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化學鍍技術(shù)是在金屬的催化作用下,通過可控制的氧化還原反應產(chǎn)生金屬的沉積過程。與電鍍相比,化學鍍技術(shù)具有鍍層均勻、針孔小、不需直流電源設備 、能在非導體上沉積和具有某些特殊性能等特點。另外,由于化學鍍技術(shù)廢液排放少,對環(huán)境污染小以及成本較低,在許多領域已逐步取代電鍍,成為一種環(huán)保型的表面處理工藝。目前,化學鍍技術(shù)已在電子、閥門制造、機械、石油化工、汽車、航空航天等工業(yè)中得到廣泛的應用。

目前以次亞磷酸鹽為還原劑的化學鍍鎳的自催化沉膠譽葛積反應,已經(jīng)提出的理論有"原子氫態(tài)理論" 、"氫化物理論"和"電化學理論"等。在這幾種理論中,得到廣泛承認的是"原子氫態(tài)理論"。

鍍層厚度10-50μm,硬度Hv 550-1100(相當于HRC 55~72),結(jié)合強度大于15kg/mm²,耐腐蝕性能大大優(yōu)于不銹鋼。

二、化學鍍Ni-P技術(shù)特點

1、硬度高,耐磨性好:化學鍍鍍層經(jīng)熱處理后硬度達Hv 1100以上,工模具鍍膜后一般壽命提高3倍以上。

2、耐腐蝕強:化學鍍鍍層在酸、堿、鹽、氨和海水等介質(zhì)中都具有很好的耐蝕性,婚謎淚匙其耐蝕性好于不銹鋼。

3、表面光潔、光亮:工件經(jīng)化學鍍鍍膜后,表面光潔度不受影響,無需再加工和拋光。

4、可鍍形狀復雜:工件形狀不受限制,不變形,可化學鍍較深的盲孔和形狀復雜的內(nèi)腔。

5、被鍍材料廣泛:可在模具鋼、不銹鋼、銅、鋁、塑料、尼龍、玻璃、橡膠、木材等材料上化學鍍。

三、化學鍍Ni-P應用部件

1、各類模具:注塑模、橡膠模、玻璃模、電木模、壓鑄模等。

2、石油化工耐腐蝕部件:反應器、閥門、管道、泵體、轉(zhuǎn)子葉片等。

3、機械部件:汽車零部件,紡織機械以及各種需耐磨耐腐蝕的機械零部件。如齒輪、齒輪軸、編織針導向桿、大型針盤、針筒。

四、相關(guān)反應式

主反應:Ni2+ + 2H2PO2- + 2H2O → Ni +2HPO32- + 4H+ + H2。
副反應:4H2PO2- → 2HPO32- + 2P + 2H2O + H2。

化學鍍鎳溶液中的主鹽就是鎳鹽,一般采用氯化鎳或硫酸鎳,有時也采用氨基磺酸鎳、醋酸鎳等無機鹽。早期酸性鍍鎳液中多采用氯化鎳,但氯化鎳會增加鍍層的應力,現(xiàn)大多采用硫酸鎳。目前已有專利介紹采用次亞磷酸鎳作為鎳和次亞磷酸根的來源,一個優(yōu)點是避免了硫酸根離子的存在,同時在補加鎳鹽時,能使堿金屬離子的頸殃棵累積量達到最小值。但存在的問題是次亞磷酸鎳的溶解度有限,飽和時僅為35g/L。次亞磷酸鎳的制備也是一個問題,價格較高。如果次亞磷酸鎳的制備方法成熟以及溶解度問題能夠解決的話,這種鎳鹽將會有很好的前景。

還原劑:

化學鍍鎳的反應過程是一個自催化的氧化還原過程,鍍液中可應用的還原劑有次亞磷酸鈉、硼氫化鈉、烷基胺硼烷及肼等。在這些還原劑中以次亞磷酸鈉用的最多,這是因為其價格便宜,且鍍液容易控制,鍍層抗腐蝕性能好等優(yōu)點。

絡合劑:

化學鍍鎳溶液中的絡合劑除了能控制可供反應的游離鎳離子的濃度外,還能抑制亞磷酸鎳的沉淀,提高鍍液的穩(wěn)定性,延長鍍液的使用壽命。有的絡合劑還能起到緩沖劑和促進劑的作用,提高鍍液的沉積速度�；瘜W鍍鎳的絡合劑一般含有羥基、羧基、氨基等,常用的絡合劑有檸檬酸鈉、酒石酸鈉等。

在鍍液配方中,絡合劑的量簽臺重不僅取決于鎳離子的濃度,而且也取決于自身的化學結(jié)構(gòu)。在鍍液中每一個鎳離子可與6個水分子微弱結(jié)合,當它們被羥基,羧基,氨基取代時,則形成一個穩(wěn)定的鎳配位體。如果絡合劑含有一個以上的官能團,則通過氧和氮配位鍵可以生成一個鎳的閉環(huán)配合物。在含有0.1mol的鎳離子鍍液中,為了絡合所有的鎳離子,則需要含量大約0.3mol的雙配位體的絡合劑。當鍍液中無絡合劑時,鍍液使用幾個周期后,由于亞磷酸根聚集,濃度增大,產(chǎn)生亞磷酸鎳沉淀,鍍液加熱時呈現(xiàn)糊狀,加絡合劑后能夠大幅度提高亞磷酸鎳的沉淀點,即提高了鍍液對亞磷酸鎳的容忍量,延長了鍍液的使用壽命。

不同絡合劑對鍍層沉積速率、表面形狀、磷含量、耐腐蝕性等均有影響,因此選擇絡合劑不僅要使鍍液沉積速率快,而且要使鍍液穩(wěn)定性好,使用壽命長,鍍層質(zhì)量好。

緩沖劑:

由于在化學鍍鎳反應過程中,副產(chǎn)物氫離子的產(chǎn)生,導致鍍液pH值會下降。試驗表明,每消耗1mol的Ni2+ 同時生成3mol的H+,即就是在1L鍍液中,若消耗0.02mol的硫酸鎳就會生成0.06mol的H+。所以為了穩(wěn)定鍍速和保證鍍層質(zhì)量,鍍液必須具備緩沖能力。緩沖劑能有效的穩(wěn)定鍍液的pH值,使鍍液的pH值維持在正常范圍內(nèi)。一般能夠用作pH值緩沖劑的為強堿弱酸鹽,如醋酸鈉、硼砂、焦磷酸鉀等。

穩(wěn)定劑:

化學鍍鎳液是一個熱力學不穩(wěn)定體系,常常在鍍件表面以外的地方發(fā)生還原反應,當鍍液中產(chǎn)生一些有催化效應的活性微�！�—催化核心時,鍍液容易產(chǎn)生激烈的自催化反應,即自分解反應而產(chǎn)生大量鎳-磷黑色粉末,導致鍍液壽命終止,造成經(jīng)濟損失。

在鍍液中加入一定量的吸附性強的無機或有機化合物,它們能優(yōu)先吸附在微粒表面抑制催化反應從而穩(wěn)定鍍液,使鎳離子的還原只發(fā)生在被鍍表面上。但必須注意的是,穩(wěn)定劑是一種化學鍍鎳毒化劑,即負催化劑,穩(wěn)定劑不能使用過量,過量后輕則降低鍍速,重則不再起鍍,因此使用必須慎重。

所有穩(wěn)定劑都具有一定的催化毒性作用,并且會因過量使用而阻止沉積反應,同時也會影響鍍層的韌性和顏色,導致鍍層變脆而降低其防腐蝕性能。試驗證明,稀土也可以作為穩(wěn)定劑,而且復合稀土的穩(wěn)定性比單一稀土要好。

加速劑:

在化學鍍?nèi)芤褐屑尤胍恍┘铀俅呋瘎?能提高化學鍍鎳的沉積速率。加速劑的使用機理可以認為是還原劑次磷酸根中氧原子被外來的酸根取代形成配位化合物,導致分子中H和P原子之間鍵合變?nèi)?使氫在被催化表面上更容易移動和吸附。也可以說促進劑能起活化次磷酸根離子的作用。常用的加速劑有丙二酸、丁二酸、氨基乙酸、丙酸、氟化鈉等。

其他添加劑:

在化學鍍鎳溶液中,有時鍍件表面上連續(xù)產(chǎn)生的氫氣泡會使底層產(chǎn)生條紋或麻點。加入一些表面活性劑有助于工件表面氣體的逸出,降低鍍層的孔隙率。常用的表面活性劑有十二烷基硫酸鹽、十二烷基磺酸鹽和正辛基硫酸鈉等。

稀土元素在電鍍液中可以改善鍍液的深鍍能力、分散能力和電流效率。研究表明,稀土元素在化學鍍中同樣對鍍液的鍍層性能有顯著改善。少量的稀土元素能加快化學沉積速率,提高鍍液穩(wěn)定性,鍍層耐磨性和搞腐蝕性能。

化學鍍鎳磷合金鍍層,硬度可高達HV1000,相當HRC69,具有很高的耐磨性和耐腐蝕性,鍍層結(jié)合力好、厚度均勻。鍍速快,可達20μm/小時。

2、耐磨性好:由于催化處理后的表面為非晶態(tài),即處于基本平面狀態(tài),有自潤滑性。因此,摩擦系數(shù)小,非粘著性好,耐磨性能高,在潤滑情況下,可替代硬鉻使用。

3、光澤度高:催化后的鍍件表面光澤度為LZ或▽8-10可與不銹鋼制品媲美,呈白亮不銹鋼顏色。工件鍍膜后,表面光潔度不受影響,無需再加工和拋光。

4、表面硬度高:經(jīng)本技術(shù)處理后,金屬表面硬度可提高一倍以上,在鋼鐵及銅表面可達Hv 570。鍍層經(jīng)熱處理后硬度達Hv 1000,工模具鍍膜后一般壽命提高3倍以上。

5、結(jié)合強度大:本技術(shù)處理后的合金層與金屬基件結(jié)合強度增大,一般在350-400Mpa條件下不起皮、不脫落、無氣泡,與鋁的結(jié)合強度可達102-241Mpa。

6、仿型性好:在尖角或邊緣突出部分,沒有過份明顯的增厚,即有很好的仿型性,鍍后不需磨削加工,沉積層的厚度和成份均勻。

7、工藝技術(shù)高適應性強:在盲孔、深孔、管件、拐角、縫隙的內(nèi)表面可得到均勻鍍層,所以無論您的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有多么復雜,本技術(shù)處理起來均能得心應手,絕無漏鍍之處。

8、低電阻,可焊性好。

9、耐高溫:該催化合金層熔點為850-890度。

按GB10125-1997標準規(guī)定進行測試,時間為96小時,Nacl濃度50g/l,pH值:6.5-7.2,溫度:35,按GB6464-86規(guī)定評定防護等級,可達9級。

磷含量(質(zhì)量百分數(shù)):6%-12% 電阻率:60-75μΩ.cm

密 度:7.9g/cm3 熔 點:860-880℃

硬 度:鍍態(tài):Hv500-550(45-48RCH) 熱處理后:Hv1000

結(jié)合力:400MPa,遠高于電鍍

內(nèi)應力:鋼上內(nèi)應力低于7Mpa。

一、化學鍍鎳由于化學鍍鎳層具有優(yōu)良的均勻性、硬度、耐磨和耐蝕等綜合物理化學性能,該項技術(shù)在國外已經(jīng)得到廣泛應用�；瘜W鍍鎳在各個工業(yè)中應用的比例大致如下:航空航天工業(yè):9%;汽車工業(yè):5%;電子計算機工業(yè):15%;食品工業(yè):5%;機械工業(yè):15%;核工業(yè):2%;石油化工:10%;塑料工業(yè):5%;電力輸送:3%;印刷工業(yè):3%;閥門制造業(yè):17%;其他:11%。

如發(fā)電廠的發(fā)電機組凝汽器黃銅管內(nèi)表層化學鍍鎳可大大地提高抗腐蝕性,延長凝汽管使用壽命;鋁合金鍍鎳,可提高鋁合金硬度及防護性能。改善鋁合金表面性質(zhì),擴大鋁合金的應用范圍。

二、化學鍍鎳合金

1、鎳-磷二元之合金鍍層:硬度HV550~600,導電性好,焊接性好,耐蝕,用于IC頂蓋,引線框架,模具,按鈕等;

2、高磷鎳合金鍍層,無磁性,大量用于電子儀器,半導體電子設備防電磁干擾的屏蔽層等。

3、鎳-硼-磷三元合金,鍍層硬度HV680,用于壓電陶瓷電極,傳動裝置,閥。

4、鎳-B-W硬度HV800,電子模具,觸點材料等。

5、45#鋼齒輪面刷鍍鎳磷和鎳鈷合金金屬,能顯著地提高45#鋼齒輪接觸面。

三、化學鍍銀主要用于電子部件的焊接點、印制線路板,以提高制品的耐蝕性和導電性能。還廣泛用于各種裝飾品,如裝配杯、高級旅行保溫杯、扣件等。鈹青銅在通訊行業(yè)應用廣泛,為進一步提高鈹青銅彈性的導電性,可在鈹青銅上鍍銀。

尼龍表面化學鍍

如尼龍表面化學鍍鎳、銀、銅用來代替金屬或裝飾;采用化學鍍的新工藝將純銀鍍敷在特殊的尼龍基布上,使尼龍布具有良好的防電磁輻射性能。

塑料工件表面裝飾鍍

.如鈕扣、車輛上的扣件、防護板等。采用化學鍍既簡單又方便,能滿足市場的需要。

丙綸纖維上化學鍍銅

可用于化工制藥紡織等工業(yè)過濾、防護等,丙綸非織造布鍍銅復合材料增加了丙綸材料的導電性,可消除靜電的危害,可用于制造抗靜電防護服包裝材料、裝飾材料等,有著廣泛的應用前景。

化學浸鍍銅

以高強塑料鍍銅,代替金屬銅材,可取得銅一樣的表面性能和效果,比鑄造、鍛壓的工藝難度小,且減少了設備投資,節(jié)約了大量銅材。高強塑料鍍金屬,可提高塑料的抗老化性能,消除塑料的靜電吸塵作用。

例如在Ni-P(鎳-磷)鍍層中,引入SiC或PTFE的復合鍍層比單一的Ni-P鍍層有更佳的耐磨性及自潤滑性能。在Ni-P(鎳-磷)鍍層中引入金屬鎢,使到Ni-W-P(鎳-鎢-磷)鍍層進一步提高硬度,在耐磨性能方面得到很好的效果。

有Ni-P(鎳-磷)鍍層中引入銅,使Ni-Cu-P鍍層較好的耐蝕性能。還有Ni-Fe-p(鎳-鐵-磷)、Ni-Co-p(鎳-鈷-磷)、Ni-Mo-p(鎳-鉬-磷)等鍍層在電腦硬碟及磁聲記錄系統(tǒng)中及感測器薄膜電子方面得到廣泛的應用。

化學鍍技術(shù)由于工藝本身的特點和優(yōu)異性能,用途相當廣泛。中國在80年代才開始在化學鍍方面進行探討,國家在1992年分布了國家標準(GB/T13913——92),稱之為自催化鎳——磷鍍層。中國已將化學鍍技術(shù)廣泛用在汽車工業(yè)、石油化工行業(yè)、機械電子、紡織、印刷、食品機械、航空航太、軍事工業(yè)等各種行業(yè),由于電子電腦、通訊等高科技產(chǎn)品的應用和迅速發(fā)展,為化學鍍提供了廣闊的市場。

2000年以后,一方面由于國家注重環(huán)保,另一方面中國的工業(yè)發(fā)展了對金屬表面處理要求提高了,加快了化學鍍這一技術(shù)的發(fā)展,國家的高新技術(shù)目錄也新增了化學鍍�；瘜W鍍雖然在中國的起步比較晚,但近年發(fā)展相當快,有些性能的技術(shù)指標完全可以與歐美的化學鍍媲美,加上價格低、適應中國企業(yè)的工藝流程,發(fā)展前景備受注目。

目前中國化學鍍研究在北方,推廣應用主要在廣東。在廣東應用化學鍍的企業(yè)占全國三分之一以上,其中一些上規(guī)模的企業(yè),技術(shù)和價格具有相當?shù)母偁幜Α?/div>