消除應力。而鋁制工件以在150~180℃下保持1小時較為合適。
②磁性能
化學鍍鎳層的磁性能決定於含磷量和熱處理溫度。含磷量超過8%的鍍層是弱磁性的;含磷量在11.4%以上,完全沒有磁性;含磷量低於8%的鍍層才具有磁性,但它的磁性比電鍍鎳層小,經熱處理後磁性能有顯著提高。
例如,在鹼性化學鍍鎳液中所得的鍍層,未經熱處理時其磁性能為矯頑磁力H0=160A/m,經350℃熱處理1小時後為H0=8800A/m。
③電阻率
化學鍍鎳層的電阻率與含磷量有關,一般含磷量越高,則電阻率越大。在鹼性溶液中所獲得的化學鍍鎳層,其電阻率約為28~34μΩ·cm.在酸性溶液中所獲得的化學鍍鎳層,其電阻率約為51~58μΩ·cm,比電鍍鎳層高數倍(純鎳的電阻率為9.5μΩ·cm)。化學鍍鎳層的電阻率經熱處理後會明顯下降。例如,含磷量為7%的化學鍍鎳層,經600℃熱處理後,電阻率從72μΩ·cm降至20μΩ·cm。含硼量1.3%~4.7%的鎳硼化學鍍層,其電阻率為13~15μΩ·cm.用二甲胺基硼烷還原的鎳鍍層,含硼量為0.6%時,電阻率為5.3μΩ·cm,比純鎳的電阻率低。
④熱膨脹系數和密度
化學鍍鎳層的熱膨脹系數一般為13×10-6℃-1。
化學鍍鎳層的密度一般為7.9g/cm3左右,化學鍍鎳層的密度隨含磷量提高而降低。
化學鍍鎳層的綜合性能見表4-24:
表4-24化學鍍鎳層的綜合性能化學鍍鎳層的綜合性能鎳磷合金層(含磷量8%-10%)
硬度(HV)熱處理前500
400℃熱處理後1000
密度(g/cm3)7.9
熔點(℃)890
電阻率(μΩ·cm)60~75
熱膨脹系數(℃-1)13×10-6
熱導率[W/(m·k)]5.02
延伸率(%)3~6
反射系數(%)50(近似值)
3.工藝條件及鍍液配製以次磷酸鈉為還原劑的化學鍍鎳是目前國內外應用最為廣泛的工藝,分為酸性鍍液和鹼性鍍液兩大類。酸性化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件,見表4-25:
表4-25酸性化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件
鍍液成分(g/l)及工藝條件12345
硫酸鎳25-3030202525
次磷酸鈉20-2515-25242024
醋酸鈉515
檸檬酸鈉515
丁二酸516
乳酸80%(ml/l)2525
氨基乙酸5-15
蘋果酸24
硼酸10
氟化鈉1
(Pb2+)(以醋酸鉛形式加入)0.0010.003
pH值4-53.5-5.44.4-4.84.4-4.85.8-6
溫度(℃)80-9085-9590-9490-9290-93
沉積速度(μm/h)1012-1510-1315-2248
裝載量(dm2/L)11111
鍍層中含磷量(%)8-107-118-98-98-11
1號配方溶液的配製方法如下:
在容器中用60~70℃熱蒸餾水溶解檸檬酸鈉和醋酸,在另一個容器中用熱蒸餾水溶解硫酸鎳,溶解後在不斷攪拌下注入前述溶液中,所得的混合液過濾入槽。進行化學鍍時,先把預先溶解好並經過濾的次磷酸鈉溶液加入槽內,攪拌均勻後加入蒸餾水至所需體積,最後用10%的稀硫酸或氫氧化鈉溶液調整pH值至規定范圍上限值。
2、3、4、5號配方的溶液可參照上述方法配製。
但配方3、4中的乳酸溶液要預先用碳酸氫鈉溶液中和至pH值為4.6左右,然後才可與其他組分混合。
鹼性化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件見下表4-26。
表4-26鹼性化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件
鍍液成分(g/l)及工藝條件12345
硫酸鎳10-2033302530
次磷酸鈉5-1515252530
檸檬酸鈉30-6050
焦磷酸鈉60-705060
乳酸80%(ml/l)1-5
三乙醇胺100
pH值7.5-8.5810-10.510-1110
溫度(℃)40-459070-7565-7530-35
沉積速度(μm/h)20-301510
鍍層中含磷量(%)7-8約5約4
配方1、5適用於塑料製品金屬化底層,一般鍍10分鍾左右即可。
配方5加入三乙醇胺,除有絡合作用外,還能調整pH值,使鍍液能在低溫下仍有較高的沉積速度。在補加鎳鹽時,必須先用三乙醇胺與之絡合後再加入鍍槽,否則會產生沉澱。配製時,硫酸鎳與次磷酸鈉或焦磷酸鈉的比例應大致控制在1:2,這樣可以保證鎳呈絡合態。
配方2適用於鋁及鋁合金上化學鍍鎳。
配方4可在較寬的濃度范圍內工作,其pH值最好大於10,否則焦磷酸鎳絡合物將發生分解。補加硫酸鎳時,也應先溶解於氨水中後再加入鍍槽。
4.化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件的影響
<1>鎳鹽濃度對沉積速度的影響
①在酸性化學鍍鎳液中鎳離子濃度增加,可以提高鎳的沉積速度。特別是當鎳鹽濃度在10g/L以下時,增加鎳鹽濃度,鎳的沉積速度加快。例如,當鍍液中含次磷酸鈉20g/L、醋酸鈉20g/L、溫度為82~84℃、pH=5.5時,鎳鹽濃度從5g/L至60g/L變化時,對沉積速度的影響見表4-27:
表4-27鎳鹽對沉積速度的影響
硫酸鎳(g/l)5102030405060
層積速度(μm/h)12192421202020
當鎳鹽濃度達到30g/L時,繼續提高濃度,則鍍層的沉積速度不再增加,甚至下降。鎳鹽濃度過高時,會導致鍍液的穩定性下降,並易出現粗糙鍍層。
②在鹼性化學鍍鎳液中,鎳鹽的濃度在20g/L以下時,提高鎳鹽濃度使化學沉積速度有明顯的提高;但當鎳鹽的濃度高於25g/L以上時,雖繼續提高鎳鹽含量,其沉積速度趨於穩定。
提高次磷酸鈉濃度,可提高沉積速度。但次磷酸鈉濃度增加,並不能無限地提高鎳的沉積速度,不同鍍液中次磷酸鈉濃度。
6. 電鍍鎳和化學鍍鎳的區別
一、作用不同
1、電鍍鎳主要用作防護裝飾性鍍層。
2、化學鍍鎳層的性能有如下作用
(1)利用次磷酸鈉作為還原劑的化學鍍鎳過程得到的是Ni-P合金,控制鍍層中的磷含量可以得到Ni-P非晶態結構鍍層。鍍層緻密、孔隙率低、耐腐蝕性能均優於電鍍鎳。
(2)化學鍍鎳層的鍍態硬度為450~600HV,經過合理的熱處理後,可以達到1000-1100HV,在某些情況下,甚至可以代替硬鉻使用。
(3)根據鍍層中的含磷量,可以控制鍍層為磁性或非磁性。
(4)鍍層的磨擦系數低,可以達到無油潤滑的狀態,潤滑性與抗金屬磨損性方面也優於電鍍。
(5)低磷鍍層具有良好的可焊性。
二、原理不同
1、電鍍鎳借電化學作用,是在黑色金屬或有色金屬製件表面上沉積一層鎳的方法。
2、化學鍍鎳原理為在催化劑Fe的催化作用下,溶液中的次磷酸根在催化表面催化脫氫,形成活性氫化物,並被氧化成亞磷酸根;活性氫化物與溶液中的鎳離子進行還原反應而沉積鎳,其本身氧化成氫氣。
三、用途不同
1、電鍍鎳可用作表面鍍層,但主要用於鍍鉻打底,防止腐蝕,增加耐磨性、光澤和美觀。廣泛應用於機器、儀器、儀表、醫療器械、家庭用具等製造工業。將製件作陰極,純鎳板陽級,掛入以硫酸鎳、氯化鈉和硼酸所配成的電解液中,進行電鍍。
2、由於化學鍍鎳層具有優秀的均勻性、硬度、耐磨和耐蝕性等綜合物理化學性能,該項技術已經得到廣泛應用,幾乎難以找到一個工業不採用化學鍍鎳技術。
據報道,化學鍍鎳在各個工業中應用的比例大致如下:航空航天工業:9%,汽車工業:5%,電子計算機工業:15%,食品工業:5%,機械工業:15%,核工業:2%,石油工業:10%,塑料工業:5%,電力輸送工業:3%,印刷工業:3%,泵製造業:5%,閥門製造業:17%,其他:6%。