雙配位體系化學鍍Ni-P 合金的研究

胡海嬌， 劉定富

（貴州大學 化學與化工學院，貴州 貴陽550000）

0 前言

化學鍍鎳液中除了主鹽與還原劑外，最重要的組成部分就是配位劑。鍍液性能的差異、壽命長短主要取決于配位劑的選用及其搭配關系。將兩種或多種配位劑復配使用，能夠彌補單一配位劑在某些方面的不足［1］。本實驗將配位劑兩兩復配，旨在得到鍍速快、鍍液穩定性高、鍍層耐蝕性好的化學鍍鎳工藝。

1 實驗

1.1 實驗材料

以45＃碳鋼片為基體材料，其規格為50mm×50mm×1mm。

1.2 實驗藥品

NiSO4·6H2O 20～30g／L，NaH2PO2·H2O 25～35 g／L，CH3COONa·3H2O 10～20 g／L，C6H8N7·H2O 10～15g／L，磷鉬酸銨，濃硫酸，濃硝酸，鹽酸，氨水。

1.3 工藝條件

pH值4.4～4.8，施鍍時間1h，施鍍溫度85～95℃，裝載比1.1dm2／L。施鍍過程中，采用補加濃縮液的形式補充消耗的鎳鹽和一定比例的還原劑、配位劑，并用氨水調整pH值。

1.4 主要儀器

FA-1004型電子天平，DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，pH100 防水型筆式pH 計，DK-98-11A 型恒溫水浴鍋，MN-60型光澤度儀，722-可見分光光度計。

1.5 工藝流程

1.6 測試方法

（1）鍍層中磷的質量分數

采用分光光度法測定鍍層中磷的質量分數［2］。具體步驟為：濃硝酸溶解鍍層→煮沸驅逐氮氧化物→高錳酸鉀氧化剩余氮氧化物→亞硝酸鹽反氧化二氧化錳→冷卻→定容至 250 mL→取適量溶液并加入25mL 鉬酸銨試劑→定容至100 mL→顯色 15min→在420nm 波長下測定吸光度。

（2）鍍速

采用稱量法測定鍍速［3］，公式為：

式中：v為鍍速，μm／h；m1為鍍片施鍍后的質量，g；m0為鍍片施鍍前的質量，g；S為鍍片面積，cm2；ρ為鍍片密度，取7.80g／cm2；t為施鍍時間，h。

（3）鍍液穩定性

鍍液穩定性采用氯化鈀加速試驗來表征［4］。具體方法為：取50 mL 開缸鍍液于試管中，浸入已經恒溫至60℃的水浴中，使試管內溶液面低于恒溫水浴液面；半小時后，在攪拌下，使用移液管量取1mL質量濃度為1.0×10-4g／mL 的氯化鈀溶液于試管中；記錄自注入氯化鈀溶液至試管內起，化學鍍液開始出現渾濁或沉淀所經歷的時間。時間越長，鍍液的穩定性越好。

（4）鍍層耐蝕性

鍍層耐蝕性用耐硝酸變色時間來表征［5］。具體方法為：將剛施鍍完的鍍件洗凈，干燥后，一半浸泡于質量濃度為1.42g／cm3的濃硝酸中，另一半暴露于空氣中，在室溫條件下記錄鍍層從浸入硝酸到變色所經歷的時間。

2 結果與討論

2.1 磷的質量分數的對比

在只含22g／L LA的鍍液中，分別加入不同量的LB、乳酸、蘋果酸，對鍍層中磷的質量分數的影響都不明顯，在10.3%附近浮動。但是加入甘氨酸以后，即使甘氨酸的質量濃度僅為4g／L，就已經使磷的質量分數下降到8%以下；而隨著甘氨酸的質量濃度的增加，磷的質量分數會繼續下降至5.8%左右。由此可知：LA在分別與LB、乳酸和蘋果酸復合時，LB、乳酸和蘋果酸不會對磷的質量分數造成較大影響；而當LA與甘氨酸復合時，甘氨酸會嚴重降低鍍層中磷的質量分數，產生嚴重的“副作用”。這與開發高磷鍍液的初衷背道而馳，所以甘氨酸的使用還需要再做研究［6］。

有文獻報道，甘氨酸在較高質量濃度下會嚴重降低磷的質量分數，但是在毫克級別時這種作用不明顯，并且具有一定的加速作用。固定LA的質量濃度為22g／L，研究了甘氨酸的質量濃度對鍍速和鍍層中磷的質量分數的影響，結果如圖1所示。

由圖1可知：隨著甘氨酸的質量濃度由5mg／L增至35mg／L，鍍層中磷的質量分數從10.8%降到10.6%；同時，甘氨酸呈現出一定的加速作用，加速效果最大時的甘氨酸的質量濃度為15mg／L。

圖1 甘氨酸對鍍速和鍍層中磷的質量分數的影響

2.2 鍍速的對比

LB、乳酸和蘋果酸三種配位劑的加入都會使單配位劑體系的鍍速先上升后下降。但是它們的加速效果不同。LB的加速效果遠高于乳酸和蘋果酸的，而乳酸和蘋果酸的加速效果區別不大。僅以LB為配位劑時，當其質量濃度為12g／L 時，鍍速開始下降。而LA和LB復合時，當兩者的總質量濃度達到6g／L時，鍍速開始下降。所有的配位劑都具有一個共同的特征，即隨著其質量濃度升高到一定程度以后，鍍速下降。而LB的減速作用和它的加速作用是一對矛盾。在達到6g／L 前，加速作用強于減速作用；達到6g／L時，加速作用和減速作用達到平衡，鍍速在此處附近出現極值；在6g／L 后，其配位鎳離子的能力起主要作用，即加速作用弱于減速作用，此時鍍速下降，但是仍比單配位劑LA的速率要快。如果繼續增加LB的質量濃度，那么在某一質量濃度時，LA和LB復配的鍍速會比單配位劑LA的鍍速還要慢。

2.3 穩定時間的對比

LB、乳酸和蘋果酸的加入均使單配位劑體系的穩定時間增加，變化趨勢在整個考察范圍內都呈現持續上升的現象，但是增效仍有差別，乳酸的增效最明顯（從2 700s增加到8 300s），LB和蘋果酸的區別不大。

2.4 耐硝酸變色時間的對比

兩兩復配的耐硝酸變色時間，如表1所示。

3 結論

（1）LA和LB復配時的加速效果最顯著。

（2）LA和乳酸復配時的穩定時間最長。

（3）LA和LB、乳酸、蘋果酸復配時，磷的質量分數能夠得到保證；LA和5～35 mg／L 的甘氨酸復配，不會顯著降低磷的質量分數。

表1 兩兩復配的耐硝酸變色時間

（4）耐硝酸變色時間基本和磷的質量分數吻合。

（5）除了甘氨酸有明顯“副作用”而降低了其使用濃度外，其他三種配位劑LB、乳酸、蘋果酸的加入均對單配位劑LA的鍍液體系產生了有利作用，但是考慮到蘋果酸各方面的效果一般，而且蘋果酸的價格較高，一般不予使用。

［1］孫華，馮立明，李成美.化學鍍Ni-P合金復合絡合劑正交優化試驗［J］.腐蝕與防護，2004，25（7）：304-306.

［2］劉定富，崔東，魏世洋.化學鍍鎳-磷合金鍍層中磷的測定［J］.電鍍與精飾，2012，34（1）：39-41.

［3］曲志濤.微波加熱技術在化學鍍鎳中的應用［J］.電鍍與環保，2007，27（3）：21-23.

［4］仵亞婷，湯義武，沈彬，等.化學鍍鎳溶液穩定劑及其作用機理［J］.機械工程材料，2004，28（11）：1-3.

［5］胡光輝，吳輝煌，楊防祖.鎳磷化學鍍層的耐蝕性及其與磷含量的關系［J］.物理化學學報，2005，21（11）：1299-1302.

［6］邵光杰，秦秀娟，于升學，等.電沉積Ni-P合金鍍層在酸性介質中耐蝕性能的研究［J］.表面技術，2001，30（5）：32-35.