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發(fā)表于 2011-5-26 18:45:24
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電鍍工藝參考& V \2 w6 K8 V/ G# C& x+ Y
- A" {" p g; ?2 E( \化學(xué)鎳常識(shí)介紹
4 O0 S9 e+ I; m; q& P- I% D一般將化學(xué)鎳按照磷含量分為高磷(磷含量10-12%),中磷(磷含量7-9%)低磷(磷含量3-6%)三種,其物理化學(xué)性質(zhì)為
4 E( h& R2 z0 D! Z耐蝕性對(duì)于鋼鐵基體,化學(xué)鎳層屬于陰極性鍍層,若要達(dá)到防護(hù)的作用,那么就要做到鍍層無孔隙。但不同的底材達(dá)到無孔隙的厚度是不一樣的。比如光滑致密的鐵基體,5個(gè)微米的鍍層基本就無孔隙了,但是壓鑄件,基本要做25微米以上才能做到無孔隙, 同樣的鍍層厚度,耐蝕性和磷含量有關(guān)。 一般高磷好于中磷,含有硫化物的鍍液的鍍層耐蝕性較差, 鍍層的后處理對(duì)耐蝕性影響也很大。
' Q# q" ] \ }9 X# ~3 n4 O鈍化處理* T7 R4 \/ q, Y0 [* r7 Y" j
好的鈍化處理也有很大的幫助:& K+ y( b* J, v# T" x5 ]
現(xiàn)在市場(chǎng)有兩種后處理:一種是防銹油類的(有的溶于水,有的直接使用),優(yōu)點(diǎn)是耐蝕性好,能提高數(shù)小時(shí)。缺點(diǎn)是 不能水洗,表面有油性。小件還好,大件外觀很差。 另一種是水溶性的。剛好和油性相反,不影響外觀,但是耐蝕性不好。( s. { P, n/ n6 l8 O, ]
硬度與耐磨性/ S! _" X& F2 e" Y& B; H. c0 G+ _
E不同磷含量的化學(xué)鎳鍍層其鍍態(tài)硬度和熱處理后的硬度有很大的不同,磷含量越低的鍍層,其鍍態(tài)硬度越高。但經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ㄗ罴?45-400度,1H),各種磷含量的鍍層硬度都急劇升高到一個(gè)很高的范圍(HV 850-950)。這基本達(dá)到了硬鉻的硬度,因此很多地方正逐步取代硬鉻。 為了使工件不變色,熱處理應(yīng)在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行。有時(shí)我們?yōu)榱颂岣哂捕龋植幌胗绊懟w的硬度,那么就要選用較低的問題,熱處理較長(zhǎng)的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。磷含量不同,熱處理的影響也不同: 低磷的熱處理后達(dá)到最高硬度后,繼續(xù)熱處理,其硬度會(huì)下降,而高磷則不會(huì)。有時(shí)我們既要求硬度,又要求耐蝕,那么我們就采用高磷的鍍層,然后在250-270度下保溫5-8小時(shí),硬度達(dá)到850-900,這樣就能兼顧了。
# u; Y: Q1 J" ?8 v延展性
# b! G% u# {$ s+ _0 [5 P t化學(xué)鎳層延展性差,伸長(zhǎng)率低,脆性大,不抗沖擊。磷含量越高,延展性性稍好。! e/ a6 J9 R% @3 w6 e
熱處理+ C1 G3 ^6 Z |5 N% R0 L Q5 j5 ~
化學(xué)鍍鎳層的硬度可通過熱處理進(jìn)行調(diào)整,組織仍為非晶狀,使底層含量分布趨于均勻,且從基體就開始有少量的磷,使底層與鍍層的結(jié)合力更好,組織更均勻細(xì)小,彌散度提高,鍍層表面的光潔度、鍍層的耐蝕性、耐磨性均有所提高。考慮到鋅合金的熔點(diǎn)較低,為防止工件變形,采用底溫度長(zhǎng)時(shí)間熱處理,如220±5℃,5h顯微硬度增加5倍以上。也有人采用180℃×1h的熱處理?xiàng)l件。
: e3 n9 f1 r/ K; c鋅合金鑄件化學(xué)鍍鎳前處理工藝介紹
8 s! G5 T3 K4 X( b# |$ x! g: K. n鋅合金壓鑄件化學(xué)鍍鎳可提高其表面硬度,改善耐磨性能,拓寬使用范圍。由于鋅的兩性行為,必須進(jìn)行特殊處理,才能夠做出合格的化學(xué)鍍鎳鍍層。& l, Q' g/ z' W) c/ a2 u
鋅合金壓鑄件化學(xué)鍍鎳應(yīng)選擇下列工藝:" @! r+ P; u2 t: b) A2 B
(1)確定合理的工藝流程
3 P# _8 u% N# l1 z D* S) B* b二種典型工藝流程:! R1 ~( ]- ^0 X
①弱堿除油→弱腐蝕(1%H2SO4)→活化(焦磷酸鹽)→預(yù)鍍中性鎳→化學(xué)鍍鎳→熱處理;
1 e' f9 y- K C9 G. o②水噴蝕(1%~20%H2SO4,10~15s)→預(yù)鍍中性鎳→預(yù)熱→(檸檬酸1~2g/L,80~90℃,1min)→化學(xué)鍍鎳→熱處理。! v" S% v* Q9 v% R
(2)預(yù)鍍中性鎳
- N* f9 v/ j# t6 d- u) n3 e; w$ y配方1#:硫酸鎳160~180g/L,檸檬酸鈉192~216g/L,氯化鈉10~16g/L,硼酸25~30g/L;pH=7,DK=4A/dm2,45℃,陰極移動(dòng),時(shí)間≥20min。
9 @- B7 N1 c( \9 v, t配方2#:硫酸鎳100~180g/L,檸檬酸鈉130~200g/L,氯化鈉15~20g/L,硼酸30~40g/L,添加劑A3ml/L;pH=7~7.5,DK=1~1.5A/dm2,沖擊電流2~4A/dm2,沖擊時(shí)間5~7min,50~60℃,20~25min,陰極移動(dòng)20~30次/min。
" l+ o2 V2 j$ a; O* b預(yù)鍍中性鎳應(yīng)注意:7 i( ]4 ~' _0 n% T+ R
①采用以硫酸鎳為主鹽的預(yù)鍍液,接近化學(xué)鍍鎳的成份。pH值應(yīng)控制在7~7.5左右。
$ I/ @) X2 d# J! |5 X4 J0 E②保證底層有足夠厚度,改善底層的質(zhì)量。如配方2#中加入添加劑A,能提高底層與基體結(jié)合力,外觀變得光滑細(xì)致,產(chǎn)品成品率達(dá)95%以上。# {6 [" I) [+ g% F
③妥善處理溶液中產(chǎn)生的Ni(OH)2沉淀,恢復(fù)鍍液的施鍍能力。如用虹吸的辦法將鍍液中下部的沉淀與上部清液分開,然后用稀硫酸或檸檬酸將沉淀溶解,再將兩部分溶液混合,用5%NaOH調(diào)整pH至規(guī)定值。8 q B# e7 }8 J5 o4 }: A
(3)化學(xué)鍍鎳* S( O/ ]- g# m
化學(xué)鍍鎳8 y/ j+ U7 ]6 O$ q' P
配方:EZ-866AK 6%V/V,EZ-866B15%V/V,去離子水80%V/V,工作溫度:88-95℃(最佳90-93℃),該工藝引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)配方,選用了最新的環(huán)保添加劑,完全取代了傳統(tǒng)的重金屬離子作為鍍液光亮添加劑,使鍍層的光亮性和穩(wěn)定性均有較大的提高;該配方特別適合于鋁件的沉鎳,是真正意義上的快速,高效,優(yōu)質(zhì)的環(huán)保產(chǎn)品。+ D7 \# C5 s/ `' z
化學(xué)鍍鎳層的外觀及鍍層成分的分析方法
) h' F1 B5 G5 v( d9 u1 T鍍態(tài)下的主要表面的外觀可為光亮、半光亮或無光澤。除另有規(guī)定,當(dāng)用目視檢查時(shí),表面應(yīng)均勻,不應(yīng)有麻點(diǎn)、裂紋、起泡、分層或結(jié)瘤等缺陷。
, v! }0 H. z+ m, f2 V若用戶規(guī)定了化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層的化學(xué)成分,應(yīng)逐項(xiàng)分析,并提供其化學(xué)成分的數(shù)據(jù)。其測(cè)定方法如下:
6 o8 c3 u9 b- g" d [) h, |9 l4 ](1)試樣的制備' t* g; Z8 x3 X' V+ Y
在遮蓋了一面的鋁箔上沉積20~50um厚的鍍層,除去遮蓋層后將其浸入10%的氫氧化鈉溶液中溶解,除凈鋁箔,可獲分析用鍍層試樣。另一種制備的方法是:在清潔的不銹鋼片上沉積20~50um厚鍍層,由于鍍層與不銹鋼表面結(jié)合強(qiáng)度較差,可剝?nèi)∑瑺铄儗釉嚇印?font class="jammer">6 l7 ^% K O' L! L* V V
(2)鎳含量的測(cè)定(丁二酮肟重量法)& M+ a' g- t4 E$ [ H
原理, Y, t& z; r% U2 h% g0 c
將試樣溶解于硝酸中,加入檸檬酸與存在的鐵絡(luò)合,中和,并用丁二酮肟使鎳生成沉淀,然后過濾、干燥、稱重。$ o' t6 A0 C+ [3 g, W9 r8 s
試劑
& Y, O8 k8 X3 c3 o6 b+ R, C①(1:1)硝酸溶液;# l: v4 D! k- j% M0 o- y. [
②丁二酮肟1%異丙醇或甲醇溶液;& i. \, y; L v( A/ ~
③檸檬酸;$ r) P5 @, x/ ]4 m( c* A2 d ?
④(1:1)按水,密度大約為0.88g/mL的濃按水,用等體操作的蒸餾水稀釋。+ q" w4 a. c6 P X) @
設(shè)備
3 M L: K1 ]; [8 @6 A! q$ n砂芯玻璃坩堝。烘箱,能夠保持溫度為110±2℃。1 j, a& @; v- Y9 n/ v
方法步驟! J. K6 I/ b. U
稱取大約0.1g試樣,精確至0.0001g,移至400mL的燒杯中。
4 k9 @$ ]! b3 o0 I8 Q- H8 `% ^ R將試樣溶于20mL硝酸溶液,加熱溶液至沸騰使二氧化氮揮發(fā),冷卻至室溫,用水稀釋至150mL,加入1g檸檬酸,再加氨水調(diào)整溶液PH值至8~9。
$ q& ]$ p6 G3 x將溶液加熱至60~70℃,并且在攪拌下加入30mL丁二酮肟溶液,混合后在60~70℃保溫1h干燥,在干燥中冷卻至室溫;稱量精確至0.001g。* M I" H3 b" D/ b; ~+ h& ]
結(jié)果表示" k& P( B- s7 C4 o- Q( Y6 O5 w- l, f0 e
鎳含量按下列公式計(jì)算,以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示, y) R# N0 |3 Z2 D5 S
Ni%=20.32(m2-m1)/m
3 D* Y7 z1 ~2 ?, ~. L. O$ F式中m——試樣質(zhì)量(g)m1——坩塤的質(zhì)量(g)
7 b" a) }9 s0 w% u- f5 Ym2——坩堝和沉淀的質(zhì)量(g)。$ t) {& Q, _* @2 V W- a
(3)磷含量的測(cè)定(分光光度法)3 m9 I% B3 k7 |; `- U( T
原理, _% A& c7 L9 P: Z- z
將試樣溶于硝酸中,用高錳酸鉀氧化磷,并用亞硝酸鈉溶解二氧化錳沉淀,再與鉬酸銨或釩酸銨反應(yīng)呈藍(lán)色,在波長(zhǎng)大約為420nm對(duì)該顯色的絡(luò)合物進(jìn)行吸光度測(cè)量。3 J$ M- V/ M( g& H; l
試劑" Z0 s. Y; r. h
①硝酸溶液,40%(V/V),將2份體積硝酸與3份體積的水混合而成;
- ~' M' m H% \( ]2 v& s8 M/ t- u- U②亞硝酸溶液NaNO220g/L& |; S! F9 M: @# l* j
③高錳酸鉀溶液KmnO47.6g/L( e2 J d+ `3 C: r
④鉬酸鹽—釩酸鹽溶液在熱水中分別溶解20g鉬酸銨和1g釩酸銨,將兩種溶液混合,加入200mL硝酸(密度大約1.42g/mL)并用水稀釋至1000mL,混合均勻。
0 r, \+ Z1 s( Z⑤磷標(biāo)準(zhǔn)溶液稱取0.439g的磷酸二氫鉀(KH2PO4),溶于水,將此溶液移入1000mL容量瓶中,用水稀釋到刻度混合均勻。
, [* r2 c0 y4 J* i此標(biāo)準(zhǔn)溶液1mL含磷0.1mg。
$ E% o( H0 l, D' @設(shè)備
7 J8 b1 I( x* }5 q分光光度計(jì)或裝有在波長(zhǎng)大約為420nm達(dá)到最大吸光率的濾光片的光電比色計(jì),并配備了光徑為10mm的比色皿。 Q- e/ G: @, r8 q
方法步驟
$ X3 {2 v! J) o①試驗(yàn)溶液的配制稱取試樣0.19~0.21g,精確至0.0001g,在燒杯中加入50mL硝酸溶液,具體步驟:
3 e, ^0 x' ?$ O9 `) ^a.緩慢加熱至試樣溶解,然后加熱至沸騰以除去棕色煙霧;3 X; a# Z: `/ o
b.溶液稀釋至約100mL,煮沸,加入25mL高錳酸鉀溶液;5 w' I: f4 y+ B+ V6 f; t
c.再煮沸溶液5min;% Z+ P, L R7 G0 i" G! K3 `- A
d.一滴一滴地加入亞硝酸鈉溶液,直至二氧化錳沉淀溶解;
' `7 `0 ?2 ^- T8 b, h3 @e.溶液煮沸5min,然后冷卻至室溫。* ~, P/ u2 G7 C. P- y
將溶液移入250mL的容量瓶中,用水稀釋至刻度,并混合均勻。
, s ?" y2 @, R2 S* _8 q②空白試驗(yàn)使用同樣的方法,同樣的所有試劑用量,但沒有試樣,與測(cè)定平行進(jìn)行空白試驗(yàn)。: J- I9 x+ D0 K, L6 l5 W
③標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制取一組100mL的容量瓶,加入如下表所示容量的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液:加入25mL鉬酸鹽-釩酸鹽溶液,加水至刻度,并混合均勻。靜置5min后將溶液注入比色皿。
- w& H2 r1 b, N' s* v6 O: P磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的容量/mL 磷的對(duì)應(yīng)質(zhì)量/mg N: \5 X. \2 d; ^
0① 09 y0 a% T6 z/ M# R# ?6 H4 y. m
2 0.2 E/ T5 O2 k' |- R8 d8 @
4 0.4
/ v9 e8 z0 c. }+ c6 0.61 [# k! d. K+ c8 s
8 0.8
$ M, q# S' d2 w10 1
" L" Z, t% h; m8 @( g; ]/ Z% x①標(biāo)準(zhǔn)空白溶液。
n! `/ g3 Y: d. D" W④用分光光度計(jì)在最大吸收波長(zhǎng)(約420nm)進(jìn)行吸光度測(cè)量,或用裝有適當(dāng)濾片的光電比色計(jì)進(jìn)行吸光度測(cè)量。在所有情況下,都要對(duì)照空白溶液調(diào)整儀器的吸光率為零,從其他標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光率減去空白溶液的吸光率。以標(biāo)準(zhǔn)溶液的含磷量(mg)作為橫坐標(biāo),吸光率的對(duì)應(yīng)值為縱坐標(biāo),繪制曲線圖。2 p+ I& E+ c3 [! j d" t
④測(cè)定吸取10mL試驗(yàn)溶液移至100mL的容量瓶中,加水50mL,再加入25mL鉬酸銨-釩酸銨溶液,加水至刻度并充分搖勻,靜置5min,將此溶液注入一個(gè)比色皿內(nèi)。按前述方法進(jìn)行吸光度測(cè)量,% i, m4 \' X9 Z/ S
結(jié)果表示
$ G5 E+ B1 _1 t2 i4 t5 m; B) ~對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線,確定對(duì)應(yīng)的磷含量。
9 u9 A Y0 R1 p N磷(P)含量以質(zhì)量百分比數(shù)表示,用下列公式進(jìn)行計(jì)算
/ a% j6 g% t" J- f# _" P# c) B0 wP%=2.5•(m3-m4)/m
1 {* ]" a, E/ z6 x2 ]式中m——試樣的質(zhì)量(mg);
2 r' T! B0 ~ ]m3——用于測(cè)量的試驗(yàn)溶液中分取部分的磷含量(mg);
$ o, ~( N# X) Q& B" z) D# Wm4——空白試驗(yàn)溶液分取部分的磷含量(mg)。: u N3 M" ?: A" D' @" T6 Q
原理8 ~/ x$ [ h( p- x v! n" [" A
按分光光度法規(guī)配制試驗(yàn)溶液。用鉬酸銨溶液處理形成的磷鉬酸銨,再用硝酹鉀溶液處理轉(zhuǎn)化成磷酸三銨。加入過量的氫氧化鈉溶液,用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定未反應(yīng)的氫氧化鈉。" m% B) j. e' F# B f
試劑
/ W, u/ L( w+ l1 L" z& X" |* i( o①溶解和氧化用試劑同分光光度法。% Y. I% G- s! \2 J/ m f
②鉬酸銨試劑。
, m; Y# T# l0 S0 \8 O& h2 D. na.溶液在80mL的水中溶解15g鉬酸銨,加入6mL氨水(密度約0.88g/mL),稀釋至1000mL并混合均勻。
$ O9 ^7 B& B2 j$ `" ab.溶液在60mL水中溶解24g檸檬酸銨,加入33mL硝酸(密度約1.42g/mL),稀釋至100mL,混合均勻。# n# c6 }$ O8 G& Y
在攪拌的情況下,混合等體積的A溶液和B溶液,靜置12h,必要時(shí)可過濾。# d3 J# d2 L* \5 o
③硝酸鉀溶液KNO3 10g/L4 E: `5 E( o1 m' f+ Q
④氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液C(NaOH)=0.100mol/L
# ^1 A$ j/ {! s) g: b, L2 X⑤鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液C(HCl)=0.100mol/L. ~. m3 r2 ^. t- {. {
⑥酚酞溶液10g/L的95%(V/V)酒精溶液: L v M. r7 S, e
方法步驟
# [; L- w' R, p" f E①試驗(yàn)溶液的配制見分光光度法。- M) @5 ^7 U. t+ N" D7 q3 h) z
②測(cè)定
. X- n! V1 l& ^9 |a.將10mL試驗(yàn)溶液移至一帶塞燒瓶中,用水稀釋至100mL;3 f1 ~2 T. l4 V
b.將溶液加熱至40~50℃(不能超過此溫度)在攪拌的情況下,緩慢加入50mL鉬酸銨試劑;- Q1 L$ q6 ]3 e# o- h+ D6 O; u* l
c.塞緊瓶塞;! o1 A) A( ]/ Y2 i/ k7 m" ], Z
d.用力搖動(dòng)燒瓶10min;
. k5 p/ Q; r, `& ee.靜置30min,并過濾反應(yīng)混合物;
7 L4 a; Q2 ~4 q4 y- i. Uf.用硝酸鉀溶液洗滌燒瓶和沉淀,直至加入1mL含1滴氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的水溶液和1滴酚酞,濾液不退色為止,一般需要大約100mL的洗滌液;
5 E1 N7 n! b* z( a0 M" `g.將帶有沉淀的濾紙放入原來的燒瓶?jī)?nèi),加水50mL,充分搖動(dòng);4 T" s, b& T3 H
h.加入10mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液,充分搖動(dòng)使沉淀溶解;
& u k( o* |. a! Yi.加入酚酞溶液并用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至粉紅色剛好消失。
, D) R+ Z5 ]: t- u- q& @1 J% B, p結(jié)果表示
# s' l- U* j' g5 ^9 @- T: s/ ~! _- {磷的含量以質(zhì)量百分比數(shù)表示,按下列公式計(jì)算:) C+ m2 {/ k2 V3 f* j' T5 Y2 I
P%=25×(10-V)×0.01349/m
+ V( K2 d9 O) B8 H, X式中m——試樣質(zhì)量(g);6 a3 E4 G. j" v6 r$ `0 h
V——滴定所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液(mL)。1 J! m, J5 ]/ U$ O* U8 q- {
(5)硼含量的測(cè)定按ISO1136——1993《鎳及鎳合金中總硼含量測(cè)定——姜黃素分子吸收光譜法》進(jìn)行。4 f) h, z& P" s
(6)其他測(cè)定方法關(guān)于化學(xué)鍍鎳層化學(xué)成分的其他測(cè)定方法,ISO4527推薦使用發(fā)射光譜。物理方法如電子探針還可以測(cè)定鍍層剖面中磷的分布。
% j! |& i) V6 b4 S( n0 X; e對(duì)于多元合金鍍層,除鎳、磷、硼之外的其他化學(xué)成分的分析方法可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 |
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