「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(shù)量可知其在工業(yè)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(guī)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(guī)范范圍內(nèi),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(fā)生變化,從而影響電鍍質(zhì)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(zhì)量濃度必須在工藝范圍內(nèi),調(diào)節(jié)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(guī)定的工藝范圍內(nèi),必須采取必要的工藝方法防止金屬、有機和氣體雜質(zhì)離子帶入,并污染槽液,這是保證良好加工質(zhì)量的關鍵。
1鍍液成分的控制
常規(guī)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(zhì)量,我們應該控制好這些成分的質(zhì)量濃度。
定期調(diào)整鍍鎳液的基本成分,如:鎳的質(zhì)量濃度、氯化物的質(zhì)量濃度、硼酸和所有添加劑的質(zhì)量濃度。在生產(chǎn)過程中,鎳的質(zhì)量濃度控制在60～80g/L。為了確保金屬離子的質(zhì)量濃度在工藝范圍內(nèi),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(tài),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(zhì)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(nèi),硼酸的質(zhì)量濃度為30～40g/L。
有機添加劑的質(zhì)量濃度必須控制在工藝供應商規(guī)定的范圍內(nèi),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(jù)赫爾槽試驗的結(jié)果進行補加。由于過期變質(zhì),有機添加劑對光亮鍍鎳質(zhì)量的影響非常明顯。
2pH值、溫度、電流密度和水質(zhì)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(nèi)。在以瓦特鎳溶液為基礎的電鍍液中添加硫酸調(diào)節(jié)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(guī)定工藝范圍內(nèi),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(chǎn)穩(wěn)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(fā)損失的水的質(zhì)量很重要,特別是自來水中鈣的質(zhì)量濃度很高的話,對鍍液質(zhì)量影響很大,從而影響鍍層質(zhì)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(zhì)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(zhì),努力消除電鍍車間中產(chǎn)生這些雜質(zhì)的根源,才可以提高鍍層質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。
導致無機雜質(zhì)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(zhì)離子積累到一定的量,電鍍質(zhì)量將會直線下降,嚴重時導致生產(chǎn)難以維持。表1為光亮鍍鎳液中無機金屬雜質(zhì)的最高容忍度。無機金屬雜質(zhì)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(xù)過濾來控制大部分無機材料的污染。
導致有機雜質(zhì)上升的原因很多,包括:有機添加劑質(zhì)量太差以及分解產(chǎn)物、零件表面前處理清洗不干凈帶入、零件經(jīng)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(jié)劑、過氧化氫中的穩(wěn)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(xù)式過濾吸附可以有效地去除鍍鎳液中的有機雜質(zhì)。
鍍鎳液中的氣體雜質(zhì)通常包括溶解于空氣的雜質(zhì)和二氧化碳。溶解少量雜質(zhì)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(chǎn)過程中加以控制。
02
凈化技術
電鍍生產(chǎn)過程中,電解液常由于各種原因產(chǎn)生雜質(zhì)離子的積累,如果雜質(zhì)離子的質(zhì)量濃度超過可允許的范圍,鍍層就會產(chǎn)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(zhì)量及保持其穩(wěn)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(chǎn)過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)離子進行凈化消除,保證鍍液處于一個理想的生產(chǎn)工藝狀態(tài),從而有利于工藝控制,保證加工產(chǎn)品質(zhì)量。在探討凈化技術前,有必要先探討一下雜質(zhì)離子對光亮鍍鎳的影響。
1雜質(zhì)對鍍層光亮性的影響
根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和赫爾槽試驗驗證,金屬和有機雜質(zhì)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(qū),產(chǎn)生霧狀和由暗到黑的鍍層。有機雜質(zhì)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(fā)生在較寬的或較窄的電流密度范圍內(nèi)。
(3)鋁和硅經(jīng)常使鍍層在中2高電流密度區(qū)發(fā)霧,可能造成掛灰和細微粗糙。
(4)溶液中鈣的質(zhì)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(qū)有氣泡,鍍層出現(xiàn)剝落。六價鉻在溶液中或在陰極上與有機物質(zhì)反應后,還原成三價鉻,可能產(chǎn)生與鐵、硅、鋁相同的霧狀和粗糙。
(6)如果由于溶液中的雜質(zhì)離子使鍍層中產(chǎn)生很大的應力,機械缺陷導致產(chǎn)生毛細裂紋,稱作宏觀裂紋。這些裂紋通常出現(xiàn)在很厚的鍍層區(qū),但是并不僅限于那些區(qū)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(zhì)量、提高工效、節(jié)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(chǎn)中雜質(zhì)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(jù)多年從事表面處理工作的經(jīng)驗總結(jié)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(shù)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(diào)節(jié)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?；灢垡撼煞质欠窈细?并調(diào)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(xù)電解。
(8)去掉電解陰極,調(diào)節(jié)pH值到工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。
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(zhì)。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(tài),并破壞有機雜質(zhì)。
(2)使用活性炭處理去除有機雜質(zhì)。
(3)電解凈化去除大多數(shù)有害金屬雜質(zhì)離子和有機雜質(zhì)。
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