鎳鉻合金鍍液與鍍層性能:配方4電沉積鎳鉻合金

    ①pH值的影響。pH值和鍍層鉻含量的關(guān)系見圖11 ^{[ 4]}。由圖11可見：鍍層中鉻含量隨溶液pH值增大而增大。pH值太低時，配位體以酸式形式存在，配位能力差，鉻離子

主要以水合離子形式存在，影響鉻離子陰極放電。

圖11 pH值和鍍層鉻

    含量的關(guān)系

    pH值較高時，鍍層中鉻含量較高，能保持較高的陰極電流密度。但pH過高外觀不理想，pH值以2．5為好。

②陰極電流密度的影響。電流密度與鍍層鉻含量的關(guān)系見圖12^[4]。

圖12電流密度與鍍層鉻

    電流密度l5A／dm²以下，鍍層鉻含量低。

    電流密度在15A／dm²以上增大時，鍍層中鉻含量變化較大。電流密度為25A／dm²時，鍍層含鉻量迅速提高。在鎳鉻合金鍍液中，加入配位劑和添加劑，調(diào)整金屬析出電位，在高電流密度下使鎳和鉻的析出電位相接近，使鎳和鉻金屬在陰極上共沉積。鍍層中鉻含量隨電流密度不同而發(fā)生變化。電流密度過高，鍍層結(jié)構(gòu)7較差，電流密度以25A／dm²為佳。

③極化曲線。電沉積Ni，Cr及Ni-Cr合金時的陰極極化曲線見圖13^[4]掃描速度lmV／S，測定極化曲線的條件和結(jié)果如下所述。線l為無配位劑只含鎳的電解液極化曲線。

圖13  電沉積Ni，Cr及Ni-Cr合金時的陰極極化曲線

    曲線2為無配位劑只含鉻的電解液極化曲線。可見曲線1和2，即鎳與鉻的極化電位相差較大。

    曲線3為無配位劑含鎳鉻的電解液極化曲線、可見曲線3在曲線1和2之間，曲線3更接近于曲線l，在此條件下，鎳鉻體系即曲線3中鎳將優(yōu)先沉積，鉻很難析出。鍍層中鉻含量較少。

    曲線4為只含鎳的鍍液中添加檸檬酸鈉后的極化曲線，檸檬酸對鎳的極化影響較大，使鎳的極化電位發(fā)生負移較多。

    曲線5為只含鉻的鍍液中添加檸檬酸鈉后的極化曲線，檸檬酸對鉻的極化影響較小，使鉻的極化電位發(fā)生負移較少。

    曲線6為合金鎳、鉻鍍液中添加檸檬酸鈉后的極化曲線，檸檬酸對鎳的極化較大，對鉻的極化較小，使合金鍍液極化曲線相接近，最終發(fā)生共沉積。

    檸檬酸鈉的配位作用：檸檬酸加入鍍液后它與金屬離子形成配合物，比簡單離子難于在陰極上還原，這就使陰極上積累較多電子，從而使陰極極化值提高，檸檬酸對負電性較強的鎳的極化較大而對負電性較小的鉻的極化影響較小，使合金鍍液中鎳與鉻的放電時電位相等，才能使兩種金屬離子在陰極上共同析出。

圖14配位劑用量與鍍層鉻含量的關(guān)系

    ④配位劑用量。配位劑用量與鍍層鉻含量的關(guān)系見圖14^[4]。由圖14可見：隨著配位劑檸檬酸鈉用量的增加，鍍層中鉻含量增加。

    試驗表明：配位劑的量對鍍層中鉻的含量有很大影響。加入配位劑，與金屬離子形成配位離子，取代簡單金屬離子在陰極上放電。配位劑與不同金屬離子的配位能力不同，選擇合適的配位劑，影響鎳和鉻的析出電位，使兩者的析出電位相接近，才能共沉積。選用檸檬酸鈉為配位劑，濃度為35g／L。

    ⑤鍍層耐蝕性。在室溫下，將鉻含量不同的鎳鉻合金鍍層，浸泡在5％的氯化鈉溶液中，15天后觀察表面光澤性、計算鍍層的腐蝕速度，鍍層腐蝕性能試驗結(jié)果見表1^[4]。

表1鎳鉻鍍層腐蝕性能試驗結(jié)果

    從表1可見：鍍層中鉻含量不同，其耐蝕性能不同：含鉻較低如l0％以下，鍍層表面失去金屬光澤，有明顯腐蝕點；含鉻達到20％，耐蝕性最好；含鉻繼續(xù)增加，耐蝕性有所下降。

    (4)配方7電鍍光亮鎳鉻合金①添加劑WHT

    a．添加劑wHT含量對鍍層外觀的影響。添加劑WHT含量對鍍層外觀的影響見表2^[5]。

表2添加劑WItT含量對鍍層外觀的影響

注：配方7中加有791 10mL／L，十二烷基硫酸鈉0.2g／L。

    由表2可見：添加劑WHT含量低于4g／L時，合金鍍層不亮，發(fā)暗，隨著WHT用量的增加，光亮度隨之提高，含量大于8g／L后繼續(xù)增大WHT含量不改變光亮效果，含量過大，使鍍層變脆，適宜用量WHT應(yīng)為4～8g／L。

    b．添加劑WHT對合金鍍層表面形貌的影響。未加添加劑WHT的鍍層晶粒較未加光亮劑791的鍍層晶粒大，說明添加劑WHT對鍍層晶粒細化起主要作用：得到光亮致密的鍍層。

    C．添加劑WHT對鎳鉻合金共沉積的陰極電化學(xué)行為的影響

添加劑WHT對鎳鉻合金共沉積穩(wěn)態(tài)極化曲線和循環(huán)伏安曲線的影響見圖15 ^[15]。鍍液組成見配方7，工藝條件為溫度24℃，pH為2．5，掃描速度50mV／s。

圖15添加劑WHT對共沉積的影響

    圖15(a)可見：與不含添加劑WHT相比，鍍液中添加劑WHT為4g／L，使陰極極化增大，析出過電位增加，使晶體成核速率增大，晶粒生長速度變小，導(dǎo)致金屬結(jié)晶細化，鍍層光亮、均勻、致密；當(dāng)添加劑WHT達到8g／L時，陰極極化反而會減小，不利于得到致密的鍍層，因此WHT用量應(yīng)為4g／L。

    由圖15(b)可見：循環(huán)伏安曲線的陰極曲線部分可以證實WHT的加入增大陰極極化，而循環(huán)伏安曲線的反向掃描的極化曲線沒有陽極峰出現(xiàn)，說明電極反應(yīng)是不可逆的。

    ②十二烷基硫酸鈉

    a．十二烷基硫酸鈉用量對鍍層外觀的影響  十二烷基硫酸鈉含量對鍍層外觀的影響見表3^[15]。

表3  十=烷基硫酸鈉含量對鍍層外觀的影響

注：添加劑WHT 4g／L、光亮劑79110mL／L。

由表3可見：十二烷基硫酸鈉含量0～0．10g／L，陰極析氫產(chǎn)生氣流，使鍍表面出現(xiàn)白色條紋；當(dāng)其含量在0．2g／L時可獲得均勻、光亮、平整的鍍層。但含量太高時，鍍液渾濁，產(chǎn)生大量氣泡附在陰極周圍。因此，十二烷基硫酸鈉以0．15～O．20g／L為宜。

b．十二烷基硫酸鈉含量對鎳鉻合金鍍層表面形貌的影響  未加十二烷基硫酸鈉鍍層表面出現(xiàn)明顯的裂紋，可能由于陰極析氫嚴(yán)重，造成鍍層氫脆而產(chǎn)生裂紋。加有添加劑WHT 4g／L，光亮劑79110mL／L，十二烷基硫酸鈉0．2g／L，鍍層表面均勻、致密、鍍層放大8000倍仍看不清晶粒，達到納米晶粒。

c．十二烷基硫酸鈉對鎳鉻合金共沉積的陰極電化學(xué)行為的影響  十二烷基硫酸鈉對鎳鉻合金共沉積穩(wěn)態(tài)極化曲線和循環(huán)伏安曲線的影響見圖16^[15]。

圖16十二烷基硫酸鈉對共沉積影響

    圖16(a)可見：在鍍液中增大十二烷基硫酸鈉的濃度，對鎳鉻合金共沉積的陰極極化增大影響不明顯，其主要作用是潤濕陰極表面，減小表面張力，避免氫氣泡附在陰極表面，阻礙金屬析出。圖16(b)可見：加入和未加入十二烷基硫酸鈉的循環(huán)伏安曲線形狀改變不大。

    ③791光亮劑

a．791光亮劑含量對鍍層外觀的影響 

791光亮劑含量對鍍層外觀的影響見表4^[15]。

表4  791光亮劑含量對鍍層外觀的影響

注：添加劑wHT 4g／L，十二烷基硫酸鈉0.20g／L。

    由表4可見：791光亮劑0～5.0，鍍層由發(fā)白至半光亮，用量由7.5增加至15.0，光亮效果越來越好、繼續(xù)增大含量光亮不變，791光亮劑含量以7.5～15.0mL／L為好。

    b．791光亮劑對鎳鉻合金鍍層表面形貌的影響  通過掃描電鏡觀察，未加添加劑WHT和791光亮劑的鍍層晶粒粗大不均勻。加入添加劑WHT 4g／L、光亮劑79～110mL／L和十二烷基硫酸鈉0．2g／L、有利于鍍層晶粒細化，得到光亮致密鍍層。

    C．光亮劑791含量對鎳鉻合金共沉積的陰極電化學(xué)行為的影響。

光亮劑791對共沉積的影響見圖17^[5]。

圖l7光亮劑791對共沉積的影響

    由圖17(a)可見：隨著光亮791用量的增加，合金沉積陰極過程極化不斷增大，金屬結(jié)晶越來越細化，表現(xiàn)為鍍層光亮、均勻、致密。

由圖17(b)為循環(huán)伏安曲線的陰極曲線，可以看出光亮劑791的加入增大陰極極化。加與不加光亮劑所得循環(huán)伏安曲線形狀幾乎不變，反向掃描的極化曲線沒有陽極峰出現(xiàn)，說明電極反應(yīng)是不可逆的。

④鍍層結(jié)合力的檢測   

a．彎曲法將電鍍后的基體反復(fù)彎曲180°,直至基體折斷，不見鍍層脫落和起皮。

    h鋼針劃線法用鋼針劃線，直至露出基體，不見脫落和起皮。說明鍍層與基體結(jié)合力很好。   

參考文獻

1屠振密主編．電鍍合金原理與工藝．北京：國防工業(yè)出版社，1993．339

2陳磊，龔竹青，黃志杰，涂扶洲，蔣漢瀛．電沉積鎳鉻合金的研究．電鍍與涂飾，1998，

17(4)：4～6

4李國斌，彭榮華，馬淞江．電沉積Ni—Cr合金工藝研究．材料保護，2004，37(11)：

22～23，53

5 Lashmor，David S．Process and bath for eleetroplating nickel-chromiu

alloy(P)．US4461680，1984-01—24

15許利劍，龔竹青，楊余芳，杜晶晶，袁志慶．電鍍鎳一鉻合金添加劑的研究．材料

保護，2006，39(9)：18～21