化學(xué)鍍鎳的特點(diǎn)、原理及應(yīng)用

【摘要】化學(xué)鍍鎳以其獨(dú)特的性能在國際上的應(yīng)用范圍越來越廣，成為最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。本文試從化學(xué)鍍鎳的特點(diǎn)、原理、應(yīng)用三方面詳細(xì)闡述，為讀者揭開其神秘面紗。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)鍍鎳；特點(diǎn)；原理；應(yīng)用

一、化學(xué)鍍鎳的特點(diǎn)

化學(xué)鍍鎳是利用氧化還原反應(yīng)在具有催化表面鍍件上，獲得金屬合金的方法，而化學(xué)鍍就是在不合理通電的情況下，利用氧化還原反應(yīng)得到金屬合金的一種新興技術(shù)。在很多國家，化學(xué)鍍鎳被廣泛應(yīng)用著，每年的工業(yè)產(chǎn)值都以15%的速度呈現(xiàn)增長趨勢。如機(jī)械、電子、塑料、模具、冶金、石油化工、陶瓷、水力、航空航天等工業(yè)部門，在國際上具有很高的發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。

化學(xué)鍍鎳為何被各個行業(yè)廣泛應(yīng)用，是由于化學(xué)鍍鎳的表面硬度高，耐磨性能好，其中在表面硬度Hv0.1 =550-1100kg/mm2（相當(dāng)于HRc =55-72）的范圍內(nèi)任意控制選擇。而且我們在維修機(jī)械部件的零件后，其耐磨性能的壽命可以延長3～4倍，有的最高能達(dá)到8倍以上；由于其內(nèi)部強(qiáng)化層的厚度極其均勻 ，以至于在處理部件的時候不受到形狀的限制，所以外形容易變形。所以在處理形狀復(fù)雜、精度要求過高的細(xì)小的或者大型部件的表面強(qiáng)化處理；還具有一定的抗腐蝕性能，因?yàn)樗谠S多酸、堿、鹽、氨和海水中具有很好的耐蝕性，其耐蝕性比不銹鋼要優(yōu)越得多；很多表面光潔度亮又高的的部件，在處理后則不需要在為機(jī)械拋光和加工，處理后直接裝機(jī)使用就行；而且處理后的材料運(yùn)用的行業(yè)更為廣泛，如各種模具合金鋼、不銹鋼、銅、鋁、鋅、鈦、塑料、尼龍、玻璃、橡膠、粉末、木頭等。

二、化學(xué)鍍鎳的分類

（一）從廣義上我們可以根據(jù)化學(xué)沉積法把化學(xué)鍍鎳分為置換鍍、接觸鍍和真正的化學(xué)鍍?nèi)?/p>

1.轉(zhuǎn)換鍍：因?yàn)殄儗拥馁|(zhì)量差，厚度有限，所以在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用上受到很大的限制。所以就需要在離子進(jìn)行交換或進(jìn)行電荷交換沉積的時候，一種金屬浸在第二種金屬的金屬鹽溶液中的時候，第一種金屬的表面現(xiàn)象就容易發(fā)生局部溶解，而第二種金屬的表面則是自發(fā)沉積。在離子進(jìn)行交換的情況下，基底的金屬本身就是還原劑。因此，分解后的化學(xué)鍍沒有真正的結(jié)合力的化學(xué)鍍那么好。2.接觸鍍：將鍍金與另一種金屬接觸，并且沉浸在裝有鹽溶液的金屬中，當(dāng)欲鍍的導(dǎo)電基底表面與比溶液中待沉積的金屬更為活潑的金屬接觸時，便構(gòu)成接觸沉積。在基底和接觸金屬之間形成了原電池對，其中接觸金屬是陽極，發(fā)生溶解，而欲鍍基底起陰極的作用，金屬便沉積到它的上面。此法與電沉積反應(yīng)相同，所不同的是電流來自化學(xué)反應(yīng)，而不是由外電源提供。但是沒有實(shí)用意義，它對在無催化活性基底上引發(fā)化學(xué)沉積，起到“反應(yīng)起動劑”的作用上，具有重要意義。3.真正的化學(xué)鍍：從含有還原劑的溶液中沉積金屬。下面我們所提的化學(xué)鍍鎳即為此種。

（二）化學(xué)鍍鎳的分類

我們在化學(xué)鍍鎳分類的時候可以根據(jù)鍍液PH值分類，還可以按照沉積溫度分類；還有按合金成分分類。而鍍液的PH值可以分為三類即：酸性、中性和堿性。沉積溫度分類為低溫、中溫、高溫三類。按合金成分分為低磷、中磷和高磷三類等。

三、化學(xué)鍍鎳的原理

化學(xué)鍍鎳是利用鎳鹽溶液在強(qiáng)還原劑遇到次亞磷酸鈉后分解出來的具有催化表面的鍍件上的磷，還能獲得更好得NI-P合金鍍層，而且化學(xué)鍍鎳使鎳離子還原成金屬鎳。關(guān)于其氧化-還原機(jī)理的解釋有許多理論論述。

（1）同樣的反應(yīng)可以寫成如下離子式

2H2PO2-+Ni2++2H2O—2H2PO3-+H2+2H++Ni

（2）或?qū)懗闪硪恍问剑篘i2++ H2PO2-+H2O—Ni+ H2PO3-+2H+

（3）所有這些反應(yīng)都發(fā)生在催化活性表面上，需要外界提供能量，即在較高的溫度（60≤T≤95℃）下，除了金屬鎳之外，還形成分子氫。此外，形成的氫離子使鍍液變得更加酸性，同時還生成亞磷酸離子H 2PO3-根據(jù)G.古祖才特（G.Gutzeit）的理論，提出了如下的分部反應(yīng)：

H2PO2-+H2O —H2PO3-+H++2H吸附

（4）Ni2++2H吸附—Ni+2H+

（5）2H吸附—H2

（6）H2PO2-+H —H2PO3-+H2

（7）H2PO2-+H吸附—H2O+OH-+P

（8）3H2PO2-—H2PO3- + H2O+2OH-+2P

（9）所有上述階段，實(shí)際上還有其它一些，在整個還原反應(yīng)中是同時發(fā)生的。速率取決于鍍液成分、PH和溫度以及其他因素。從方程（5），（8），（9）可以看到，除了鎳以外，還形成磷，它與鎳一起形成鍍層成分。因而用次亞磷酸鹽反應(yīng)形成的化學(xué)鍍鎳層實(shí)際上是含3-15%磷的鎳磷合金。同時也可看出上述反應(yīng)過程包括幾個相互競爭著的氧化還原反應(yīng)，它們是：

Ni2++H2PO2-+H2O —Ni+H2PO3-+2H+

（10）H2PO2-+H—H2O+OH-+P

（11）H2PO2-+H2O—H2PO3-+H2

（12）這些競爭著的反應(yīng)表明，如槽液溫度不變，那么PH值高，有助于式（10）反應(yīng)的進(jìn)行，即是鎳的還原速度升高，磷的還原速度下降，得到鍍層其磷含量下降；反之，PH值低，有助于式（11）、（12）兩反應(yīng)的進(jìn)行，即鎳的還原速度下降，磷還原速度升高，析氫量變大。

四、化學(xué)鍍鎳鍍液

鍍液的組成：化學(xué)鍍鎳溶液的組成包括：鎳離子，絡(luò)合劑、緩沖劑、加速劑、還原劑、穩(wěn)定劑、濕潤劑、光亮劑、去應(yīng)力劑、PH調(diào)整劑等。（1）鎳離子：為鍍層金屬的來源，主要有硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳、磺酸鎳等。（2）絡(luò)合劑：形成鎳的絡(luò)合物或整合物，防止鎳離子濃度過量，從而穩(wěn)定 溶液，阻止亞磷酸鎳沉淀，還起PH值緩沖作用。如羥基乙酸（乙醇酸）、氨基乙酸、乳酸、羥基丁二酸、檸檬酸、酒酸及其鹽類。（3）緩沖劑：長期控制PH值，使其穩(wěn)定。如乙酸、乙酸鈉、硼酸等。（4）加速劑：活化次亞磷酸鹽離子，加速沉積反應(yīng)的進(jìn)行。如某些1-和2-羧酸陰離子、氟化物、硼酸鹽等。（5）還原劑：主要有次亞磷酸鈉，硼氫化鈉，二甲基胺硼烷，二乙基胺硼 烷，聯(lián)氨等。

五、小結(jié)

化學(xué)鍍鎳之所以能在世界上取得可喜可賀的經(jīng)濟(jì)效益，是因?yàn)槠鋵?shí)獲得非晶態(tài)鎳基合金材料最經(jīng)濟(jì)最簡便的方法之一，更是世界各個國家廣泛研究、開發(fā)和應(yīng)用的技術(shù)之一。

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