低磷化學(xué)鍍鎳磷合金工藝分析

關(guān)鈺鑫 周群

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，化學(xué)鍍鎳技術(shù)在表面處理行業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。無論是航空航天還是機(jī)械電子領(lǐng)域，化學(xué)鍍鎳技術(shù)都有涉獵。本文通過對化學(xué)鍍鎳技術(shù)展開分析，并對低磷化學(xué)鍍鎳磷合金工藝展開研究，希望為關(guān)注低磷化學(xué)鍍鎳磷合金工藝的人群帶來參考。

關(guān)鍵詞：低磷;化學(xué)鍍鎳;磷合金工藝

低磷化學(xué)鍍鎳技術(shù)因?yàn)槠渚哂锌赦F焊性、脫模性等特性，所以低磷化學(xué)鍍鎳技術(shù)有著非常大的發(fā)展空間，然而低磷化學(xué)鍍鎳技術(shù)在應(yīng)用過程中，因?yàn)槌杀?、鍍液穩(wěn)定性等原因，所以該技術(shù)并未實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。因此，有必要對低磷化學(xué)鍍鎳磷合金工藝展開分析。

1 化學(xué)鍍概述

化學(xué)鍍指的是在沒有外接電源的情況下，在自催化作用下主鹽與還原劑在材料表面產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，此時金屬離子會在材料表面進(jìn)行沉積，所以化學(xué)鍍就是金屬離子遇到電子后進(jìn)行氧化還原的過程，在整個施鍍過程中，化學(xué)鍍并沒有外加電源的參與。而電鍍則不同于化學(xué)鍍，電鍍是在外加電源的影響下，將電鍍液中的金屬離子進(jìn)行還原并沉積在金屬板上。

1.1 化學(xué)鍍的優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)

相較于電鍍而言，化學(xué)鍍具備以下優(yōu)勢：第一，可操作性強(qiáng)，電鍍過程中需要額外連接其他電源設(shè)備，而化學(xué)鍍在使用時只需要加熱便可以進(jìn)行施鍍作業(yè)，因此化學(xué)鍍具有非常高的可操作性。第二，應(yīng)用范圍廣，電鍍只能對導(dǎo)體開展施鍍作業(yè)，而化學(xué)鍍在前處理結(jié)束后則可以對半導(dǎo)體、塑料等材料進(jìn)行施鍍。而且電鍍只能對平整的材料進(jìn)行施鍍，無法完成復(fù)雜工件的施鍍，化學(xué)鍍則因?yàn)樯铄?、均鍍能力?qiáng)，所以能夠完成對深孔件、圓管件等材料進(jìn)行施鍍。第三，結(jié)合力好，電鍍鍍層具有較大的孔隙率且耐蝕性較差，所以電鍍鍍層更加容易脫皮，而化學(xué)鍍則是通過氧化還原將金屬沉積在材料表面，所以化學(xué)鍍與材料表面的結(jié)合更加密切，實(shí)際應(yīng)用時更加不容易脫落。第四，硬度高，低磷化學(xué)鍍鎳層經(jīng)過熱處理之后其整體硬度會顯著提升，并增加鍍層的耐磨性。第五，性能可調(diào)整，化學(xué)鍍鎳在實(shí)際使用過程中可以通過控制磷的含量來改變鍍鎳層的各項(xiàng)性能指標(biāo)。比如將鍍層磷含量控制在5mass%以下時能夠讓鍍層發(fā)揮出非常好的釬焊性與磁性。而鍍層磷含量超過10mass%時，則鍍層的耐酸性以及介質(zhì)腐蝕性則會得到大幅度提升。

1.2 不同磷含量下的化學(xué)鍍鎳鍍層性能

對于化學(xué)鍍鎳的鍍層而言，鍍層中磷含量的變化能夠直接改變鍍層的實(shí)際性能，鍍層結(jié)構(gòu)以及性能的優(yōu)劣均會通過磷含量來得到體現(xiàn)。通常情況下，磷含量的增加會導(dǎo)致化學(xué)鍍鎳鍍層結(jié)構(gòu)從晶態(tài)轉(zhuǎn)化成為微晶態(tài)與非晶態(tài)。這種轉(zhuǎn)變會導(dǎo)致鍍層結(jié)構(gòu)、性能發(fā)生以下幾種變化：第一，低磷、中磷鍍層屬于微晶態(tài)、非晶態(tài)的混合階段，高磷鍍層屬于非晶態(tài)。中、高磷鍍層產(chǎn)生的衍射峰屬于“饅頭峰”鍍層此時結(jié)晶度非常差，低磷鍍層的衍射峰相對比較尖銳。第二，鍍層中的磷含量能夠影響到鍍層的密度。磷含量提升的同時，化學(xué)鍍鎳鍍層的密度會不斷縮小。處于常溫狀態(tài)下的純鎳其密度為8.91g/cm3，而低磷鍍層的密度則是8.5g/cm3，中磷密度為8.1g/cm3，高磷密度為7.9g/cm3。第三，磷含量對鍍層硬度的影響，低磷鍍層其硬度最高可以達(dá)到700HV，而經(jīng)過熱處理之后可以使硬度達(dá)到1000HV，高磷鍍層其硬度最高可以達(dá)到500HV，經(jīng)過熱處理后其硬度能夠達(dá)到1050HV。第四，磷含量對鍍層耐蝕性的影響。對于化學(xué)鍍鎳鍍層而言，其磷含量越低，則鍍層在堿性環(huán)境中的耐蝕性越高，而高磷鍍層則在酸性環(huán)境中具備優(yōu)異的耐蝕性。

2 基礎(chǔ)試驗(yàn)操作

低磷化學(xué)鍍鎳磷合金的基礎(chǔ)試驗(yàn)操作主要包括四個方面，分別是前處理、鍍液配制、施鍍、鍍液鍍層檢測，通過絡(luò)合滴定法能夠完成對鍍液濃度的分析，而磷鉬釩黃分光光度法則能對鍍層中磷的質(zhì)量進(jìn)行測定，采用纖維維氏硬度計(jì)可以進(jìn)行鍍態(tài)硬度測量，掃描電子顯微鏡可以觀察到鍍層的形貌特征，而且配合能譜儀還能測出鍍層中的元素含量。

2.1 前處理

在基礎(chǔ)試驗(yàn)中，前處理工藝是最為重要的環(huán)節(jié)之一，因?yàn)轶w系反應(yīng)只能在具備自催化活性中心的材料表面出現(xiàn)。然而試驗(yàn)樣品則會因?yàn)榧庸?、儲存等原因出現(xiàn)氧化層、油脂等雜質(zhì)，影響試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，前處理就是為了去除雜質(zhì)，促進(jìn)試驗(yàn)的順利進(jìn)行。

2.2 配制鍍液

鍍液配置可以選用單獨(dú)配置的濃縮液，并根據(jù)鍍液配方量取所需組分的數(shù)量，按照先后順利添加絡(luò)合劑、主鹽以及其他添加劑。添加結(jié)束后需要對pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)后方可以定容。需要注意的是，配置鍍液時盡量不要采用單獨(dú)稱量藥品加水溶解的配置方式，因?yàn)檫@種配置方式容易出現(xiàn)相對較大的試驗(yàn)誤差。

2.3 入槽施鍍

經(jīng)過前處理的鍍件需要及時進(jìn)行入槽施鍍，因?yàn)榍疤幚砗蟮腻兗浅Ｈ菀壮霈F(xiàn)氧化膜，影響試驗(yàn)效果。而且鍍液經(jīng)過長時間加熱攪拌還有可能分解出其他價態(tài)的化合物，影響鍍液質(zhì)量以及施鍍效果。另外，因?yàn)榛瘜W(xué)鍍鎳體系中的各種反應(yīng)非常復(fù)雜，所以在施鍍時對鍍液質(zhì)量有著非常嚴(yán)苛的要求，施鍍期間每間隔一段時間都要調(diào)節(jié)鍍液的pH值，如有必要還需補(bǔ)加組分。施鍍期間需要注意的是，開始施鍍后需要在燒杯頂部施加蓋板，降低鍍液的蒸發(fā)速度，防止灰塵、雜質(zhì)對鍍液造成污染。

2.4 退鍍

在試驗(yàn)過程中，如果要對磷的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)進(jìn)行測量，就必須采取退鍍工藝，因?yàn)榱缀颗c鍍層硬度、耐蝕性有著非常緊密的聯(lián)系。而且想要確定鍍層中的磷含量，退鍍也是必不可少的步驟之一。采用濃硝酸可以對試樣進(jìn)行退鍍處理，當(dāng)試樣退鍍完成之后，試驗(yàn)人員需要將試樣取出后進(jìn)行清洗、稱重，并對退鍍液進(jìn)行加熱處理，當(dāng)退鍍液沸騰之后則要緩慢添加1%濃度的高錳酸鉀，此時退鍍液中的磷會發(fā)生氧化形成黃煙后消失。然后通過加入濃度2%的亞硝酸鈉可以還原出多余的氧化劑高錳酸鉀，并使鍍液中的磷元素全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎姿猁}，將鍍液放入至容量瓶中進(jìn)行定容便可以得到試液，鍍液成分分析包括鎳離子濃度分析以及次亞磷酸根離子濃度分析。在試驗(yàn)過程中，如果需要補(bǔ)加鍍液，則試驗(yàn)人員必須按照規(guī)定的補(bǔ)加順序來進(jìn)行鍍液補(bǔ)加。

3 試驗(yàn)總結(jié)

隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，高磷、低磷鍍液的鍍速會不斷降低，直到鍍液pH值達(dá)到正常波動，而鍍層中的磷含量則會提升，4MTO之后磷含量便會接近5%，而通過中性鹽霧試驗(yàn)則會發(fā)現(xiàn)高磷、低磷鍍層會在72h后出現(xiàn)銹跡，對極化曲線進(jìn)行分析之后能夠發(fā)現(xiàn)低磷鍍層的中的自腐蝕電流高于高磷鍍層。此外，低磷鍍層經(jīng)過熱處理之后其腐蝕電流會大幅度下降，此時的腐蝕電位則會明顯提升，而鍍層的耐腐蝕性也會大幅度提升。低磷鍍層熱處理后2θ在36°～55°時會產(chǎn)生多個衍射峰，可以證明熱處理能夠改變低磷鍍層原有的結(jié)構(gòu)組織，低磷鍍層中穩(wěn)定態(tài)的NI3P含量也會提升。此物質(zhì)能夠在過飽和固溶體中離析出來并形成分散彌散相在鎳固溶體中分散，提升低磷鍍層的硬度。

在乳酸+丙酸的雙絡(luò)合體系中，化學(xué)鍍鎳低磷鍍層的鍍態(tài)硬度無法達(dá)到550HV、700HV，而在鍍液加入第三項(xiàng)納米顆粒之后，并采用適當(dāng)輔助絡(luò)合劑與活性劑能夠使鍍態(tài)硬度達(dá)到561.4HV。若低磷鍍層采用400℃熱處理1h并進(jìn)行隨爐冷卻，則鍍層的鍍態(tài)硬度可以達(dá)到692.6HV，此時的腐蝕電流會大幅度縮小，腐蝕電位以耐蝕性大幅度提升。若將低磷配方與高磷配方分別進(jìn)行中性鹽霧對比，則可以發(fā)現(xiàn)兩種鍍層都會在72h后產(chǎn)生紅色銹跡，96h后銹跡可以達(dá)到鍍層總面積的5%左右，因此二者的耐蝕性基本相同。而采用周期試驗(yàn)則能判斷出二者鍍液壽命都可以超過4MTO，但是因?yàn)榈土族円烘嚵纵^高，所以4MTO之后出現(xiàn)的會出現(xiàn)較大的波動。

綜上所述，低磷化學(xué)鍍鎳磷合金工藝的發(fā)展能夠?yàn)楸砻嫣幚硇袠I(yè)帶來極大的幫助，而且此工藝具有非常高的發(fā)展前景。相信隨著更多人對低磷化學(xué)鍍鎳磷合金工藝的深入研究，低磷化學(xué)鍍鎳磷合金工藝一定會變得更加完善。

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