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稀土酸性化學(xué)鍍鎳
楊勝奇
（宜興市新新稀土應(yīng)用技術(shù)研究所，13801531749 江蘇宜興 214246）
一.稀土酸性化學(xué)鍍鎳和普通酸性化學(xué)鍍鎳相比較的優(yōu)點(diǎn)
酸性化學(xué)鍍鎳是目前最常用的化學(xué)鍍鎳的方法。應(yīng)用稀土元素化學(xué)鍍鎳，其基本工藝大致相同，但是對(duì)普通化學(xué)鍍鎳的工藝性能和鍍層性能得到了改善和優(yōu)化。能明顯提高化學(xué)鍍鎳液的穩(wěn)定性和增加循環(huán)周期延長鍍液使用壽命；能提高鍍層的硬度和耐磨性能。而這些特點(diǎn)正是目前化學(xué)鍍鎳必須迫切改善和提高的重要研究課題。
二.稀土酸性化學(xué)鍍鎳的工藝規(guī)程和性能
現(xiàn)設(shè)定稀土酸性化學(xué)鍍鎳的工藝規(guī)程和所得鍍層為A，普通酸性化學(xué)鍍鎳的工藝規(guī)程和所得鍍層為B，見下表所列：
三.鍍液成分和工藝條件及性能的測定
1.硫酸鎳：為鍍液的主要成分，鎳離子的主要來源。配槽量一般為20～30g/l，鎳鹽過高，鍍速過快而失控，導(dǎo)致鍍液自分解，穩(wěn)定性下降；當(dāng)沉積速度下降時(shí)，要補(bǔ)充鎳鹽，補(bǔ)加量必須根據(jù)具體情況和次磷酸鈉按一定比例補(bǔ)加。
2.次磷酸鈉：作為還原劑，是鎳磷合金鍍層中磷離子的來源。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較低，容易控制，所得鍍層為鎳磷合金鍍層，抗蝕性能好。配槽量一般為20～25g/l。
次磷酸鈉的補(bǔ)加量必須和補(bǔ)加鎳鹽的量保持相對(duì)合理和穩(wěn)定的比值，其離子數(shù)量的比值為Ni2+:H2PO2-=1～1.5g/l:4～6g/l為宜，即硫酸鎳：次磷酸鈉=1：3.8～4。因?yàn)榇瘟姿徕c有效用于沉積鎳、磷鍍層的量為總量的30%左右，而大部分則被其他副反應(yīng)而消耗。
醋酸鈉：緩沖劑，能穩(wěn)定鍍液的PH值。PH值的變化直接影響化學(xué)鍍鎳的進(jìn)行，PH值增大時(shí)，沉積速度過
3.快，沉積層含磷量降低，次磷酸鈉還原劑的利用率降低，必須及時(shí)用稀硫酸調(diào)低pH值，否則鍍液會(huì)很快分解而失效。pH值降低時(shí)，沉積速度減慢，當(dāng)pH＜3時(shí)，沉積反應(yīng)將停止，必須加碳酸鈉、碳酸鉀、氨水調(diào)高pH值。稀土酸性化學(xué)鍍鎳液的pH值可以在4.5～5，有0.5的波動(dòng)范圍，而不加稀土的鍍液最好穩(wěn)定在5左右。
4.檸檬酸鈉：配位體（螯合劑）。在化學(xué)鍍鎳液中，配位體能絡(luò)合鎳離子，避免產(chǎn)生沉淀，控制可供反應(yīng)的游離鎳離子的數(shù)量，抑制亞磷酸鎳的沉淀，鍍液在使用過程中，配位體因帶出而損失，當(dāng)使用幾個(gè)循環(huán)周期后，加熱鍍液時(shí)出現(xiàn)混濁現(xiàn)象，表明配位體含量已不足，需要及時(shí)補(bǔ)加，以免鍍液自發(fā)分解。配位體還直接影響鍍層的磷含量而影響鍍層的耐蝕性能。
5..溫度：鍍液的溫度直接影響酸性化學(xué)鍍鎳的沉積速度。pH=4～5范圍內(nèi)工作溫度如低于70℃，反應(yīng)基本停止，一般保持在90±2℃，在含有稀土添加劑的鍍液中，溫度在90±5℃，溫度波動(dòng)范圍允許大些，這也是稀土化學(xué)鍍鎳的優(yōu)點(diǎn)之一。
6.稀土添加劑：由稀土元素和相應(yīng)的激活劑，促進(jìn)劑等組成。它的作用和不加稀土的鍍鎳液相比有四大明顯的特點(diǎn)。
其一，提高穩(wěn)定性:采用氯化鈀溶液穩(wěn)定性試驗(yàn)測得A鍍液為56S,B鍍液為40S,含稀土的鍍液其穩(wěn)定性明顯優(yōu)于普通化學(xué)鍍液的穩(wěn)定性。
其二，提高使用周期:定期過濾并連續(xù)循環(huán)施鍍，統(tǒng)一載荷量1d㎡/l，起始施鍍溫度為85℃，后溫度提高至90℃，A鍍液可以連續(xù)施鍍12個(gè)周期，B鍍液只能施鍍8個(gè)周期。這說明稀土鍍鎳液使用壽命長，相應(yīng)化學(xué)鍍的成本降低。
其三，提高鍍層的硬度：采用HMF-3顯微硬度計(jì)測得A鍍層的硬度為630HV,B鍍層的硬度為420HV（都是未經(jīng)熱處理的鍍層），所以加稀土的鍍層硬度與不加稀土的鍍層硬度相比，硬度大大提高。
其四，提高耐磨性：耐磨性能的好壞，對(duì)化學(xué)鍍鎳層的質(zhì)量影響較大，在MM-200型磨損機(jī)上進(jìn)行鍍層磨損試驗(yàn)，A鍍層的磨損率為0.019mg/min,B鍍層的磨損率為0.032mg/min,稀土化學(xué)鍍鎳層的耐磨性比不加稀土的化學(xué)鍍鎳層的耐磨性能提高了一倍多。
稀土添加劑的使用量為0.8～1g/l,必須分二次加入鍍液中，前期配槽時(shí)加總量的60%，中途加總量的40%，鍍液空載時(shí)均勻加入為宜。稀土不必過多加入，加多了不但浪費(fèi)材料，反而影響使用效果。
四.稀土化學(xué)鍍鎳的機(jī)理
稀土離子和還原劑之間不可能發(fā)生電化學(xué)的氧化-還原反應(yīng)，但是鎳離子被還原時(shí)需要次亞磷酸根所提供的電子，鍍液中只要有能提高空軌道，運(yùn)送自由電子的化合物，就可以大大提高氧化-還原反應(yīng)的速度和創(chuàng)造反應(yīng)的有利條件，稀土元素的特性具備這種功能。同時(shí)稀土元素有極強(qiáng)的內(nèi)吸附能力，它能使鎳核還原和生成加快，并與同時(shí)吸附在金屬表面的H2PO2-相互作用加速H2PO2-中的P-H鍵的斷裂，加速了鎳的沉淀和氫的析出，這對(duì)整個(gè)化學(xué)鍍鎳的過程起到了促進(jìn)和優(yōu)化的作用。
