化學鍍低磷鎳一磷合金工藝的研究

摘要：使用丙酸一乳酸體系化學鍍低磷Ni一P合金，研究了鍍液中鎳與磷的濃度比、乳酸、丙酸、pH對鍍速和磷含量的影響，並得到了最佳低磷化學鍍Ni一P合金工藝。實驗結果表明，提高硫酸鎳與次磷酸鈉的質量濃度比和pH，降低乳酸和丙酸的質量濃度，有利於得到低磷化學鍍Ni一P合金層。

關鍵詞：低磷;化學鍍;磷含量;Ni一P合金

中圖分類號：TQ153.2文獻標識碼:A

引言

化學鍍鎳一磷合金是一種新型的表面處理技術，控制鍍層中的含磷量可以獲得諸多性能的鍍層。因此化學鍍鎳一磷合金廣泛應用在電子、計算機、航天航空、汽車、印刷、醫療器械等各個領域。美國的ASTM標準中B733一以對化學鍍鎳一磷合金鍍層的磷含量和應用領域進行了相應規定，低磷化學鍍Ni一P合金的磷質量分數為2%一4%，鍍層結構為微晶態，硬度在620一75OHv，通常用作耐磨的表面。磷的質量分數為1%一3%的Ni一P合金鍍層結構也是微晶結構，用作電子元件的可焊性和粘合性處理，增加導電性和對強鹼溶液的防腐蝕性能。

低磷化學鍍Ni一P合金與中磷和高磷Ni一P合金相比具有一些優勢:1)硬度高，可達70HV，熱處理後可達10HV;2)具有優異的耐磨性，其耐磨性能與硬鉻和鎳一硼合金很相似;3)耐蝕性好;4)電磁性能優越;5)應力均勻，而且它可以替代與之性能相近的鎳一硼合金。

此外，工藝操作範圍寬是低磷化學鍍Ni一P合金的顯著優點，pH一般在5一8，溫度為60一90℃。

低磷化學鍍鎳的硬度高、耐磨性好的優點使其有可能替代電鍍硬鉻。僅就化工原材料的成本看，得到同樣厚度的鍍層，鍍硬鉻比化學鍍鎳一磷合金要便宜60%一50%。但綜合考慮各種因素，例如鍍層的均勻性、物理化學性質等，化學鍍鎳一磷合金具有更好的經濟效益和社會效益。從設備成本來說，兩者接近。因此，低磷化學鍍鎳一磷合金諸多優異性能使得開發低磷化學鍍鎳一磷合金工藝成為一種需求。

1實驗方法及儀器

試樣為Zcmx3cm的紫銅片。

1.1鍍速及鍍層磷含量測試方法

1)用稱量法測定鎳層沉積速度。

2)鍍層中磷含量採用弘一ExPforer能量色散型的X一射線熒光光譜儀(XRF)測試。

1.2實驗儀器

HH恆溫水浴鍋、78一1型磁力加熱攪拌器(江蘇金壇市中大儀器廠);pH檢測計(梅特勒托利多上海有限公司);電子天平(梅特勒托利多上海有限公司);X一射線熒光光譜儀(德國Brukeraxs公司)。

2.結果與討論

本實驗選取NISO;·6H200.lmoFL，NaHZPoZ·H20、乳酸、丙酸(濃度待定)，其它輔助添加劑分別為:十二烷基磺酸鈉sm擴L，UPS(穩定劑)30m歲L，施鍍溫度為85一8℃。

2.1鎳與磷的濃度比對鍍速和磷含量的影響

鍍液中鎳鹽的質量濃度不變，通過改變次磷酸鈉的質量濃度得到不同的硫酸鎳與次磷酸鈉的質量濃度比(以下用k表示)，考察其對鍍速和鍍層磷含量的影響，如圖1和圖2所示。從圖中可以看出，隨著k值增大，鍍速和磷的質量分數呈下降趨勢。這是由於鎳的質量濃度不變時，k值增大意味著次磷酸鈉的質量濃度減少，造成反應速率下降，高的k值有利於獲得低磷鍍層。

鎳與磷的濃度比對鍍速和磷含量的影響

2.2乳酸對鍍速和磷含量的影響

通過改變乳酸的質量濃度，測得不同乳酸質量濃度對鍍速和鍍層磷含量的影響，如圖3和圖4所示。從圖中可以看出，乳酸作為絡合劑也是影響鍍速和磷含量的一個重要因素，而且鍍速有一個最高點。隨乳酸質量濃度的增加，磷的質量分數呈上升局勢，減小乳酸濃度有利於獲得低磷鍍層。

乳酸對鍍速和磷含量的影響

2.3丙酸對鍍速和磷含量的影響

圖5和圖6是丙酸的質量濃度與鍍速和磷含量的關係曲線。

丙酸對鍍速和磷含量的影響

在圖5中隨著丙酸質量濃度的變化，鍍速也有一個最高點，與乳酸類似，這一規律與每一種絡合劑用量與沉積速率關係有一個最高點的結論是相吻合的。隨丙酸質量濃度的加大，丙酸對磷質量分數的影響不是很明顯，但也呈上升趨勢。因此減小丙酸質量濃度有利於獲得低磷鍍層。

丙酸對鍍速和磷含量的影響

2.4pH對鍍速和磷含里的影響

pH也是化學鍍鎳一磷合金中的一個重要因素，圖7和圖8分別表示pH對鍍速和鍍層磷含量的影響。從圖中可以看出pH增大，鍍速升高，而磷的質量分數降低，因此高的pH有利於得到低磷鍍層。

pH對鍍速和磷含里的影響

2.5配方優化

通過實驗，最後所得的最佳溶液組成及工藝條件如下:

硫酸鎳0.lmol/L

次磷酸鈉0.15一0.25mol/L

乳酸19一21g/L

丙酸8.5~9.5g/L

十二烷基磺酸鈉8mg/L

UIS30mg/L

PH6.0士0.3

溫度85~88℃

3 結論

1)硫酸鎳與次磷酸鈉質量濃度比的增大會使鍍液鍍速和鍍層磷含量均下降。

2)乳酸質量濃度的增加，鍍速達到某一峰值後開始下降，同時乳酸質量濃度的增加使得鍍層磷含量降低。同樣丙酸也具有這一趨勢。

3)高pH有利於得到低磷化學鍍Ni一P合金，且提高了沉積速度。

4)經過優選確定的配方，具有高速低磷的工藝特點。