新型化学镀镍复合光亮剂组成优化的正交试验研究

新型化学镀镍复合光亮剂组成优化的正交试验研究

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新型化学镀镍光亮剂的研究

日期：2014/05/08

慧聪表面处理网：高婷婷、邢秋菊、曾江宝、刘健健、高智、廖素华、邹建平

(南昌航空大学环境与化学工程学院，江西南昌)

摘要：采用正交试验法优选了一种以铋盐和吡啶衍生物为主要成分的化学镀镍用新型复合光亮剂的配方。化学镀镍液配方及工艺条件为：NiS04•/L、•/L、/L，苹果酸6g/L，乙酸10mL/L，乳酸10mL/L，装填量1.0dm2/L，pH值4.5～5.5，80～85℃，20～30min。最佳光亮剂配方为：Bi(N03)36mg/L，白屈菜酸或邻菲罗啉2mg/L，十二烷基磺酸钠2mg/L，CuS04•/L。将新型复合光亮剂加入化学镀镍液后，可获得近乎镜面亮度、耐蚀性好、结合强度好的镍镀层。光亮剂用量较少，对镀速影响不大（仍在20μm/h以上）。

关键词：化学镀镍；光亮剂；铋盐；吡啶衍生物；镀速；亮度

中图分类号：TQ153.12 文献代码：A

文章编号：1004-227X(2012)05-0027-03

1 简介

化学镍磷合金镀层性能良好，已广泛应用于化工、机械、航空航天等领域。但随着时代的发展，许多领域要求化学镀镍产品具有更好的功能和更高的装饰性，因此新型光亮剂的研究引起了化学镀研究人员的高度重视。镀镍光亮剂的发展经历了四个阶段：第一代为镉盐等无机光亮剂，第二代为丁炔二醇和糖精，第三代为丁炔二醇和环氧化合物与糖精的缩合物，第四代为以中间体和柔软剂为主要光亮剂复配的辅助光亮剂。在已开发的四代光亮剂中，第二代光亮剂镀层质量较差，颜色趋向于浅米色，第三代光亮剂镀层光亮光滑，但出光速度慢，镀液不稳定。第四代光亮剂是目前主流的镀液稳定的光亮剂，但尚未得到广泛的应用。值得注意的是，上述光亮剂大多用于电镀镍，用于化学镀的光亮剂的报道较少。本文研究一种由金属盐和有机物组成的新型化学镀镍光亮剂，可获得全镜面光亮的化学镀镍层，并研究镀层的相关性能[1-3]。

2 实验

2.1 基材及预处理

以3cm×6cm的45钢片为基材，前处理工艺为：化学脱脂（/L、-/L、/L，非离子表面活性剂7.5g/L，75℃，10~20min）──蒸馏水洗──活化[φ（HCl=24%]──蒸馏水洗）。

2.2 电镀溶液配方及工艺[4]

2.3 性能测试

2.3.1 电镀速度

采用电光分析天平准确测量电镀前后样品的重量[5]。

采用以下公式进行计算：

式中，v为施镀速度（μm/h）；mo、m为施镀前后样品的质量（g）；ρ为镀层密度（本实验为中磷化学镀镍层，故ρ取为7.9 g/cm3）；A为样品的表面积（cm2）；t为施镀时间（h）。

2.3.2 耐腐蚀性

采用硝酸抗点蚀法：在室温下，将镀层试片沿长度方向的一半浸入浓硝酸中，另一半暴露在空气中，记录试片从浸入到表面出现第一个变色点的时间。

2.3.3 约束力

参照GB/T5270-2005《金属基体上电沉积和化学沉积金属覆盖层结合强度试验方法综述》，采用弯曲法进行试验，将试件反复弯曲直至基体断裂，断裂处镀层不剥离、脱落，为合格。

2.3.4 亮度

采用岛津UV-240紫外可见分光光度计测量涂层的光反射率，波长范围为600～800nm，以光反射率为100%的镜子作为参比[6]，以光反射率来表征涂层的亮度。

3 结果与讨论

3.1 复合光亮剂配方优化

复合光亮剂一般由无机盐、吡啶衍生物和表面活性剂组成[6]。本文选取Bi2(S04)3和Bi(N03)3为无机盐，白屈菜红碱(CAM)和邻菲咯啉为吡啶衍生物，十二烷基磺酸钠(SDS)为化学镀表面活性剂。以Bi盐、十二烷基磺酸钠和吡啶衍生物为因素，以镀层亮度为性能指标，按照L9(34)正交表进行正交试验，得到组合较好的复合光亮剂。​​结果见表1、表2。

从表1可以看出，复合增白剂组合1的最佳配方为：Bi(N03)36mg/L、白屈菜酸2mg/L、十二烷基硫酸钠2mg/L。

从表2可以看出，复合光亮剂组合2的最佳配方为：Bi2(S04)36mg/L、邻菲罗啉2mg/L、十二烷基硫酸钠2mg/L。

Bi2(S04)3溶解性较差，因此选用溶解性较好的Bi(N03)3。另有研究表明硫酸铜有助于提高镀层亮度[7]。表3为CuS04•5H20对化学镀镍层亮度的影响，添加2mg/•5H20后，Ni镀层的光反射率(即亮度)有所提高，说明少量硫酸铜的存在确实有利于提高镀层亮度。因此，复合光亮剂的最佳配方为组合3、4。

3.2复合光亮剂对镀层性能的影响综合以上分析，确定复合光亮剂的最佳组合为：Bi(N03)36mg/L、白屈菜红碱或邻菲罗啉2mg/L、十二烷基磺酸钠2mg/L、CuS04•/L。光亮剂一般都会影响化学镀镍的镀速和镀层性能，因此研究了复合光亮剂的最佳组合3和4对镀速和镀层性能的影响。

3.2.1 外观

图1a为45钢在未添加光亮剂的镀液中镀30分钟所获得的Ni镀层表面照片，图1b、1c分别为45钢在添加了复合光亮剂组合3、4的镀液中镀12分钟所获得的Ni镀层表面照片。由图1可知，复合光亮剂可以明显提高镀层亮度；镀液中加入复合光亮剂后，镀层的出光速度明显加快，一般10～15分钟即可见效。

3.2.2 电镀速度

在含有复合光亮剂组合1、2、3、4和未添加光亮剂的化学镀镍液中对45钢进行镀镍，镀速分别为24.07、20.26、23.91、23.56和23.5μm/h。说明优化后的复合光亮剂对镀速影响不大，不抑制镍的沉积，加入光亮剂后镀速仍在20μm/h以上。另外，光亮剂中以白屈菜红碱为吡啶衍生物（组合2、3）时的镀速高于以邻菲咯啉为吡啶衍生物（组合1、4）时的镀速。

3.2.3 附着力和耐腐蚀性

弯曲试验表明所有镀层表面均未出现脱落、起皮现象。硝酸点蚀试验表明，含有最佳光亮剂组合的镀液所获得的Ni镀层耐硝酸点蚀时间大于260s。因此，含有最佳光亮剂组合的镀液所获得的化学镀Ni层不仅具有高光亮的外观，而且具有良好的结合强度和耐蚀性，满足了工业应用的基本要求。

4 结论

（1）复合光亮剂最佳配方为：Bi(N03)36mg/L、CuS04-/L、十二烷基磺酸钠2mg/L、白屈菜红碱或邻菲罗啉2mg/L。镀液中加入复合光亮剂后，镀层光亮度明显提高，几乎达到镜面效果，具有良好的装饰性能。

（2）镀液中添加复合光亮剂后，镀层表面出光速度加快，一般10～15分钟即可达到镜面效果。另外光亮剂用量少，镀液性能稳定，镀速基本不受影响（仍保持在20μm/h以上），镀层耐蚀性好，结合强度高，满足工业应用要求。

参考