中低溫化學(xué)鍍鎳工藝的新進展：超聲波法

【簡介】

超聲波法

    從熱力學(xué)角度看，要成功實現(xiàn)鎳磷沉積，次磷酸根離子必須跨過能壘才能被氧化并釋放出活性氫原子，超聲波可以促使次磷酸根離子在鍍液溫度較低的情況下跨過能壘，實現(xiàn)沉積。但在施鍍過程中使用超聲波會降低鍍液的穩(wěn)定性，同時使鍍液的工藝和鍍層性能變差。

    超聲波應(yīng)用于中低溫化學(xué)鍍鎳的作用機理主要有以下2種觀點：一種觀點^[10]認為，超聲波導(dǎo)致鍍液與基體的界面處形成空化作用，影響了化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了活化態(tài)氫原子，有利于提高反應(yīng)的還原性和鎳的沉積速率，從而實現(xiàn)在不影響沉積速率的前提下降低工作溫度；另一種觀點^[7]認為，超聲波對鍍液的空化作用，可使氣泡進一步生成和擴大，然后突然破滅，在氣泡急速崩潰期間產(chǎn)生瞬間高溫，增強了分子碰撞，增加了活化分子數(shù)目，加快了鎳的沉積速率。

    國外在這方面研究較早。20世紀50年代，Rich^[11]就將20 kHz的超聲波應(yīng)用到堿性鍍液中，并獲得了較高的沉積速率。G．O．Mallory于1978年描述了超聲波對化學(xué)鍍Ni-P合金物理性質(zhì)的影響，并在以后的工作中進行了更加深入的研究。K．Kobayashi等人^[l2]從化學(xué)鍍鎳的動力學(xué)入手，研究了超聲波對化學(xué)鍍鎳的影響。

    國內(nèi)這方面的研究始于20世紀90年代，山東工業(yè)大學(xué)的崔寧等人^[13]在溫度為75 ℃、pH為4．8的條件下，研究了酸性鍍液中超聲波對化學(xué)鍍Ni-P非晶態(tài)合金的鍍速、鍍層中磷的質(zhì)量分數(shù)、鍍層顯微硬度及孔隙率的影響，獲得了鍍速達10 μm／h的高硬度、低孔隙率的化學(xué)鍍鎳層。

    李惠琪等人^[l4]研究了低溫(40℃)超聲波化學(xué)鍍鎳層的初期析出行為、組織和相結(jié)構(gòu)，并與常規(guī)化學(xué)鍍鎳層進行了比較。高溫時，鍍液中各種離子在劇烈的無規(guī)則碰撞及氧化還原后產(chǎn)生的鎳層的自催化作用下，自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生金屬鎳的沉積。當(dāng)在化學(xué)鍍鎳溶液中施加超聲波時，超聲波將引起介質(zhì)分子以其平衡位置為中心的振動。在超聲波壓縮相內(nèi)，分子間的平均距離小；而在稀疏相內(nèi)，分子間距將增大。與傳統(tǒng)化學(xué)鍍鎳工藝相比，低溫超聲波化學(xué)鍍鎳溫度低，大大降低了能耗，鍍液穩(wěn)定性明顯提高，所得鍍層磷的含量及硬度均有所提高，組織結(jié)構(gòu)更加致密均勻^[15]。

    劉崢^[l6]也利用超聲波進行了化學(xué)鍍鎳工藝的研究，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)化學(xué)鍍鎳工藝相比，超聲波化學(xué)鍍鎳可顯著提高化學(xué)鍍Ni-P合金的鍍速，同時降低合金中磷的質(zhì)量分數(shù)，而鍍層的孔隙率明顯減少，得到的鍍層光亮，耐蝕性好。朱流等人^[17]通過在施鍍過程中引入超聲波，發(fā)現(xiàn)超聲波的引入不僅可以大大提高鍍速，而且可以改善鍍層的性能。