3.6 化學鍍鎳預處理工藝

3.6.1 化學鍍鎳為什么要預處理？

電鍍產品質量問題的80%以上都出在預處理工序，化學鍍鎳預處理工藝則顯得更為重要。這是因為在電鍍過程中工件作為陰極，而電子作為還原劑來還原金屬離子獲得鍍層，這時可以通過調節陰極的極化度等各項參數來獲得與基體結合力良好的、能在基體上進行外延生長的最初始鍍層。而化學鍍鎳基合金采用的是化學藥品作為還原劑，還原劑在具有催化活性的催化表面被氧化而放出電子。這種電子無法在電極表面被加速，因而也不具備很高的能量，所以化學鍍件預處理需要獲得比電鍍件更為清潔、更加具有均勻活性的表面。金屬表面的斷面模型圖如圖3-52所示，從圖中可以看出工件進行化學鍍前經過機械加工、熱加工和空氣暴露后，其表面存在加工殘余應力層、氧化層、油脂和污垢。只有在前處理工序中除去所有的這些表面的物質，露出基體表面，才能得到好的鍍層。化學鍍鎳前處理也包括脫脂、酸洗、活化等工序，但其要求比電鍍更為嚴格。

圖3-52 金屬表面的斷面模型圖

3.6.2 化學鍍鎳過程中如何進行有機溶劑脫脂？

有機溶劑脫脂是可皂化油和不可皂化油在有機溶劑中的溶解過程。這種方法的優點是脫脂速率快，對金屬無腐蝕，工業生產中應用普遍。常用的有機溶劑有：汽油（易燃）、甲基乙基酮（易燃）、丙酮（易燃）、苯（易燃、有毒）、溶劑石腦油（易燃、不經濟）、四氯化碳（有腐蝕性）。目前常使用的是氯化烴系溶劑，其中主要有三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷。有機溶劑脫脂對設備和脫脂方式有一定的要求。如果僅僅用蘸有溶劑的碎布擦拭工件表面，或者在盛有溶劑的大桶內將工件浸泡一下，非但達不到理想的脫脂效果，反而會使溶解于溶劑中的污垢物黏附到工件表面上，因而最好采用浸漬→蒸氣聯合或浸漬→噴淋→蒸氣聯合脫脂方式。清洗裝置的結構形式有單槽式、多槽式，此外還有噴射式和附設有鏈式輸送機的清洗裝置，如圖3-53所示。

圖3-53 溶劑清洗設備示意圖

a）單槽式 b）槽式平移 c）復槽式 d）三槽式 e）噴流式

3.6.3 化學鍍鎳堿性脫脂的內容是什么？

堿性脫脂是指用含有堿性化學藥劑的處理液除去表面油污的方法。這種方法實質是靠皂化和乳化作用脫脂。當帶有油污的零件放入堿性脫脂溶液中時，可皂化油與堿發生皂化反應，反應生成的肥皂和甘油都能很好地溶解于水中，所以只要有足夠的堿和具有使油污表面更新的條件（溶液的運動），可皂化油就可以從零件表面完全除掉。非皂化油只能靠乳化作用脫脂，脫脂液中必須加入乳化劑，促進乳化作用的進行。乳化劑是一類表面活性劑，它在溶液中的分布是不均勻的，吸附富集在界面上，降低油液界面張力，使油與溶液的接觸面積增大，使油膜變成小油滴分散在溶液中。堿性化學脫脂通常有下列組分：氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、乳化劑和表面活性劑，其典型的溶液配方及工藝條件如表3-25所示。

表3-25 堿性化學脫脂溶液配方及工藝條件

3.6.4 化學鍍鎳電化學脫脂的內容是什么？

電化學脫脂是將工件浸入脫脂液中，并以此作為陰極或陽極進行電解而除去油污的方法。該法脫脂速率快，脫脂干凈徹底，是工廠應用最為重要的一種脫脂方法。

電化學脫脂是將黏附油污的金屬零件浸入電解液，使油與堿液之間的界面張力大大地降低，油膜便產生裂紋。同時，由于通電使電極極化，電極與堿液間的界面張力大大地降低，溶液對金屬表面的潤濕性加強，溶液便從油膜不連續處和裂紋處對油膜產生排擠作用，油膜與電極表面的接觸角便大大地減少。因此，油對金屬表面的附著力就大大減弱。與此同時，在電流的作用下，電極上發生電解反應，析出大量氫氣或氧氣，這些氣體以大量小氣泡的形式逸出，對油膜起到了撕裂和分散的作用，同時氣泡還起到了強烈的攪拌作用，使得油污被強烈乳化，將油污除去。實際上電化學脫脂中還存在著化學脫脂過程。

3.6.5 化學鍍鎳電解脫脂的內容是什么？

電解脫脂包括陰極脫脂（工件作為陰極）、陽極脫脂（工件作為陽極）、交替電解脫脂（PR脫脂）等。陰極脫脂是利用析出的氫氣清脫脂污，但要求脫脂液很清潔，基體有滲氫的可能，一般僅用作非鐵金屬脫脂，很少用于鋼件。盡管氫氣大量析出，攪拌作用激烈，但表面幾乎不受腐蝕，被活化的表面有利于與鍍層結合牢固。陽極脫脂利用工件表面析出的氧氣沖刷污物并對溶液進行攪拌，促使油污脫離表面的一種方法。陽極脫脂“析氧”不如陰極脫脂“析氫”激烈，但有不易產生氫脆的優點，也不會出現鍍層夾雜，對于非鐵金屬可采用換向脫脂。對于鋅壓鑄件最佳的脫脂方法，是以表面活性劑為主的稀堿性溶液中陽極脫脂1～2min，脫脂后工件表面較為清潔。電解脫脂液的配方及工藝條件如表3-26所示，其各組分作用同化學脫脂。

表3-26 電解脫脂液的配方及工藝條件

3.6.6 如何進行化學鍍鎳清潔度的檢驗？

清潔度的檢驗方法有：揩拭法、水潤濕法、置換鍍法、熒光染料法、放射線法、橢圓對稱法、反射型紅外吸收光譜等。

（1）揩拭法 用清潔柔軟的白紙揩拭金屬表面，然后檢查黏附在紙上的污染物質。使用的白紙最好是化學實驗擦拭器皿用的清潔紙。對于白色殘留物或白色生成物用黑色布為宜，因為肉眼檢查的靈敏度不高。

（2）水潤濕法 金屬表面一旦附著油脂，便不能被水潤濕，水潤濕法是利用這一原理而進行的。水潤濕法還分水滴試驗法、接觸角測量試驗法、掛水試驗法、噴霧試驗法。水滴試驗法又稱水珠試驗法，將水珠滴在工件表面，脫脂不徹底的表面，水滴成球形，表面傾斜時會滾落下來，脫脂徹底時，水滴散布在表面呈水膜狀。接觸角測量試驗法是指用接觸角測量儀測定滴在表面上的水滴接觸角的方法。接觸角越小，表明脫脂程度越高。測量在恒溫恒濕的室內進行，被檢表面必須保持水平、無振動。掛水試驗法是將被檢物放入水中，然后提起，或者往表面上澆水，使水覆蓋表面，觀察掛水后水膜被油膜間斷的狀態的方法。噴霧試驗法是用噴霧器向表面噴射水霧，觀察掛水狀態的方法。

（3）置換鍍法 將鋼鐵件浸入呈酸性的稀硫酸銅溶液中，在鋼鐵裸露面有銅析出，而油污覆蓋的部分因阻擋而無銅析出。

3.6.7 如何進行化學鍍鎳的化學酸洗？

酸洗也叫浸蝕，一般是在堿洗并用水清洗后進行的。當工件油污很少（如熱軋鋼件）時，多數先酸洗再脫脂。酸洗是將金屬工件浸入酸或酸性鹽溶液中，除去金屬表面的氧化膜、氧化皮及銹蝕產物的過程。酸洗分化學酸洗和電化學酸洗。

常見金屬的酸洗液組分及工藝條件如表3-27所示。酸洗常采用的酸有鹽酸、硫酸、硝酸等。采用鹽酸、硝酸酸洗時容易產生氮氧化物廢氣污染。無處理設施時不宜采用。用鹽酸酸洗的優點是對金屬氧化物具有較強的溶解能力，對鋼鐵基體溶解緩慢，對金屬基體的過腐蝕危害小，酸洗后的工件表面干凈；缺點是酸霧大，對設備腐蝕大。室溫下鹽酸濃度通常在31%（質量分數）以下。

表3-27 常用金屬的酸洗液組分及工藝條件

（續）

硫酸酸洗對金屬基體的溶解能力強，對鐵的高溫氧化皮有很好的剝蝕作用，酸霧小，但過腐蝕及氫脆危險大。其濃度控制在20%（質量分數）最為適宜，此時酸洗速率快，也避免基體發生強烈腐蝕。

硝酸是一種強氧化性酸，浸蝕能力強，處理后工件表面干凈。能使碳氧化成二氧化碳氣體。經常與其他酸混合后用于低碳鋼、不銹鋼、耐熱鋼、銅及銅合金等的酸洗。但對高碳鋼處理后仍有積炭。酸洗時產生氮氧化物的廢氣污染，無處理設施時不宜采用。

磷酸在室溫時對金屬的浸蝕能力弱，需加熱后使用，易生成磷化膜。磷酸與硫酸、硝酸、醋酸等混合常用于鋼鐵、銅、鋁工件的光澤浸蝕。

氫氟酸對鈦、鉻的溶解能力強，常用于鑄件和不銹鋼的浸蝕，也常用10%（質量分數）的氫氟酸來浸蝕鎂及鎂基合金。

在酸洗過程中為了防止對鋼鐵件的過酸洗常常要選擇使用緩蝕劑，包括磺化胨蛋白、皂莢浸出液、若丁、硫脲、尿素、六亞甲基四胺等。為防止酸霧，可加入抑制劑。

3.6.8 化學鍍鎳電解酸洗的內容是什么？

在酸的溶液中采用陽極、陰極、陽極陰極聯合（PR）電解酸洗比單純的浸蝕酸洗速率要快，特別是容易除去那些附著緊密的氧化皮，而且允許酸的濃度有較大的變化。陰極電解酸洗對材料腐蝕少，能保證尺寸精度，然而在電解過程中容易析氫引起氫脆，溶液中的金屬雜質容易電沉積到工件表面，陰極電解工作電流密度一般在5A/dm²左右。陽極電解酸洗是借助于氧氣的物理沖刷作用使氧化皮脫落。同時，由于表面發生鈍化還能防止腐蝕，但若工藝不當，反而會造成工件被蝕刻。此外，還具有不發生氫脆的優點。PR電解酸洗對除去不銹鋼的氧化皮是有效的，但對尺寸精度高的工件不適用，陽極酸洗效率為陰極酸洗的1/2。

3.6.9 什么是化學鍍鎳弱浸蝕？

弱浸蝕的實質是要剝離工件表面的加工變形層以及在前處理工序生成的極薄的氧化膜（因而也稱為“活化”），將基體的組織暴露出來以便鍍層金屬在其表面進行生長，因而不需要酸洗那樣長的時間。這個工序對鍍層和基體金屬的結合起著重要作用。弱浸蝕的浸蝕溶液濃度低，浸蝕時間短（數秒至1min），多在室溫下進行。金屬工件經過弱浸蝕后，應立即清洗并進行下一步的化學鍍。

弱浸蝕可用化學法、電化學法或陰極活化法。化學弱浸蝕是把金屬制品浸入稀酸（質量分數為3%～5%的硫酸或鹽酸）溶液中或稀的氰化鈉溶液中，在短時間（0.5～1min）內將金屬表面的極薄氧化膜溶解除去。電化學弱浸蝕是用濃度低些的溶液，一般在電流密度5～10A/dm²下進行陽極處理來溶解氧化膜或進行陰極處理使表面氧化膜還原成金屬。

3.6.10 典型的化學鍍鎳預處理工藝流程有哪些？

典型的化學鍍鎳預處理工藝有以下幾種：

1.低碳鋼化學鍍鎳預處理工藝流程

低碳鋼化學鍍鎳預處理工藝流程如圖3-54所示。

圖3-54 低碳鋼化學鍍鎳預處理工藝流程

2.鈹銅件化學鍍鎳的預處理工藝流程

鈹銅件化學鍍鎳的預處理工藝流程如圖3-55所示。

圖3-55 鈹銅件化學鍍鎳的預處理工藝流程

3.黃銅上的化學鍍鎳預處理工藝流程

黃銅上的化學鍍鎳預處理工藝流程如圖3-56所示。

圖3-56 黃銅上的化學鍍鎳預處理工藝流程

4.PET化學鍍鎳工藝流程

PET化學鍍鎳工藝流程如圖3-57所示。

圖3-57 PET化學鍍鎳工藝流程