中溫酸性化學(xué)鍍鎳的研究

1、中溫酸性化學(xué)鍍鎳的研究1 緒論1.1 研究背景及意義化學(xué)鍍鎳正在我國(guó)的各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展和使用，研究合乎工業(yè)需要的化學(xué)鍍鎳的工藝及配方是十分必要的，低磷化學(xué)鍍鎳是化學(xué)鍍鎳近年來的一個(gè)研究方向，發(fā)展和完善低磷酸性中溫化學(xué)鍍鎳工藝是十分有價(jià)值的?；瘜W(xué)鍍鎳是上世紀(jì)50年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的?；瘜W(xué)鍍鎳層具有良好的耐蝕性和耐磨性、硬度高、厚度均勻、可焊性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工、石油、紡織、電子、航空航天等領(lǐng)域?；瘜W(xué)鍍鎳層是一種Ni-P合金鍍層。工業(yè)應(yīng)用鍍層含磷量一般都6%9%之間，鍍層同時(shí)具有良好的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。低磷和高磷鍍層只用在一些特殊的工業(yè)條件中。化學(xué)鍍的發(fā)展史主要就是化學(xué)鍍鎳的發(fā)展史。雖然早在18

2、44年A.Wurtz就發(fā)現(xiàn)次磷酸鹽在水溶液中還原出金屬鎳，但化學(xué)鍍鎳技術(shù)的奠基人是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的A.Brenner和G.Ridell。他們?cè)?947年提出了沉積非粉末狀鎳的方法，弄清楚了形成涂層的催化特性，使化學(xué)鍍鎳技術(shù)工業(yè)應(yīng)用有了可能性。所以，化學(xué)鍍鎳技術(shù)的歷史還很短暫，真正大規(guī)模工業(yè)還是70年代末期的事。早期只有含磷5%-8%(重量)的中磷鍍層，80年代初發(fā)展出磷含量為9%-12%的高磷非晶結(jié)構(gòu)鍍層，使化學(xué)鍍鎳向前邁進(jìn)一步。80年代末到90年代初又發(fā)展了磷含量為1%-4%的低磷鍍層。含磷量不同的鍍層物理化學(xué)鍍性能也不同?；瘜W(xué)鍍鎳的最早工業(yè)應(yīng)用是二戰(zhàn)后在美國(guó)通用運(yùn)輸公司(GATC)。他們?cè)?/p>

3、系統(tǒng)研究該技術(shù)后于1955年建立的第一條生產(chǎn)線，發(fā)展出的化學(xué)鍍鎳溶液商品名稱為Kanigen(是Catalytic Nickel Gene Ration的縮寫)。70年代又發(fā)展出仍以次磷酸鈉還原劑的Durnicoat工藝、用硼氫化鈉做還原劑Ni-B層的Nibodur工藝，以后又出現(xiàn)了用肼做還原劑的化學(xué)鍍鎳方法1-3?；瘜W(xué)鍍鎳的迅速發(fā)展和應(yīng)用是由于其突出的性能，與電鍍相比4：a.鍍層厚度非常均勻，化學(xué)鍍液的分散力接近100%，無明顯的邊緣效應(yīng)，幾乎是基材形狀的復(fù)制，因此特別適合形狀復(fù)雜工件，腔體件，深孔件等表面施鍍。電鍍法因受電力線分布不均勻的限制是很難做到的。b.結(jié)合力一般優(yōu)于電鍍，鍍層致密、

4、孔隙率低。某些化學(xué)鍍層還具有特殊的物理化學(xué)性能。如低磷鍍層經(jīng)熱處理后，硬度可達(dá)鍍硬鉻的水平，完全可以取代鍍硬鉻。c.化學(xué)鍍鎳層為Ni-P合金，具有優(yōu)良的耐蝕性和耐磨性。d.工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要電源、輸電系統(tǒng)及輔助電極，操作時(shí)只需把工件正確懸掛在鍍液中即可?；瘜W(xué)鍍鎳按PH值分為酸浴和堿浴工藝。酸浴pH值一般在46，堿浴pH值一般大于8。目前化學(xué)鍍鎳80%都是酸浴。酸浴按溫度分類則有高溫浴(8095)、中溫浴(5070)、低溫浴(50以下)。另一種分類方法將15%(重量)P的鍍層稱為低磷、59%(重量)P的鍍層稱為中磷、912%(重量)P的鍍層稱為高磷鍍層。酸性鍍液中鍍層磷含量較高，一般為813.

5、5%。70年代只有含磷58%(重量)的中磷鍍層，80年代初發(fā)展出P%(重量)為912%的高磷非晶結(jié)構(gòu)鍍層，到90年代初又發(fā)展了P%(重量)為14%的低磷鍍層。含磷量不同的鍍層物理化學(xué)性能也不同。酸性鍍液中鍍層磷含量較高，一般為813.5%。低磷鍍層大都從低溫堿浴中得到，也有采用酸性高溫工藝的。低磷鍍層在堿性條件下有特殊的耐蝕性，鍍層熱處理后具有很高的硬度，在許多場(chǎng)合下可用來代替硬鉻鍍層，特別適合于要求耐磨性而不能經(jīng)受高溫?zé)崽幚淼牟牧?，如鋁及鋁合金；并有良好的釬焊性能和延展性。在化學(xué)工業(yè)、航空工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)，對(duì)化學(xué)鍍鎳的研究進(jìn)入90年代以來飛速發(fā)展，關(guān)于低磷化學(xué)鍍

6、鎳的研究和應(yīng)用也越來越廣泛，但總體而言水平有待于進(jìn)一步提高和完善。低磷化學(xué)鍍鎳的生產(chǎn)工藝中還存在著許多問題，其中表現(xiàn)為5：a.低磷堿性化學(xué)鍍鎳工藝采用了較高的pH值(通常在69或更高)，操作溫度在5085。由于高pH值使得鍍液的穩(wěn)定性較差，壽命周期較短。同時(shí)采用較低的操作溫度也使得鍍層的結(jié)合力較差，鍍層粗糙，目前也未廣泛應(yīng)用。b.低磷酸性高溫化學(xué)鍍鎳工藝的操作溫度在8085，pH值為6.06.5。由于同時(shí)采用了較高的溫度和pH值，較容易造成鎳的析出，使得鍍液分解失效，壽命短。同時(shí)能耗大，操作不便，易局部過熱，降低鍍液的穩(wěn)定性。因此研究鍍層質(zhì)量好，鍍液壽命較長(zhǎng)的低磷化學(xué)鍍鎳工藝是一個(gè)十分有價(jià)值的

7、課題，本論文擬采用酸性中溫環(huán)境，開發(fā)鍍層質(zhì)量好，鍍液壽命較長(zhǎng)的化學(xué)鍍鎳工藝，沉積低磷鍍層，改善目前低磷化學(xué)鍍鎳工藝的缺點(diǎn)。采用中溫化學(xué)鍍鎳工藝可以有效克服高溫化學(xué)鍍鎳存在的問題。由于操作溫度的下降，可使能耗下降、鍍液蒸發(fā)減少、鍍液的穩(wěn)定性得到提高，且可采用較為簡(jiǎn)單的加熱方式，使得生產(chǎn)成本降低，有利于化學(xué)鍍鎳的工業(yè)應(yīng)用。酸性環(huán)境則有利于提高鍍層質(zhì)量和鍍液的穩(wěn)定性。對(duì)鍍液和工藝條件加以研究，控制鍍層的含磷量，實(shí)現(xiàn)含磷量在15%，在酸性中溫環(huán)境下得到低磷鍍層。對(duì)完善中溫化學(xué)鍍鎳液的工藝研究和低磷鍍層在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用與推廣有著實(shí)際和現(xiàn)實(shí)意義。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年，國(guó)內(nèi)外的化學(xué)鍍鎳的研究工作

8、十分活躍，主要有從工藝配方的角度，開發(fā)新的鍍種，延長(zhǎng)鍍液的使用壽命，提高沉積率和穩(wěn)定性，使用周期一般能達(dá)到4-6個(gè)周期，國(guó)外比較成熟的甚至能達(dá)到10-12個(gè)周期。從生產(chǎn)角度，降低生產(chǎn)成本，鍍液的自動(dòng)控制和維護(hù)，也發(fā)展了多種“鍍液再生”技術(shù)。以及鍍層性能的研究和化學(xué)鍍鎳廢液的處理。1.2.1 相關(guān)的化學(xué)鍍鎳工藝配方及使用情況6化學(xué)鍍鎳液由主鹽-鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑、緩沖劑、穩(wěn)定劑、加速劑、表面活性劑及光亮劑等組成，工藝條件為pH值及溫度等。目前國(guó)外的化學(xué)鍍鎳發(fā)展己進(jìn)入成熟期，新發(fā)展的鍍液均采用了“雙絡(luò)合、雙穩(wěn)定”、甚至“雙絡(luò)合、雙穩(wěn)定、雙促進(jìn)”配方，其主要情況：a.鎳鹽主要采用硫酸鎳，氯化鎳因其

9、C1-的存在不僅會(huì)降低鍍層的耐蝕性，還會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，目前己不再使用。也有使用次磷酸鎳的報(bào)道。b. 還原劑用得最多的是次磷酸鈉，原因在于它價(jià)格低，鍍液容易控制。c.絡(luò)合劑：主要有：乙酸、丙酸、羥基乙酸、乳酸、草酸、丙二酸、丁二酸、己三酸、酒石酸、檸檬酸、丁酸、戊酸、苯甲酸、羥基丁酸、葡萄糖酸等或它們的雙絡(luò)合、多絡(luò)合體系。d.緩沖劑：常用一元或二元有機(jī)酸及其鹽類：丙酸、己二酸、丁二酸、醋酸、檸檬酸等。e.加速劑：常用的有丙二酸、丁二酸、戊二酸、氨基乙酸、丙酸、硫酸胺及無機(jī)氟離子。f.穩(wěn)定劑：硫的有機(jī)物或無機(jī)物：硫代硫酸鹽、硫氰酸鹽、硫脲等，含氧化合物AsO2-、IO3-、MnO42-，及重金屬Pb

10、2+、Sn2+、Sb3+、Cd2+等。國(guó)外在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上將上述絡(luò)合劑、緩沖劑、加速劑、穩(wěn)定劑合理有效組合得到了許多優(yōu)秀的化學(xué)鍍鎳配方，在處理鍍液穩(wěn)定性和鍍速及延長(zhǎng)鍍液壽命方面的措施主要有：a.采用較低的PH值，控制在4-6之間，有利于鍍液壽命的延長(zhǎng)。b.采用較低的鎳鹽和還原劑，均在20g/L左右。c.最主要的是采用了多種絡(luò)合劑和加速劑、穩(wěn)定劑來達(dá)到鍍速、穩(wěn)定、和鍍液壽命之間的平衡。d.采用調(diào)整PH值和施鍍溫度作為調(diào)整鍍層磷含量的重要手段。中溫化學(xué)鍍鎳降低了操作溫度，但溫度是影響化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的重要參數(shù)，是對(duì)化學(xué)鍍鎳鍍速影響最大的因素，有實(shí)驗(yàn)表明溫度增加10，沉積速度增加一倍左右。雖然溫度的降

11、低可以減少鍍液的自發(fā)沉積和分解，增加鍍液的穩(wěn)定性，但如沒有一定的鍍速是無意義的。因此中溫化學(xué)鍍鎳采用了較高的鎳鹽、加速劑水平，較高的PH值，保證有合理的鍍速以工業(yè)應(yīng)用。這無疑會(huì)影響鍍液的穩(wěn)定性。1.2.2 在工藝配方中控制含磷量的方法7由于化學(xué)鍍鎳技術(shù)的飛速發(fā)展，并進(jìn)而在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的日益廣泛的應(yīng)用。對(duì)化學(xué)鍍鎳-磷鍍層的性能要求也日趨多樣性，化學(xué)鍍鎳磷鍍層中磷含量有著舉足輕重的作用。有研究者總結(jié)了不同含磷量的鍍層在工業(yè)中的應(yīng)用情況。影響鍍層中的含磷量的因素很多，在不同工藝配方的基礎(chǔ)上，許多文獻(xiàn)和資料中都有提及。鍍層中含磷量的控制主要是通過調(diào)整鍍液組分和改變工藝條件來實(shí)現(xiàn)鍍液組分中影響鍍層含磷量

12、的主要有主鹽，還原劑，絡(luò)合劑，及其他組分。工藝條件中影響鍍層含磷量的主要有pH值，溫度及攪拌方式等。在這些因素中，影響最大的幾個(gè)因素是主鹽，還原劑，絡(luò)合劑，pH值和溫度。有文獻(xiàn)指出，由于國(guó)內(nèi)化學(xué)鍍鎳的自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用不多，大多是手工操作，對(duì)磷含量的控制，主要是采用調(diào)整鍍液組成的方式。而國(guó)外大多通過改變工藝條件來實(shí)現(xiàn)對(duì)磷含量的控制，特別是調(diào)整pH值。2 中溫酸性化學(xué)鍍鎳工藝的介紹2.1 中溫酸性化學(xué)鍍鎳研究的優(yōu)點(diǎn)82.1.1 節(jié)約能源酸性化學(xué)鍍鎳能源消耗的費(fèi)用約占其總成本的5-12%不等，節(jié)能對(duì)于降低化學(xué)鍍鎳成本有重要意義。據(jù)研究，中溫化學(xué)鍍鎳由于操作溫度(65-75)，比一般高溫化學(xué)鍍鎳(85

13、-95)降低了20,因此而降低能耗1/4-1/2。2.1.2 降低了化學(xué)鍍鎳的設(shè)備要求隨著溫度下降20，化學(xué)鍍鎳的鍍槽，加熱設(shè)備，過濾泵，循環(huán)泵等設(shè)備的使用要求可以降低，大大的節(jié)約了成本。高溫化學(xué)鍍鎳鍍槽，過濾泵，循環(huán)泵的耐熱要求高，造價(jià)高，材料在高溫中連續(xù)工作，易老化開裂，使用壽命相對(duì)短，如高溫中常使用的聚丙烯鍍槽往往在使用2-3年后就容易硬化開裂，壽命有限。在降低操作溫度后，設(shè)備的造價(jià)降低，壽命也得到延長(zhǎng)。2.1.3 加熱方式的改進(jìn)高溫化學(xué)鍍鎳的加熱方式主要有浸入式電加熱、浸入式蒸汽加熱、夾套式加熱、熱交換器外加熱。這幾種加熱方式各有弊病，有的因局部過熱易引起鍍液分解，有的造價(jià)高，熱損失大

14、，升溫慢。中溫化學(xué)鍍鎳可以采用低造價(jià)的自動(dòng)控溫高效燃油不銹鋼箱式熱水爐循環(huán)加熱，傳輸距離短，易清洗，簡(jiǎn)單，方便，成本也有較大降低。2.1.4 對(duì)操作環(huán)境的改善中溫化學(xué)鍍鎳較低的溫度，較高的pH值對(duì)減少鍍液蒸發(fā)，改善了因酸性鍍液蒸發(fā)而造成的鍍液的損失和酸性環(huán)境對(duì)設(shè)備的腐蝕，70的鍍液的蒸發(fā)量大大的少于85的鍍液。同時(shí)也改善了工人的工作環(huán)境，有利于環(huán)境保護(hù)。2.2 中溫酸性化學(xué)鍍鎳溶液的配方和工藝條件2.2.1 主鹽、還原劑9對(duì)于酸性化學(xué)鍍鎳液，鍍液通常分為兩類：氯化鎳為主鹽的和硫酸鎳為主鹽的。由于近年來的研究表明，氯離子會(huì)對(duì)鍍層的性能有不利的影響，因此現(xiàn)在的酸性化學(xué)鍍鎳的主鹽通常采用硫酸鎳。最理

15、想的Ni2+來源是次磷酸鎳，使用它不至于在鍍液中積存大量的S042-，也不至于在補(bǔ)充時(shí)帶入過多的Na+，但其價(jià)格貴、貨源不足，國(guó)內(nèi)未見使用。此外，在化學(xué)鍍發(fā)展過程中也曾使用過碘化鎳，甲酸鎳、氨基磺酸鎳等作為主鹽，但從實(shí)際上看硫酸鎳價(jià)格低，易提純，綜合效果最好。用得最多的還原劑是次亞磷酸鈉，原因在于它的價(jià)格低，鍍液容易控制，而且得到的Ni-P合金鍍層性能優(yōu)良。次亞磷酸鈉NaH2PO2H2O極易溶于水，水溶液pH值為6.0。在鍍液中，鎳鹽是鎳離子的提供者，鎳鹽濃度將大大影響化學(xué)鍍的沉積速度。考慮鎳鹽濃度的增加對(duì)鍍速的影響，鍍液中所有其它成分與施鍍條件固定不變。顯然，隨著鎳鹽濃度的增加，鎳離子與鍍液

16、中還原劑的比例增加，從絡(luò)合團(tuán)中釋放出來的金屬離子逐漸增多，它們被足夠的還原劑釋放出來的電子中性化而成為金屬原子沉積于自催化或被催化的襯底上，因而沉積速度逐漸提高。但還原劑是一定的，所釋放出來的電子數(shù)目逐漸減少，因此到達(dá)某一最大值后，能被還原成中性原子的數(shù)目就下降了，于是使沉積速度經(jīng)極大值后就下降了。大多數(shù)鍍液中的鎳離子濃度在4-8g/L，由于絡(luò)合劑的作用鎳離子的濃度對(duì)鍍速產(chǎn)生的影響并不很顯著，在許多研究中表明，大約鎳離子的濃度在8g/L左右時(shí)，鍍速達(dá)到最大值，此后通過提高鎳鹽濃度來提高沉積速度是困難的，還必須考慮到主鹽的濃度大還原劑的濃度也必須增加，如果沒有適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑和穩(wěn)定劑的配合，尤其在p

17、H值偏高或不均勻的情祝下，鍍液容易混濁甚至發(fā)生分解。高濃度的主鹽鍍液施鍍易得到色澤不均勻，顏色發(fā)暗的鍍層。當(dāng)鎳離子濃度較低時(shí)，鍍層中的磷含量隨鎳離子濃度增加而下降，當(dāng)鎳鹽濃度維持在正常用量范圍內(nèi)(4-8g/L)，對(duì)鍍層中的含磷量不再有影響。次亞磷酸鈉提供還原鎳離子所需要的電子，隨著鍍液中次亞磷酸鈉濃度的提高，還原能力加強(qiáng)，被還原成中性原子的金屬原子和以及從還原劑中分解出來成為中性原子的類金屬原子都在增加，因而沉積速度增加。但是還原劑過量后，就使得鍍液的穩(wěn)定性變差，甚至發(fā)生自分解，因而還原成中性的金屬原子反而降低，從而使鍍速降低了。也就是說，合金鍍層的鍍速隨次亞磷酸鈉的濃度的變化也將出現(xiàn)最大值產(chǎn)

18、品。2.2.2 絡(luò)合劑9化學(xué)鍍鎳溶液件，絡(luò)合劑是除主鹽和還原劑之外最重要是組成部分，鍍液性能的差異、壽命的長(zhǎng)短主要決定于絡(luò)合劑的選用及其搭配關(guān)系，化學(xué)鍍鎳的沉積速度、鍍層的磷含量、亞磷酸鎳的沉淀點(diǎn)等均與絡(luò)合劑的類型和結(jié)構(gòu)有關(guān)。絡(luò)合劑的作用有：a.防止鍍液析出沉淀，增加鍍液穩(wěn)定性并延長(zhǎng)使用壽命；b.提高亞磷酸鎳的容忍量；c.提高沉積速度；d.提高鍍液工作的pH范圍；e.改善鍍層質(zhì)量,鍍液中使用絡(luò)合劑后，鍍出的工件光潔度高，結(jié)構(gòu)致密。2.2.3 加速劑、緩沖劑10為了增加化學(xué)鍍的沉積速度，在化學(xué)鍍鎳溶液中還加入的一些可以提高鍍速的化學(xué)物質(zhì)被稱為加速劑。在化學(xué)鍍鎳過程中，由于有H+的不斷產(chǎn)生，使得p

19、H值隨著鍍覆的進(jìn)行而下降，pH值的下降使得鍍速降低，同時(shí)pH值的波動(dòng)也影響鍍層質(zhì)量。因此化學(xué)鍍鎳溶液體系必須具備pH緩沖能力，使pH值在鍍覆過程中變化不至于過大，維持在一定的范圍之內(nèi)。2.2.4 穩(wěn)定劑、潤(rùn)濕劑10化學(xué)鍍鎳液中，一方面常常在金屬鍍件表面附近一些區(qū)域發(fā)生著少量的鎳離子與活性氫原子的還原反應(yīng)，使析出的金屬鎳不附著在鍍件上，它懸浮在鍍液中，這些金屬鎳被成為具有催化作用的活性中心和活性表面，引起鍍液的自分解，隨著時(shí)間的推移，金屬鎳微粒不斷長(zhǎng)大，活性表面積增大，致使鍍液自分解現(xiàn)象加劇，造成鍍液報(bào)廢。另一方面，由于各種原因在鍍液中有少量金屬或非金屬微粒的存在而引起鍍液自分解，這些微粒的外表

20、面在施鍍過程中沉積著金屬鎳并成為活性晶核的中心，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，活性表面積不斷的長(zhǎng)大，同樣導(dǎo)致鍍液的自分解嚴(yán)重和鍍液失效。在化學(xué)鍍鎳過程中，由于H+的大最產(chǎn)生，如果氣泡不能及時(shí)逸出離開工件表面，滯留的結(jié)果會(huì)在工件表而造成孔隙和“慧尾”。因此在化學(xué)鍍鎳溶液中，也加入少量的表而活性劑，減少氣泡在工件表面滯留時(shí)間，有利于H2氣泡逸出，降低鍍層的孔隙率，提高鍍層質(zhì)量。常用的表面活性劑有十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉等，用量一般不超過0.05g/L。2.2.5 pH值10沉積1mol的同時(shí)產(chǎn)生3mol的氫離子，使鍍液中氫離子濃度增加，即pH值下降。雖然實(shí)驗(yàn)條件不同，資料不盡接近，pH值對(duì)磷含量的影響

21、的規(guī)律卻是一致的。一般情況下，pH值增加，鍍層中磷含量降低，反之，pH值降低，磷含量升高。pH值對(duì)磷含量的影響比溫度的影響要大。pH值的變化還顯著地影響沉積速度，由于pH值的增加使得Ni2+的還原速度加快，在酸性鍍液中pH值的增加與鍍速的增加幾乎呈線性關(guān)系。對(duì)于不同的絡(luò)合劑體系的酸性鍍液，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)有所不同，但沉積速度對(duì)pH值的變化都非常敏感。PH值越高，鍍速越快。2.2.6 溫度11溫度是影響化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的重要參數(shù)，是影響化學(xué)鍍鎳速度的最大因素，化學(xué)鍍鎳的催化反應(yīng)一般只能在加熱條件下實(shí)現(xiàn)。在酸性化學(xué)鍍鎳中在50以上才有明顯的鍍速，鍍速隨溫度的增加而增加得很快，在80以后幾乎是直線關(guān)系。溫度

22、的提高，鍍速增加，鍍層中磷的含量也會(huì)下降。溫度增加，使得鍍速增加，磷含量下降的同時(shí)，也會(huì)影響鍍層質(zhì)量，鍍層的應(yīng)力和孔隙率也會(huì)增加，降低其耐蝕性能。因此化學(xué)鍍鎳過程中，溫度的波動(dòng)應(yīng)控制在一定的范圍，最好在士20?？梢员苊忮儗映煞值淖兓纬蓪訝罱M織。2.2.7 施鍍時(shí)間11隨著施鍍時(shí)間的延長(zhǎng)，HPO22-離子的濃度逐漸增大，也會(huì)導(dǎo)致鍍層中磷的含量增加。是磷含量逐漸上升的主要原因。2.3 鍍層磷含量對(duì)鍍層性能的影響12化學(xué)鍍鎳的廣泛應(yīng)用和其鍍層的優(yōu)異性能是密切相關(guān)的，如耐蝕性、耐磨性、特殊的磁學(xué)性能等，化學(xué)鍍鎳-磷合金鍍層性能與其磷含量也是密切相關(guān)的。2.3.1 組織結(jié)構(gòu)鎳-磷合金鍍層結(jié)構(gòu)決定于磷

23、含量，研究表明，低合金化(P3%)是晶結(jié)構(gòu)，即磷在金屬鎳中的過飽和固溶體；但高合金化(P8%)是非晶態(tài)；磷含量在3-8%范圍內(nèi)是上述兩種結(jié)構(gòu)的混合物。鎳-磷鍍層隨磷含量的增加，其結(jié)構(gòu)變化規(guī)律為：晶態(tài)晶態(tài)+微晶微晶微晶+非晶態(tài)非晶態(tài)。2.3.2 硬度鍍層硬度與磷含量密切相關(guān)，隨磷含量增加，鍍態(tài)硬度減小。含磷1-3%的低磷鍍層在鍍態(tài)條件下硬度遠(yuǎn)大于中高磷鍍層，熱處理后硬度更加提高，所以低磷鍍層能很好的代替硬鉻鍍層。施梅林和施密特引述了各種鎳-磷鍍層相對(duì)硬鉻的磨損失重，就磨料磨損來說，低磷鍍層比高磷鍍層性能要好得多。2.3.3 摩擦磨損性能鎳-磷鍍層具有優(yōu)異的耐磨性及減磨性，耐磨性與磷含量密切相關(guān)。

24、研究表明由高、中、低磷鍍層在各種類型磨損條件下的表現(xiàn)，低磷鍍層是最好的。2.3.4 釬焊性能在電子工業(yè)中的一項(xiàng)重要技術(shù)是使用釬焊技術(shù)，大量的釬焊工件和釬焊工藝操作中牽涉到的很高的缺陷率，突出體現(xiàn)了釬焊在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的重要意義。因此在電子工業(yè)生產(chǎn)中，輕金屬元件用化學(xué)鍍鎳-磷來改善其釬焊性能，如A1基金屬。鎳-磷鍍層的釬焊性隨磷含量增加而下降，Kosarek證實(shí):含0.1-3%磷的鍍層釬焊性能優(yōu)異，但當(dāng)磷含量上升到7%時(shí)，出于焊料不能與鍍層表面浸潤(rùn)，釬焊性能開始惡化。2.4 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品2.4.1 實(shí)驗(yàn)儀器恒溫水浴鍋，電子天平，砂輪機(jī)等，玻璃棒，燒杯(1000mL，500mL及250mL三種)，

25、錐形品(帶蓋)，移液管，膠頭滴管，量筒，溫度計(jì)，滴定管，鐵架臺(tái)；2.4.2 藥品及材料pH試紙，#150砂紙，#400砂紙，濾紙，碳鋼濃硫酸 分析純 宜興市第二化學(xué)試劑廠濃硝酸 分析純 中聯(lián)試劑精細(xì)化學(xué)品有限公司濃鹽酸 分析純 中聯(lián)試劑精細(xì)化學(xué)品有限公司乳酸 分析純 無錫市亞盛化工有限公司檸檬酸鈉 化學(xué)純 天津市大茂化學(xué)試劑廠次亞磷酸鈉 化學(xué)純 AR 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司硫酸鎳 化學(xué)純 天津市大茂化學(xué)試劑廠氨水 化學(xué)純 AR 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉 化學(xué)純 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠EDTA 分析純 無錫市亞盛化工有限公司。2.4.3 工藝條件硫酸鎳 27-36g/L次亞磷酸鈉 15

26、-30g/L乳酸 10-25g/LpH值 4.5-6.0鍍液溫度 65-75用恒溫水浴加熱，反應(yīng)時(shí)間1h，鍍液體積為500mL試件前處理的工藝流程：化學(xué)除油 熱水清洗 冷水清洗 電解清洗 重復(fù)以上步驟一到二 次 水洗 吹干稱量 水洗 化學(xué)鍍鎳 水洗 吹干稱量2.5 實(shí)驗(yàn)方法132.5.1 鍍速測(cè)定 (2-1)式中：V 沉積速度 ()；W1 試樣鍍后重量(g) ；W2 試樣鍍前重量(g)； 試樣面積()； 鍍層密度()；H 施鍍時(shí)間()；實(shí)驗(yàn)中：固定值為78；的取值為8.0；H為1。2.5.2 鍍層磷含量測(cè)定2.5.2.1 試劑a.標(biāo)準(zhǔn)EDTA溶液：配制標(biāo)準(zhǔn)EDTA溶液的摩爾濃度為0.005mol/L。b.pH值為10的緩沖溶液：將27g氯化銨溶于適量水中，加入175mL氨水加水稀釋至1L。c.紫脲酸銨指示劑：0.2g紫脲酸銨與100g氯化鈉均勻混合，研磨。2.5.2.2 分析測(cè)試用移液管吸取鍍液2mL至250mL錐型瓶中，加入氯化銨1g搖勻，溶解。加入蒸餾水90mL，緩沖溶液l0mL，再加入紫脲酸銨指示劑0.1g，用標(biāo)準(zhǔn)EDTA溶液滴定，滴定至黃色變?yōu)樽霞t色為終點(diǎn)。2.5.2.3 計(jì)算 Ni2+=29.4MV (2-2)M標(biāo)準(zhǔn)EDTA溶液的摩爾濃度，mol/L ；V滴定鎳離子所消耗的EDTA溶液的毫升數(shù)，mL。2.5.2.4 鍍層磷含量分析利用6568%濃硝酸對(duì)