梅天慶， 何 冰

(南京航空航天大學(xué)材料學(xué)院，江蘇南京 210016)

延長化學(xué)鍍鎳溶液壽命的研究

梅天慶， 何 冰

(南京航空航天大學(xué)材料學(xué)院，江蘇南京 210016)

探討了用間隔取液法延長化學(xué)鍍鎳液使用壽命。通過分析ρ(亞磷酸鈉)和沉積速率隨每周期取出部分溶液的關(guān)系得出結(jié)論，當(dāng)取液量大于化學(xué)鍍鎳溶液15%時(shí)，化學(xué)鍍鎳溶液中的有害離子均不超過其臨界質(zhì)量濃度，化學(xué)鍍鎳溶液可以連續(xù)工作并能維持較高的鍍速。

化學(xué)鍍鎳液;間隔取液法;循環(huán)使用

引 言

目前，化學(xué)鍍鎳工藝大多采用以次磷酸鈉為還原劑的鍍液，化學(xué)鍍鎳過程中溶液中生成亞磷酸鈉和硫酸鈉，生成的亞磷酸鈉是導(dǎo)致化學(xué)鍍鎳溶液老化失效的重要原因。當(dāng)化學(xué)鍍鎳溶液中的亞磷酸鈉達(dá)到一定質(zhì)量濃度時(shí)，將與鎳離子反應(yīng)生成亞磷酸鎳，導(dǎo)致鍍層表面光亮度下降并生成麻點(diǎn)，還會引起化學(xué)鍍鎳溶液分解。為了防止亞磷酸鎳的生成，需要經(jīng)常向化學(xué)鍍鎳溶液中添加絡(luò)合劑。但過量絡(luò)合劑，會降低鍍層沉積速度，并可能影響鍍層的質(zhì)量，因此，不得不經(jīng)常更新化學(xué)鍍鎳溶液。另外，硫酸鈉的危害雖然不像亞磷酸鈉那么明顯，但是在化學(xué)鍍鎳溶液不工作或溶液降溫時(shí)，有可能生成亞硫酸鈉結(jié)晶，也會帶來不良影響。

對于化學(xué)鍍鎳廢液的處理，目前還沒有一套成熟的、行之有效的、低成本、低能耗及簡單易行的處理方法［1-8］。因此，研究低能耗、無污染，循環(huán)利用化學(xué)鍍鎳溶液的方法是很有必要的。

本文研究了用間隔取液法延長化學(xué)鍍鎳溶液的使用壽命。

1 實(shí)驗(yàn)原理和過程

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

間隔取液法是指每周期取出一定量的老化鍍鎳溶液并補(bǔ)充新的鍍液，所加入的新的化學(xué)鍍鎳溶液對亞磷酸鹽的質(zhì)量濃度起到稀釋作用?？捎孟率奖硎?

式中:m1為每周期經(jīng)間隔取液法處理后每升鍍液中亞磷酸鈉的實(shí)際增加量，g;m為每周期每升鍍液中亞磷酸鈉產(chǎn)生量，g;m2為每周期末每升鍍液中亞磷酸鈉累積量，g;K為間隔取液法取出溶液量占老化鍍液的百分?jǐn)?shù)，%。

由于每周期單位體積鍍液中的亞磷酸鈉產(chǎn)生量m為定值，因此當(dāng)m2逐漸增大，m1逐漸減小。即每周期末鍍液經(jīng)間隔取液法處理后實(shí)際增加亞磷酸鈉的量是逐漸減少的。最終亞磷酸鈉的累積會穩(wěn)定在一個值，這個值低于臨界質(zhì)量濃度時(shí)，鍍液就可繼續(xù)正常工作。

1.2 實(shí)驗(yàn)鍍液和化學(xué)鍍鎳操作流程

1)化學(xué)鍍鎳溶液組成及操作條件如下:

2)操作流程。將5 cm×5 cm×2 cm鐵片經(jīng)砂紙打磨→水洗→堿液除油→水洗→酸液除銹→水洗→吹干稱量→活化→化學(xué)鍍鎳。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

電子分析天平(上海虹橋精密儀器有限公司)，磁離子攪拌器(上海民橋儀器廠)，直流穩(wěn)壓電源，電熱恒溫水浴鍋，PHS-3C精密pH計(jì)，D25-2F電動攪拌器(杭州儀表廠)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 每周期不同取液量下，亞磷酸鈉積累量隨周期的變化

人們通常用周期數(shù)來評價(jià)化學(xué)鍍鎳溶液壽命。規(guī)定當(dāng)施鍍過程中補(bǔ)加鎳鹽的累計(jì)量(本文為18～20 g/L)等于開缸化學(xué)鍍鎳溶液中鎳鹽的質(zhì)量濃度時(shí)為1個周期。一次取液過多會增加成本，取液過少會影響取液效果，經(jīng)過比較，一次性取化學(xué)鍍鎳溶液的15%既可以維持鍍液的正常工作又可較大限度地利用原來的鍍鎳溶液。亞磷酸鈉積累量隨周期的變化關(guān)系見圖1。

圖1 亞磷酸鈉累積量與周期數(shù)的關(guān)系

2.2 沉積速度隨周期的變化

在其它條件不變的情況下，化學(xué)鍍鎳反應(yīng)速度降低的主要原因是鍍液中反應(yīng)物含量的降低，采用15%間隔取液法，定時(shí)補(bǔ)充反應(yīng)所需要的有效成分，能夠使化學(xué)鍍鎳溶液在長期使用過程中，沉積速度基本上保持16～17 μm/h不變，屬于中速范圍，具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。取鍍液15%時(shí)鍍層的平均沉積速度隨周期的變化見圖2。

圖2 鍍層的平均沉積速度隨周期的變化

2.3 亞磷酸鈉積累隨周期的變化

在化學(xué)鍍鎳的工作過程中最為有害的副產(chǎn)物是亞磷酸根，它是造成鍍液失效的最直接因素。亞磷酸鈉積累與工作周期數(shù)的關(guān)系如圖3所示。

圖3 亞磷酸鈉積累隨周期的變化

由圖3中可以看出，在第1周期至第8周期范圍內(nèi)，亞磷酸鈉的積累迅速增加;第8周期至第18周期范圍內(nèi)，亞磷酸鈉的積累增長趨勢變緩;18個周期后，亞磷酸鈉積累質(zhì)量濃度達(dá)到69 g/L后，亞磷酸鈉的質(zhì)量濃度基本保持不變。沉積速度及亞磷酸鈉積累隨周期的變化之所以呈上述變化趨勢，主要有以下兩個原因:

其一，實(shí)驗(yàn)中采用間隔取液法，每周期末取出15%的老化化學(xué)鍍鎳溶液后再加入15%的新鍍液。這樣，亞磷酸鈉的積累就下降為每周期末的85%，換句話說加入的新化學(xué)鍍鎳溶液對亞磷酸鈉起到了稀釋的作用。

由于每周期單位體積鍍液中亞磷酸鈉為定值，因此，在沉積速度和鍍層磷含量基本保持不變的條件下，可以認(rèn)為每周期末單位體積鍍液中亞磷酸鈉的產(chǎn)生量m為定值，所以當(dāng)m2逐漸增大時(shí)，m1逐漸減小，即每周期末鍍液經(jīng)間隔取液法處理后實(shí)際增加的亞磷酸鈉的質(zhì)量濃度是逐漸減少的;當(dāng)m2×K=m時(shí)，亞磷酸鈉的實(shí)際增加量為零。這是圖3中曲線走勢趨緩的主要原因。

其二，化學(xué)鍍鎳溶液中鎳鹽與次磷酸鈉發(fā)生反應(yīng):

Ni2++6H2PO2-+3H2O→Ni+P+5H2PO3-+6H++H2↑的同時(shí)，必然伴隨著副反應(yīng)的進(jìn)行，由化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)原理可知，沉積過程中有如下副反應(yīng)發(fā)生:

隨著化學(xué)鍍鎳溶液中亞磷酸根的增加，上述反應(yīng)的平衡向逆反應(yīng)移動，從而對亞磷酸鈉的產(chǎn)生也有一定程度的抑制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，當(dāng)溶液中亞磷酸鈉的積累達(dá)到69 g/L時(shí)，每周期取出的亞磷酸鈉的量與每周期生成的量基本相等。此后，隨著周期數(shù)的增加，鍍液中亞磷酸鈉的量保持不變。此時(shí)制備的化學(xué)鍍鎳層仍具有很強(qiáng)的耐蝕性能。

3 結(jié)論

1)采用間隔取液法，在化學(xué)鍍鎳溶液工作的20個周期過程中，沉積速度保持穩(wěn)定，在14～17 μm/h范圍內(nèi)變化，屬于中速范圍，具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

2)使用間隔取液法延長化學(xué)鍍鎳溶液壽命效果顯著，鍍液中H2PO3-的質(zhì)量濃度隨著周期數(shù)的增加，先是迅速增長，之后變緩，最后保持基本不變。由于工作過程中并不產(chǎn)生Na+、SO42-離子，實(shí)際上其質(zhì)量濃度并不會升高。

3)取溶液量≥15%時(shí)，鍍液可以循環(huán)使用。

4)取出的化學(xué)鍍鎳溶液經(jīng)過用氫氧化鈣沉淀亞磷酸根后可以再生。這一方面的研究，讀者可參閱本文作者的另一篇論文化學(xué)鍍鎳溶液再生的一種方法［9］。

［1］毛梯和.化工廢水處理技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:1-5.

［2］胡信國，張欽京.化學(xué)鍍鎳技術(shù)的新進(jìn)展［J］.新技術(shù)新工藝，2001，14(2):35-37.

［3］肖養(yǎng)口.塑料制品的電鍍技術(shù)［J］.應(yīng)用科技，2000，27(1):20-21.

［4］龍有前，肖鑫，胡新亮，等.玻璃絲布的化學(xué)鍍鎳［J］.材料保護(hù)，2001，34(l):28-29.

［5］王艷芝.有機(jī)玻璃化學(xué)復(fù)合鍍鎳磷工藝［J］.表面技術(shù)，2001，30(3):3-4.

［6］王宇飛，徐新，郭京心.直升飛機(jī)齒輪化學(xué)鍍鎳工藝［J］.電鍍與精飾，2001，20(2):19-21.

［7］郭海洋.化學(xué)鍍技術(shù)應(yīng)用新進(jìn)展［J］.金屬熱處理，2001，(1):9-12.

［8］陳曙光，劉君武，丁厚福.化學(xué)鍍的研究現(xiàn)狀應(yīng)用及前景［J］.熱加工工藝，2000，2(9):5-17.

［9］梅天慶，何冰.化學(xué)鍍鎳溶液再生的方法［J］.電鍍與精飾，2011，33(9):21-23.

A Method of Extending the Life of Electroless Nickel Plating Bath

MEI Tian-qing，HE Bing
(Materials Institute，Nanjing University of Aeronautics＆ Astronautics，Nanjing 210016，China)

A method of extracting bath out periodically for extending the life of electroless nickel plating bath was discussed.Relationships between phosphite accumulation，deposition rate and amount of the bath extracted out periodically were analyzed.Results showed that when extracting amount of the bath was greater than 15%，harmful ions would not exceed their critical concentration and the bath could work continuously with high deposition rate.

electroless nickel plating bath;method of extracting bath out periodically;recycling-use

TQ153.12

B

1001-3849(2011)11-0005-03

2010-11-16

2011-05-19