摘要:研制出一種滾鍍鎳鐵合金新工藝。提出了幾項鎳鐵合金電鍍中阻止亞鐵離子氧化成鐵離子的措施。對該工藝的特點、工藝規(guī)范、鍍液配制、添加劑的作用及控制以及生產(chǎn)維護(包括穩(wěn)定二價鐵離子、鍍層含鐵量的控制、鍍液pH和溫度的控制等)分別進行了介紹。該工藝克服了滾筒的轉(zhuǎn)動將空氣帶入鍍液中氧化二價鐵離子的問題，不但節(jié)約了昂貴的金屬鎳，同時具有鍍液穩(wěn)定、維護容易，鍍層潔白光亮、結(jié)合力優(yōu)良等優(yōu)點。

1前言

近來，金屬材料價格飛漲，其中以鎳為甚。電鍍界采取各種節(jié)鎳、代鎳措施，以緩解鎳價高昂的壓力。上世紀80年代，我國電鍍界推廣鎳鐵合金電鍍工藝獲得成功仁1-51。鎳鐵合金無論在耐蝕性還是在裝飾性方面都很好，還可以節(jié)約10%一40%的鎳，鍍液穩(wěn)定，維護并不困難。十分遺憾的是，目前為止，這樣成功的工藝應(yīng)用面不夠?qū)挘瑳]有受到電鍍界足夠的重視，沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。

鎳鐵合金電鍍?nèi)芤褐写嬖谌菀妆谎趸亩r鐵離子，它容易被雙氧水、高錳酸鉀、六價鉻、空氣所氧化，成為三價鐵離子。三價鐵離子容易轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵，氫氧化鐵夾雜在鍍層中產(chǎn)生毛刺。這可以由Fe-H20的,p-pH圖知，當pH=3時，F(xiàn)e3+，就會生成氫氧化鐵沉淀，而Fez+要到pH二7時才生成氫氧化亞鐵沉淀。所以電鍍鎳鐵合金時只采用陰極移動而不用空氣攪拌。鎳鐵合金電鍍主要應(yīng)用于掛鍍，這是因為滾鍍時，特別在使用半浸式滾筒時，由于滾筒的轉(zhuǎn)動將空氣帶人鍍液中，使二價鐵離子氧化成三價鐵離子，給鍍液維護帶來困難。因此，到目前為止，少見到滾鍍鎳鐵合金工藝的報道。

本文提出了一種滾鍍鎳鐵合金新工藝。本工藝克服了滾筒的轉(zhuǎn)動將空氣帶入鍍液中氧化二價鐵離子的問題，不但節(jié)約昂貴的金屬鎳，同時具有鍍液穩(wěn)定、維護容易的優(yōu)點，值得大力推廣。

2阻止亞鐵離子氧化成鐵離子的措施

采用以下措施可以阻止亞鐵離子氧化成鐵離子:

(1)防止氧化劑進人鍍液使亞鐵離子氧化成鐵離子。生產(chǎn)時避免使用空氣攪拌，不用雙氧水、高錳酸鉀對鍍液進行大處理，避免掛具帶人鉻配。

(2)加人亞鐵離子的絡(luò)合劑，減少鍍液中游離亞鐵離子的濃度，使亞鐵離子的氧化電位正移，氧化反應(yīng)難以發(fā)生。可以作為亞鐵離子的絡(luò)合劑的物質(zhì)有檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉等。

(3)加人適當?shù)倪€原劑。一方面優(yōu)先與鍍液中可能存在的少量氧化劑反應(yīng)，減少亞鐵離子被氧化的幾率;另一方面，即使有少量鐵離子生成，也能夠立即被加人的還原劑所還原。可以作為還原劑的物質(zhì)有抗壞血酸、鄰苯二酚等。

(4)加人鐵離子的絡(luò)合劑，降低鍍液中游離鐵離子的濃度，盡量避免有鐵離子在pH較低時生成沉淀，使鍍層產(chǎn)生毛刺。可以作為鐵離子的配位劑的物質(zhì)有EDTA、水楊酸、乳酸，草酸等。

3本鎳鐵合金滾鍍工藝的特點

在研究鎳鐵合金電鍍特點的基礎(chǔ)上，對亞鐵離子和鐵離子的絡(luò)合劑、各種還原劑進行了大量的篩選和組合，得到了2種性能優(yōu)良的穩(wěn)定劑:鎳鐵C劑和鎳鐵D劑。這兩種穩(wěn)定劑由亞鐵離子和鐵離子的絡(luò)合劑、還原劑組合而成。鎳鐵A劑和鎳鐵B劑由各種鍍鎳中間體組成。例如鎳鐵A劑由PME,PAP,BMP,DEP等次級光亮劑組成，鎳鐵B劑由糖精，BBI,ALS等初級光亮劑組成。本工藝特點如下:

(1)本工藝是一種鎳鐵合金滾鍍工藝。常規(guī)的鎳鐵合金電鍍工藝由于在滾鍍條件下難以防止亞鐵離子的氧化，一般不用于滾鍍。本工藝生產(chǎn)應(yīng)用表明，長時間生產(chǎn)鍍液中的川Fe3')<0.4群L，鍍層沒有毛刺。

(2)本鎳鐵合金滾鍍工藝節(jié)約用鎳10%一30%，且濃度較低，鍍液帶出損失少，降低了生產(chǎn)成本，但不降低防護性能。

(3)與純鎳鍍層相比，鍍層潔白光亮，結(jié)合力優(yōu)良，走位好，韌性好。

(4)鍍液穩(wěn)定，容易操作維護。

4酉己方和操作條件

過濾連續(xù)過濾

陽極(鎳和純鐵或低碳鋼)SA:SK=2:1S(Ni):S(Fe)=15一18:1

5鍍液配制

(1)按照鍍鎳溶液的配制方法溶解硫酸鎳、氯化鎳和硼酸。

(2)加人2mUL雙氧水(30%)，攪拌1h，提高液溫至65一70℃，保溫2h，以除去殘余的雙氧水。加人活性炭2歲L，攪拌1h，靜置4h以上，過濾。

(3)量取所需量的鎳鐵C劑、加人已處理的鍍液中，攪拌，再量取所需量的鎳鐵D劑加人鍍液中，攪拌。

(4)調(diào)整鍍液pH至3.50

(5)稱取計算量試劑級硫酸亞鐵，用鍍液溶解后加人槽中。

(6)按配方量加人其他添加劑，過濾攪拌1h，使添加劑分散均勻，小電流電解后即可試鍍。

6添加劑的作用和控制

(1)鎳鐵A劑:光亮整平作用.過量時會引起低電流密度區(qū)漏鍍，高電流密度區(qū)產(chǎn)生針孔、麻點，應(yīng)在攪拌下分少量多次加人，消耗量200一250mL/(kA·h)。

(2)鎳鐵B劑:配合A劑起光亮作用，改善低電流密度區(qū)覆蓋能力和整平性，消耗量200mU(kA·h)o

(3)鎳鐵潤濕劑:消除鍍層針孔，消耗量20--40mL/(kA·h)。

(4)鎳鐵C劑:穩(wěn)定鍍液。含量過高時，降低鍍層的光亮度和整平性。消耗量15一20mL/(kA·h)o

(5)鎳鐵D劑:穩(wěn)定鍍液。含量過高時，降低鍍層的光亮度和整平性。消耗量25一30mL/(kA·h)o

7生產(chǎn)維護

7.1穩(wěn)定二價鐵離子

鎳鐵合金滾鍍生產(chǎn)中穩(wěn)定亞鐵離子較困難，本工藝采用性能優(yōu)良的穩(wěn)定劑，防止亞鐵離子的氧化。除了采用性能優(yōu)良的亞鐵穩(wěn)定劑，并維持鍍液中一定穩(wěn)定劑的含量以外，還應(yīng)避免在鍍液中加人氧化劑，如雙氧水，盡量采用全浸式滾筒。

7.2鍍層含鐵A的控制

溫度、電流密度、pH對鍍層含鐵量的影響較小，鍍液中鎳鐵離子含量之比、攪拌形式的影響顯著。

(1)鍍液中鎳鐵離子含量之比顯著影響合金成分。當p(Ni):p(Fe)=25一35時，滾鍍條件下鍍層中鐵含量可達35%一55%，當p(Ni):爪Fe)=40一，時，鍍層中鐵含量可達10%一30%。本工藝控制鎳離子含量在45一55夢L，鐵離子含量在1一1.5g/L，鍍層中含鐵量為10%一30%。要經(jīng)常分析鍍液中各成分含量，注意調(diào)節(jié)鐵陽極的數(shù)量，停產(chǎn)時，應(yīng)將鐵陽極取出。

(2)攪拌形式顯著影響合金成分。在相同條件下，掛鍍時空氣攪拌比陰極移動所得鍍層的鐵含量高得多，而滾鍍得到的鍍層的鐵含量更高。因此，滾鍍時鍍液里鐵離子含量宜低一些。

7.3鍍液pH和溫度的控制

滾鍍鎳鐵的特點是pH上升較快。pH較高時，容易生成氫氧化物而夾雜在鍍層中，形成針孔、麻點，導致鍍層有脆性;pH較低，對光亮劑的發(fā)光效果有抑制作用，降低鍍層光亮度。pH宜控制在3.2一3.8。可用100%的硫酸和5%的NaOH調(diào)節(jié)pH,溫度高低與電流密度大小要相適應(yīng)，采用較高的溫度，可配合較高的電流密度，能提高分散能力和深鍍能力，提高光亮度和縮短電鍍時間。溫度低，電流密度也隨之下降。在低溫下，保持電流不變，容易使零件局部電流密度過大，引起燒焦，生成滾桶眼印。溫度控制在55一63℃為佳。

7.4陽極與電流密度

如果按理論計算，滾桶內(nèi)零件的表面積比鎳陽極表面積大于10倍以上，但由于滾桶壁板的屏蔽的影響，零件相互遮擋，有效的導電面積難以確定，所以要盡量多掛入陽極，把陽極銅棒全部掛滿。

電流密度大小與金屬離子濃度、溫度、轉(zhuǎn)速、添加劑質(zhì)量、裝載量等因素相關(guān)，電流密度過大，鍍層燒焦;電流密度過小，沉積速度慢，深鍍能力差，光亮度下降。

7.5雜質(zhì)處理方法

滾鍍鎳鐵生產(chǎn)過程雜質(zhì)的來源大致有:鎳陽極不鈍，化工原料不純，掉落槽底鍍件金屬溶解，清洗導電銅棒、銅座的洗液，外來灰塵、油污進人，光亮劑的分解產(chǎn)物等。產(chǎn)生的雜質(zhì)有:Cu,Zn等金屬離子，有機分解產(chǎn)物、不溶性懸浮物等。可以采用電解法、活性炭吸附、過濾等方法處理雜質(zhì)。

電解處理法:電解法可以清除金屬雜質(zhì)，也可以消耗過量的光亮劑。采用2一4A/d擴大電流密度電解，可消耗因失誤添加的過量光亮劑，通常電解法采用0.1一0.5A/dm，低電流密度，此時金屬雜質(zhì)先行析出。電解處理用的陰極可用平板狀、波紋狀、網(wǎng)狀，如果將細絲的網(wǎng)狀卷成圓柱狀作為陰極，可獲得更低的電流密度區(qū)間。調(diào)整鍍液的pH為2一3時，電解去除銅、硝酸根雜質(zhì)最好，而鎳的沉積最慢，消耗少，所以，電解處理時選擇pH多為3左右。另外，電解時選擇高溫，雜質(zhì)的電沉積更有效，攪拌也有利徹底清除雜質(zhì)。低電流密度處理條件為:電流密度0.1A/d擴以下，采用陰極移動或者過濾機，電解時間10一24h.

活性炭吸附過濾法:對于有機雜質(zhì)，則必須加人化學純活性碳2一5擴L，不斷攪拌1h，靜置10一12h，進行過濾，濾去吸附有有機物的活性碳、金屬沉淀物和不溶性物質(zhì)。

7.6不合格鍍層的退除

電解法:使用硝酸鹽電解退除，或使用筆者所在公司的電解退鍍粉。化學法:使用硝酸退除。

參考文獻:

[1]曹盛禹，孫錫琪，于挺杰，等.自行車車圈電鍍“雙層鎳鐵合金/微

孔鉻”[J].電鍍與環(huán)保，1981,1(2):1-13.

[2]左正忠.以ABSB為光亮劑的抗壞血酸體系電鍍光亮鎳鐵合金[J].材料保護，1983,16(3):7-12.

[3]鄺少林.BNF體系全光亮、高整平、低濃度的雙層鎳鐵合金電鍍的研究[J].材料保護，1987,20(1):8-13.

[4]梁錦洲，梁國柱，謝國驥，等.NT鎳鐵合金電鍍工藝研究報告[J].電鍍與涂飾，1988,7(2):1-22.

[5]何躍林.功能性超厚鎳鐵合金電鍍工藝的研究仁JI.電鍍與涂飾，2002,21(2):1-3.