優(yōu)異的鍍液配方對(duì)于產(chǎn)生最優(yōu)質(zhì)的化學(xué)鍍鎳層是必不可少的。化學(xué)鍍鎳溶液應(yīng)包括:鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑、緩沖劑、促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑、光亮劑、潤(rùn)濕劑等。
主鹽
化學(xué)鍍鎳溶液中的主鹽就是鎳鹽,如硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳等,由它們提供化學(xué)鍍反應(yīng)過(guò)程中所需要的鎳離子。早期曾用過(guò)氯化鎳做主鹽,但由于氯離子的存在不僅會(huì)降低鍍層的耐蝕性,還產(chǎn)生拉應(yīng)力,所以目前已很少有人使用。同硫酸鎳相比用醋酸鎳做主鹽對(duì)鍍層性能是有益的。但因其價(jià)格昂貴而無(wú)人使用。其實(shí)最理想的鎳離子來(lái)源應(yīng)該是次磷酸鎳,使用它不至于在鍍?cè)≈蟹e存大量的硫酸根,也不至于在使用中隨著補(bǔ)加次磷酸鈉而帶入大量鈉離子,同樣因其價(jià)格因素而不能被工業(yè)化應(yīng)用。目前應(yīng)用最多的就是硫酸鎳,由于制造工藝稍有不同而有兩種結(jié)晶水的硫酸鎳。因?yàn)榱蛩徭囀侵鼷},用量大,在鍍中還要進(jìn)行不斷的補(bǔ)加,所含雜質(zhì)元素會(huì)在鍍液的積累,造成鍍液鍍速下降、壽命縮短,還會(huì)影響到鍍層性能,尤其是耐蝕性。所以在采購(gòu)硫酸鎳時(shí)應(yīng)該力求供貨方提供可靠的成分化驗(yàn)單,做到每個(gè)批量的質(zhì)量穩(wěn)定,尤其要注意對(duì)鍍液有害的雜質(zhì)尤其是重金屬元素的控制。
還原劑
用得最多的還原劑是次磷酸鈉,原因在于它的價(jià)格低、鍍液容易控制,而且合金鍍層性能良好。次磷酸鈉在水中易于溶解,水溶液的pH值為6。是白磷溶于NaOH中,加熱而得到的產(chǎn)物。目前國(guó)內(nèi)的次磷酸鈉制造水平很高,除了國(guó)內(nèi)需求外還大量出口。
絡(luò)合劑
化學(xué)鍍鎳溶液中除了主鹽與還原劑以外,最重要的組成部分就是絡(luò)合劑。鍍液性能的差異、壽命長(zhǎng)短主要取決于絡(luò)合劑的選用及其搭配關(guān)系。
絡(luò)合劑的第一個(gè)作用就是防止鍍液析出沉淀,增加鍍液穩(wěn)定性并延長(zhǎng)使用壽命。如果鍍液中沒(méi)有絡(luò)合劑存在,由于鎳的氫氧化物溶解度較小,在酸性鍍液中便可析出淺綠色絮狀含水氫氧化鎳沉淀。硫酸鎳溶于水后形成六水合鎳離子,它有水解傾向,水解后呈酸性,這時(shí)即析出了氫氧化物沉淀。如果六水合鎳離子中有部分絡(luò)合劑存在則可以明顯提高其抗水解能力,甚至有可能在堿性環(huán)境中以鎳離子形式存在。不過(guò),pH值增加,六水合鎳離子中的水分子會(huì)被OH根取代,促使水解加劇,要完全抑制水解反應(yīng),鎳離子必須全部螯合以得到抑制水解的最大穩(wěn)定性。鍍液中還有較多次磷酸根離子存大,但由于次磷酸鎳溶液度較大,一般不致析出沉淀。鍍液使用后期,溶液中亞磷酸根聚集,濃度增大,容易析出白色的NiHPO3.6H2O沉淀。加入絡(luò)合劑以后溶液中游離鎳離子濃度大幅度降低,可以抑制鍍液后期亞磷酸鎳沉淀的析出。
絡(luò)合劑的第二個(gè)作用就是提高沉積速度,加絡(luò)合劑后沉積速度增加的數(shù)據(jù)很多。加入絡(luò)合劑使鍍液中游離鎳離子濃度大幅度下降,從質(zhì)量作用定律看降低反應(yīng)物濃度反而提高了反應(yīng)速度是不可能的,所以這個(gè)問(wèn)題只能從動(dòng)力學(xué)角度來(lái)解釋。簡(jiǎn)單的說(shuō)法是有機(jī)添加劑吸附在工件表面后,提高了它的活性,為次磷酸根釋放活性原子氫提供更多的激活能,從而增加了沉積反應(yīng)速度。絡(luò)合劑在此也起了加速劑的作用。
能應(yīng)用于化學(xué)鍍鎳中的絡(luò)合劑很多,但在化學(xué)鍍鎳溶液中所用的絡(luò)合劑則要求它們具有較大的溶解度,存在一定的反應(yīng)活性,價(jià)格因素也不容忽視。目前,常用的絡(luò)合劑主要是一些脂肪族羧酸及其取代衍生物,如丁二酸、檸檬酸、乳酸、蘋(píng)果酸及甘氨酸等,或用它們的鹽類(lèi)。在堿浴中則用焦磷酸鹽、檸檬酸鹽及銨鹽。不飽和脂肪酸很少使用,因不飽和烴在飽和時(shí)要吸收氫原子,降低還原劑的利用率。而常見(jiàn)的一元羧酸如甲酸、乙酸等則很少使用,乙酸常用作緩沖劑,丙酸則用作加速劑。
穩(wěn)定劑
化學(xué)鍍鎳溶液是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,由于種種原因,如局部過(guò)熱、pH值提高,或某些雜質(zhì)影響,不可避免的會(huì)在鍍液中出現(xiàn)一些活性微粒—催化核心,使鍍液發(fā)生激烈的均向自催化反應(yīng),產(chǎn)生大量Ni—P黑色粉末,導(dǎo)致鍍液短期內(nèi)發(fā)生分解,逸出大量氣泡,造成不可挽救的經(jīng)濟(jì)損失。這些黑色粉末是高效催化劑,它們具有極大的比表面積與活性,加速了鍍液的自發(fā)分解,幾分鐘內(nèi)鍍液將報(bào)廢生效。穩(wěn)定劑的作用就在于抑制鍍液的自發(fā)分解,使施鍍過(guò)程在控制下有序進(jìn)行。穩(wěn)定劑是一種毒化劑,即毒性催化劑,只需加入痕量就可以抑制鍍液自發(fā)分解。穩(wěn)定劑不能使用過(guò)量,過(guò)量后輕則減低鍍速,重則不再起鍍。