3.9 以次磷酸鹽為還原劑的堿性化學(xué)鍍鎳液

3.9.1 酸性與堿性化學(xué)鍍鎳液的區(qū)別是什么？

酸性化學(xué)鍍鎳工藝雖然沉積速率快，可以獲得耐蝕性高的鍍層，但一般鍍液溫度高，能耗高，鍍層光亮性差，同時(shí)鍍液穩(wěn)定性差，溶液自分解現(xiàn)象嚴(yán)重。

從堿性化學(xué)鍍鎳液得到的鍍層中磷含量比酸性鍍液要低，鍍層孔隙率比較大，耐蝕性較差，但溶液比較穩(wěn)定，操作方便，起鍍溫度較低，有的工藝在室溫下即可進(jìn)行。因此，近年來堿性化學(xué)鍍鎳工藝在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣。

3.9.2 鎳鹽的組成是什么？

堿性化學(xué)鍍鎳工藝中，鎳鹽仍采用硫酸鎳，其濃度控制在25g/L為宜。在堿性鍍液中，鎳離子的行為與酸性鍍液中是相同的，其還原沉積過程都伴隨著氫的析出、亞磷酸的生成。鎳離子濃度對(duì)沉積速率的影響如圖3-82所示。

圖3-82 鎳離子濃度對(duì)沉積速率的影響

注：Na₂P₂O₇濃度為50g/L，NaH₂PO₂·H₂O濃度為25g/L，溫度為74℃，pH=10。

3.9.3 堿性化學(xué)鍍液中的還原劑使用什么？如何反應(yīng)？

在堿性化學(xué)鍍液中，還原劑仍使用次磷酸鹽。其總反應(yīng)如下：

化學(xué)鍍鎳時(shí)溶液中所發(fā)生的幾個(gè)部分反應(yīng)如下：

隨著Ni的析出，OH^-逐漸在消耗，使溶液的pH值降低。

可見氫氣的析出伴隨著還原劑的消耗。

副反應(yīng)如下：

從副反應(yīng)也可看出，在鎳析出的同時(shí)，也伴隨著磷的共沉積，得到鎳磷合金鍍層，但其鍍層的磷含量要比酸性鍍液獲得的鍍層的磷含量低得多，僅含3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右。

3.9.4 pH值調(diào)整劑的作用是什么？

在堿性化學(xué)鍍鎳液中一般用氨水調(diào)整pH值。氨水與鎳離子可以生成絡(luò)合物，但當(dāng)pH值大于6.8時(shí)，會(huì)生成氫氧化鎳沉淀，因此必須加入其他絡(luò)合劑。如果用氫氧化鈉來調(diào)整pH值，會(huì)降低沉積速率，而用氨水來調(diào)整pH值，則會(huì)明顯提高沉積速率。這是因?yàn)闅溲趸c加入后，促進(jìn)絡(luò)合劑與鎳離子生成了穩(wěn)定的絡(luò)合物，使鎳離子不易還原，而在含有氨水的溶液中，鎳離子較容易被還原。

3.9.5 絡(luò)合劑和添加劑的作用有哪些？

在堿性化學(xué)鍍鎳液中使用的最理想的絡(luò)合劑是檸檬酸鈉，也可以使用焦磷酸鹽。一般來說，使用焦磷酸鍍液起鍍溫度較低，在同一溫度下，沉積速率高于檸檬酸鍍液。但從溶液穩(wěn)定性來看還應(yīng)選擇檸檬酸鹽作為絡(luò)合劑，其含量為15～20g/L較佳。為了提高堿性化學(xué)鍍鎳液的沉積速率還需要添加硼酸，其含量可以控制在15～30g/L。硼酸能對(duì)溶液起緩沖作用，穩(wěn)定鍍液的pH值。

3.9.6 溫度對(duì)化學(xué)鍍鎳過程的影響是什么？

在同一鍍液中，鍍液的溫度對(duì)沉積速率、鍍層磷含量、硬度及外觀都有很大影響，如表3-47所示。

表3-47 鍍液溫度對(duì)沉積速率、鍍層磷含量、硬度及外觀的影響

從表3-47中可看出隨溫度升高，沉積速率加快。鍍層含磷量增加，硬度降低，但溫度超過75℃時(shí)，鍍液很不穩(wěn)定，鍍層呈灰黑色。

溶液沉積反應(yīng)的速率與溫度之間符合指數(shù)關(guān)系，圖3-83所示為兩種堿性鍍液溫度與沉積速率的關(guān)系。從圖中可以看到，堿性焦磷酸鍍液的起鍍溫度低于堿性檸檬酸鍍液的起鍍溫度，而同一溫度下焦磷酸鍍液的沉積速率高于檸檬酸鍍液的沉積速率。因此，一般情況下焦磷酸鹽鍍液適于低溫時(shí)使用。

3.9.7 pH值對(duì)化學(xué)鍍鎳過程有什么影響？

焦磷酸鍍液中pH值對(duì)沉積速率的影響如圖3-84所示。堿性鍍液在一定的pH值范圍內(nèi)時(shí)，提高pH值，其沉積速率沒有明顯變快，反而降低了溶液的穩(wěn)定性。若想通過提高pH值使其沉積速率增加，也應(yīng)防止氫氧化鎳沉淀的產(chǎn)生。

圖3-83 堿性鍍液溫度與沉積速率的關(guān)系

1—焦磷酸鹽溶液 2—Brenner的檸檬酸鹽鍍液

圖3-84 pH值對(duì)沉積速率的影響

注：Na₂P₂O₇濃度為50g/L，NaH₂PO₂·H₂O濃度為25g/L，Ni²⁺濃度為5.6g/L，溫度為74℃。

在檸檬酸鹽鍍液中，由于氨水的存在，產(chǎn)生鎳氨絡(luò)合物，而使得鍍液的pH值得到了一定的穩(wěn)定，這時(shí)的溶液呈深藍(lán)色。當(dāng)pH值降低時(shí)，溶液顏色由深藍(lán)變至藍(lán)綠，直到綠色，此時(shí)必須加入氨水調(diào)節(jié)pH值。

3.9.8 堿性化學(xué)鍍鎳溶液的配方和工藝條件是什么？

典型的堿性化學(xué)鍍鎳溶液的配方和工藝條件如表3-48所示。

表3-48 堿性化學(xué)鍍鎳溶液的配方和工藝條件

3.9.9 氨堿性鍍液的配方和工藝條件是什么？

典型的氨堿性鍍液的配方和工藝條件如表3-49所示。

表3-49 典型的氨堿性鍍液的配方和工藝條件

3.9.10 堿性化學(xué)鍍鎳槽液的配方和工藝條件是什么？

堿性化學(xué)鍍鎳槽液的配方和工藝條件如表3-50所示。

表3-50 堿性化學(xué)鍍鎳槽液的配方和工藝條件

3.9.11 低溫堿性鍍鎳液配方和工藝條件是什么？

低溫堿性鍍鎳液配方和工藝條件如表3-51所示。

表3-51 低溫堿性鍍鎳液配方和工藝條件