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劉瓊 李寧 吳永明
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系，黑龍江哈爾濱150001)
摘要：使用丙酸一乳酸體系化學(xué)鍍低磷Ni一P合金，研究了鍍液中鎳與磷的濃度比、乳酸、丙酸、pH對(duì)鍍速和磷含量的影響，并得到了最佳低磷化學(xué)鍍Ni一P合金工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提高硫酸鎳與次磷酸鈉的質(zhì)量濃度比和pH，降低乳酸和丙酸的質(zhì)量濃度，有利于得到低磷化學(xué)鍍Ni一P合金層。
關(guān)鍵詞：低磷;化學(xué)鍍;磷含量;Ni一P合金
中圖分類號(hào)：TQ153.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
引言
化學(xué)鍍鎳一磷合金是一種新型的表面處理技術(shù)，控制鍍層中的含磷量可以獲得諸多性能的鍍層。因此化學(xué)鍍鎳一磷合金廣泛應(yīng)用在電子、計(jì)算機(jī)、航天航空、汽車、印刷、醫(yī)療器械等各個(gè)領(lǐng)域。美國的ASTM標(biāo)準(zhǔn)中B733一以對(duì)化學(xué)鍍鎳一磷合金鍍層的磷含量和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定，低磷化學(xué)鍍Ni一P合金的磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%一4%，鍍層結(jié)構(gòu)為微晶態(tài)，硬度在620一75OHv，通常用作耐磨的表面。磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%一3%的Ni一P合金鍍層結(jié)構(gòu)也是微晶結(jié)構(gòu)，用作電子元件的可焊性和粘合性處理，增加導(dǎo)電性和對(duì)強(qiáng)堿溶液的防腐蝕性能。
低磷化學(xué)鍍Ni一P合金與中磷和高磷Ni一P合金相比具有一些優(yōu)勢(shì):1)硬度高，可達(dá)70HV，熱處理后可達(dá)10 HV;2)具有優(yōu)異的耐磨性，其耐磨性能與硬鉻和鎳一硼合金很相似;3)耐蝕性好;4)電磁性能優(yōu)越;5)應(yīng)力均勻，而且它可以替代與之性能相近的鎳一硼合金。
此外，工藝操作范圍寬是低磷化學(xué)鍍Ni一P合金的顯著優(yōu)點(diǎn)，pH一般在5一8，溫度為60一90℃。
低磷化學(xué)鍍鎳的硬度高、耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)使其有可能替代電鍍硬鉻。僅就化工原材料的成本看，得到同樣厚度的鍍層，鍍硬鉻比化學(xué)鍍鎳一磷合金要便宜60%一50%。但綜合考慮各種因素，例如鍍層的均勻性、物理化學(xué)性質(zhì)等，化學(xué)鍍鎳一磷合金具有更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。從設(shè)備成本來說，兩者接近。因此，低磷化學(xué)鍍鎳一磷合金諸多優(yōu)異性能使得開發(fā)低磷化學(xué)鍍鎳一磷合金工藝成為一種需求。
1 實(shí)驗(yàn)方法及儀器
試樣 為 Z cmx3cm的紫銅片。
1.1 鍍速及鍍層磷含量測(cè)試方法
1) 用稱量法測(cè)定鎳層沉積速度。
2) 鍍層中磷含量采用弘一ExPforer能量色散型的X一射線熒光光譜儀(XRF)測(cè)試。
1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
HH 恒 溫 水浴鍋、78一1型磁力加熱攪拌器(江蘇金壇市中大儀器廠);pH檢測(cè)計(jì)(梅特勒托利多上海有限公司);電子天平(梅特勒托利多上海有限公司);X一射線熒光光譜儀(德國Brukeraxs公司)。
2.結(jié)果與討論
本實(shí)驗(yàn)選取NISO;·6H200.lmoFL，NaHZPoZ·H20、乳酸、丙酸(濃度待定)，其它輔助添加劑分別為:十二烷基磺酸鈉sm擴(kuò)L，UPS(穩(wěn)定劑)30m歲L，施鍍溫度為85一8℃。
2.1 鎳與磷的濃度比對(duì)鍍速和磷含量的影響
鍍液中鎳鹽的質(zhì)量濃度不變，通過改變次磷酸鈉的質(zhì)量濃度得到不同的硫酸鎳與次磷酸鈉的質(zhì)量濃度比(以下用k表示)，考察其對(duì)鍍速和鍍層磷含量的影響，如圖1和圖2所示。從圖中可以看出，隨著k值增大，鍍速和磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì)。這是由于鎳的質(zhì)量濃度不變時(shí)，k值增大意味著次磷酸鈉的質(zhì)量濃度減少，造成反應(yīng)速率下降，高的k值有利于獲得低磷鍍層。
2.2 乳酸對(duì)鍍速和磷含量的影響
通過改變?nèi)樗岬馁|(zhì)量濃度，測(cè)得不同乳酸質(zhì)量濃度對(duì)鍍速和鍍層磷含量的影響，如圖3和圖4所示。從圖中可以看出，乳酸作為絡(luò)合劑也是影響鍍速和磷含量的一個(gè)重要因素，而且鍍速有一個(gè)最高點(diǎn)。隨乳酸質(zhì)量濃度的增加，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升局勢(shì)，減小乳酸濃度有利于獲得低磷鍍層。
2.3 丙酸對(duì)鍍速和磷含量的影響
圖5和圖6是丙酸的質(zhì)量濃度與鍍速和磷含量的關(guān)系曲線。
在圖 5中 隨著丙酸質(zhì)量濃度的變化，鍍速也有一個(gè)最高點(diǎn)，與乳酸類似，這一規(guī)律與每一種絡(luò)合劑用量與沉積速率關(guān)系有一個(gè)最高點(diǎn)的結(jié)論是相吻合的。隨丙酸質(zhì)量濃度的加大，丙酸對(duì)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響不是很明顯，但也呈上升趨勢(shì)。因此減小丙酸質(zhì)量濃度有利于獲得低磷鍍層。
2.4 pH對(duì)鍍速和磷含里的影響
pH 也是化學(xué)鍍鎳一磷合金中的一個(gè)重要因素，圖7和圖8分別表示pH對(duì)鍍速和鍍層磷含量的影響。從圖中可以看出pH增大，鍍速升高，而磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，因此高的pH有利于得到低磷鍍層。
2.5 配方優(yōu)化
通過實(shí)驗(yàn)，最后所得的最佳溶液組成及工藝條件如下:
硫酸鎳 0.lmol/L
次磷酸鈉 0.15一0.25mol/L
乳酸 19一21g/L
丙酸 8.5~9.5g/L
十二烷基磺酸鈉 8mg/L
UIS 30mg/L
PH 6.0士0.3
溫度 85~88℃
3 結(jié)論
1)硫酸鎳與次磷酸鈉質(zhì)量濃度比的增大會(huì)使鍍液鍍速和鍍層磷含量均下降。
2) 乳酸質(zhì)量濃度的增加，鍍速達(dá)到某一峰值后開始下降，同時(shí)乳酸質(zhì)量濃度的增加使得鍍層磷含量降低。同樣丙酸也具有這一趨勢(shì)。
3)高pH有利于得到低磷化學(xué)鍍Ni一P合金，且提高了沉積速度。
4) 經(jīng)過優(yōu)選確定的配方，具有高速低磷的工藝特點(diǎn)。
