無氰電鍍cu-zn合金的添加劑研究

無氰電鍍cu-zn合金的添加劑研究

近年來，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，環(huán)境保護(hù)越來越受到重視。電鍍Cu-Zn合金近百年的歷史上，已開發(fā)的Cu-Zn合金鍍液較穩(wěn)定的是氰化鍍液無氰鍍液具有深鍍能力較強(qiáng)、鍍液穩(wěn)定、鍍層色澤較均勻等優(yōu)點(diǎn)，但是獲得鍍層仍然無法與含氰鍍液獲得鍍層相提并論，例如色澤不易控制、電流密度窄、電鍍時(shí)間短、鍍層光亮性受底層光亮鎳的影響等。為了解決色澤、光亮性及耐用性等方面存在的問題1測(cè)試1.1碳纖維片的鍍液材料：基材為100mm×65mm×0.2mm的碳鋼片，陽(yáng)極為70%Cu-Zn合金板。鍍液配制及水洗皆為去離子水，所用試劑皆為分析純。工藝流程1.2基礎(chǔ)鍍液及bta防變色處理除油：25g/LNaOH,50g/LNa活化：5%～10%H鍍銅：50g/LCuSO鍍亮鎳：260g/LNiSOCu-Zn合金電鍍基礎(chǔ)鍍液：30g/L硫酸銅、9g/L硫酸鋅、90g/L酒石酸鉀鈉、35g/L草酸鉀、15g/L乳酸、20g/L碳酸鉀，pH12.4、溫度40℃、電流密度4A/dm防變色處理：2g/LBTA，室溫，時(shí)間5min。1.3為涂層和精煉性能的檢測(cè)1.3.1鍍層的外觀分級(jí)目測(cè)觀察著色表面顏色和粗糙度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定法把鍍層外觀分成鏡面光亮、光亮、半光亮及無光亮四個(gè)等級(jí)。采用MN-60型光澤度儀在60°折角下測(cè)定鍍層光澤度后取平均值。1.3.2組合能力本實(shí)驗(yàn)選用兩種方法來考察鍍層的結(jié)合力1.3.3涂層外觀采用ZEISSSUPRA40熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察合金鍍層的微觀形貌。1.3.4沉積相對(duì)分子質(zhì)量(1）穩(wěn)定性：將鍍液靜止一段時(shí)間后，觀察其變色和沉淀現(xiàn)象，再用其施鍍，觀察并記錄鍍層狀態(tài)。(2）分散能力：采用哈林陰極法，電鍍30min，遠(yuǎn)陰極離陽(yáng)極的距離與近陰極離陽(yáng)極的距離之比K為2，按式（1）計(jì)算分散能力。式中：T為分散能力，%；K為遠(yuǎn)陰極離陽(yáng)極的距離與近陰極離陽(yáng)極的距離之比；M(3）覆蓋能力：采用內(nèi)孔法，陰極為帶孔的圓柱形銅管，尺寸為Φ10mm×50mm，一端做封閉處理，另一端距離陽(yáng)極50mm且管口正對(duì)陽(yáng)極水平懸掛，在沉積電流密度為4A/dm(4）電流效率：根據(jù)法拉第定律，按式（2）計(jì)算電流效率。式中：m為實(shí)際沉積質(zhì)量，g;64.1為Cu、Zn含量分別為70%和30%計(jì)算的平均相對(duì)分子質(zhì)量；F為法拉第常數(shù)，取26.8A·h;I為通過電解槽的電流，A;t為電鍍時(shí)間，h。2結(jié)果與討論2.1表面活性劑的選擇表1為添加劑作用范圍及光亮劑效果?？梢钥闯黾尤攵趸?-巰基苯并咪唑、苯駢三氮唑?qū)Ω纳棋儗油庥^均有一定的效果，只是用量范圍不同。二氧化硒、2-巰基苯并咪唑、苯駢三氮唑?qū)﹀儗庸鉂傻挠绊懸娤挛摹?.2氧化曬、2-基苯并咪唑的用量對(duì)鍍層光柵的影響圖1是不同光亮劑對(duì)鍍層光澤度的影響。由圖1可知，當(dāng)光亮劑的用量不同時(shí)，對(duì)鍍層的光澤度的影響有明顯的改觀。圖（a）、（b）隨著二氧化曬、2-巰基苯并咪唑濃度的增加，鍍層光澤度均是呈先升后降的趨勢(shì)，但在二氧化曬的用量為9mg/L時(shí)，其光澤度的大小為232Gs，當(dāng)2-巰基苯并咪唑的用量為2mg/L時(shí)，光澤度最優(yōu)為276Gs；圖c是苯駢三氮唑?qū)﹀儗庸鉂啥鹊挠绊?，可知，苯駢三氮唑的添加量?0mg/L時(shí)，光澤度最優(yōu)，為217Gs，大于10mg/L時(shí)，光澤度急劇下降后增加。2.3烷基硫酸鈉、烷基磺酸鈉及吐溫80對(duì)鍍層的影響表2為表面活性劑作用范圍及作用效果?？梢钥闯?，OP-10、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉及吐溫80都具有光亮作用，而聚乙二醇無明顯光亮作用，高分子量時(shí)還易使鍍層發(fā)脆。下文選擇OP-10、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉及吐溫80作為研究對(duì)象進(jìn)行工藝優(yōu)化。2.4二烷基苯磺酸鈉用量圖2是表面活性劑對(duì)鍍層光澤度的影響。由圖2可知，隨著表面活性劑在OP-10、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉用量的增加，鍍層光澤度總體是呈先升后降再降的趨勢(shì)，在OP-10、十二烷基硫酸鈉用量為80mg/L時(shí)，其光澤度最優(yōu)，分別為272Gs、246Gs，當(dāng)十二烷基苯磺酸鈉濃度為100mg/L時(shí)，光澤度最優(yōu)值278Gs；隨著鍍液中吐溫80濃度的增加，鍍層光澤度先增大后減小。當(dāng)吐溫80的濃度為60mg/L時(shí)，鍍層光澤度最優(yōu)為211Gs。2.4光亮劑的缺陷實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單一使用光亮劑或者表面活性劑鍍層會(huì)存在光澤度不夠飽滿，鍍層均勻度不佳以及有明顯氣泡孔等缺點(diǎn)，通過光亮劑與表面活性劑的配合使用能夠大大改善這些不足。表面活性劑可作為光亮劑的載體，有助于光亮劑在鍍液中的溶解，同時(shí)能夠增加鍍液的分散性。因此，為了能夠得到更理想的鍍層，添加劑的配合使用是很有必要的。通過前期實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了光亮劑二氧化硒、2-巰基苯并咪唑、苯駢三氮唑以及表面活性劑OP-10、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、吐溫80在不同濃度下能夠明顯提高本體系鍍層的光澤度。根據(jù)前期大量的復(fù)配實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，光亮劑苯駢三氮唑雖能夠提高鍍層光澤度，但有金紅色不均勻鍍層，故不予采納，表面活性劑OP-10和十二烷基硫酸鈉的加入使鍍液渾濁，在施鍍過程中會(huì)產(chǎn)生大量氣泡浮于鍍液表面同時(shí)加大鍍液黏度，鍍后易黏在鍍件表面，鍍件難以清洗，故不予采納使用。最終確定挑選光亮劑二氧化硒、2-巰基苯并咪唑與表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉、吐溫80以光澤度為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行4因素3水平的正交試驗(yàn)。二氧化硒、2-巰基苯并咪唑、十二烷基苯磺酸鈉、吐溫80分別用A、B、C、D表示，每個(gè)因素選取三個(gè)水平，因素-水平表如下。極差分析中K結(jié)果表明A根據(jù)表5采用的最優(yōu)組合添加劑的鍍液性能，其得到的鍍液分散能力、電流效率和覆蓋能力分別為75.9%、95.2%和99.0%。將鍍液放置在室溫環(huán)境中20d，鍍液的外觀無明顯的變化，可知所得鍍層性能良好。由此可以證明該體系鍍液具有良好的分散能力、覆蓋能力以及穩(wěn)定性。2.5鍍層表面平整度圖3是有無添加劑對(duì)鍍層外觀形貌的影響。從圖3可看出，無添加時(shí)（圖（a）），鍍層表面平整度略差；但當(dāng)鍍液中加入添加劑后（圖（b）），鍍層表面較為平整、晶體緊致、細(xì)膩。2.6涂層固結(jié)力通過將鍍片進(jìn)行90°彎折兩次和200℃熱振實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鍍層無起皮、脫落、鼓泡等現(xiàn)象，說明鍍層結(jié)合力良好。3復(fù)合添加劑的穩(wěn)定性(1）經(jīng)過初篩選得到光亮劑二氧化硒、2-巰基苯并咪唑和表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，正交優(yōu)化后得到的最優(yōu)復(fù)配添加劑：8mg/L二氧化硒、1.5mg/L2-巰基苯并咪唑、9