镍铁合金镀层铁含量的控制及工艺条件的选择
曹培华 李助兴 赵薇 曹立志
(内蒙古大学化学系)
摘 要 通过调整镀液中主盐的浓度、电流密度、PH 值、温度等因素,对不同镀层中的铁含量进行系统分析比较,找出了对镀层中铁含量影响的主要因素。
实验结果表明,通过调整工
艺条件及镀液成份,可以得到含铁量不同的镀层,以满足不同耐蚀性能的要求。
关键词 镍铁合金 镀层 铁含量 耐蚀性
前言
全光亮镍铁合金电镀工艺自70年代传入我国以来,各项研究工作一直没有间断,镍铁合金电镀以其镀层硬度高,整平性好、韧性大、结合力强以及节约镍等优点,得到广泛的应用。
但是,为了达到良好
的防护和装饰性能,单层镍铁合金是不能满足要求的。
通常采用双层或三层合金镀层的组合。
由于各镀层中铁含量不同,形成了镀层间电位差,从而提高了镀层防护性能,也起到了装饰作用。
而为了获得合适的电位差,控制镀层中铁含量是一个关键问题,也是本研究工作的主要内容。
关于镀液成份及工艺条件对镀层组成的影响,国内外文献已有报道,但由于不同体系镀液中各因素的影响程度各异,而本实验所采用的工艺条件没见到系统的报道,因此本工作从镀液的配方及工艺条件入手,分别讨论了各因素对镀层中铁含量的影响,并做了系统的分析。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
电镀装置,XG -125型分光光度计,PHS -3C 酸度计。
表面活性剂、光亮剂为工业品,其余试剂均为分析纯。
标准铁片和标准不锈钢片,规格为5×2.5×0.2cm 。
1.2 镀液配方NiSO 4·7H 2O 200g /l 初级光亮剂3g /l FeSO 4·7H 2O 10g /l 次级光亮剂5ml /l H 3BO 340g /l 苯亚磺酸钠0.2g /l NaCl 20g /l PH 3～3.5葡萄糖酸钠20g /l D k 4A /dm 3葡萄糖
10g /l t
55℃
十二烷基硫酸钠
0.2g /l
1.3 镀液成份的主要作用
1.3.1 NiSO 4·7H 2O 镀液主盐,含量过高,降低阴极极化作用,使深镀能力差,镀层脆性增加、含量过低,有利于提高电流密度和沉积速度,但镀层耐蚀性减弱。
1.3.2 FeSO 4·7H 2O 镀液主盐,含量过高,镀层易出黄斑,含量过低,将得不到应有的光泽,也起不到节约镍的作用。
1.3.3 H 3BO 3 PH 值缓冲剂,可相对稳定阴极区PH 值,提高阴极极化,改善镀层品质。
1.3.4 NaCl Cl -离子为阳极活化剂,促进阳极溶解,增加镀液导电性能和沉积速度,浓度过高,阳极
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溶解速度快,浓度过低,阳极易钝化。
1.3.5 葡萄糖酸钠 络合剂。
主要防止产生Fe (OH )3沉淀。
1.3.6 葡萄糖 还原剂,主要将溶液中Fe 3+还原为Fe 2+。
1.3.7 初级光亮剂主要使镀层结晶细致,有光泽,与次级光亮剂配合,得到全光亮镀层。
同时还可降低张应力,避免脆性。
含量偏低,所起作用不大,含量偏高,会使镀层发花。
1.3.8 次级光亮剂与初级光亮剂配合,得全光亮镀层。
含量偏低,镀层光亮度差,含量偏高,镀层张应力大,韧性差。
1.3.9 十二烷基硫酸钠阴离子表面活性剂,主要防止产生的氢气附着在镀件上,使镀层产生针孔。
1.3.10 苯亚磺酸钠 辅助光亮剂,主要起加快出光速度,提高镀层整平性,降低其它光亮剂消耗。
含量偏低,镀层整平性差,含量偏高,镀层光泽差。
1.4 实验方法
将标准试片抛光、除油、除锈,按不同工艺条件上镀30分钟,剥离镀层,用硝酸溶解后,用分光光度法测定镀层中铁含量。
2 结果与讨论
2.1 镀液中铁盐含量对镀层中铁含量的影响
其它成份按基础配方要求,配制含铁盐量分别为5、10、15、20、25、30g /l 的镀液6份,上镀、剥离镀层,进行镀层分析,分析结果见表1。
表1镀液中铁盐含量对镀层中铁含量的影响镀液中铁盐含量 g /l 51015202530nFe /nFe +nNi 0.0210.0420.0650.0860.1000.113镀层中铁含量 Wt %
13.90
17.96
22.84
26.69
29.03
31.60
从实验结果可以看出,镀层中铁含量随镀液铁盐含量的增加而增加,并且镀层均匀,致密,全光亮。
因此,可以通过改变镀液中的铁盐含量来获得不同含铁量的镀层(镀液中铁含量超过30g /l 镀层品质下降)。
2.2 镀液中镍盐含量对镀层中铁含量的影响
其它成份按基础配方要求,配制含镍盐分别为160、180、200、220、250g /l 的镀液5份,上镀,剥离镀层,进行镀层分析,分析结果见表2。
表2
镀液中镍盐含量对镀层中铁含量的影响
镀液中镍盐含量 g /l 160180200220250nFe /nNi +nFe 0.05040.04480.04000.03740.0331Fe Wt %
19.15
18.52
17.62
17.22
17.01
由实验结果可以看出,随镍盐含量从160g /l 增加到250g /l ,镀层中铁含量由19.5下降到17.01变化的幅度并不大,其原因是镀液中镍盐是大量的,说明改变镀液中镍盐的含量对镀层中铁含量的影响很小。
2.3 镀液的PH 值对镀层中铁含量的影响
PH 值直接影响镀层外观,PH 值过低,阴极析氢严重,电流效率降低,易产生针孔或使镀层发花,甚至导致阴极溶解。
PH 值过高,会使镀液中Fe 3+
增多。
镀件表面有氢氧化物产生,造成毛刺。
本实验是在保证镀层品质的前提下,考查PH 值对镀层中铁含量的影响,实验结果见表3。
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第25卷 镍铁合金镀层铁含量的控制及工艺条件的选择
表3
镀液PH 值对镀层中铁含量的影响
PH 值3.003.504.004.505.00Fe Wt %
18.58
18.52
18.04
17.70
17.40
由实验结果可以看出,PH 值对镀层中铁含量影响不大,因此不能通过改变镀液PH 值进行镀层铁含量的控制。
并且从镀层外观可以看出,PH 值在3.00时镀层光亮度不足,虽然PH 值在3.00和3.50之间镀层铁含量稍高,但我们兼顾镀层品质,PH 值选在3.50～4.50之间是比较合理的。
2.4 电流密度对镀层中铁含量的影响
电流密度主要影响阴极的沉积速度,电流密度低,沉积速度慢,镀层的光亮度不足。
电流密度高,镀层容易烧焦,并易产生毛刺。
本实验是在保证镀层品质的基础上考查电流密度对镀层中含铁量的影响,其结果见表4。
表4
电流密度对镀层中含铁量的影响D k (A /dm 2
)2.03.04.05.06.07.0F e Wt %
20.68
19.35
18.82
16.58
14.82
12.64
由实验结果可以看出,电流密度对镀层含铁量的影响是比较大的。
从镀层外观看,随电流密度的增加,光亮度越来越好。
而其整平性则变得稍差。
电流密度为2A /dm 3时,沉积速度太慢,电流密度增加至7A /dm 3时,镀层有轻度烧焦现象。
从上述结果可以看出:电流密度可以用来控制镀层中铁含量。
电流密度在3.0～5.0A /dm 2
时,均可得到高品质的镀层。
2.5 镀液温度对镀层中铁含量的影响
镀液温度高,会降低阴极极化,有利于增大阴极电流密度,提高镀层的沉积速度和整平性,但温度过高,会促进Fe 3+
的生成,并可导致稳定剂分解。
温度低时,电流效率降低,出光速度慢,造成镀层无光泽,整平性不好。
本实验是在保证镀层质量的前提下进行镀层分析的,结果见表5。
表5
温度对镀层中铁含量的影响T (℃)4550556065Fe (W t %)
20.89
20.51
19.59
19.44
19.43
从以上实验结果可以看出,温度对镀层中铁含量的影响是很小的,但是对镀层的品质影响较大。
实验结果证明:镀液温度控制在55℃～60℃时,镀层的品质较好,出光速度快,镀层的整平性也好。
3 结论
3.1 镀液的温度、PH 值和镍盐的浓度对镀层中铁含量的影响不大,但对镀层品质的影响较大,是电镀行业中很重要的工艺参数,不容忽视。
3.2 镀液中铁盐的含量和电流密度对镀层中铁含量的影响很大。
根据不同要求,利用正交法调整电流密度和镀液中铁盐含量,可以有选择性地获得铁含量不同的镀层。
3.3 采用低电流密度或较高的铁镍比来获得高铁镀层(25～30W t %)作底层,以高电流密度或低铁镍比来获得低铁镀层(10～15Wt %)作表层,得到良好的双层防护装饰性镀层。
或者以低铁镀层(15～20W t %)做底层,高铁镀层(25～30Wt %)做中间层,再以低铁镀层(10～15W t %)作表层的三层合金镀层,可以得到更好的防护装饰性功能镀层。
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马英哲等.镍铁合金电镀新工艺.1988(2)《表面技术》
8 内蒙古石油化工 第25卷 。