無氨化學鎳工藝及其應用

頓福勝，李巖峰，周吉林，洪鐵軍，孫國慶

（1?安美特（中國）化學有限公司天津靜海分公司，天津300160；2?大連市表面工程協會，遼寧大連116021；3?丹東市鴨綠江技術表面處理中心，遼寧丹東118001；4?中國表面工程協會，北京100011）

化學鎳是塑料電鍍的重要的環節，對塑料件電鍍起至關重要的作用。化學鎳鍍層的好壞直接影響后續鍍層與基材的結合力和產品的合格率。傳統化學鎳含氨和硼酸，用鉛作穩定劑，生產過程氨水揮發快，味道大，對操作人員身體有不良的影響。清洗水中氨、氮含量高，處理困難，處理費用高，很難達到環保要求的排放指標［1‐4］。因此，無氨、無硼酸環保化學鎳受到關注，用于解決生產廠家污水中氨、氮超標問題，同時保證化學鎳其他性能的穩定。

安美特開發的匯眾ADM 環保化學鎳NiLow是一種不含氨和鉛的化學鎳電鍍工藝，適用于ABS和ABS/PC基材，使用不含鉛的穩定劑來穩定鍍液，與匯眾ADM預浸銅相兼容，可在較低溫度（30～40 ℃）下進行操作。該化學鎳不含有害重金屬鉛，符合歐盟汽車工業要求。本文主要介紹環保無氨化學鎳在實際生產的使用情況，以及在生產過程中遇到的問題以及解決方案，為廣大的塑料電鍍用戶提供一些借鑒。

1 無氨化學鎳

1.1 特點

無氨化學鎳具有以下特點：（1）環保方面：無氨、無鉛、無硼酸；（2）污水處理：流程簡便，無氨氮超標困擾；（3）鍍液維護：維護方法與傳統化學鎳相同；（4）生產設備：與傳統化學鎳相同，可實現直接換槽；（5）工作環境：沒有刺激性氨氣，改善生產環境，有利于人員健康。

1.2 操作要點

無氨化學鎳操作要點主要包括：（1）定時添加穩定劑；無氨化學鎳不含氨水，失去氨水對鎳的絡合作用，生產中穩定劑需要定時添加。（2）定時測試pH；無氨化學鎳不含硼酸，損失了部分緩沖作用，生產中需定時補充pH 調整劑。（3）抑菌殺菌處理；無硼酸，殺菌作用缺失，為了預防藻類的產生，需要抑菌殺菌處理。（4）水洗；進槽前水洗和出槽后水洗需要加紫外線殺菌燈。（5）定時檢測pH 和穩定劑含量對生產的穩定非常必要，無氨化學鎳的分析頻率比傳統化學鎳要高。

1.3 運行成本

單純從化學品消耗上看，生產運行成本較高于傳統化學鎳，但污水處理簡易，省去氨、氮處理費用，綜合成本與傳統化學鎳相當。

1.4 無氨化學鎳日常維護

通過半年多的生產檢驗，總結了鍍液日常維護建議，見表1所示。

表1 工藝參數Tab.1 Process parameters

各種參數變化對鍍液沉積速率、穩定性及鍍層磷含量的影響，具體情況見表2 所示。表示升高，表示下降。

無氨化學鎳現場生產照片如圖1 所示，由圖1中可以看出，鎳層上鍍完整，鍍層結晶細致，顏色均勻一致。

2 無氨化學鎳生產過程存在問題及解決方法

2020 年3 月在某一大型汽車塑料件電鍍廠開缸26000 L匯眾ADM 環保無氨化學鎳NiLow，開缸后通過短時調試，生產很快穩定便可批量生產，產品合格率不低于傳統化學鎳水平，但生產過程也遇到一些問題，經過不斷的摸索分析，找到了有效的解決方案。

2.1 鍍層毛刺

毛刺是電鍍經常發生的問題，影響的因素復雜，在前處理、酸銅、半光鎳、光亮鎳以及掛具退鍍不徹底掉鎳渣，過濾機不良泥渣遺漏，還有環境因素等都可能導致鍍層毛刺，解決起來困難耗時，影響正常生產。這次產生毛刺問題，因為是新產品用于大生產，經檢討開缸的各個環節，如鍍槽和過濾機的清洗，各組分藥品的測算、補加等，基本可以排除人為因素的影響。為了快速解決問題，采用“對比”的方式，即先在傳統化學鎳生產線上鍍完化學鎳，再轉移到無氨化學鎳生產線上做后續電鍍，毛刺問題沒有了，由此快速鎖定毛刺問題出現在無氨化學鎳。通過查看現場情況，發現化學鎳反應較為強烈，工件表面有大量氣泡析出，檢查發現自動溫控失效，人工測試鍍液溫度高出工藝上限3 ℃，對無氨化學鎳來說3 ℃的溫差影響是非常大的，通過臨時冷凍機快速降溫到工藝中線，問題得到快速解決。

表2 參數變化對鍍液的影響Tab.2 Influence of parameter change on plating bath

2.2 漏鍍

漏鍍也是塑料電鍍常出現的問題，粗化、活化、化學鎳、粗化鉻霧都是漏鍍的影響因素，但多年的經驗總結，各個因素導致的漏鍍有所不同，這次發現的漏鍍與以往都不同，漏鍍集中在化學鎳槽過濾機出口的位置，懷疑是過濾機出水沖擊導致的，但在用傳統化學鎳時沒有出現過這種情況。針對這種“規律性”的漏鍍，很有可能與過濾機出水沖擊有關，通過改過濾機出水口位置和采用多孔出水，以避免對工件的沖擊，漏鍍現象消失。通過這次漏鍍問題的解決，發現無氨化學鎳對水沖擊比較敏感，因此把過濾機系統作了適度的調整，后續生產這種漏鍍就沒有再出現過。

圖1 無氨化學鎳現場生產照片Fig.1 Field production photo of ammonia-free elec‐troless nickel

3 無氨化學鎳關鍵參數管控

高低溫冷熱循環測試是汽車主機廠非常重要的一項性能要求，從2020年3月開始采用無氨化學鎳至10月底生產8個月，鍍層的冷熱循環性能測試全部合格。這是我們結合以往多年汽車塑料電鍍生產經驗，著重控制以下3 點，達到了預期的效果：（1）工藝參數控制在適合的范圍；注意不能照搬說明書給出的范圍，而是通過生產實踐總結出的控制技能，不同廠家、不同牌號、不同批次材料的素材，所用的參數都有所不同，需要在生產過程中不斷地摸索積累經驗。（2）化學鎳鍍層電阻控制；定期用標準的ABS 板做電阻測試，控制化學鎳鍍層電阻，要求3 cm 間距的電阻值在10～20 Ω 之間。（3）化學鎳反應速度控制；定期用標準ABS 板做鍍速測試，鍍速控制在0?025～0?050 μm/min。

4 結論

經過半年多大生產的檢驗，匯眾ADM 環保化學鎳NiLow 可替代傳統化學鎳工藝，徹底解決了生產廠污水中氨氮超標問題，生產線上無氨氣揮發，環境得以改善。這款無氨化學鎳不但無氨，還無鉛、無硼酸，更有利于環保。隨著社會發展對環保要求越來越高，相信無氨化學鎳的應用也會越來越廣泛。

但是無氨化學鎳也有自身缺陷，例如要求溶液控制參數更為嚴格，操作比之前相對復雜，副反應分解物亞磷酸鹽及碳酸鹽比傳統化學鎳增長快，有待持續改進完善。