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鎳的性能

   鎳的元素符號(hào)為Ni，屬于元素周期ⅧB族元素，原子序號(hào)28，相對(duì)原子質(zhì)量58.69，熔點(diǎn)1453℃，相對(duì)密度8.9，電阻率12.5X10^-6Ω?cm。

   鎳金屬的晶格類型為fcc，晶格常數(shù)a=0.35238nm。鍍鎳層的織構(gòu)在電鍍的初始期不明顯，隨厚度增加而出現(xiàn)100結(jié)構(gòu)。當(dāng)電流密度増加時(shí)(0.5A/dm²以上)，則為110結(jié)構(gòu)。在高電流密度下，各種鍍鎳工藝都有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)特征，硫酸鹽鍍鎳為110;氯化物鍍鎳為311;瓦特鎳也是110;氨基磺酸鎳則是100。

   鎳難溶于鹽酸和硫酸，并且在發(fā)煙的濃硝酸里處于鈍態(tài)。但是溶于稀硝酸和熱的濃硝酸和混合酸。

3Ni+8HNO₃(冷、稀)=3Ni(NO₃)₂+2NO+4H₂O

Ni+4HINO₃(熱、濃)=Ni(NO₃)₂+2NO₂+2H₂O

2NI+2HNO₃ +2H₂SO₄=2NISO₄+NO₂+NO+3H₂O

   熱油、醋酸對(duì)鎳有腐蝕作用，因此鎳不宜直接用作表面裝飾鍍層。鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為Ni²⁺/Ni=-0.25V，在鋼鐵上電鍍屬于陰極鍍層，只有在鍍層無孔隙的情況下，才對(duì)基體有機(jī)械保護(hù)作用。

鎳與鍍鎳的應(yīng)用

   鎳是重要的工業(yè)資源，由于其較好的抗蝕性能和較少的資源，也用作輔幣材料。鎳除了可以與銅制成合金，還可以與許多其他金屬構(gòu)成合金，其中應(yīng)用最廣泛的是制作不銹鋼。

   當(dāng)然金屬鎳本身也有著重要用途。它是重要的電極材料、催化劑、裝飾和防護(hù)鍍層、電鑄材料及電子工業(yè)材料。

   鍍鎳是電鍍工藝中應(yīng)用最廣泛和研究得最多的鍍種。特別是光亮鍍鎳技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了電鍍添加劑中間體的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，也使鍍鎳成為工藝選擇最多的鍍種。

   現(xiàn)在已經(jīng)工業(yè)化的鍍鎳工藝有暗鎳、半光亮鎳、全光亮鎳、多層鎳、高硫鎳、鎳封、沙面鎳(緞面鎳、珠光鎳)等。

   暗鎳主要用于打底或產(chǎn)品功能需要的鍍層，這種工藝也叫瓦特鎳，是所有其他鍍鎳工藝的基礎(chǔ)。

   應(yīng)用最多的是光亮鍍鎳和多層鎳，不同的光亮劑供應(yīng)商有不同的添加劑組合。其他鍍鎳工藝也都是在瓦特鎳的基礎(chǔ)上添加各種不同的添加劑形成的新工藝。

鍍鎳技術(shù)的發(fā)展

   鍍鎳是電鍍技術(shù)中研究得最多和最充分的鍍種，這主要是鍍鎳的特殊性能所決定的。鍍鎳也是對(duì)添加劑和光亮劑依存度最高的鏡種，這是鍍鎳受到研究者重視的主要原因。

   早期鍍鎳主要是靠機(jī)械拋光來達(dá)到光亮裝飾效果，利用其較好的力學(xué)防護(hù)性能，和鍍裝飾鉻相配合，成為防護(hù)裝飾電鍍的主流工藝。但是靠加厚鍍層和拋光來達(dá)到光亮效果，無論是從效率上還是從資源節(jié)約方面，都是有問題的，工藝改進(jìn)的需要促進(jìn)了光亮鍍鎳技術(shù)的發(fā)展。

   20世紀(jì)的70年代，光亮鍍鎳就作為一種新工藝在我國得到了推廣。在電鍍添加劑還沒有商品化以前，應(yīng)用鍍鎳新工藝的工作是由各電鍍廠家自己進(jìn)行的，也就是自己依據(jù)技術(shù)資料來采購原料配制光亮鍍鎳的添加劑，當(dāng)時(shí)已經(jīng)知道根據(jù)這些添加劑在電鍍過程中作用可以分為兩類，即產(chǎn)生壓應(yīng)力的初級(jí)光亮劑(也叫一類光亮劑)和產(chǎn)生張應(yīng)力的次級(jí)光亮劑(也叫二類光亮劑)。無論哪種應(yīng)力過大時(shí)，都會(huì)對(duì)鍍層的性能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)使鍍層與基體的結(jié)合力下降。甚至鍍層發(fā)生開裂性起皮。只有這兩種光亮劑使用合理時(shí)，才會(huì)使應(yīng)力趨于最小，并且達(dá)到良好的分散能力和光亮效果。這種最初出現(xiàn)的鍍鎳光亮劑被稱為第一代光亮劑，其代表是丁炔二醇加糖精。

   一類光亮劑多數(shù)為有機(jī)磺酰胺、芳香族磺酸鹽、硫酰胺等，最有代表性的就是俗稱為糖精的鄰磺酰苯酰亞胺的鈉鹽，至今仍在廣泛采用。二類光亮劑則是醛類、醇類、吡啶類有機(jī)化合物。當(dāng)時(shí)最為常用的就是1，4-丁炔二醇。另外為了消除電鍍過程中析氫不暢產(chǎn)生的針孔，也加入潤濕劑，以后又出現(xiàn)了以改善分散能力為目的的走位劑，以除雜質(zhì)影響為目的的除雜劑等。

   鍍鎳技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志就是有目的的合成有機(jī)添加劑，這就是所謂的第二代鍍鎳光亮劑。這是將兩種以上的有機(jī)化學(xué)物合成為一種新的化學(xué)物質(zhì)，使之有更好的適合電結(jié)晶過程的表面特性，比如丁炔二醇與環(huán)氧氯丙烷的縮合物就有比丁炔二醇更好的光亮作用。

  到了20世紀(jì)80年代初，光亮劑的合成進(jìn)入第三代，這當(dāng)然是在研究了很多成品有機(jī)物和合成物對(duì)電極過程的影響后，確定了一些有機(jī)基團(tuán)的作用更為有效，開始嘗試在一些合適的主基上接入某些官能團(tuán)使其有特定的表面特性，從而出現(xiàn)了一系列可供選擇的鍍鎳光亮劑中間體，供電鍍光亮劑開發(fā)商選用。

  隨著鍍鎳技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)商將開發(fā)出更好更有競(jìng)爭力的新一代產(chǎn)品，新一代鍍鎳添加劑的技術(shù)特征是極化作用并不明顯，但是其出光速度很快，且分散能力也好，用戶可以根據(jù)自己產(chǎn)品的需要，從成本、效率、質(zhì)量指標(biāo)等綜合因素選用不同的鍍鎳光亮劑。

鍍鎳工藝

瓦特像(普通鍍鎳、鍍暗鎳)

   瓦特鎳也被稱為普通鍍鎳或鍍喑鎳，以其成分簡單和沉積速度快、操作管理方便而被廣泛采用。同時(shí)，瓦特鎳也是開發(fā)和研究其他鍍鎳工藝的基礎(chǔ)鍍液。

瓦特鎳的典型工藝如下：

硫酸鎳                       250-350g/L      pH值                       3-5

氯化鎳                       30-60g/L          溫度                        45-60℃

硼酸                           30-40g/L        陰極電流密度            1-2.5A/dm2

十二烷基苯磺酸鈉      0.05-0.1g/L      陰極移動(dòng)                  需要

   瓦特鎳在沒有光亮鍍鎳以前是很流行的鍍鎳工藝，但是隨著光亮鍍鎳的出現(xiàn)，現(xiàn)在瓦特鎳主要用作預(yù)鏡鎳或需要保持鎳本色的鍍件，也用于以防護(hù)為主而不考慮裝飾效果的制品，畢竟沒有光亮劑的工藝，管理起來要簡單得多。

光亮鍍鎳

   光亮鏡鎳是裝飾電鍍中應(yīng)用最廣泛的鍍種，其工藝技術(shù)也非常成熟，這里列舉的是最典型的通用工藝，光亮劑也是公開的最簡約的方案。不過現(xiàn)在大多采用商業(yè)光亮劑，這時(shí)要根據(jù)供應(yīng)商提供的添加方法添加和維護(hù)。

硫酸鎳            250～300g/L     糖精            0.6-1g/L

氯化鎳              30～60g/L     pH值           3.8-4.4

硼酸                35～40g/L      溫度            50-65℃

十二烷基硫酸鈉      0.05-1g/L       陰極電流密度   1-2.5A/dm2

1，4-了炔二醇      0.2～0.3g/L       陰極移動(dòng)       需要

 多層鍍鎳

   鍍多層鎳是利用鍍層間的電位差提高鋼鐵制品防護(hù)裝飾性能的重要組合鍍層，在機(jī)械、電子和汽車等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。實(shí)用的多層鎳鍍層有以下幾種組合方式。

(1)雙層鍍鎳是在底層上先鍍上一層不含硫的半光亮鎳，然后再在其上鍍一層含硫的光亮鎳層，再去鍍鉻。由于含硫的鍍層電位較里層的半光亮鎳要負(fù)，當(dāng)發(fā)生腐蝕時(shí)，光亮鎳作為陽極鍍層要起到犧牲自己保護(hù)底鍍層和基體的作用。

①半光亮鎳工藝

硫酸鎳        350g/L          十二烷基硫酸鈉     0.05g/L

氯化鎳         50g/L             pH值           3.4-4.8

硼酸           40g/L             溫度             55℃

1類添加劑     1.0ml/L            陰極電流密度     2-4A/dm2

2類添加劑     1.0ml/L      

②光亮鎳電鍍工藝

硫酸鎳         300g/L         十二烷基硫酸鈉      0.1g/L

氧化鎳          40g/L              pH值         3.8-5.2

硼酸            40g/L              溫度           50℃

A類添加劑     1.0ml/L          陰極電流密度      2-4A/dm2

B類添加劑     1.0ml/L      

雙層鎳兩鍍層間電位差要大于120mV。兩鍍層的厚度比例根據(jù)基體材料不同而有所不同。對(duì)于鋼鐵基體，半光鎳與光亮鎳的比例為4:1，而鋅基合金或銅合金則為3:2。

(2)三層鎳  其組合有好幾種，常用的是半光亮鎳/高硫鎳/光亮鎳。其中高硫鎳的鍍層厚度只在1μm左右，其電位最負(fù)，在發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，作為犧牲層起到保護(hù)其他鍍層和基體的作用。

三層鎳的工藝流程如下：

化學(xué)除油、除銹一陰極電解除油一陽極電解除油一水洗兩次一活化一鍍半光亮鍵一商硫鎳一光亮鎳一回收一水洗一裝鉻或其他功能性鐨層

三層鍍鎳中的半亮鎳和光亮鎳可以延用前述雙層鎳的工藝。

高硫鎳的工藝如下

硫酸鎳                300g/L         pH值        3.5

氯化鎳                 40g/L          溫度         50℃

硼酸                   40g/L         陰極電流密度  3-4A/dm2

苯亞堿酸鈉             0.2g/L         時(shí)間         2-3min

十二烷基硫酸鈉         0.05g/L

  需要注意的是不能將高硫鎳的鍍液帶入到半光亮鎳中去，否則半光鎳的電位會(huì)發(fā)生負(fù)移而使高硫鎳失去保護(hù)作用。

(3)鎳鍍層的鈍化與鍍層間結(jié)合カ   在多層鎳之間，容易出現(xiàn)鍍層結(jié)合力不良的問題，很大的一個(gè)原因是鎳鍍層發(fā)生了鈍化，使之再在其上鍍鎳或鉻，出現(xiàn)脫皮問題。

  亮鎳層中含硫過多且分布不均勻會(huì)引起亮鎳局部鈍化，含硫越多，飩化越快。糖精超過6g/L，易使鎳層鈍化，影響鍍層結(jié)合力和隨后的套路，使鉻層發(fā)花，出現(xiàn)白斑、黃斑。初級(jí)光亮劑過量。初級(jí)光亮劑（柔軟劑）與次級(jí)光亮劑（光澤劑）比例失調(diào)，鍍亮鎳后未及時(shí)套格，都會(huì)造成鎳層鈍化。

  高硫鎳層活性很強(qiáng)，電位比光亮鎳負(fù)20mV左右，含硫量高的鎳層套鉻是有困難的，套鉻后常見鉻層發(fā)花、露黃，零件邊緣的鉻層燒焦，零件中間出現(xiàn)黃膜、黃斑、白斑等缺陷。正因?yàn)楦吡蜴嚿喜灰滋足t成功，三層鎳工藝中，需鍍光亮鎳層來覆蓋高硫鎳層。

防止鎳層鈍化的措施主要有如下幾點(diǎn)

①柔軟劑和主光亮劑配比要合理，柔軟劑糖精、苯亞硫酸鈉、對(duì)甲苯硫酸銨、二苯磺基亞胺等，加入量多時(shí)，可試補(bǔ)加次級(jí)光亮劑(主光亮劑)來克服或稀釋鍍液，如果還是不能克服，說明初級(jí)光亮劑(柔軟劑)太多了，需少量活性炭吸附過濾掉一部分。

②控制亮鎳溶液的pH值不能太低。從高硫鎳鍍液的原理可知，在鍍液pH值低時(shí)，糖精之類硫化合物易電解還原析出硫，鍍層含硫量上升，容易發(fā)生鈍化。

③掛具出入鍍亮鎳槽時(shí)，應(yīng)減小電流，槽壓降至6～7以內(nèi)，這樣可減輕雙性電極現(xiàn)象，防止鎳層鈍化。

   已鈍化的亮鎳層用稀硫酸活化是沒有效果的，為解決亮鎳層的鈍化問題，需要先除去鎳鍍層表面所形成的鈍化膜，再進(jìn)行補(bǔ)鍍亮鎳。用電解法恢復(fù)活性較為可靠。

   在1.5％～4％硫酸的溶液中，陰極電解40s～2min，可使已鈍化的亮鎳層恢復(fù)活性。

   套鉻前，在含氯化鎳、鹽酸的沖擊鎳溶液中閃鍍幾十秒，充分洗凈后再套鉻。不足1μm厚的閃鍍鎳層不會(huì)使亮鎳層失去光亮，而且在閃鍍鈍鎳層上套鉻比在亮鎳層上容易得多。

影響鍍鎳質(zhì)量的因素

鍍鎳添加劑

  電鍍加工業(yè)所面臨的竟?fàn)幘置?，使電鍍加工業(yè)對(duì)電鍍工藝的要求越來越苛刻，對(duì)光亮鍍鎳來說就是要求鍍層薄、出光快、分散能力好、色澤好，而管理上則要求組分少，最好單一添加、分解產(chǎn)物少、處理周期長。

  如何滿足這些新的技術(shù)要求，很大程度上取決于如何選用適合的鍍鎳光亮劑中間體和合理組合中間體。

  通常認(rèn)為光亮添加劑是通過影響陰極極化過程而起作用的，也就是說有機(jī)添加劑對(duì)金屬電沉積過程有足夠大的極化作用，這從一些使用了光亮劑的鍍鎳液的陰極極化曲線可以得到印證。但是，某些新一代的鍍鎳光亮劑并不一定遵守這一原則，測(cè)試表明，有些新的鎳光亮劑的極化作用并不明顯，但是其出光速度很快，且分散能力也好。

   有機(jī)添加劑在陰極表面的作用從其吸附到起作用(以參與電子交換的方式或以改變鍵能的方式或影響結(jié)晶的方式等)直至脫附，總是有一個(gè)完成速度的，這個(gè)速度對(duì)電鍍過程是有意義的，可以認(rèn)為它的速度實(shí)際決定這種光亮劑的出光速度和二次電流分布的最初覆蓋面的形成，也就是說有一類光亮劑在陰極表面可以極快的速度完成參與還原的過程，這不僅是可以快速出現(xiàn)光亮鍍層，而且對(duì)提高二次電流分布的均勻性也是有利的。從電鍍實(shí)踐中可以知道，不同的鍍種和鍍液在第一次通電后形成鍍面的多少是不同的，并且這種初始鍍面要想擴(kuò)大，需要一定的鍍覆時(shí)間，對(duì)于低電流區(qū)，甚至于無論延長多少時(shí)間都再也鍍不上。事實(shí)上，這種低區(qū)的電沉積和通電后的最初的二次電流分布能力有很大關(guān)系，如果所使用的添加劑在一開始就不能讓這些區(qū)域得到可以獲得電沉積物的能量，以后的時(shí)間內(nèi)也不會(huì)有很大的改善。

   由此可知，有一類光亮劑并不是一定要以增加陰極極化來起作用的，這也就是新一代鍍鎳光亮劑的技術(shù)特征。它可以影響晶核的大小，也可以影響晶核間的距離，使其不按金屬的本征結(jié)晶成長。顯然，一種表面活性物質(zhì)只可能有一種主要的作用方式，當(dāng)影響晶核的大小時(shí)，就不會(huì)對(duì)晶核的距離也有大的影響，這時(shí)選用另一種有協(xié)同效應(yīng)的添加劑就有意義了。事實(shí)上，現(xiàn)在成功的電鍍光亮劑都是組合光亮劑，并且很重要的一個(gè)技術(shù)參數(shù)是這些組分的消耗平衡，由于它們作用原理的不同，在什么樣的量的范圍內(nèi)是有作用的和在作用過程中的消耗量是多少，對(duì)電鍍添加劑的實(shí)用性能有很大影響。

因此，選用合適的光亮劑，對(duì)鍍層的出光速度、鍍層的脆性、鍍液的分散能力等，都有重要影響。

雜質(zhì)的影響及排除

   雜質(zhì)是影響鍍鎳層質(zhì)量最復(fù)雜因素，包括對(duì)鍍層內(nèi)應(yīng)力的影響。因?yàn)榍懊嫠f的影響因素都有工藝參數(shù)可供監(jiān)測(cè)，也容易調(diào)整。但是雜質(zhì)對(duì)電鍍過程的影響就比較難以控制。往往是在積累到一定量以后才出現(xiàn)故障，而一旦出現(xiàn)故障，排除就比較麻煩。

(1)有機(jī)物雜質(zhì) 有機(jī)雜質(zhì)多半是電鍍光亮劑過量或其分解產(chǎn)物的積累。當(dāng)鍍層很亮，而分散能力并不好，且很容易起皮，在高電流區(qū)甚至出現(xiàn)開裂時(shí)，多半是有機(jī)雜質(zhì)較多的表現(xiàn)。這時(shí)要先用雙氧水處理后再加溫，然后加入適量活性炭處理。對(duì)于有機(jī)雜質(zhì)較多時(shí)，要用高錳酸鉀處理。這時(shí)應(yīng)先調(diào)節(jié)pH值為3，再加溫到60～80℃、加入事先溶解好的高錳酸鉀，用量在0.3～1.5g/L以內(nèi)，強(qiáng)力攪拌后靜置8h以上，過濾后再調(diào)整pH值到正常范圍。如果液有紅色，可用雙氧水退除。

  另有一類有機(jī)物污染用上面的方法是不足以去除的。比如動(dòng)物膠類的有機(jī)雜質(zhì)、印制線路板的溶出物等。這類雜質(zhì)只要含量在0.01～01g/L，就會(huì)引起鍍層起皮等。這時(shí)要用單寧酸0.03～0.05g/L加入鍍液中，經(jīng)過10min左右就會(huì)有絮狀物出現(xiàn)，再經(jīng)過8h以上的充分沉淀以后，可以去除。做這種處理最好加入活性炭進(jìn)行處理，就可以完全去除所有有機(jī)物質(zhì)的污染。

(2)金屬雜質(zhì)  比較難以處理的是金屬雜質(zhì)的污染。金屬雜質(zhì)幾乎都會(huì)影響鍍層應(yīng)力，還會(huì)影響鍍層外觀、分散能力等。對(duì)銅、鋅類金屬雜質(zhì)，主要是電解法去除。鋅雜質(zhì)達(dá)到0.02g/L以上，鍍層的內(nèi)應(yīng)力顯著增大，鍍層發(fā)脆?；?/span>

學(xué)法去除很麻煩且要損失很多鎳?？捎?.2～0.4A/dm2的電流密度在攪拌下電解去除。

   鐵雜質(zhì)的影響也是很大的。當(dāng)鐵的含量達(dá)到0.05g/L以上，就會(huì)使鍍層發(fā)脆?？梢杂?.1～0.2A/dm2的小電流電解去除。當(dāng)鐵的含量過大時(shí)，可以用化學(xué)法去除。先用稀硫酸液的pH值調(diào)節(jié)到3左右，攪拌下加入30％的雙氧水1～2ml/L，充分?jǐn)嚢韬蠹訙氐?0℃，攪拌1～2h，再調(diào)整pH值到5.5以上。繼續(xù)攪拌1～2h，靜置8h以上后過濾。調(diào)節(jié)值到正常范圍即可。

   另外鈉離子對(duì)鍍層的力學(xué)性能也有影響。因此一般不采用氯化鈉補(bǔ)充氯離子，也不宜用鈉鹽作導(dǎo)電鹽或增白劑。

   重要的是對(duì)鍍液的平時(shí)管理。如果經(jīng)常按工藝要求管理鍍液，不使雜質(zhì)有過量積累，以上所說的所有雜質(zhì)的影響是可以得到控制的。還有很重要的一條是對(duì)陽極材料和所用的化學(xué)原料的控制。不要因?yàn)樨潏D便宜而采用雜質(zhì)多的化學(xué)原料和低級(jí)別的陽極板。這是先天帶入雜質(zhì)的主要渠道。光亮劑使用不當(dāng)則是有機(jī)雜質(zhì)的主要來源。

   由于鍍鎳的重要性和其應(yīng)用成本較高，返工又比較困難，所以保證鍍鎳層的質(zhì)量對(duì)所有用戶都是十分重要的課題。以上所說的對(duì)鍍層內(nèi)應(yīng)力故障的排除方法，多數(shù)是現(xiàn)行工藝管理中常用的方法。但是并不希望經(jīng)常對(duì)鍍液進(jìn)行這類大處理，而是希望在日常的操作和工藝管理中多下工夫。并且要十分注意每天對(duì)工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)，包括溫度、pH值、鍍液濃度、霍爾槽試片檢測(cè)等，還要采用安培小時(shí)計(jì)管理添加劑的消耗，并對(duì)光亮劑的添加量和其他化學(xué)品的加人入量加以記錄，以保留可以追溯的資料，便于檢查和排除故障。加上對(duì)電鍍時(shí)間、電流密度、陽極面積、設(shè)備維護(hù)等方面的管理。將使鍍鎳層的內(nèi)應(yīng)力得到有效控制，鍍層質(zhì)量保持穩(wěn)定，鍍液使用周期延長。這樣才是管理鍍層質(zhì)量的合理方法。