化學鍍鎳的光亮劑和穩定劑配方

化學鍍鎳溶液的配方組成目前廣泛應用的化學鍍鎳溶液，大致可分為酸性鍍液和堿性鍍液兩種類型。化學鍍鎳溶液的組分雖然根據不同的應用有相應的調整，但壹般是由主鹽、還原劑、絡合劑、緩沖劑、穩定劑、加速劑、表面活性劑等組成，以下分別討論各成分的作用。 (1)主鹽 化學鍍鎳溶液的主鹽是提供金屬鎳離子的可溶性鎳鹽，在化學還原反應中為氧化劑。可供采用的鎳鹽有硫酸鎳(NiS04?7H20)、氯化鎳(NiCl2?6H20)、醋酸鎳[Ni(CH3COO)2]、氨基磺酸鎳[Ni(NH2S03)2]及次磷酸鎳[Ni(H2P02)2]等。早期曾以氯化鎳為主鹽，但由於Cl壹的存在會降低鍍層的耐蝕性，同時產生拉應力，所以目前已不再使用。而醋酸鎳及次磷酸鎳價格昂貴，目前使用的主鹽是硫酸鎳。由於制備工藝的不同有兩種結晶水的硫酸鎳：NiS04?6H20和NiS04?7H20。常用的為NiS04?7H20，其相對分子質量為280．88，綠色結晶，l00℃時在100g水中的溶解度為478．5g，配成的溶液為深綠色，pH值為4．5。 從動力學上分析，隨著鍍液中Ni2+濃度增加，沈積速度應該增加。但試驗表明，由於絡合劑的作用，主鹽濃度對沈積速度影響不大(鎳鹽的濃度特別低時例外)。壹般化學鍍鎳溶液配方中鎳鹽濃度維持在20～40g／L，或者說含Ni 4～8g／L。鎳鹽的濃度過高，以致有壹部分遊離的Ni2+存在於鍍液中時，鍍液的穩定性下降，得到的鍍層常常顏色發暗，且色澤不均勻。在通常的主鹽濃度範圍內，鎳鹽與絡合劑量、鎳鹽與還原劑的比例對鎳的沈積速度有影響，它們均有壹個合理範圍。Ni2+與H2P02-的摩爾比應在0．3～0．45之間，這樣才能保證化學鍍鎳溶液既有最大的沈積速度，又有良好的穩定性。 (2)還原劑 化學鍍鎳所用的還原劑有次磷酸鈉、硼氫化鈉及肼等幾種，在結構上它們的***同特征是含有兩個或多個活性氫，還原Ni2+就是靠還原劑的催化脫氫進行的。用次磷酸鈉得到Ni-P合金鍍層，用硼氫化鈉得到Ni-B合金鍍層，用肼則得到純鎳鍍層。 化學鍍鎳中，多數使用次磷酸鈉為還原劑，因為其價格低廉，鍍液容易控制，而且Ni-P合金鍍層性能優良。次磷酸鈉在水中易溶解，水溶液pH值為6。次磷酸鹽離子的氧化還原電位為壹1．065V(pH=7)和壹0．882V(pH壹4．5)，在堿性介質中為壹1．57V，因此次磷酸鹽是壹種強的還原劑。 研究表明，只有在絡合劑比例適當條件下，次磷酸鹽濃度變化對沈積速度才有影響。隨著次磷酸鹽濃度的增加，鎳的沈積速度上升。但次磷酸鹽的濃度也有限制，它與鎳鹽濃度的摩爾比，不應大於4。否則容易造成鍍層粗糙，甚至誘發鍍液瞬時分解。壹般次磷酸鈉的含量為20～40g／L。 研究同時表明，在保證化學鍍鎳液有足夠穩定性的情況下，盡量高的pH值有利於提高鎳沈積速度和次磷酸鈉的利用率，但同時鍍層中含磷量降低。 (3)絡合劑 化學鍍鎳溶液中的絡合劑除了能控制可供反應的遊離Ni2+濃度外，還能抑制亞磷酸鎳沈澱，提高鍍液的穩定性，延長鍍液壽命，有些絡合劑還兼有緩沖劑和促進劑的作用，提高鍍液的沈積速度，影響鍍層的綜合性能。化學鍍鎳的絡合劑壹般含有羥基、羧基、氨基等，常用的絡合劑有乳酸、乙醇酸(羥基乙酸)、蘋果酸、氨基乙酸(甘氨酸)和檸檬酸等。堿性化學鍍鎳溶液中的絡合劑有檸檬酸鹽、焦磷酸鹽和氨水等。 通常每種鍍液都有壹種主絡合劑，配以其他的輔助絡合劑。不同種類的絡合劑及不同的絡合劑用量，對化學鍍鎳的沈積速度影響很大。合理選擇絡合劑及其用量不僅可在同樣條件下獲得更高的鍍層沈積速度，而且可以使鍍液穩定，使用壽命延長。從根本上說，化學鍍鎳溶液在工作中是否穩定，不是單純依賴鍍液中是否加入某種穩定劑，而更主要的是取決於絡合劑的選擇、搭配、用量是否合適。因此，選擇絡合劑不僅要使鍍層沈積速度快，而且要使鍍液穩定性好，使用壽命長，鍍層質量好。 絡合劑的濃度至少應能絡合全部鎳離子。因此，乳酸、乙醇酸和氨基乙酸的物質量濃度至少應為Ni2+物質量濃度的兩倍，而酒石酸和檸檬酸的物質量濃度至少應與Ni2+的物質量濃度相等。若絡合劑濃度不足以絡合全部Ni2+，以致溶液中遊離的Ni2+濃度過高時，鍍液的穩定性下降，鍍層的質量變差。 (4)緩沖劑 在化學鍍鎳反應過程中，除了有鎳和磷的析出之外，還有氫離子產生，從而導致溶液的pH值會不斷降低，這不但使沈澱速度變慢，也對鍍層質量產生影響，因此，在化學鍍鎳溶液中必須加入緩沖劑，使溶液具有緩沖能力，即在施鍍過程中使溶液pH值不致變化太大，能維持在壹定範圍內。 (5)穩定劑 化學鍍鎳溶液是壹個熱力學不穩定體系，在施鍍過程中，如因加熱方式不當導致局部過熱，或因鍍液調整補充不當導致局部pH值過高，以及因鍍液被汙染或缺乏足夠的連續過濾導致雜質的引入或形成等，都會觸發鍍液在局部發生激烈的自催化反應，產生大量Ni-P黑色粉末，從而使鍍液在短期內發生分解，因此鍍液中應該加入穩定劑。 穩定劑的作用在於抑制鍍液的自發分解，使施鍍過程在控制下有序進行。穩定劑能優先吸附在微粒表面抑制催化反應，從而掩蔽催化活性中心，阻止微粒表面的成核反應，但不影響工件表面正常的化學鍍過程。但必須註意的是，穩定劑是壹種化學鍍鎳毒化劑，即反催化劑，只需加入痕量就可抑制鍍液自發分解。穩定劑不能使用過量，過量後輕則降低鍍速，重則不再起鍍，因此必須慎重使用。 化學鍍鎳中常用的穩定劑有以下幾種。 ①重金屬離子，如Pb2+、Sn2+、Cd2+、Zn2+、Bi3+等。 ②第ⅥA族元素S、Se、Te的化合物，如硫脲、硫代硫酸鹽、硫氰酸鹽等。 ③某些含氧化合物，如AsO2-、M0042-、N02-、IO3-等。 ④某些不飽和有機酸，如馬來酸等。 (6)加速劑 在化學鍍鎳溶液中能提高鎳沈積速度的成分稱為加速劑。它的作用機理被認為是活化次磷酸根離子，促進其釋放原子氫。化學鍍鎳中的許多絡合劑兼有加速劑的作用。無機離子中的F壹是常用的加速劑，但必須嚴格控制其濃度，用量大不僅會降低沈積速度，還對鍍液穩定性有影響。 研究表明，許多作為化學鍍鎳液中的穩定劑的物質，當它們以更微量存在於鍍鎳液中的時候，可以起到加速劑的作用。如硫脲加量為5mg／L時，作為穩定劑起作用，當添加量降低為1mg／L時，則有加速劑的作用。 (7)其他組分 在化學鍍鎳溶液中，除了以上主要成分外，有時還加入表面活性劑以抑制鍍層針孔，加入光亮劑以提高鍍層光亮度。但電鍍鎳溶液中常用的表面活性劑十二烷基硫酸鈉，卻不適用於化學鍍鎳溶液，因為它常使鍍層出現不完整的汙斑。