環(huán)保型化學(xué)鍍鎳

化學(xué)鍍鎳經(jīng)過多年的不斷探索與研究，近幾年已發(fā)展極成熟了，化學(xué)鍍鎳水幾乎適用于所有金屬表面鍍鎳。如:鋼鐵鍍鎳，不銹鋼鍍鎳，鋁鍍鎳，銅鍍鎳等等，它同樣適用于非金屬表面鍍鎳。比如:陶瓷鍍鎳，玻璃鍍鎳，金剛石鍍鎳，碳片鍍鎳，塑料鍍鎳，樹脂鍍鎳等等。使用范圍是非常廣泛的。

⑴機(jī)理

化學(xué)鍍鎳是用還原劑把溶液中的鎳離子還原沉積在具有催化活性的表面上。化學(xué)鍍鎳可以選用多種還原劑，目前工業(yè)上應(yīng)用最普遍的是以次磷酸鈉為還原劑的化學(xué)鍍鎳工藝，其反應(yīng)機(jī)理，普遍被接受的是"原子氫理論"和"氫化物理論"。

1)原子氫理論

原子氫理論認(rèn)為，溶液中的Ni2+靠還原劑次磷酸鈉(NaH2P02)放出的原子態(tài)活性氫還原為金屬鎳，而不是H2PO2-與Ni2+直接作用。

首先是在加熱條件下，次磷酸鈉在催化表面上水解釋放出原子氫，或由H 2PO2-催化脫氫產(chǎn)生原子氫，即

然后，吸附在活性金屬表面上的H原子還原Ni2+為金屬Ni沉積于鍍件表面.同時(shí)次磷酸根被原子氫還原出磷，或發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)沉積出磷，H2的析出既可以是由H2POf水解產(chǎn)生，也可以是由原子態(tài)的氫結(jié)合而成。

2)氫化物理論

氫化物理論認(rèn)為，次磷酸鈉分解不是放出原子態(tài)氫，而是放出還原能力更強(qiáng)的氫化物離子(氫的負(fù)離子H一)，鎳離子被氫的負(fù)離子所還原。

在酸性鍍液中，H2PO2-在催化表面上與水反應(yīng)，

在堿性鍍液中，則為

鎳離子被氫負(fù)離子所還原，即氫負(fù)離子H一同時(shí)可與H20或H+反應(yīng)放出氫氣:同時(shí)有磷還原析出。

⑵特點(diǎn)

迄今為止，化學(xué)鍍鎳的發(fā)展已有50多年的歷史。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的研究開發(fā)，化學(xué)鍍鎳已進(jìn)入發(fā)展成熟期，其現(xiàn)狀可概括為:技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、功能多樣、用途廣泛。

用化學(xué)鍍鎳沉積的鍍層，有一些不同于電沉積層的特性。

①以次磷酸鈉為還原劑時(shí)，由于有磷析出，發(fā)生磷與鎳的共沉積，所以化學(xué)鍍鎳層是磷呈彌散態(tài)的鎳磷合金鍍層，鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%~l5%，控制磷含量得到的鎳磷鍍層致密、無孔，耐蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于電鍍鎳。以硼氫化物或氨基硼烷為還原劑時(shí)，化學(xué)鍍鎳層是鎳硼合金鍍層，硼的含量為1%~7%。只有以肼作還原劑得到的鍍層才是純鎳層，含鎳量可達(dá)到99.5%以上。

②硬度高、耐磨性良好。電鍍鎳層的硬度僅為l60~180HV，而化學(xué)鍍鎳層的硬度一般為400~700HV，經(jīng)適當(dāng)熱處理后還可進(jìn)一步提高到接近甚至超過鉻鍍層的硬度，故耐磨性良好，更難得的是化學(xué)鍍鎳層兼?zhèn)淞肆己玫哪臀g與耐磨性能。

③化學(xué)穩(wěn)定性高、鍍層結(jié)合力好。在大氣中以及在其他介質(zhì)中，化學(xué)鍍鎳層的化學(xué)穩(wěn)定性高于電鍍鎳層的化學(xué)穩(wěn)定性。與通常的鋼鐵、銅等基體的結(jié)合良好，結(jié)合力不低于電鍍鎳層和基體的結(jié)合力。

④由于化學(xué)鍍鎳層含磷(硼)量的不同及鍍后熱處理工藝的不同，鍍鎳層的物理化學(xué)特性，如硬度、抗蝕性能、耐磨性能、電磁性能等具有豐富多彩的變化，是其他鍍種少有的。所以，化學(xué)鍍鎳的工業(yè)應(yīng)用及工藝設(shè)計(jì)具有多樣性和專用性的特點(diǎn)。

傳統(tǒng)上，化學(xué)鍍作為一種表面處理方法應(yīng)歸屬于電鍍，是電鍍的一個(gè)鍍種。但化學(xué)鍍不同于電鍍，主要是因?yàn)榛瘜W(xué)鍍不需要外加電源，而且操作方法與不同于電鍍，其特點(diǎn)如下:

⑴鍍層厚度均勻，化學(xué)鍍液的分散程度接近100%?；瘜W(xué)鍍本身是一個(gè)自催化的氧化還原過程，只要催化基體與溶液接觸到就可以施鍍，幾乎是基體形狀的一個(gè)復(fù)制，達(dá)到仿形的程度，不會(huì)像電鍍一樣，出現(xiàn)由于電力線分布不均勻而引起的鍍層厚度不均的現(xiàn)象。

⑵化學(xué)鍍不僅可以在金屬表面施鍍，通過特殊的活化、敏化處理，也可以在非金屬表面上進(jìn)行。

⑶化學(xué)鍍設(shè)備簡單，不需要電源及陽極，只要在溫度、pH值工藝參數(shù)合理的條件下，把待鍍零件浸入在鍍液中即可。

⑷化學(xué)鍍的結(jié)合力、防腐性能都優(yōu)于電鍍。某些化學(xué)鍍層還有特殊的物理化學(xué)性能。

⑸硬度高，耐磨性好，化學(xué)鍍鎳層熱處理后硬度達(dá)Hv1100，工模具鍍鎳后一般壽命提高3倍以上。

⑹耐腐蝕強(qiáng)，化學(xué)鍍鎳層在酸、堿、鹽、氨和海水等介質(zhì)中都具有很好的耐腐蝕性，其耐腐蝕性勝于不銹鋼。

化學(xué)鍍包括鍍鎳、鍍銅、鍍金、鍍錫等很多鍍種，但應(yīng)用范圍最廣的還是化學(xué)鍍鎳。與電鍍鎳層相比，化學(xué)鍍鎳層的性能有如下諸多優(yōu)點(diǎn)[3]:

⑴利用次磷酸鈉作為還原劑的化學(xué)鍍鎳過程得到的是Ni-P合金，控制鍍層中的磷含量可以得到Ni-P非晶態(tài)結(jié)構(gòu)鍍層。鍍層致密、孔隙率低、耐腐蝕性能均優(yōu)于電鍍鎳。

⑵化學(xué)鍍鎳層的鍍態(tài)硬度為450~600HV，經(jīng)過合理的熱處理后，可以達(dá)到1000-1100HV，在某些情況下，甚至可以代替硬鉻使用。

⑶根據(jù)鍍層中的含磷量，可以控制鍍層為磁性或非磁性。

⑷鍍層的磨擦系數(shù)低，可以達(dá)到無油潤滑的狀態(tài)，潤滑性與抗金屬磨損性方面也優(yōu)于電鍍。

⑸低磷鍍層具有良好的可焊性。

當(dāng)然，與很多技術(shù)一樣，化學(xué)鍍鎳自身也存在很多缺點(diǎn):

⑴與電鍍鎳相比，鍍液的組成復(fù)雜，某些原材料要求較為苛刻。

⑵化學(xué)鍍的操作比較麻煩，鍍覆中必須進(jìn)行不斷進(jìn)行分析補(bǔ)加，調(diào)整pH。

⑶化學(xué)鍍?nèi)芤罕旧硎且粋€(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，容易發(fā)生分解等事故。

⑷對比電鍍，化學(xué)鍍的鍍速慢，大多化學(xué)鍍的鍍速在10-30μm/h之間。

⑸很多化學(xué)鍍的工作溫度都在90℃左右，維持這個(gè)溫度也要消耗大量能源。

⑹化學(xué)鍍層的裝飾性不如電鍍，光亮性不足。

化學(xué)鍍鎳以它優(yōu)良的鍍層性能，如硬度高，耐磨性和耐蝕性都很優(yōu)異，越來越為生產(chǎn)廠家所接受。以中磷化學(xué)鍍層為例，其鍍層性能如下:

化學(xué)鍍鎳的技術(shù)特性及作用:

1、耐腐蝕性強(qiáng):該工藝處理后的金屬表面為非晶態(tài)鍍層，抗腐蝕性特別優(yōu)良，經(jīng)硫酸、鹽酸、燒堿、鹽水同比試驗(yàn)，其腐蝕速率低于1cr18Ni9Ti不銹鋼。

2、耐磨性好:由于催化處理后的表面為非晶態(tài)，即處于基本平面狀態(tài)，有自潤滑性。因此，摩擦系數(shù)小，非粘著性好，耐磨性能高，在潤滑情況下，可替代硬鉻使用。

3、光澤度高:催化后的鍍件表面光澤度為LZ或▽8-10可與不銹鋼制品媲美，呈白亮不銹鋼顏色。工件鍍膜后，表面光潔度不受影響，無需再加工和拋光。

4、表面硬度高:經(jīng)本技術(shù)處理后，金屬表面硬度可提高一倍以上，在鋼鐵及銅表面可達(dá)Hv570。鍍層經(jīng)熱處理后硬度達(dá)Hv1000，工模具鍍膜后一般壽命提高3倍以上。

5、結(jié)合強(qiáng)度大:本技術(shù)處理后的合金層與金屬基件結(jié)合強(qiáng)度增大，一般在350-400Mpa條件下不起皮、不脫落、無氣泡，與鋁的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)102-241Mpa。

6、仿型性好:在尖角或邊緣突出部分，沒有過份明顯的增厚，即有很好的仿型性，鍍后不需磨削加工，沉積層的厚度和成份均勻。

7、工藝技術(shù)高適應(yīng)性強(qiáng):在盲孔、深孔、管件、拐角、縫隙的內(nèi)表面可得到均勻鍍層，所以無論您的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有多么復(fù)雜，本技術(shù)處理起來均能得心應(yīng)手，絕無漏鍍之處。8、低電阻，可焊性好。

9、耐高溫:該催化合金層熔點(diǎn)為850-890度。