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1 前 言
化學(xué)鍍鎳在化工機(jī)械、宇宙航空等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。隨著生產(chǎn)中對(duì)功能及裝飾性鍍層的要求越來(lái)越高。如何研制出更新的鍍鎳光亮劑已引起人們的極大興趣。在目前研制出的4代鍍鎳光亮劑中,第2代光亮劑鍍層質(zhì)量差,色澤偏淡米黃色[1]。第3代鍍鎳光亮劑以1,4 丁炔二醇與環(huán)氧類化合物的縮合物為代表,鍍層光亮平整,應(yīng)用廣泛,但出光速度慢,分解產(chǎn)物多。20世紀(jì)80年代末研制出的第4代光亮劑,其中初級(jí)光亮劑一般為柔軟劑,如武漢風(fēng)帆電鍍公司的柔軟劑中含有C12H11NO4S2和C2H3SO3Na的混合物[2],次級(jí)光亮劑以吡啶衍生物和丙炔醇衍生物及炔胺類化合物為典型代表,鍍液穩(wěn)定,分解產(chǎn)物少,但應(yīng)用缺乏普通性[3]。上述光亮劑絕大多數(shù)應(yīng)用于電鍍鎳工藝中,化學(xué)鍍鎳上使用的光亮劑報(bào)道較少。本文研制的化學(xué)鍍鎳光亮劑在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用表明,對(duì)鍍層有明顯的增光和整平作用。
2 試 驗(yàn)
2.1 工藝流程
試樣→鍍前預(yù)處理→水洗→化學(xué)鍍→水洗→鍍后處理→檢驗(yàn)→成品。
2.2 鍍液組成及工藝條件
絡(luò)合添加劑為有機(jī)酸的混合物,穩(wěn)定劑為重金屬鹽,光亮劑為2種重金屬鹽和有機(jī)酸鹽的混合物。
2.3 鍍層性能測(cè)試
(1)顯微硬度 厚度的測(cè)定采用HX 1型顯微硬度計(jì)測(cè)試。
(2)鍍層耐磨性測(cè)定 耐磨試驗(yàn)在M 2000型磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,上塊材料為GCr15,硬度59HRC,下環(huán)是被測(cè)試樣。負(fù)荷500N,轉(zhuǎn)速400r/min,20號(hào)機(jī)油潤(rùn)滑,持續(xù)磨損1h。試樣磨損前后質(zhì)量用FA1004電子天平稱量。
(3)耐腐蝕性測(cè)定 在5%NaCl溶液、10%H2SO4溶液和10%HCl溶液中進(jìn)行全浸試驗(yàn),浸入時(shí)間為144h。
(4)鍍層表面形貌及成分測(cè)定 分析儀器:日本島津EPMA 1600電子探針X射線波譜儀。分析參數(shù)為加速電壓15kV,樣品電流50mA,X射線分光晶體LiF、PET、L55A。
(5)鍍層組織及結(jié)構(gòu)測(cè)試 采用日本理學(xué)3015型X射線衍射儀分析和測(cè)試。
3 成分及結(jié)構(gòu)
3.1 鍍層成分
文獻(xiàn)[4]報(bào)道了高磷含量化學(xué)鍍鎳工藝的研究,最佳工藝條件下獲得了磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23%的高磷合金鍍層。本工藝在5種試驗(yàn)條件下鍍層中的磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布見(jiàn)圖1。光亮劑使用后獲得的高磷合金鍍層,磷含量隨著光亮劑用量的增加而提高。在鍍液組成和操作溫度相同時(shí),通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)表明,不含光亮劑時(shí)鍍層中的磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.237%。光亮劑用量2ml/L時(shí),磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.812%。當(dāng)光亮劑用量為6ml/L時(shí),鍍層中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到39.026%。而且鍍層中沒(méi)有光亮劑的成分,從而確定光亮劑沒(méi)有參加化學(xué)反應(yīng)。但提高了鍍層中磷的含量,說(shuō)明光亮劑對(duì)鍍液中磷的沉積有積極的促進(jìn)作用。
3.2 鍍層鍍態(tài)下的相結(jié)構(gòu)
根據(jù)電子顯微鏡觀察[5],鎳磷合金鍍層的結(jié)構(gòu)隨著磷含量的增加,從晶態(tài)向非晶態(tài)變化,大致情況是:含磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%左右時(shí)為微細(xì)晶態(tài),含磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%左右時(shí)為微細(xì)晶態(tài)+非晶態(tài),含磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%以上為非晶態(tài)。文獻(xiàn)[6]指出,只有鍍層成分在Ni P相圖共晶點(diǎn)11%附近時(shí),才能形成典型的非晶態(tài)組織。通過(guò)X射線衍射分析(見(jiàn)圖2)可以看出,低磷、高磷鍍層兩種測(cè)試結(jié)果在2θ=45°處均出現(xiàn)了饅頭峰,表明在兩種情況下鍍層都是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。但含8.5%P的低磷合金鍍層的衍射峰比較尖銳,而含15.8%P的高磷合金鍍層的衍射峰似饅頭包狀,且衍射峰向兩側(cè)漫散開(kāi)來(lái),是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的顯著特征。
4 鍍層性能測(cè)試
4.1 光亮劑應(yīng)用效果
工藝中使用光亮劑后,在反應(yīng)過(guò)程中鍍層表面的出光速度較快,一般只需15～20min鍍層便開(kāi)始光亮,且鍍層平整,結(jié)晶細(xì)致,達(dá)到了全光亮的效果。鍍液裝載量對(duì)鍍層的光亮度也有影響。一般來(lái)說(shuō),隨著鍍液裝載量的增加,鍍層光亮度降低。試驗(yàn)表明,為了獲得光亮的鍍鎳層,鍍液裝載量以低于2.4dm2/L為佳。同時(shí),基體表面的光潔度愈高,出光速度就越快,獲得的鍍層表面光澤度也越好。
4.2 光亮劑對(duì)沉積速度的影響
文獻(xiàn)[7]報(bào)道了在高磷高速化學(xué)鍍鎳磷合金工藝中各成分對(duì)沉積速度的影響,確定最佳條件下的沉積速度為18～30μm/h。本工藝中光亮劑用量對(duì)沉積速度的影響見(jiàn)圖3,光亮劑用量在1～2ml/L范圍內(nèi)時(shí),沉積速度降低較快,隨后變化相對(duì)平緩。沉積速度隨著光亮劑用量的增加而降低,表明光亮劑對(duì)沉積速度有一定的抑制作用。
4.3 光亮劑對(duì)鍍層顯微硬度及磨損率的影響
鍍液中光亮劑用量對(duì)鍍層鍍態(tài)下的硬度和磨損率的影響見(jiàn)圖4,隨著光亮劑用量的增加,鍍層鍍態(tài)下的顯微硬度逐漸降低。與文獻(xiàn)[8]所述的鍍層鍍態(tài)下的硬度隨磷含量的增加而降低是基本一致的。光亮劑用量控制在3ml/L以下時(shí),鍍態(tài)硬度在440～500HV間。鍍層鍍態(tài)下的磨損率隨著光亮劑用量的增加而提高。鍍液中光亮劑用量為1～2ml/L時(shí),鍍層的磨損率略高于不加光亮劑時(shí)鍍層的磨損率0.00384mg/cm2·h。使用光亮劑后鍍層硬度的降低和磨損率的提高,主要是由于非晶態(tài)高磷合金鍍層中固溶態(tài)的磷原子增加所致。
4.4 光亮劑對(duì)鍍層腐蝕率的影響
鍍液中光亮劑用量對(duì)腐蝕率的影響見(jiàn)圖5。腐蝕結(jié)果表明,在5%NaCl溶液中,光亮劑對(duì)腐蝕率影響不大,且腐蝕速率較低。因?yàn)楦吡缀辖疱儗与S著磷含量的增加,使鍍層的自鈍化能力增加而使鍍層表面富集一層磷,在腐蝕環(huán)境下形成完整致密的磷化鈍化膜,對(duì)基體起到了很好的保護(hù)作用。同時(shí),由于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)無(wú)偏析、位錯(cuò)等缺陷,不能形成局部腐蝕電池,故耐腐蝕性好[9]。但10%HCl溶液對(duì)鍍層腐蝕率影響較大,腐蝕率隨著光亮劑用量的增加而增加。一般情況下,鍍層的耐腐蝕性隨著磷含量增加而提高,但當(dāng)含磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)13%時(shí),耐腐蝕性便有所降低[5]。光亮劑加入3ml/L后,鍍層中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)超過(guò)了20%,從而大大降低了鍍層的耐腐蝕性。從耐腐蝕性角度考慮,為獲得耐腐蝕性能好的鎳磷合金鍍層,光亮劑用量應(yīng)控制在1～2ml/L為宜。
5 結(jié) 論
(1)光亮劑使用后,獲得了非晶態(tài)高磷合金鍍層。鍍層中固溶磷原子的增加,起到了明顯的增光效果,提高了裝飾性鍍層的表面質(zhì)量。
(2)在反應(yīng)過(guò)程中,鍍層表面出光速度快,一般只需15～20min鍍層便開(kāi)始光亮。且光亮劑用量少,持續(xù)出光時(shí)間長(zhǎng),鍍液穩(wěn)定可靠。
(3)光亮劑沒(méi)有參加化學(xué)反應(yīng),對(duì)磷的沉積有積極的促進(jìn)作用。提高了鍍層中的磷含量。當(dāng)磷含量過(guò)高時(shí),會(huì)降低耐腐蝕性。本工藝中光亮劑用量應(yīng)控制在1～2ml/L為宜。
