N-240C型柔軟劑對鍍鎳層性能的影響

姜吉瓊， 李明模

（1.桂林理工大學 廣西礦冶與環境科學實驗中心，廣西 桂林541004；2.桂林理工大學 廣西建筑新能源與節能重點實驗室，廣西 桂林541004）

0 前言

添加劑對鍍鎳層的質量起著至關重要的作用。通過合理地選擇添加劑類型并控制其用量，能夠很好地改善鍍鎳層的表面形貌，使其具有一定的光澤度，同時還能夠優化其延展性，減少氫脆及消除內應力。在工業上，通常向鍍液中加入一種含硫有機化合物，使鍍鎳層的內應力降低，從而提高鍍鎳層的韌性或延展性。本文選擇N-240C型柔軟劑作為應力消除劑，初步探討其體積分數對氨基磺酸鹽鍍液體系中所得鍍鎳層性能的影響。

1 實驗

1.1 主要儀器和試劑

儀器：高頻開關整流器，X-ray膜厚測試儀，鹽霧試驗機，干燥箱，CHI 860D型電化學工作站。

試劑：電鍍級的SC-217型熱浸脫脂劑、硫酸、氨基磺酸鎳、氯化鎳、硼酸、N-240C型柔軟劑；分析純的氨基磺酸、堿式碳酸鎳。

基材：陰極選用黃銅片，規格為100mm×60 mm×0.3mm；陽極采用純度為99%的純鎳板，規格為55mm×61mm×1.27mm。

1.2 前處理

前處理主要是去除零件表面的浮灰、殘渣、油脂、氧化皮等各種腐蝕產物，使基體金屬呈現潔凈的表面，接受金屬離子的沉積，以獲得完整致密的鍍層。如果前處理不徹底，鍍件就會出現起泡、脫皮的現象，嚴重時鍍不上鍍層，致使鍍件報廢?；w前處理一般包括以下幾個方面：整平、除油、酸洗、弱浸蝕等［1］。實驗前，將打磨過的黃銅試片放入50～60℃的SC-217型熱浸脫脂劑中除油5min；取出后，用純凈水清洗；再放入15%的硫酸活化液中酸洗10s；最后再次用純凈水清洗。水洗完成后，馬上放入氨基磺酸鎳鍍液中進行電鍍。

1.3 鍍液組成及工藝條件［2］

氨基磺酸鎳80～110g／L，氯化鎳8～15g／L，硼酸34～40g／L，N-240C型柔軟劑2～5mL／L，pH值3.8～4.6，2A／dm2，空氣攪拌，55～65℃，5min。

1.4 工藝流程

1.5 性能測試

1.5.1 外觀檢查

根據目測經驗評定法對光亮度進行分級。分級標準為［3］：1級鍍層光亮如鏡，能清晰分辨出人的五官和眉毛；2級鍍層表面光亮，能看出人的五官和眉毛，但眉毛部分不夠清晰；3級鍍層表面光亮度較差，但能看出人的五官輪廓，只是眉毛部分模糊；4級鍍層基本上無光澤，看不清人的五官輪廓。同時注意觀察鍍層表面狀態。

1.5.2 結合力和附著力檢查

將鍍鎳后的試片置于干燥箱中，于250℃下保溫1h后水淬，若無起泡或脫落現象，則鍍鎳層的結合力好。將鍍鎳后的試片彎曲90°后放大4倍，若無脫落、起泡或裂紋現象，則鍍鎳層的附著力好。

1.5.3 耐蝕性試驗

將鍍鎳后的試片置于鹽霧試驗機中進行48h的中性鹽霧試驗，檢查鍍層的耐蝕性。主要考慮以下幾個方面：試驗后的外觀；去除腐蝕產物后的外觀；腐蝕缺陷（如點蝕、裂紋、氣泡等）的分布和數量；開始出現腐蝕的時間。

1.5.4 應力試驗

在電鍍過程中，由于金屬的結晶具有一定的變形或有異相滲入，會產生一定內應力，這種現象在鍍鎳過程中尤為明顯。鍍層的內應力可以分為兩類：一類是使鍍層體積有膨脹趨勢的應力，稱之為壓應力；另一類是使鍍層體積有收縮趨勢的應力，稱之為拉應力。通過陰極彎曲法測量鍍鎳層的內應力。由于鍍層的內應力與陰極曲率半徑成反比，故采用鍍后黃銅試片的曲率來半定量地表征鍍層的內應力。黃銅試片單面鍍鎳。如果鍍層面向上彎成凹面，顯示鍍層為拉力狀態，鍍層面的凹面曲率表示鍍層的拉力［4］。

1.5.5 耐熱性能試驗

將鍍鎳后的試片置于干燥箱中，于（538±8）℃下保溫2.5h。通過觀察鍍層外觀有無起泡或裂紋現象，以考核其耐熱性能。

2 結果與討論

2.1 鍍層的光亮度

圖1為N-240C型柔軟劑的體積分數對鍍層光亮度的影響。由圖1可知：N-240C型柔軟劑的加入對鍍層光亮度的影響并不大。N-240C型柔軟劑的體積分數從0.2mL／L增加到16.0mL／L時，鍍鎳層的光亮度變化不大。整體上鍍層表面都不能算是光亮，只能看出人的五官輪廓，眉毛部分模糊。從局部看，不加N-240C型柔軟劑或加少量時，在試片的高電流區明顯有“白霧”，有時還會出現針孔；隨著N-240C型柔軟劑的持續加入，高電流區的“白霧”會淡去，針孔也消失；當加到3.0mL／L時，整個試片才出現全光亮，沒有“白霧”和針孔；當加到12.0 mL／L后，對鍍鎳層光亮度的影響趨于平緩。

圖1 N-240C型柔軟劑對鍍層光亮度的影響

2.2 鍍層的結合力和附著力

對空白鍍層和添加N-240C型柔軟劑的鍍層進行結合力檢測，鍍層均無起泡和脫落現象；試片經90°來回反復的彎折，鍍層無明顯脫落。這說明鍍層具有很好的結合力和附著力，同時說明N-240C型柔軟劑的加入對鍍層結合力和附著力的影響不大。

2.3 鍍層的耐蝕性

鍍鎳層腐蝕速率的測定在鹽霧試驗箱中進行，用5%的NaCl溶液在20℃下進行鹽霧試驗，持續浸入時間為48h。首先對鍍鎳試片稱重和測膜厚，得出試驗前的質量和膜厚。試驗結束后，將試片洗凈、烘干，稱重、測膜厚，并放在顯微鏡下觀察它的外觀及檢測其機械性能等。通過如下公式計算其腐蝕速率：

式中：v為腐蝕速率，mg／（cm·h）；t為試驗時間，h；m1，m2分別為試驗前、后試片的質量，mg；h1，h2分別為試驗前、后試片的膜厚，cm。鍍鎳層的耐蝕性隨N-240C型柔軟劑體積分數的變化，如圖2所示。由圖2可知：在5%的NaCl溶液中，N-240C型柔軟劑的體積分數對鍍層耐蝕性的影響不大；另外，其鹽霧試驗后的外觀變化不明顯，只是輕微的點蝕。

圖2 N-240C型柔軟劑對鍍層腐蝕速率的影響

2.4 鍍層的內應力

陰極彎曲法是對內應力的一種半定量描述，陰極曲率半徑的倒數即為鍍層的內應力，陰極曲率越大，內應力越大。鍍層內應力隨N-240C型柔軟劑體積分數的變化，如圖3所示。由圖3可知：當N-240C型柔軟劑的體積分數很低時（0～2mL／L），鍍層表現出拉應力，尤其是當N-240C型柔軟劑的體積分數低于0.8mL／L時，鍍層易有針孔和出現“白霧”；隨著N-240C型柔軟劑的體積分數的升高，鍍層的拉應力明顯降低；當升高到3mL／L時，鍍層的內應力最低，接近零；繼續升高，鍍層的內應力由拉應力轉變為壓應力，并且呈現增加趨勢。由此可見，當N-240C型柔軟劑的體積分數為3mL／L時，鍍鎳層的性能最優。

圖3 N-240C型柔軟劑對鍍層內應力的影響

2.5 氨基磺酸鎳對鍍層性能的影響

在氨基磺酸鎳鍍液中，主鹽是Ni（NH2SO3）2·4H2O，其質量濃度與鍍層質量（如鍍層的結晶狀況及理化性能等）和沉積速率關系密切。表1為氨基磺酸鎳的質量濃度對鍍層性能的影響。由表1可知：隨著電解液中氨基磺酸鎳的質量濃度的增加，鍍層的內應力逐漸減??；氨基磺酸鎳的質量濃度為60～140g／L時，得到的鍍層具有良好的結合力及較低的應力和氫脆性能。但一般來說，電解液的質量濃度過高，不僅鍍液的黏度增大、槽電壓增加，而且工件出槽時帶出的鍍液損失也增加。這樣不僅浪費原材料，還增加了廢水處理量，不符合電鍍清潔生產的要求［2］。

表1 氨基磺酸鎳的質量濃度對鍍層性能的影響

3 結論

（1）N-240C型柔軟劑的加入使鍍鎳層的光亮度有所改善。雖達不到鏡面光亮，但可消除鍍層表面的“白霧”及減少針孔，使鍍層柔和、光澤、平整。

（2）加入N-240C型柔軟劑后，獲得的鍍鎳層與基體結合良好，附著力強，耐蝕性好。

（3）N-240C型柔軟劑的加入，可降低和消除鍍層的內應力。

（4）電解液的溫度為65℃，pH值為3.8，N-240C型柔軟劑的體積分數為3mL／L，電流密度為2A／dm2，主鹽Ni（NH2SO3）2·4H2O的質量濃度為95g／L時，所得鍍鎳層的性能最優。

［1］樊菊紅.電鍍鎳添加劑的研究［D］.西安：西安理工大學，2006.

［2］王輝.氨基磺酸鹽低應力鍍鎳工藝［J］.腐蝕與防護，2010，31（9）：726-728.

［3］張景雙，石金聲，石磊，等.電鍍溶液與鍍層性能測試［M］.北京：化學工業出版社，2003：7-9.

［4］李延偉，姚金環，楊哲龍.氨基磺酸鹽鍍鎳過程中內應力產生及變化的因素與機理［J］.材料保護，2008，41（10）：34-36.