新型化学镀镍光亮剂的研究
慧聪表面处理网：高亭亭，邢秋菊，曾江保，刘建建，高志，廖苏华，邹建平
(南昌航空大学环境与化学工程学院，江西南昌330063)
摘要：采用正交试验对以铋盐和吡啶衍生物为主要成分的新型化学镀镍复合光亮剂的组成进行了优化，化学镀镍液的组成及工艺条件为：NiS04•6H2025g/L，NaH2P02•H2028g/L，CH3COONa15g/L，苹果酸6g/L，乙酸10mL/L，乳酸10mL/L，装载量1.0dm2/L，pH4.5～5.5，80～85℃，20～30min。得到光亮剂的最佳组成为：Bi(N03)36mg/L，白屈菜氨酸或邻菲口罗啉2mg/L，十二烷基磺酸钠2mg/L，CuS04•5H202mg/L。化学镀镍液中加入新型复合光亮剂后，可制得几乎为镜面光亮的、耐蚀性和结合力良好的镍镀层。该光亮剂的用量小，对镀速影响较小（仍在20μm/h以上）。
关键词：化学镀镍；光亮剂；铋盐；吡啶衍生物；镀速；光亮度
中图分类号：TQ153.12文献标志码：A
文章编号：1004-227X(2012)05-0027-03
1前言
化学镀镍磷合金镀层具有良好的性能，已广泛应用于化工、机械、航空航天等领域。但随着时代发展，众多领域不仅要求化学镀镍产品具备更好的功能，还要有更高的装饰性。因此，新型光亮剂的研究引起了化学镀研究工作者的极大关注。镀镍光亮剂发展至今，经历了4个阶段：第1代为镉盐等无机光亮剂，第2代为丁炔二醇与糖精，第3代为丁炔二醇与环氧化合物的缩合物及糖精，第4代为中间体复配的次级光亮剂与作为初级光亮剂的柔软剂。在目前已研制出的4代光亮剂中，第2代光亮剂镀层质量差，色泽偏向于淡米黄色，第3代光亮剂镀层光亮平整，但出光慢、镀液不稳定。第4代光亮剂为目前的主流光亮剂，镀液稳定，但仍未得到广泛使用。值得注意的是，以上光亮剂大多用于电镀镍，有关化学镀用光亮剂的报道则较少。本文研究了一种由金属盐和有机物组成的新型化学镀镍光亮剂，制得全镜面光亮的化学镀镍层，并研究了镀层的相关性能[1-3]。
2实验
2.1基材及预处理
采用3cm×6cm的45钢片为基体，其预处理流程为：化学除油(Na2C0340g/L，Na3P04-12H2025g/L，NaOH10g/L，非离子型表面活性剂7.5g/L，75℃，10～20min)──蒸馏水洗──活化[φ(HCl=24%]──蒸馏水洗。
2.2镀液配方与工艺[4]
2.3性能测试
2.3.1镀速
采用称重法[5]，用电光分析天平[梅特勒一托利多仪器（上海）有限公司]准确称量施镀前后试样的质量，按
以下公式计算：
式中，v为镀速(μm/h)，mo、m分别为施镀前、后试样的质量(g)，ρ为镀层密度(本实验为中磷化学镀镍层，故ρ取7.9g/cm3)，A为试样表面积(cm2)，t为施镀时间(h)。
2.3.2耐蚀性
采用耐硝酸点蚀法：室温下，将镀后试片按长度方向的一半浸入浓硝酸中，另一半暴露于空气中，记录试片浸入至表面出现第1个变色点的时间。
2.3.3结合力
参照GB/T5270-2005《金属基体上的金属覆盖层电沉积和化学沉积层附着强度试验方法评述》，采用弯曲法测试，反复弯曲试片至基体断裂，断裂处镀层不起皮、不脱落为合格。
2.3.4光亮度
以光反射率为100%的镜面作参比，用岛津UV-240型紫外一可见分光光度计测定镀层的光反射率[6]，波长范围为600～800nm，用光反射率来表征镀层的光亮度。
3结果与讨论
3.1复合光亮剂配方的优化
复合光亮剂一般由无机盐、吡啶衍生物和表面活性剂组成[6]。本文选择Bi2(S04)3、Bi(N03)3作无机盐，白屈菜氨酸(CAM)、邻菲哕啉作吡啶衍生物，十二烷基磺酸钠(SDS)为表面活性剂进行化学镀。以Bi盐、十二烷基磺酸钠及吡啶衍生物为因素，以镀层的光亮度为性能指标，按L9(34)正交表进行正交试验，以得到较优组合的复合光亮剂，结果如表1、2所示。
从表1可知，复合光亮剂组合1的较优配方为：Bi(N03)36mg/L，白屈菜氨酸2mg/L，十二烷基磺酸钠2mg/L。
从表2可知，复合光亮剂组合2的较优配方为：Bi2(S04)36mg/L，邻菲哕啉2mg/L，十二烷基磺酸钠2mg/L。
Bi2(S04)3的溶解性不太好，所以选用溶解性较好的Bi(N03)3。另有研究表明，硫酸铜有助于提高镀层的光亮度[7]。表3为CuS04•5H20对化学镀镍层光亮度的影响。加入2mg/LCuS04•5H20后，Ni镀层的光反射率（即光亮度）提高，表明少许硫酸铜的存在确实有利于提高镀层的光亮度。因此，复合光亮剂的最优配方为组合3和4。
3.2复合光亮剂对镀层性能的影响综合上述分析得到复合光亮剂的最优组合为：Bi(N03)36mg/L，白屈菜氨酸或邻菲哕啉2mg/L，十二烷基磺酸钠2mg/L，CuS04•5H202mg/L。光亮剂一般都会影响化学镀镍的镀速和镀层性能，因此，研究了复合光亮剂最优组合3和4对镀速和镀层性能的影响。
3.2.1外观
图la是在不含光亮剂的镀液中对45钢施镀30min得到的Ni镀层表面照片，图lb、lc是在分别加入复合光亮剂组合3、4的镀液中对45钢施镀12min后得到的Ni镀层表面照片。由图1可知，复合光亮剂可明显提高镀层的光亮度；往镀液中加入复合光亮剂后，镀层的出光速率明显加快，一般10～15min就能达到待而效果。
3.2.2镀速
分别在含组合l、2、3、4复合光亮剂及不含光亮剂的化学镀镍液中对45钢进行施镀，镀速分别为24.07、20.26、23.91、23.56及23.5μm/h。这表明，优化的复合光亮剂对镀速的影响不大，对镍的沉积不具有抑制作用，加入光亮剂后镀速仍在20μm/h以上。另外，以白屈菜氨酸作光亮剂中的吡啶衍生物（组合2、3）时的镀速高于以邻菲哕啉作吡啶衍生物（组合1、4）时的镀速。
3.2.3结合力及耐蚀性
弯曲试验表明，所有镀层表面都无脱落或起皮现象。硝酸点蚀试验表明，从含最优组合光亮剂的镀液中所得Ni镀层的耐硝酸点蚀时间均大于260s。因此，从含最优组合光亮剂镀液中所得化学镀Ni层不仅具有高光亮的外观，而且具有良好的结合力和耐蚀性，符合工业化应用的基本要求。
4结论
(1)复合光亮剂的最佳配方为：Bi(N03)36mg/L，CuS04-5H202mg/L，十二烷基磺酸钠2mg/L，白屈菜氨酸或邻菲哕啉2mg/L。镀液中加入该复合光亮剂后，镀层光亮度明显提升，几乎达镜面效果，具有很好的装饰性。
(2)镀液中添加复合光亮剂后，镀层表面的出光速率加快，一般10～15min就能达到镜面效果，且光亮剂用量少，镀液性能稳定，镀速基本不受影响（仍保持在20μm/h以上），而且镀层具有良好的耐蚀性和结合力，符合工业应用的要求。
参考文献略
责任编辑：侯俊梅
