化学镀Ni2Zn2P合金工艺的研究E lectroless Ni2Z n2P Alloy Plating Process潘振中, 罗建东, 胡小芳(华南理工大学工业装备与控制工程学院,广东广州510640)PAN Zhen2zhong, L U O Jian2dong, HU Xiao2fang(College of Indust rial Equip ment and Cont rol Engineering,Sout h ChinaU niversity of Technology,Guangzho u510640,China)摘要: 对于石油化工中一些容器内表面的防腐,比较适宜的方法是化学镀Ni2Zn2P镀层。
但目前化学镀锌镀速较慢,难以达到生产应用的要求;实验通过考察p H值、温度、硫酸锌、次磷酸钠等参数对镀速、镀层中锌的质量分数及镀液稳定性等影响,确立了适合于生产应用的化学镀Ni2Zn2P工艺。
关键词: 化学镀;Ni2Zn2P合金;工艺Abstract: To solve the corrosion problem on the inner surface of petrochemical vessels,the appropriate method is electroless deposition of Ni2Zn2P alloys.But at present the rate of electroless zinc deposition is so slow that it can not meet the requirements of industrial applications.The effects of deposition parameters(p H,temperature,ZnSO4・7H2O,Na H2PO2・H2O)on depositing rate,the mass f raction of zinc in the coating,and the stability of plating bath were investigated through experiments,establishing an electroless Ni2Zn2P alloy plating process suitable for industrial applications.K ey w ords: electroless plating;Ni2Zn2P alloy;process中图分类号:TQ153 文献标识码:A 文章编号:100024742(2008)05200282030 前言石油化工中一些容器的内表面防腐,目前应用最广的是化学镀Ni2P,但Ni2P镀层属于阴极型镀层,应用于石油化工容器内表面的防腐,一般不允许出现孔隙,否则就会加速容器局部腐蚀,造成穿孔;而化学镀本身难以彻底消除孔隙的产生。
Ni2Zn2P 镀层属于阳极型镀层,在孔隙存在的情况下,不会对镀层整体防腐性能产生明显的影响。
Ni2Zn2P镀层耐蚀性强、延展性好,而且低氢脆、内应力小[1],可以有效地解决石油化工容器的内表面防腐问题。
因此,研究化学镀Ni2Zn2P工艺具有重大的实际意义。
锌是两性金属,用化学镀方法施镀比较困难,主要是镀速较低,难以达到生产要求。
因此,本研究的目的之一是在保证镀液稳定的前提下提高化学镀Ni2Zn2P的镀速;另外,作为防腐使用的Ni2Zn2P阳极型镀层,其镀层中锌的质量分数不能太低,一般要求不低于5%,因此,镀层中锌的质量分数也是本研究的目的。
1 实验1.1 试件规格5.0cm×3.0cm×0.1cm,材料为Q235。
1.2 工艺流程砂纸打磨除油水洗除锈水洗碱性化学镀镍化学镀Ni2Zn2P合金水洗烘干1.3 配方及工艺参数(1)除油氢氧化钠30g/L,磷酸钠15g/L,硅酸钠15 g/L,温度80℃,时间10min。
(2)除锈盐酸200mL/L,硫酸50mL/L,时间1min。
(3)碱性化学镀镍硫酸镍40g/L,次磷酸钠20g/L,柠檬酸铵80 g/L,温度80℃,时间5min。
(4)化学镀Ni2Zn2P合金硫酸镍10g/L,次磷酸钠30g/L,硫酸锌20 g/L,柠檬酸铵60g/L,乙酸铵20g/L,氢氧化钠80 g/L,施镀时间为2h。
1.4 测试方法1.4.1 沉积速率增重法 同样施镀时间内镀层的增重=施镀后的镀层重量-施镀前的重量测量仪器 T G3288分析天平,分度值0.1 mg,上海天平仪器厂。
・82・ Sep.2008 Electroplating&Pollution Control V ol.28N o.5 1.4.2 p H值P HS225数字酸度计,杭州万达仪器仪表厂。
1.4.3 溶液温度在带恒温装置的水浴锅中进行。
1.4.4 镀层成分测试采用多功能光电子能谱仪测试。
2 结果与讨论2.1 pH值对施镀的影响基本配方中,温度为90℃,p H值对施镀的影响,如表1所示。
表1 pH值对施镀的影响p H值镀速/(mg・cm-2・h-1)镀层ω(Zn)/(%)施镀情况7.00.13未测试镀液稳定7.50.16未测试镀液稳定8.00.18未测试镀液稳定8.50.267.4镀液稳定9.00.287.6镀液稳定9.50.38未测试器壁有沉积 从表1可知,镀速随着p H值升高而增大;当p H值小于9.0,镀液稳定;但p H值低于8.0,镀速明显偏低;当p H值大于9.5,镀速显著增加,但镀液变得不稳定。
考虑到镀液的稳定性及镀速,p H 值以9.0为佳,此时,镀层中锌的质量分数约为7.6%,能够满足使用要求。
2.2 温度对施镀的影响表2为基本配方中,p H值为9.0时,温度对施镀的影响。
表2 温度对施镀的影响θ/(℃)镀速/(mg・cm-2・h-1)镀层ω(Zn)/(%)施镀情况700.21未测试镀液稳定750.23未测试镀液稳定800.25未测试镀液稳定850.26未测试镀液稳定900.297.7镀液稳定950.32未测试器壁有沉积 从表2可知,镀速随着温度升高而增大,但当温度大于95℃以上时,镀液变得不稳定,容器壁上出现沉积层;而当温度为90℃时,能在镀液稳定的情况下获得较高的镀速;此时,镀层中锌的质量分数为7.7%,能够满足使用要求。
下面实验操作温度均为90℃。
2.3 硫酸锌对施镀的影响表3为基本配方中,p H值为9.0,温度为90℃,硫酸锌对施镀的影响。
表3 硫酸锌对施镀的影响ρ(硫酸锌)/(g・L-1)镀速/(mg・cm-2・h-1)镀层ω(Zn)/(%)施镀情况10.00.31 4.3镀液稳定12.50.29 5.2镀液稳定15.00.28 6.0镀液稳定17.50.27 6.8镀液稳定20.00.277.9镀液稳定22.50.26未测试少量白色沉淀 从表3可知,一方面,随着硫酸锌的质量浓度增加,镀速逐渐下降,说明硫酸锌对施镀具有抑制作用;另一方面,随着硫酸锌的质量浓度增加,镀层中锌逐渐增加。
镀层中锌的质量分数越高,镀层阳极特征越显著。
在镀速变化不明显情况下,硫酸锌的质量浓度20g/L为宜,此时镀液可以稳定施镀。
2.4 次磷酸钠对施镀的影响表4为基本配方中,p H值为9.0,温度为90℃,次磷酸钠对施镀的影响。
表4 次磷酸钠对施镀的影响ω(次磷酸钠)/(g・L-1)镀速/(mg・cm-2・h-1)镀层ω(Zn)/(%)施镀情况150.357.5镀液稳定200.407.2镀液稳定250.437.2镀液稳定300.287.8镀液稳定350.21未测试沉淀产生400.20未测试沉淀产生 从表4可看出,当次磷酸钠的质量浓度低于25g/L时,镀速随着次磷酸钠的质量浓度增大而增大;当次磷酸钠的质量浓度大于25g/L时,镀速随着次磷酸钠的质量浓度增大而急剧下降。
其原因是,次磷酸钠作为还原剂,浓度过高时,镀液活性太・92・2008年9月 电镀与环保第28卷第5期(总第163期) 大,稳定性变差,从而影响镀速。
次磷酸钠对镀层中锌的质量分数影响不显著。
从表4可看出,当次磷酸钠为25g/L 时,镀速最高,镀层中锌的质量分数为7.2%,镀液稳定,可以达到较佳的综合效果。
通过上述分析,可以确定化学镀Ni 2Zn 2P 较佳工艺条件:硫酸镍10g/L 次磷酸钠25g/L 硫酸锌20g/L 柠檬酸铵60g/L 乙酸铵20g/L 氢氧化钠80g/Lp H 值9.0θ90℃2.5 镀层的表面形貌分析图1是最佳工艺条件下获得的镀层的电子探针检测的结果。
从图1可以看出,化学镀Ni 2Zn 2P 合金镀层均匀,且较致密。
从镀层能谱分析,其质量分数分别为Zn 7.22%,Ni 59.46%,P 12.48%。
图1 镀层的表面形貌3 结论按照实验所确定的配方和工艺,镀速可达到0.43mg/cm 2・h ,可获得锌的质量分数为7.2%左右的Ni 2Zn 2P 镀层,镀层均匀致密,可以满足化工容器内表面防腐要求。
参考文献:[1] 谢 勤.Zn 2Ni 、Zn 2Ni 2P 合金电镀工艺及其基础理论研究[D ].长沙:中南大学,2001.收稿日期:2008203206《材料保护》对读者如是说———我是一本1960年出生的老牌杂志,走过了近50年的辉煌历程。
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