新型化學(xué)鍍鎳光亮劑的研究
慧聰表面處理網(wǎng)：高亭亭，邢秋菊，曾江保，劉建建，高志，廖蘇華，鄒建平
(南昌航空大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江西南昌330063)
摘要：采用正交試驗(yàn)對以鉍鹽和吡啶衍生物為主要成分的新型化學(xué)鍍鎳復(fù)合光亮劑的組成進(jìn)行了優(yōu)化，化學(xué)鍍鎳液的組成及工藝條件為：NiS04•6H2025g/L，NaH2P02•H2028g/L，CH3COONa15g/L，蘋果酸6g/L，乙酸10mL/L，乳酸10mL/L，裝載量1.0dm2/L，pH4.5～5.5，80～85℃，20～30min。得到光亮劑的最佳組成為：Bi(N03)36mg/L，白屈菜氨酸或鄰菲口羅啉2mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L，CuS04•5H202mg/L。化學(xué)鍍鎳液中加入新型復(fù)合光亮劑后，可制得幾乎為鏡面光亮的、耐蝕性和結(jié)合力良好的鎳鍍層。該光亮劑的用量小，對鍍速影響較小（仍在20μm/h以上）。
關(guān)鍵詞：化學(xué)鍍鎳；光亮劑；鉍鹽；吡啶衍生物；鍍速；光亮度
中圖分類號：TQ153.12文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號：1004-227X(2012)05-0027-03
1前言
化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層具有良好的性能，已廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域。但隨著時代發(fā)展，眾多領(lǐng)域不僅要求化學(xué)鍍鎳產(chǎn)品具備更好的功能，還要有更高的裝飾性。因此，新型光亮劑的研究引起了化學(xué)鍍研究工作者的極大關(guān)注。鍍鎳光亮劑發(fā)展至今，經(jīng)歷了4個階段：第1代為鎘鹽等無機(jī)光亮劑，第2代為丁炔二醇與糖精，第3代為丁炔二醇與環(huán)氧化合物的縮合物及糖精，第4代為中間體復(fù)配的次級光亮劑與作為初級光亮劑的柔軟劑。在目前已研制出的4代光亮劑中，第2代光亮劑鍍層質(zhì)量差，色澤偏向于淡米黃色，第3代光亮劑鍍層光亮平整，但出光慢、鍍液不穩(wěn)定。第4代光亮劑為目前的主流光亮劑，鍍液穩(wěn)定，但仍未得到廣泛使用。值得注意的是，以上光亮劑大多用于電鍍鎳，有關(guān)化學(xué)鍍用光亮劑的報道則較少。本文研究了一種由金屬鹽和有機(jī)物組成的新型化學(xué)鍍鎳光亮劑，制得全鏡面光亮的化學(xué)鍍鎳層，并研究了鍍層的相關(guān)性能[1-3]。
2實(shí)驗(yàn)
2.1基材及預(yù)處理
采用3cm×6cm的45鋼片為基體，其預(yù)處理流程為：化學(xué)除油(Na2C0340g/L，Na3P04-12H2025g/L，NaOH10g/L，非離子型表面活性劑7.5g/L，75℃，10～20min)──蒸餾水洗──活化[φ(HCl=24%]──蒸餾水洗。
2.2鍍液配方與工藝[4]
2.3性能測試
2.3.1鍍速
采用稱重法[5]，用電光分析天平[梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司]準(zhǔn)確稱量施鍍前后試樣的質(zhì)量，按
以下公式計(jì)算：
式中，v為鍍速(μm/h)，mo、m分別為施鍍前、后試樣的質(zhì)量(g)，ρ為鍍層密度(本實(shí)驗(yàn)為中磷化學(xué)鍍鎳層，故ρ取7.9g/cm3)，A為試樣表面積(cm2)，t為施鍍時間(h)。
2.3.2耐蝕性
采用耐硝酸點(diǎn)蝕法：室溫下，將鍍后試片按長度方向的一半浸入濃硝酸中，另一半暴露于空氣中，記錄試片浸入至表面出現(xiàn)第1個變色點(diǎn)的時間。
2.3.3結(jié)合力
參照GB/T5270-2005《金屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學(xué)沉積層附著強(qiáng)度試驗(yàn)方法評述》，采用彎曲法測試，反復(fù)彎曲試片至基體斷裂，斷裂處鍍層不起皮、不脫落為合格。
2.3.4光亮度
以光反射率為100%的鏡面作參比，用島津UV-240型紫外一可見分光光度計(jì)測定鍍層的光反射率[6]，波長范圍為600～800nm，用光反射率來表征鍍層的光亮度。
3結(jié)果與討論
3.1復(fù)合光亮劑配方的優(yōu)化
復(fù)合光亮劑一般由無機(jī)鹽、吡啶衍生物和表面活性劑組成[6]。本文選擇Bi2(S04)3、Bi(N03)3作無機(jī)鹽，白屈菜氨酸(CAM)、鄰菲噦啉作吡啶衍生物，十二烷基磺酸鈉(SDS)為表面活性劑進(jìn)行化學(xué)鍍。以Bi鹽、十二烷基磺酸鈉及吡啶衍生物為因素，以鍍層的光亮度為性能指標(biāo)，按L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，以得到較優(yōu)組合的復(fù)合光亮劑，結(jié)果如表1、2所示。
從表1可知，復(fù)合光亮劑組合1的較優(yōu)配方為：Bi(N03)36mg/L，白屈菜氨酸2mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L。
從表2可知，復(fù)合光亮劑組合2的較優(yōu)配方為：Bi2(S04)36mg/L，鄰菲噦啉2mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L。
Bi2(S04)3的溶解性不太好，所以選用溶解性較好的Bi(N03)3。另有研究表明，硫酸銅有助于提高鍍層的光亮度[7]。表3為CuS04•5H20對化學(xué)鍍鎳層光亮度的影響。加入2mg/LCuS04•5H20后，Ni鍍層的光反射率（即光亮度）提高，表明少許硫酸銅的存在確實(shí)有利于提高鍍層的光亮度。因此，復(fù)合光亮劑的最優(yōu)配方為組合3和4。
3.2復(fù)合光亮劑對鍍層性能的影響綜合上述分析得到復(fù)合光亮劑的最優(yōu)組合為：Bi(N03)36mg/L，白屈菜氨酸或鄰菲噦啉2mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L，CuS04•5H202mg/L。光亮劑一般都會影響化學(xué)鍍鎳的鍍速和鍍層性能，因此，研究了復(fù)合光亮劑最優(yōu)組合3和4對鍍速和鍍層性能的影響。
3.2.1外觀
圖la是在不含光亮劑的鍍液中對45鋼施鍍30min得到的Ni鍍層表面照片，圖lb、lc是在分別加入復(fù)合光亮劑組合3、4的鍍液中對45鋼施鍍12min后得到的Ni鍍層表面照片。由圖1可知，復(fù)合光亮劑可明顯提高鍍層的光亮度；往鍍液中加入復(fù)合光亮劑后，鍍層的出光速率明顯加快，一般10～15min就能達(dá)到待而效果。
3.2.2鍍速
分別在含組合l、2、3、4復(fù)合光亮劑及不含光亮劑的化學(xué)鍍鎳液中對45鋼進(jìn)行施鍍，鍍速分別為24.07、20.26、23.91、23.56及23.5μm/h。這表明，優(yōu)化的復(fù)合光亮劑對鍍速的影響不大，對鎳的沉積不具有抑制作用，加入光亮劑后鍍速仍在20μm/h以上。另外，以白屈菜氨酸作光亮劑中的吡啶衍生物（組合2、3）時的鍍速高于以鄰菲噦啉作吡啶衍生物（組合1、4）時的鍍速。
3.2.3結(jié)合力及耐蝕性
彎曲試驗(yàn)表明，所有鍍層表面都無脫落或起皮現(xiàn)象。硝酸點(diǎn)蝕試驗(yàn)表明，從含最優(yōu)組合光亮劑的鍍液中所得Ni鍍層的耐硝酸點(diǎn)蝕時間均大于260s。因此，從含最優(yōu)組合光亮劑鍍液中所得化學(xué)鍍Ni層不僅具有高光亮的外觀，而且具有良好的結(jié)合力和耐蝕性，符合工業(yè)化應(yīng)用的基本要求。
4結(jié)論
(1)復(fù)合光亮劑的最佳配方為：Bi(N03)36mg/L，CuS04-5H202mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L，白屈菜氨酸或鄰菲噦啉2mg/L。鍍液中加入該復(fù)合光亮劑后，鍍層光亮度明顯提升，幾乎達(dá)鏡面效果，具有很好的裝飾性。
(2)鍍液中添加復(fù)合光亮劑后，鍍層表面的出光速率加快，一般10～15min就能達(dá)到鏡面效果，且光亮劑用量少，鍍液性能穩(wěn)定，鍍速基本不受影響（仍保持在20μm/h以上），而且鍍層具有良好的耐蝕性和結(jié)合力，符合工業(yè)應(yīng)用的要求。
參考文獻(xiàn)略
責(zé)任編輯：侯俊梅
