新型化學鍍鎳光亮劑的研究
慧聰表面處理網(wǎng)：高亭亭，邢秋菊，曾江保，劉建建，高志，廖蘇華，鄒建平
(南昌航空大學環(huán)境與化學工程學院，江西南昌330063)
摘要：采用正交試驗對以鉍鹽和吡啶衍生物為主要成分的新型化學鍍鎳復(fù)合光亮劑的組成進行了優(yōu)化，化學鍍鎳液的組成及工藝條件為：NiS04•6H2025g/L，NaH2P02•H2028g/L，CH3COONa15g/L，蘋果酸6g/L，乙酸10mL/L，乳酸10mL/L，裝載量1.0dm2/L，pH4.5～5.5，80～85℃，20～30min。得到光亮劑的最佳組成為：Bi(N03)36mg/L，白屈菜氨酸或鄰菲口羅啉2mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L，CuS04•5H202mg/L。化學鍍鎳液中加入新型復(fù)合光亮劑后，可制得幾乎為鏡面光亮的、耐蝕性和結(jié)合力良好的鎳鍍層。該光亮劑的用量小，對鍍速影響較小（仍在20μm/h以上）。
關(guān)鍵詞：化學鍍鎳；光亮劑；鉍鹽；吡啶衍生物；鍍速；光亮度
中圖分類號：TQ153.12文獻標志碼：A
文章編號：1004-227X(2012)05-0027-03
1前言
化學鍍鎳磷合金鍍層具有良好的性能，已廣泛應(yīng)用于化工、機械、航空航天等領(lǐng)域。但隨著時代發(fā)展，眾多領(lǐng)域不僅要求化學鍍鎳產(chǎn)品具備更好的功能，還要有更高的裝飾性。因此，新型光亮劑的研究引起了化學鍍研究工作者的極大關(guān)注。鍍鎳光亮劑發(fā)展至今，經(jīng)歷了4個階段：第1代為鎘鹽等無機光亮劑，第2代為丁炔二醇與糖精，第3代為丁炔二醇與環(huán)氧化合物的縮合物及糖精，第4代為中間體復(fù)配的次級光亮劑與作為初級光亮劑的柔軟劑。在目前已研制出的4代光亮劑中，第2代光亮劑鍍層質(zhì)量差，色澤偏向于淡米黃色，第3代光亮劑鍍層光亮平整，但出光慢、鍍液不穩(wěn)定。第4代光亮劑為目前的主流光亮劑，鍍液穩(wěn)定，但仍未得到廣泛使用。值得注意的是，以上光亮劑大多用于電鍍鎳，有關(guān)化學鍍用光亮劑的報道則較少。本文研究了一種由金屬鹽和有機物組成的新型化學鍍鎳光亮劑，制得全鏡面光亮的化學鍍鎳層，并研究了鍍層的相關(guān)性能[1-3]。
2實驗
2.1基材及預(yù)處理
采用3cm×6cm的45鋼片為基體，其預(yù)處理流程為：化學除油(Na2C0340g/L，Na3P04-12H2025g/L，NaOH10g/L，非離子型表面活性劑7.5g/L，75℃，10～20min)──蒸餾水洗──活化[φ(HCl=24%]──蒸餾水洗。
2.2鍍液配方與工藝[4]
2.3性能測試
2.3.1鍍速
采用稱重法[5]，用電光分析天平[梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司]準確稱量施鍍前后試樣的質(zhì)量，按
以下公式計算：
式中，v為鍍速(μm/h)，mo、m分別為施鍍前、后試樣的質(zhì)量(g)，ρ為鍍層密度(本實驗為中磷化學鍍鎳層，故ρ取7.9g/cm3)，A為試樣表面積(cm2)，t為施鍍時間(h)。
2.3.2耐蝕性
采用耐硝酸點蝕法：室溫下，將鍍后試片按長度方向的一半浸入濃硝酸中，另一半暴露于空氣中，記錄試片浸入至表面出現(xiàn)第1個變色點的時間。
2.3.3結(jié)合力
參照GB/T5270-2005《金屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學沉積層附著強度試驗方法評述》，采用彎曲法測試，反復(fù)彎曲試片至基體斷裂，斷裂處鍍層不起皮、不脫落為合格。
2.3.4光亮度
以光反射率為100%的鏡面作參比，用島津UV-240型紫外一可見分光光度計測定鍍層的光反射率[6]，波長范圍為600～800nm，用光反射率來表征鍍層的光亮度。
3結(jié)果與討論
3.1復(fù)合光亮劑配方的優(yōu)化
復(fù)合光亮劑一般由無機鹽、吡啶衍生物和表面活性劑組成[6]。本文選擇Bi2(S04)3、Bi(N03)3作無機鹽，白屈菜氨酸(CAM)、鄰菲噦啉作吡啶衍生物，十二烷基磺酸鈉(SDS)為表面活性劑進行化學鍍。以Bi鹽、十二烷基磺酸鈉及吡啶衍生物為因素，以鍍層的光亮度為性能指標，按L9(34)正交表進行正交試驗，以得到較優(yōu)組合的復(fù)合光亮劑，結(jié)果如表1、2所示。
從表1可知，復(fù)合光亮劑組合1的較優(yōu)配方為：Bi(N03)36mg/L，白屈菜氨酸2mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L。
從表2可知，復(fù)合光亮劑組合2的較優(yōu)配方為：Bi2(S04)36mg/L，鄰菲噦啉2mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L。
Bi2(S04)3的溶解性不太好，所以選用溶解性較好的Bi(N03)3。另有研究表明，硫酸銅有助于提高鍍層的光亮度[7]。表3為CuS04•5H20對化學鍍鎳層光亮度的影響。加入2mg/LCuS04•5H20后，Ni鍍層的光反射率（即光亮度）提高，表明少許硫酸銅的存在確實有利于提高鍍層的光亮度。因此，復(fù)合光亮劑的最優(yōu)配方為組合3和4。
3.2復(fù)合光亮劑對鍍層性能的影響綜合上述分析得到復(fù)合光亮劑的最優(yōu)組合為：Bi(N03)36mg/L，白屈菜氨酸或鄰菲噦啉2mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L，CuS04•5H202mg/L。光亮劑一般都會影響化學鍍鎳的鍍速和鍍層性能，因此，研究了復(fù)合光亮劑最優(yōu)組合3和4對鍍速和鍍層性能的影響。
3.2.1外觀
圖la是在不含光亮劑的鍍液中對45鋼施鍍30min得到的Ni鍍層表面照片，圖lb、lc是在分別加入復(fù)合光亮劑組合3、4的鍍液中對45鋼施鍍12min后得到的Ni鍍層表面照片。由圖1可知，復(fù)合光亮劑可明顯提高鍍層的光亮度；往鍍液中加入復(fù)合光亮劑后，鍍層的出光速率明顯加快，一般10～15min就能達到待而效果。
3.2.2鍍速
分別在含組合l、2、3、4復(fù)合光亮劑及不含光亮劑的化學鍍鎳液中對45鋼進行施鍍，鍍速分別為24.07、20.26、23.91、23.56及23.5μm/h。這表明，優(yōu)化的復(fù)合光亮劑對鍍速的影響不大，對鎳的沉積不具有抑制作用，加入光亮劑后鍍速仍在20μm/h以上。另外，以白屈菜氨酸作光亮劑中的吡啶衍生物（組合2、3）時的鍍速高于以鄰菲噦啉作吡啶衍生物（組合1、4）時的鍍速。
3.2.3結(jié)合力及耐蝕性
彎曲試驗表明，所有鍍層表面都無脫落或起皮現(xiàn)象。硝酸點蝕試驗表明，從含最優(yōu)組合光亮劑的鍍液中所得Ni鍍層的耐硝酸點蝕時間均大于260s。因此，從含最優(yōu)組合光亮劑鍍液中所得化學鍍Ni層不僅具有高光亮的外觀，而且具有良好的結(jié)合力和耐蝕性，符合工業(yè)化應(yīng)用的基本要求。
4結(jié)論
(1)復(fù)合光亮劑的最佳配方為：Bi(N03)36mg/L，CuS04-5H202mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L，白屈菜氨酸或鄰菲噦啉2mg/L。鍍液中加入該復(fù)合光亮劑后，鍍層光亮度明顯提升，幾乎達鏡面效果，具有很好的裝飾性。
(2)鍍液中添加復(fù)合光亮劑后，鍍層表面的出光速率加快，一般10～15min就能達到鏡面效果，且光亮劑用量少，鍍液性能穩(wěn)定，鍍速基本不受影響（仍保持在20μm/h以上），而且鍍層具有良好的耐蝕性和結(jié)合力，符合工業(yè)應(yīng)用的要求。
參考文獻略
責任編輯：侯俊梅
