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1前言
鎳封閉工藝是為提高防護(hù)裝飾性鍍層的耐蝕性而開發(fā)的技術(shù)，經(jīng)光亮鍍鎳后，零件被置于含一定直徑的不溶性非導(dǎo)體微粒的鍍鎳液中，使鎳與微粒共沉積得到復(fù)合鎳層，此工藝即為封閉(微孔鎳)[1-2]。在復(fù)合鍍鎳層表面沉積鉻層時(shí)，其表面的固體微粒不導(dǎo)電使鉻無(wú)法沉積于微粒表面，從而形成多孔的微孑L鉻層。
從原理可知，鎳封工藝的一個(gè)最重要指標(biāo)就是鉻鍍層的微孔數(shù)，這與鍍層的耐蝕性息息相關(guān)，一般要求微孔密度為50 000～60 000個(gè)/CM2。
隨納米技術(shù)的發(fā)展，納米微粒的量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)使其表現(xiàn)出獨(dú)特的物理化學(xué)性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開發(fā)出含不同納米顆粒的鎳封配方，并對(duì)復(fù)合鎳鍍層的電化學(xué)性能、耐蝕性能等進(jìn)行研究。
如F.K.Sautter等研究了Ni-Al203鍍層中Al203微粒與鍍層間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)Al203微粒的共析量隨槽液中微粒濃度的增大而增大。也有研究表明[10]，當(dāng)微粒濃度達(dá)到最大值后，鍍層中的微粒含量不再改變甚至下降。
日本鈴木汽車公司在氨基磺酸鎳鍍液中加入平均粒徑為1～8um的SiC粒子，制得Ni-SiC耐磨鍍層，并應(yīng)用于活塞和內(nèi)燃機(jī)的汽缸。
本文研究了分別以自制的NO01和市售的DN-618作添加劑時(shí)，鎳封工藝參數(shù)對(duì)鍍層微孔密度和耐蝕性的影響。其中，制備添加劑NO01的原材料易得、價(jià)格便宜，生產(chǎn)時(shí)帶出量少。
2實(shí)驗(yàn)
2.1基材及工藝流程
以250 mm×15 mm的鐵片(FeSi90A11.5)作基體，在中試線上進(jìn)行電鍍，主要工藝流程如下：
除油一清洗一稀酸活化(60 mL/L HCl)-清洗-酸性鍍銅(15um) -清洗—鍍半光亮鎳(15 um)—鍍光亮鎳(5 um) -鎳封—清洗—鍍鉻(0.3um)一清洗一烘干。
以NO01作鎳封添加劑時(shí)，NO01、分散劑的含量分別為1.00%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)和0.05%;以DN-618作鎳封添加劑時(shí)，DN-618、DN增強(qiáng)劑的含量分別為1.500%和0.075%。
2.2.6 鍍鉻
2.3性能測(cè)試
2. 3.1 微孔密度
根據(jù)GB/T12600-2005《金屬覆蓋層塑料上鎳+鉻電鍍層》中的銅沉積法測(cè)微孔密度，對(duì)試樣表面鍍銅，再用金相顯微鏡測(cè)微孔數(shù)目。鍍銅的具體工藝條件為：CuS04-5H20 200 g/L,H2S04 20 g/L,(20+5)oC,30 A/m2，1～2 min。
2.3.2 鍍層厚度
采用武漢材保所生產(chǎn)的2D-B型智能電解測(cè)厚儀測(cè)量鍍層厚度。
2.3.3 銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)
采用上海蘇盈實(shí)驗(yàn)儀器公司的YWX/Q-150 (B)鹽霧試驗(yàn)箱，根據(jù)GB/T 10125-1997《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧》進(jìn)行銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)(CASS)。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：NaCI 50 g/L，CuCl2-2H20 0.26 g/L，pH=3.0(醋酸調(diào)節(jié))。按GB/T 6461-2002《金屬基體上金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)》評(píng)定試樣的保護(hù)等級(jí)。
3結(jié)果與討論
3.1鎳封液溫度對(duì)鍍層微孔密度的影響
鎳封液溫度對(duì)鍍層微孔密度的影響見(jiàn)圖l。
以NO01、DN-618為添加劑時(shí)，鉻鍍層的微孔密度隨鍍液溫度變化的整體趨勢(shì)相似。隨鍍液溫度增大，鉻鍍層的微孔密度呈先增后減的趨勢(shì);60 aC時(shí)，微孔密度均達(dá)到最大，NO01、DN-618鎳封所得鉻鍍層的微孔密度分別為1.2×105個(gè)/cm2和9.0×l04個(gè)/cm2;除45 aC時(shí)，鉻鍍層的微孔密度均滿足GB/T 12600-2005《金屬覆蓋層塑料上的鎳+鉻電鍍層》和GB/T 9797-2005《金屬覆蓋層鎳+鉻和銅+鎳+鉻電鍍層》的指標(biāo)。
若溶液溫度過(guò)高，添加劑的分解速率過(guò)快;若溫度過(guò)低，鍍件易燒焦。因此，一般控制鎳封液的溫度為50 -60 0C。
3.2鎳封液pH對(duì)鉻鍍層微孔密度的影響
鎳封液的pH對(duì)鍍層微孔密度的影響見(jiàn)圖2。隨鎳封液pH升高，鉻鍍層的微孔密度均逐漸增大;pH相同時(shí)，NO01作鎳封添加劑所得鉻鍍層的微孔密度略大于DN-618。另外，pH過(guò)高易造成溶液導(dǎo)電性下降，陽(yáng)極溶解不均勻[11]。因此本工藝控制pH為3.8～4.2。
3.3電流密度對(duì)鉻鍍層微孔密度的影響
鎳封的電流密度對(duì)鉻鍍層微孔密度的影響見(jiàn)圖3。在相同時(shí)間內(nèi)，2種鎳封工藝鉻鍍層的微孔密度隨電流密度的變化趨勢(shì)相同;隨電流密度增大，鉻鍍層的微孔密度增大。這是因?yàn)殡S電流密度增大，電荷遷移量增大，鎳封液內(nèi)部陰、陽(yáng)離子向陽(yáng)極和陰極的遷移速率加快，促進(jìn)了電解液中固體納米顆粒在鍍層表面的沉積。鎳封過(guò)程采用強(qiáng)烈的空氣攪拌就是為了保證納米顆粒與工件各個(gè)部位都充分接觸。對(duì)形狀簡(jiǎn)單的零件，一般電流密度為4 A/dm2即可，復(fù)雜零件可適當(dāng)增大電流密度或延長(zhǎng)施鍍時(shí)間。
3.4鉻鍍層的厚度與微孔密度的關(guān)系
圖4示出了鉻鍍層厚度與鉻鍍層微孔密度的關(guān)系。
鉻鍍層厚度小于0.3 um時(shí)，2種鎳封工藝所得鉻鍍層的微孔密度均不能達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定;鉻鍍層超過(guò)一定厚度后，2種鎳封工藝所得鉻鍍層的微孔密度均隨鉻鍍層厚度的增大而減小。這是因?yàn)殂t鍍層超過(guò)一定厚度后會(huì)再次連成一片，從而降低微孔密度，并降低鍍層的抗蝕能力。以NO01為添加劑時(shí)，鉻鍍層的厚度高于0.5 um后，微孔密度開始減小;以DN-618為添加劑時(shí)，鉻層的厚度高于0.4um時(shí)，微孔密度開始減小。
3.5鉻鍍層的微孔密度與抗蝕能力
以NO01作鎳封添加劑時(shí)，鉻鍍層的微孔密度為1.1×l05個(gè)/cm2，保護(hù)等級(jí)為9級(jí)時(shí)，CASS試驗(yàn)時(shí)間達(dá)48 h;以DN-618作鎳封添加劑時(shí)，鉻鍍層的微孔密度為9.0×l04個(gè)/cm2，保護(hù)等級(jí)為9級(jí)時(shí)，CASS試驗(yàn)時(shí)間為38h。即保護(hù)等級(jí)相同時(shí)，NO01鎳封工藝所得鉻鍍層的耐蝕時(shí)間長(zhǎng)于DN-618，說(shuō)明前者的耐蝕性優(yōu)于后者。因在相同工藝條件下，DN-618作鎳封添加劑所得鉻鍍層的微孔密度高，在腐蝕過(guò)程中能極大地分散腐蝕電流，有效地降低腐蝕電流密度，從而使腐蝕速率顯著降低[12]。
4結(jié)論
(1)與市售的DN-618相比，制備NO01添加劑的原材料易得、價(jià)格較便宜，電鍍生產(chǎn)時(shí)NO01添加劑的帶出損失少，補(bǔ)加量少。
(2)以NO01作鎳封添加劑時(shí)，最佳鎳封工藝參數(shù)為：鎳封液溫度50～60 aC，pH= 3.8～4.2，電流密度4 A/dm2，鉻鍍層厚度0.3~0.5 um。在最佳工藝條件下，所得鉻鍍層的微孔密度約為1.1×l05個(gè)/cm2，保護(hù)等級(jí)為9級(jí)時(shí)，鉻鍍層的耐蝕時(shí)間達(dá)48 h。
