??
普通鍍鎳又稱暗鎳，是最基本的鍍鎳工藝。在鍍暗鎳的基礎(chǔ)上，先后開發(fā)了半光亮鎳、光亮鎳、雙層鎳、三層鎳、黑鎳、緞面鎳，等等。由于鎳是鐵族金屬之一，所以其鍍液在電鍍過程中具有較大的陰極極化和陽極極化作用，在不加絡(luò)合劑的鍍液中，就能鍍得結(jié)晶細(xì)小而致密的鍍鎳層。
根據(jù)鍍液的性能和用途，普通鍍鎳液可以分為低濃度的預(yù)鍍液、普通鍍液、瓦特液和滾鍍液等。預(yù)鍍液：經(jīng)預(yù)鍍后可保證鍍層與銅鐵基體和隨后的鍍銅層結(jié)合力良好。
普通液：該鍍液的導(dǎo)電性好，可在較低溫度下電鍍、節(jié)省能源、使用比較方便。瓦特液：具有較快的沉積速度，成分簡單，操作控制比較方便。
滾鍍液：滿足小零件的電鍍，但鍍液必須要有良好的導(dǎo)電性和覆蓋能力。一、工藝規(guī)范(見表3—4—3)
表3—4—3 幾種普通鍍鎳鍍液的工藝規(guī)范
各種因素對用瓦特鍍鎳液獲得的鍍鎳層的力學(xué)性能的影響，列于表3—4—4。
表3—4—4 各種因素對瓦特鍍鎳層力學(xué)性能的影響
二、鍍液配制方法(以瓦特液為例)
根據(jù)容積計(jì)算好所需要的化學(xué)藥品，分別用熱水溶解，混合在一個容器中，加蒸餾水稀釋到所需體積，靜置澄清，用虹吸法或過濾法把鍍液引入鍍槽，再加入已經(jīng)溶解的十二烷基硫酸鈉溶液或其他類型濕潤劑，攪拌均勻，取樣分析，經(jīng)調(diào)整試鍍合格后，即可生產(chǎn)。
三、鍍液成分和工藝規(guī)范的影響
1.鎳鹽
硫酸鎳和氯化鎳是供給鎳離子的鹽。雖然氯化鎳溶液的導(dǎo)電性和覆蓋能力較好，但因氯離子太多，鍍層的內(nèi)應(yīng)力較大，成本也較高，因此當(dāng)前普遍采用硫酸鎳。工業(yè)用的硫酸鎳有六水與七水兩種結(jié)晶水規(guī)格，前者含鎳22.3%，后者含鎳20.9%，在國內(nèi)，大都是含七份結(jié)晶水的硫酸鎳。硫酸鎳的含量范圍較大，大致在100g/L～350g/L之間。低濃度的鍍液其覆蓋能力較好，鍍層的結(jié)晶較細(xì)致，容易拋光，但是陰極電流效率較低，允許的陰極電流密度范圍的上限值較小。含量在300g/L左右的高濃度的鍍液，鍍層色澤均勻，允許采用較高的電流密度，沉積速度快。
2.陽極活化劑
為了使陽極正常溶解，不斷補(bǔ)充電鍍時所消耗的鎳量，在鍍鎳溶液中必須加入陽極活化劑，常用的是氯化鈉或氯化鎳。氯化鈉含量在7g/L～20g/L，但鈉離子會降低陰極電流密度的上限值，引起鍍層晶格扭歪和硬度增高。因此，近幾年來趨向用氯化鎳作陽極活化劑。一方面氯離子可以活化陽極，另一方面，鎳離子可以補(bǔ)充溶液中鎳的濃度，兩者都是有效成分，而且鍍液組成簡單、管理方便，但氯化鎳成本較高。所以我國目前還有一部分工廠用氯化鈉作陽極活化劑。采用結(jié)晶致密的鎳陽極和使用較大的陽極電流密度時，需要相應(yīng)地增加氯離子的濃度。其他鹵素離子雖也能幫助陽極溶解，但價格較貴，很少使用。
3.緩沖劑
硼酸是最常用的緩沖劑，在鍍鎳溶液中具有穩(wěn)定pH值的作用。在鍍鎳過程中，鍍液的pH值必需保持在一定的范圍內(nèi)，一般為3.8～5.6。pH值過低，H+易于放電，降低鍍鎳的電流效率，鍍層容易產(chǎn)生針孔。pH值過高，鍍液混濁，陰極周圍的金屬離子會以金屬氫氧化物的形式夾入鍍層中，使鍍層的力學(xué)性能惡化，外觀粗糙。硼酸添加量為30g/L～35g/L，低于20g/L時，緩沖作用較弱，pH值不夠穩(wěn)定，并易產(chǎn)生針孔，當(dāng)含量達(dá)到31g/L以上時，才有顯著作用，但不能過高，因?yàn)榕鹚嵩诔叵碌娜芙舛燃s40g/L左右。
硼酸除了具有緩沖pH值效果外，還有使鍍層結(jié)晶細(xì)致、不易燒焦。若采用高電流密度時，應(yīng)該采用硼酸含量較高(40g/L)的鍍液。
如果加入少量氟化物，它與硼酸形成氟硼酸，則緩沖作用更好。同時，氟化物對某些雜質(zhì)(如鐵)具有掩蔽作用，在這些雜質(zhì)含量不大時能減輕其害，但不利于這些雜質(zhì)的去除，氟化物對設(shè)備有腐蝕作l用，并且有毒。
4.防針孔
十二烷基硫酸鈉是比較有效的防針孔劑。它能降低鍍液的表面張力，使氫氣泡不易在陰極表面上停留，從而防止針孔的形成，其用量一般在0.1gL，加入后，鍍液的表面張力在30×10-5N/cm左右。在高pH值的鍍液中，它與鎳離子反應(yīng)生成不溶性化合物而沉淀，其消耗量較高。即使pH值較低的鍍液，也有一定的消耗。因此最好每天補(bǔ)充少量的十二烷基硫酸鈉。經(jīng)過活性炭處理后的鍍液，十二烷基硫酸鈉幾乎被完全吸附除去，應(yīng)該重新添加。采用空氣攪拌，可以使氫氣泡不易滯留在陰極表面，所以也是一種防針孔方法，但必要時需用低泡潤濕劑。
在鍍暗鎳鍍液中所用的防針孔劑，大多是氧化劑，最常用的是雙氧水，用量為30%的雙氧水1ml/L～3mL/L，其缺點(diǎn)是它參與陰極反應(yīng)，使H+氧化，因而分解較快，需要經(jīng)常補(bǔ)充。
5.導(dǎo)電鹽
為了提高鍍液的導(dǎo)電能力，有時還在鍍液中添加硫酸鈉、硫酸鎂等導(dǎo)電鹽。硫酸鎂的導(dǎo)電能力雖然不如硫酸鈉，但在較高的pH值時，能改善鍍液的分散能力，使所得的鍍層光滑、柔軟、呈銀白色。尤其在滾鍍鍍液中效果更加顯著。
添加導(dǎo)電鹽的缺點(diǎn)是由于在鍍液中引入鈉離子等異種金屬離子，它們的含量積累到一定數(shù)值時，就會對鍍層的物理力學(xué)性能產(chǎn)生不良影響(如鍍層硬度提高等)。由于目前對鍍液中的Na+、Mg2+等還沒有除去的方法，因而在很多鍍液中，并不推薦使用導(dǎo)電鹽。在國外已普遍采用氯化鎳作陽極活化劑，而且在鍍液凈化處理時，也不采用氫氧化鈉來提高鍍液的pH值，而是采用碳酸鎳或新配制的氫氧化鎳，以免帶入鈉離子。
6.pH值
鍍鎳鍍液的pH值對鎳沉積過程及所得鍍層的性質(zhì)有很大的影響。現(xiàn)今應(yīng)用的各類鍍鎳鍍液的pH值一般在3～6之間，但是對各種鍍鎳鍍液所規(guī)定的pH值必須嚴(yán)格控制。pH值高的鍍液雖有好的覆蓋能力和較高的陰極電流效率，但是pH值過高，陰極附近就會出現(xiàn)堿式鎳鹽沉淀的傾向，并有利于氫氣泡停留在陰極表面上，鍍層中也可能會夾雜堿式鎳鹽，使鍍層結(jié)晶粗糙，并影響鍍層的力學(xué)性能。因此，只有采用較低的陰極電流密度的鍍鎳鍍液，才使用較高的pH值。
表3—4—5 在降低。pH值時需用硫酸(相對密度l.84)的參考數(shù)
pH值低的鍍液，陽極溶解較好，泥渣較少，可以提高操作電流密度，鍍液的導(dǎo)電性和陽極電流效率，但氫氣量析出增多，陰極效率降低，鍍層容易產(chǎn)生針孔，如相應(yīng)地提高鎳鹽濃度和操作溫度，采用較高的電流密度，可以彌補(bǔ)。其缺點(diǎn)是陰極電流效率較低。在快速鍍鎳液中，一般都采用較低的pH值。pH值過低時得不到正常的鍍層。
pH值不正常時，可按表3—4—5所列的方法，用稀硫酸(氯離子濃度太低時，也可用鹽酸)來降低pH值。可用稀的氫氧化鈉溶液、碳酸鈉和新配制的碳酸鎳、氫氧化鎳等來升高pH值。
7.溫度
鍍暗鎳鍍液的溫度，通常在18℃～35℃。升高鍍液的溫度，可提高鍍液中鹽類的溶解度和導(dǎo)電度，同時可以
加速鎳離子向陰極的擴(kuò)散速度，可以減少鍍層的內(nèi)應(yīng)力，鍍層柔韌而有延性，還可以使用較高的陰極電流密度加快沉積速度和增加陰陽極電流效率。但是提高溫度，鍍液蒸發(fā)量增加，鎳鹽也容易水解、生成氫氧化鎳沉淀，特別是鍍液中鐵雜質(zhì)水解后，生成氫氧化鐵沉淀，使鍍層針孔，毛刺增多。因此使用高溫、高電流密度操作的鍍液，硼酸的量應(yīng)增高一些。
8.陰極電流密度
在鍍鎳過程中，陰極電流密度與溫度、鎳離子濃度、pH值攪拌等均有密切關(guān)系。一般說來，鍍液濃度較高，pH值較低，并在加溫及攪拌時，允許使用較高的陰極電流密度。反之在溫度和濃度都較低的鍍液中，只能采用較小的陰極電流密度。由于一般鍍鎳通常是在常溫和低濃度鍍液的條件下進(jìn)行的，故其陰極電流密度的范圍是0.5A/dm2～1.5A/dm2。光亮快速鍍鎳所采用的陰極電流密度范圍是2A/dm2～5A/dm2，甚至更高。
9.攪拌
攪拌包括空氣攪拌、陰極移動、鍍液高速循環(huán)等多種形式。采用空氣攪拌的作用是：減小陰、陽極區(qū)的濃差極化，可以使用較高的陰極電流密度，增加光亮度、有利于氫氣泡在陰極表面上逸出減少針孔，可以將Fe2+雜質(zhì)氧化成Fe3+，易于形成沉淀。空氣攪拌會使沉積于槽底的殘?jiān)浩穑炊纬纱罅棵蹋砸话阋溆醚h(huán)過濾。循環(huán)量一般是槽液體積的2倍/h～5倍/h，目前國內(nèi)較多的采用陰極移動裝置，速度為15次/min～25次/min(相當(dāng)于移動3m/rain～5m/min)。
四、雜質(zhì)的影響和去除方法
1.鐵雜質(zhì)
鐵是鍍液中常見的金屬雜質(zhì)。由于在陰極附近的pH值較高，鐵的氫氧化物就會沉淀夾雜在鍍層中而使鍍層發(fā)脆，氫氧化鐵的堿式鹽有利于氫氣泡在陰極上的停留而引起鍍層針孔，增加鍍層的孔隙率。通常鐵的濃度不超過0.05g/L。
用預(yù)先鍍過鎳的瓦楞鐵板以低的陰極電流密度(0.1A/dm2～0.2A/dm2)定期電解處理可以防止鐵的積累。
當(dāng)鐵的濃度超過規(guī)定時，可用化學(xué)沉淀法去除之：用稀硫酸將pH值降至3左右，在攪拌下加入1mL/L～2ML/L的30%雙氧水，鍍液加熱到60℃，攪拌1h～2h，再調(diào)整pH值到5.5以上，繼續(xù)攪拌并保溫1h～2h，然后靜置過夜，過濾，最后用稀硫酸調(diào)整pH值至正常范圍內(nèi)，即可電鍍。可用商品除鐵粉除去，效果顯著，去除速度快。
2.銅雜質(zhì)
銅雜質(zhì)的含量達(dá)到0.01g/L～0.05g/L時，零件的低電流密度區(qū)會產(chǎn)生暗黑色粗糙的鍍層。更多的銅雜質(zhì)會使整個成為黑色粗糙的甚至是海綿狀的鍍層。
用低的電流密度電解法去除銅雜質(zhì)，最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。方法是將鍍液的pH值調(diào)到3，用瓦楞鐵板作陰極，在攪拌情況下，以0.05A/dm2～0.1A/dm2的陰極電流密度進(jìn)行電解處理。如果銅雜質(zhì)的含量較多，電解法處理費(fèi)用較貴時，可用商品去銅劑除去。
3.鋅雜質(zhì)
鋅的含量達(dá)到0.021g/L以上，鍍層的內(nèi)應(yīng)力顯著增大，并且發(fā)脆，鋅雜質(zhì)更多時則鍍層出現(xiàn)黑色條紋。去除鋅雜質(zhì)的方法是：用稀氫氧化鈉調(diào)pH值至6左右，加入5g/L～10g/L碳酸鈣控制pH值為6.3，加熱至70℃，不斷攪拌1h～2h，靜置4h以上，然后過濾。把pH值調(diào)回正常值，進(jìn)行試鍍。在含鋅雜質(zhì)較多的情況下，往往要經(jīng)過反復(fù)多次處理后才能達(dá)到效果。用這種方法，鎳鹽的損失較大。此外也可以用電解法去除雜質(zhì)。其方法是：在攪拌下用瓦楞鐵板作陰極，以0.2A/dm2～0.4A/dm2的電流密度進(jìn)行電解處理。可用商品除鋅劑除去。
4.鉻雜質(zhì)
鉻雜質(zhì)對鍍液的影響極大，六價鉻含量達(dá)0.01g/L，陰極電流效率即顯著降低，鍍層發(fā)黑而脆，彎曲時呈粉末狀，結(jié)合力差。當(dāng)六價鉻的含量達(dá)到0.1g/L以上，就鍍不出鍍鎳層。
去除方法是：在攪拌下加入保險(xiǎn)粉0.02g/L～0.4g/L(可預(yù)先作出試驗(yàn)用量)，加熱至60℃，攪拌1h左右，調(diào)pH=5.0～5.5，靜置數(shù)小時后過濾。濾后在鍍液中加入適量雙氧水，除去多余的保險(xiǎn)粉。最后用稀硫酸調(diào)整pH值到正常值，試鍍合格即可生產(chǎn)。保險(xiǎn)粉(連二亞硫酸鈉)是強(qiáng)還原劑，擱久會失效，使用時應(yīng)先作試驗(yàn)并注意安全。
5.硝酸根
微量的硝酸根使鍍層呈灰色，發(fā)脆，彎曲時呈粉末狀。含量達(dá)到0.2g/L以上時，鍍層呈黑色，陰極電流效率顯著降低。
去除方法是：調(diào)pH值=1～2，增大陽極面積，在高的陰極電流密度下電解，然后逐步把電流密度降至0.2A/dm2，電解至溶液正常為止。處理過程中硝酸根在陰極還原成銨離子，從而改善鍍層質(zhì)量。
6.有機(jī)雜質(zhì)
各種有機(jī)雜質(zhì)引起的故障是不同的，如：有的使鍍層亮而脆，有的使鍍層暗而脆，有的(如動物膠)使鍍層產(chǎn)生針孔、起皮等故障。去除方法如下：
(1)用活性炭處理。將3g/L～5g/L粉末狀活性炭(需選擇不含鋅、硫化物而吸附性強(qiáng)的)在不斷攪拌下慢慢加入，加熱至60℃～80℃，繼續(xù)攪拌一段時間，靜置過濾。
有機(jī)雜質(zhì)多時，先用2ml/L～3ml/L的30%雙氧水處理，再用活性炭吸附。
(2)用高錳酸鉀處理。用硫酸調(diào)鍍液的pH=3，加熱至60%～80%，加入溶解好的高錳酸鉀(每升鍍液加入0.3g左右，雜質(zhì)多時可加到l.5g)，激烈攪拌，靜置一晝夜。若鍍液呈淡紅色，加適量雙氧水退去。調(diào)整pH值至正常范圍，試鍍合格即可生產(chǎn)。
(3)用單寧酸處理。這種方法主要適用于除去動物膠一類有機(jī)雜質(zhì)。動物膠是由于除油不凈的拋光零件帶進(jìn)鍍液中的，0.01g/L～0.2g/L的動物膠就能使鍍層產(chǎn)生針孔、起皮等故障。其方法是：在鍍液中加入0.03g/L～0.05g/L的單寧酸，經(jīng)過5min～10min，鍍液內(nèi)就會出現(xiàn)淺藍(lán)到深色的易于沉入槽底的松軟棉絮狀沉淀物，一般經(jīng)過一晝夜，動物膠幾乎都會沉淀下來。但剩余的單寧酸對鍍液亦有影響，故有時還需要用活性炭再處理一次。
五、常見故障及糾正方法(見表3—4—6)
表3—4—6 常見故障及糾正方法
六、鍍鎳用陽極
鎳陽極材料的純度是電鍍中最重要的條件，鎳的含量>99%(詳見附錄中陽極標(biāo)準(zhǔn))，不純的陽極導(dǎo)致鍍液污染，使鍍層的物理性能變壞。陽極應(yīng)當(dāng)緩慢的平衡的溶解沒有顆粒沉陷導(dǎo)致微小鎳粒的產(chǎn)生。否則不僅浪費(fèi)陽極，而且對陰極鍍層也有不利的影響。
在鍍鎳中比較適宜的鎳陽極有以下幾種：
(1)含碳鎳陽極。它是在熔融的電解鎳中，加入0.25%～0.35%的碳和0.25%～0.35%的硅鑄造而成，溶解性能較好。
(2)含氧鎳陽極。在熔融的電解鎳中，加入0.25%～l.0%的氧化鎳澆鑄而成，陽極溶解性良好。
(3)含硫鎳陽極。鎳陽極中含有0.01%～0.15%的硫，這種陽極的溶解性好，活性強(qiáng)，可以在大電流密度條件下操作。含硫鎳陽極在國外應(yīng)用較多，推薦的含硫陽極成分列于表3—4—7。
表3—4—7 國外含硫鎳陽極的成分
這兩種半球狀鎳陽極的外徑約為2cm～3cm，厚約1cm～1.5cm。它們比普通電解鎳板的溶解電壓約低1.5V，因而可節(jié)省能源消耗，而且外形做成圓餅或鎳冠的形式，在鈦籃中裝載或補(bǔ)充非常方便，同時溶解性好，不產(chǎn)生陽極泥，特別是其中所含的硫，在陽極溶解的同時，可以把鍍液中的銅雜質(zhì)等沉淀除去。
目前這種陽極在我國已試制成功，并投放市場。
使用鈦籃不但可以使鎳板或鎳餅、鎳冠得到充分利用，而且陽極面積易于維持恒定不變，陽極極化小，可以節(jié)約電能和減少光亮鍍鎳中有機(jī)添加劑的氧化分解。使用鈦籃時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1)鈦籃口應(yīng)略高于液面，以防止鎳渣外流。
(2)籃框下端應(yīng)高于零件10cm～15cm，以避免下端零件電流過于集中，引起燒焦。
(3)鈦籃與鎳塊應(yīng)緊密接觸，否則鈦籃上的陽極電位將急劇升高，使鈦籃表面發(fā)生析氧和析氯反應(yīng)，引起鈦籃損壞和添加劑的氧化。
(4)為了防止鍍層產(chǎn)生毛刺，在鈦籃外面應(yīng)用耐酸陽極袋包著，因?yàn)榇油ǔＪ情L期使用而不摘除，因此建議用“雙層袋”的方法，即用耐酸布套套在緊密配合的布套上，陽極套的材料除了耐酸外，還要能保留細(xì)粒物質(zhì)，并要易于透水。
(5)陽極袋要把鈦籃口包緊，袋底應(yīng)留出幾厘米空隙，以存儲可能產(chǎn)生的陽極泥渣。
