「光亮鍍鎳」光亮鍍鎳工藝和槽液凈化技術-仁昌科技
鍍鎳 是一種重要的表面精飾工藝,從每年電鍍消耗的鎳板和鎳鹽的數量可知其在工業制造上的重要性。
鍍鎳在日常的電鍍應用主要集中在三個方面:裝飾鍍鎳、功能鍍鎳、電鑄成型制作特殊零件加工。
目前,應用最為廣泛的鍍鎳工藝為裝飾鍍鎳,采用光亮鍍鎳或光亮鍍鎳后套鉻,提高產品的外觀與防護性能。
眾所周知,光亮鍍鎳電解液為簡單鹽類物質組成,由于電解液中不存在繁雜的配位物,電解液的活性比較大,工藝過程的控制要比含配位物的電解液難度大一些;電解液中的雜質離子的容忍度比含配位物的電解液要敏感得多。
為了得到性能良好、裝飾性高的光亮鎳鍍層,就需要控制工藝過程,同時要采取必要的工藝方法,加強槽液的凈化。
01
工藝控制
電鍍液的組成是影響鍍光亮鎳質量的重要因素之一,性能良好的電鍍液能夠得到令人滿意、符合規范要求的鍍層。而要使鍍液在長期使用過程中保持良好的性能,需要對工藝過程進行控制。
通常情況下,新配的溶液中各種成分以及工藝條件都在規范范圍內,是一個令人滿意的配比,但是在電鍍過程中,工藝本身的特性以及一些人為因素會導致槽液成分以及工藝條件發生變化,從而影響電鍍質量。
對于光亮鍍鎳液,在槽液配置時,就要控制好各種成分的純度,配置后的成分的質量濃度必須在工藝范圍內,調節好pH值,使用前還必須對槽液進行凈化處理;在使用過程中必須控制槽液的組成和pH值在規定的工藝范圍內,必須采取必要的工藝方法防止金屬、有機和氣體雜質離子帶入,并污染槽液,這是保證良好加工質量的關鍵。
1鍍液成分的控制
常規光亮鍍鎳液的主要成分是由硫酸鎳、氯化鎳、硼酸以及有機添加劑等組成。為了確保加工質量,我們應該控制好這些成分的質量濃度。
定期調整鍍鎳液的基本成分,如:鎳的質量濃度、氯化物的質量濃度、硼酸和所有添加劑的質量濃度。在生產過程中,鎳的質量濃度控制在60～80g/L。為了確保金屬離子的質量濃度在工藝范圍內,必須控制陽極的溶解以及陰陽極的面積比。
通常為了改善陽極的溶解狀態,促進陽極的正常溶解,采用在鍍鎳液中添加氯化鎳的方法,氯化鎳的質量濃度為45～55g/L。
硼酸是鍍鎳液常用的緩沖劑,能有效地將陰極膜中的pH值控制在最佳電鍍性能要求范圍內,硼酸的質量濃度為30～40g/L。
有機添加劑的質量濃度必須控制在工藝供應商規定的范圍內,由于鍍件帶出、電解消耗以及活性炭過濾(或槽液處理)的影響,必須定期根據赫爾槽試驗的結果進行補加。由于過期變質,有機添加劑對光亮鍍鎳質量的影響非常明顯。
2pH值、溫度、電流密度和水質的控制
在正常操作情況下光亮鍍鎳液的pH值會隨著電鍍的進行而上升,一般添加酸將pH值維持在預定的工藝范圍內。在以瓦特鎳溶液為基礎的電鍍液中添加硫酸調節pH值;而在氨基磺酸鎳鍍液中加入氨基磺酸控制pH值。
操作溫度對鍍層的性能有顯著的影響,應該維持在規定工藝范圍內,溫度波動不要超過±2℃。通常,大部分鍍鎳工藝的溫度在40～60℃。控制陰極電流密度對于滿足最小鍍層厚度要求、生產穩定一致的鍍層以及得到所預期的性能是很重要的。
因為電流密度決定沉積速率,為了獲得均勻的鍍層,電流密度要盡可能均勻。如有必要的話,可以使用合理的掛具并將掛具上的工件放在合適的位置,使用非導體遮蔽和掛板,使用輔助陽極來控制電流分布。在細心的操作與控制下會得到厚度均勻的光亮鍍鎳層。
配槽的水和補充蒸發損失的水的質量很重要,特別是自來水中鈣的質量濃度很高的話,對鍍液質量影響很大,從而影響鍍層質量。因此,采用蒸餾水和軟化水是很有必要的。有條件的話,在加入鍍槽前,把水進行過濾是消除可能導致鍍層粗糙的有效措施。
3雜質離子的控制
在日常操作中,鍍液中可能帶入無機、有機和氣體雜質,努力消除電鍍車間中產生這些雜質的根源,才可以提高鍍層質量、生產效率和經濟效益。
導致無機雜質上升的原因很多,包括:所使用無機材料的技術等級,硬水、酸性活化槽的攜帶,空氣中的灰塵、金屬加熱器的腐蝕,襯里裂縫處的槽體腐蝕、陽極棒的腐蝕,槽上設備、建筑物的灰塵,掉進槽液沒有及時取出的零件及掛具腐蝕等因素。
當這些無機雜質離子積累到一定的量,電鍍質量將會直線下降,嚴重時導致生產難以維持。表1為光亮鍍鎳液中無機金屬雜質的最高容忍度。無機金屬雜質對鍍層的某些性能影響較大,因此,必須加以控制。通常采用低電流密度(0.2～0.5A/dm2)電解和連續過濾來控制大部分無機材料的污染。
導致有機雜質上升的原因很多,包括:有機添加劑質量太差以及分解產物、零件表面前處理清洗不干凈帶入、零件經過拋光后清洗不干凈帶入、設備上脫落的潤滑油、陽極袋的碎屑、塑料陽極袋上的水性潤滑劑、未固化的掛具膜或涂封,特種膠帶的黏結劑、過氧化氫中的穩定劑等。有機添加劑對鍍層的某些性能影響較大,如防護性能會大大降低。采用活性炭間歇式或連續式過濾吸附可以有效地去除鍍鎳液中的有機雜質。
鍍鎳液中的氣體雜質通常包括溶解于空氣的雜質和二氧化碳。溶解少量雜質的空氣可以導致形成珠狀晶格,槽液pH值變化,造成鍍層麻點,另外,會使光亮劑加速分解。因此,也應該在生產過程中加以控制。
02
凈化技術
電鍍生產過程中,電解液常由于各種原因產生雜質離子的積累,如果雜質離子的質量濃度超過可允許的范圍,鍍層就會產生各種疵病,如:針孔、麻點、氣泡、黑色條紋或黑色斑等。為了提高鍍層質量及保持其穩定性,必須對光亮鍍鎳液定期進行凈化處理。
其實,凈化技術就是采取一定的工藝措施,對電鍍槽液配置過程中以及生產過程中產生的雜質離子進行凈化消除,保證鍍液處于一個理想的生產工藝狀態,從而有利于工藝控制,保證加工產品質量。在探討凈化技術前,有必要先探討一下雜質離子對光亮鍍鎳的影響。
1雜質對鍍層光亮性的影響
根據生產實踐經驗和赫爾槽試驗驗證,金屬和有機雜質離子通過以下方式影響光亮鍍鎳的電沉積:
(1)在pH值較高的鍍液中,鐵離子會使鍍層粗糙。
(2)銅、鋅、鎘和鉛離子影響低電流密度區,產生霧狀和由暗到黑的鍍層。有機雜質也可能使鍍層霧狀和云狀,導致其力學性能下降。霧狀缺陷可能發生在較寬的或較窄的電流密度范圍內。
(3)鋁和硅經常使鍍層在中2高電流密度區發霧,可能造成掛灰和細微粗糙。
(4)溶液中鈣的質量濃度超過0.5g/L(60℃),硫酸鈣的沉淀導致針狀粗糙物。
(5)六價鉻導致鍍層暗帶,高電流密度區有氣泡,鍍層出現剝落。六價鉻在溶液中或在陰極上與有機物質反應后,還原成三價鉻,可能產生與鐵、硅、鋁相同的霧狀和粗糙。
(6)如果由于溶液中的雜質離子使鍍層中產生很大的應力,機械缺陷導致產生毛細裂紋,稱作宏觀裂紋。這些裂紋通常出現在很厚的鍍層區,但是并不僅限于那些區域。
2槽液的凈化技術措施
如何提高槽液的潔凈度,加強槽液的日常維護管理,是提高表面處理加工質量、提高工效、節約成本的最有效的捷徑。而提高槽液潔凈度的方法就是槽液凈化。槽液凈化技術包括新配槽液的凈化技術與日常生產中雜質離子的凈化技術。槽液凈化技術并不單指定期過濾槽液。筆者根據多年從事表面處理工作的經驗總結出光亮鍍鎳槽液凈化技術,供大家參考。
①新配溶液的凈化技術
(1)在一個獨立的處理槽中注入1/3～2/3的純凈水,在溫度上升至40～50℃時溶解所需配槽量的硫酸鎳和氯化鎳。
(2)添加1～2mL/L體積分數為30%的雙氧水,短暫攪拌,靜置沉淀1h。
(3)添加1.2～2.5g/L活性炭,充分攪拌。
(4)加熱溶液至60～65℃,添加碳酸鎳,在攪拌下調節pH值至5.2～5.5。如果要使用更多的碳酸鎳,必須使用攪拌輔助溶解,靜置沉淀8～16h。
(5)過濾至電鍍槽。
(6)添加和溶解硼酸,加水至要求體積。化驗槽液成分是否合格,并調配。
(7)使用大面積的鍍鎳瓦楞鋼板作為陰極電解凈化。平均電流密度為0.5A/dm2,0.5～1.5A·h/L電解。溶液應攪拌,并保持溫度在50～60℃。
檢測在普通電流密度下獲得的試鍍層的某些點來評估外觀、應力和鍍層中含硫量。如果達不到要求,繼續電解。
(8)去掉電解陰極,調節pH值到工藝規定的范圍內。
②日常槽液凈化技術
(1)高pH值處理包括在高溫溶液中添加碳酸鎳,使溶液pH值上升至5.0～5.5,這樣即可使金屬離子,如:鐵、鋁和硅形成氫氧化物沉淀,又可以吸附其他雜質。添加雙氧水將亞鐵離子氧化成高pH值下更容易沉淀的介態,并破壞有機雜質。
(2)使用活性炭處理去除有機雜質。
(3)電解凈化去除大多數有害金屬雜質離子和有機雜質。
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