滾鍍光亮鎳鍍液的維護

郭崇武

(廣州超邦化工有限公司，廣東廣州 510460)

滾鍍光亮鎳鍍液的維護

郭崇武

(廣州超邦化工有限公司，廣東廣州 510460)

滾鍍光亮鎳存在的一些問題，需要在生產過程中才能發現并得以解決。總結了維護滾鍍光亮鎳鍍液的經驗，分析了鍍液性能以及工藝參數對生產成本的影響。選用分散能力高的鍍液是降低鍍鎳成本的有效措施。提高鍍液的導電性，采用較低的電壓并增加陽極面積，在較低溫度和較高pH條件下施鍍，可以降低光亮劑的消耗，提高鍍液的穩定性。

滾鍍光亮鎳;光亮劑;導電性;溫度;pH;雜質

引 言

鍍鎳已經有100多年的歷史，在電鍍工業中具有重要的地位，廣泛地應用于裝飾性和功能性電鍍。目前掛鍍光亮鎳工藝已比較完善，原料供應商在實驗室的研究結果與大生產的情況基本吻合。但是，對于滾鍍光亮鎳，其工藝中存在的問題往往在生產線上才能體現出來，對于工藝參數的優化，需要經過長期的生產實踐和研究才能夠完成，供應商在實驗室中的研究，還不足以解決大生產中存在的全部問題。本文總結了維護滾鍍光亮鎳鍍液的經驗，分析并研究了鍍液性能以及工藝參數對生產成本的影響。

1 光亮劑的選擇

一般來講，滾鍍工件高低電流密度區的差別比較明顯，如五金制品中的鈕扣類產品，這些產品滾鍍光亮鎳時一般只要求裝飾性，檢驗鍍層外觀時要看鍍件的低電流密度區是否光亮。因此，滾鍍光亮鎳選擇光亮劑比較嚴格，光亮劑對鍍液均鍍能力和出光速度的影響特別重要。某公司鍍鎳車間滾鍍鎳做過對比實驗，3#鍍槽和4#鍍槽鍍液主要成分完全相同，分別使用兩家供應商的光亮劑，4#鍍槽的霍爾槽試片看上去比3#鍍槽光亮得多，只是低電流密度區光亮度略差，兩個鍍槽鍍同樣的產品，4#鍍槽鍍件的出光速度卻比不上3#鍍槽，需要電鍍較長的時間。由此可見，選擇低電流密度區出光速度快的光亮劑能夠明顯降低鍍鎳成本。

滾鍍光亮鍍鎳溶液要求均鍍能力好，低電流密度區鍍層出光速度快。配制滾鍍鎳主光亮劑時要多用低電位增光劑，例如丙炔磺酸鈉，而使用高電位增光劑的作用則不大。配制輔助光亮劑時應多使用低電位走位劑，例如烯丙基磺酸鈉，以便提高鍍液的均鍍能力。

2 鍍液的導電性

2.1 鍍液導電性對均鍍能力的影響

鍍液的均鍍能力是衡量鍍液性能好壞的一項重要指標，均鍍能力好的鍍液，其鍍層厚度均勻，在施鍍過程中可以在較短的時間內使低電流密度區的鍍層達到厚度要求，從而降低電鍍成本。按產品檢驗要求，檢驗鍍層厚度時要測定鍍層的最小厚度［1］，也就是測定低電流密度區鍍層的厚度，如果鍍液的均鍍能力差，將導致高電流密度區鍍層過厚，造成金屬材料的浪費。在有色金屬價格上漲的沖擊下，近幾年電鍍行業開發一些低濃度鍍鎳溶液，以便減少鍍液帶出造成的損失。隨著鍍鎳溶液濃度的降低，鍍液的導電性下降，給均鍍能力帶來了不利的影響，但是，在低濃度滾鍍光亮鎳鍍液中添加導電鹽硫酸鉀，可以彌補其均鍍能力不足的缺陷［2］。采用某公司B2000號滾鍍光亮鍍鎳鍍液，測定降低鎳鹽質量濃度和添加導電鹽對鍍液均鍍能力的影響，在實驗室配制鍍鎳溶液3份，1#鍍液為B2000號溶液配方為:

2#鍍液降低了硫酸鎳和氯化鎳的質量濃度，溶液配方為:

3#鍍液在2#鍍液基礎上添加了硫酸鉀溶液配方為:

對上述三種溶液做霍爾槽試驗，嚴格控制鍍液的溫度，θ在 52～53℃，pH 約 4.3，電流 2A，施鍍5min，為了使鍍層均勻，不攪拌鍍液。試驗結果列于表1。2#鍍液降低了硫酸鎳和氯化鎳的質量濃度，鍍液的導電性下降，與1#鍍液相比，試片低電流密度區鍍層厚度減小，3#鍍液在降低鎳鹽質量濃度的同時，向鍍液中添加硫酸鉀，提高了鍍液的導電性，與2#鍍液相比，在低電流密度區鍍層的厚度值得到了明顯的提高。

表1 試片不同點處鍍層的厚度值

在日常對滾鍍光亮鎳鍍液的維護中，一般要求ρ(硫酸鎳)≥200g/L，如果采用低質量濃度鍍液，建議添加導電鹽硫酸鉀。

2.2 鍍液導電性對光亮劑消耗的影響

按工藝要求，滾鍍光亮鎳每槽的電流一般是固定的，鍍液的導電性直接影響槽電壓，導電性好，槽電壓就低。槽電壓影響光亮劑的消耗，也就是說鍍液的導電性影響滾鍍光亮鎳光亮劑的消耗，目前業內人士對此還知之不多。按某公司產品說明書，在B2000號滾鍍光亮鎳工藝中，主光亮劑的消耗量為250～350mL/kAh，但用霍爾槽試驗，主光亮劑的消耗量卻遠小于這個數值，而在實際生產中主光亮劑的補加量又遠高于該數值。實驗表明，施鍍電壓直接影響添加劑的消耗量，表2給出了光亮劑消耗量與槽電壓的關系。

表2 不同電壓條件下主光亮劑的消耗量

實驗室實驗和生產實踐表明，隨著施鍍電壓的增高，光亮劑的消耗量加大。滾鍍槽中電阻較大，電鍍時槽電壓較高，因此，滾鍍時光亮劑的消耗量要比掛鍍大得多。有些電鍍廠為了追求產量，加大槽電壓和電流，于是，光亮劑的消耗量超出了工藝范圍。當電壓升高時，電極的電荷密度增大，陽極氧化能力和陰極還原能力增強，光亮劑在電極上反應速度加快，另一方面，陰陽兩極電荷密度增大時，對光亮劑的吸附能力增強，吸附量隨之增大，光亮劑被氧化和被還原的速度加快。

加大光亮劑補加量來保持鍍液的出光速度，會造成分解產物在鍍液中的積累，導致鍍液性能變差，出光速度變慢，鍍層容易發黃甚至發黑。

2.3 提高鍍液導電性的方法

對滾鍍光亮鎳，應盡可能提高鍍液的導電性，降低槽電壓，保證鍍液的穩定性。提高鍍液的質量濃度，尤其是提高氯化鎳的質量濃度，是提高鍍液導電性的方法之一，但提高鍍液質量濃度會在鍍件出槽時加大鎳鹽的帶出量。提高溫度可以增大鍍液的導電性，但溫度高于工藝上限時，會導致鍍液的穩定性變差。

在鍍液中添加導電鹽，是提高鍍液導電性的有效方法，導電鹽價格較低，一般不會增大鍍鎳成本。如某公司鍍鎳車間向滾鍍光亮鎳鍍槽中加入30～40g/L硫酸鉀，在電流相同的情況下，槽電壓從14～15V下降至10～13V，鍍液的性能開始好轉，出光速度明顯加快。鍍液出光速度加快后，縮短了鍍鎳時間，降低了電鍍成本。

增加鍍液體積也是提高鍍液導電性的有效方法，采用這種方法雖然會增加一次性的開缸成本，但在長期生產中原材料消耗會有所下降，而且鍍液相對穩定，便于維護。某公司滾鍍光亮鎳鍍槽較淺，鍍液體積小，槽電壓14～15V，而另一公司鍍槽較深，鍍液體積大約多50%，槽電壓11～13V。相比之下，滾鍍光亮鎳采用較深的鍍槽既可以省電，又可以減少光亮劑的消耗量，在降低鍍鎳成本的同時，又有利于提高鍍液性能。

3 工藝條件的控制

3.1 施鍍電流和電壓

采用大電流施鍍，生產效率高，但需要提高槽電壓，又會導致光亮劑消耗過快。采用較低電流施鍍，產量低，對比較復雜的鍍件，低電流密度區不易上鍍，對滾鍍光亮鎳一般采用12V電壓比較合適，增加陽極面積，可以降低滾鍍光亮鎳槽電壓，減少陽極面積，則需提高鍍槽電壓。必須注意，在降低施鍍電壓和電流的同時，一定要選擇均鍍能力較好的鍍液，同時要保證鍍液有較高的導電性。

3.2 鍍液的溫度

滾鍍光亮鎳鍍液θ低于50℃時出光速度變慢，長期在60℃以上工作時，鍍液的出光速度將變慢。光亮劑在陽極和陰極上分別發生氧化和還原反應，當溫度升高時，分子的擴散速度加快，導致光亮劑的消耗隨之增加。當鍍液的θ高于60℃時，如果按照正常消耗量補加光亮劑，不能保證鍍液的出光速度，要使鍍件正常出光，就要加大光亮劑的補加量，但其分解產物在鍍液中的積累隨之增多，最終導致鍍液性能變差。

采用B2000號滾鍍光亮鎳工藝，供應商要求θ控制在55～60℃，通過生產實踐，θ在55℃左右效果較好。

3.3 鍍液的pH

鍍鎳溶液的pH對鍍液及鍍層性能影響較大，在較高pH條件下，鍍液有較好的均鍍能力和較高的電流效率［3］，但pH過高，鍍層容易夾雜金屬氫氧化物。在B2000號滾鍍光亮鎳工藝中的pH為4.2～4.5，pH 較高時，出光速度快，但鍍層色澤偏黃，降低pH，出光速度慢，但鍍層色澤較白。為了提高出光速度，某公司在使用B2000工藝時，先將pH控制在4.3～4.7，以提高出光速度，在鍍件出槽前幾分鐘向鍍液中加酸降低pH，保證鍍層的色澤。

3.4 氯化鎳

氯離子具有較高的導電性，提高滾鍍光亮鎳鍍液中氯化鎳的質量濃度，有利于降低槽電壓。氯離子又是陽極活化劑，氯化鎳質量濃度過高時，陽極鎳的溶解速度過快，造成鍍液中鎳離子的質量濃度過高。按照滾鍍光亮鎳的工藝要求，氯化鎳的質量濃度為50～60g/L，但在實際操作中，氯化鎳的用量應以能保證鍍液中鎳離子質量濃度平衡為好。

4 雜質的監控

4.1 銅雜質

銅雜質對鍍鎳溶液的均鍍能力和覆蓋能力均有較大的影響，實驗表明，當ρ(銅)達到5mg/L時，鍍液的覆蓋能力明顯下降。某公司滾鍍鎳生產線長期受銅雜質污染的困擾，曾經使用過除雜水和低電位走位劑，但都不理想，還給鍍液的性能帶來了負面影響，出光速度變慢，整平能力變差。于是決定，在滾鍍鎳生產線上設置一個回收槽，鍍件出槽時經過回收槽漂洗，鍍件入槽電鍍前也經過這個回收槽漂洗，把鍍銅漂洗水帶入回收槽，把回收液帶入鍍槽［4］。經過回收槽漂洗后，銅雜質大部分留在了回收槽，減輕了對鍍鎳溶液的污染。在回收槽中采用電解法處理銅雜質，用石墨板作陽極，用不銹鋼板作陰極，陰極在使用前鍍沖擊鎳。用0.2～0.4V電壓電解，空氣攪拌回收液，并控制 pH小于4。采用這項新技術處理銅雜質，取得了較好的效益。

如果鍍液受到銅雜質的嚴重污染，采用硫化物沉淀法處理效果較好［5］;如果采用電解法處理，則需要很長時間，電解時鎳的損耗也較多。

4.2 鋅雜質

20mg/L鋅雜質使鍍鎳溶液的覆蓋能力明顯下降，鋅的質量濃度再高時，低電流密度區鍍層發黑。處理鋅雜質一般采用鋅雜質抑制劑，鋅雜質抑制劑中的絡合劑優先與鋅離子絡合，鋅離子絡合后與鎳共沉積，但速度比較緩慢，實驗表明，鋅雜質抑制劑使鍍鎳溶液的出光速度變慢。因此，切不可過量使用除鋅劑。

4.3 鐵雜質

滾鍍光亮鎳鍍液中鐵雜質超過一定質量濃度，電鍍時由于滾桶眼處的電流密度高，鍍件貼在滾桶眼上時，水電解產生氫氧根，鐵離子生成氫氧化物夾雜在鍍層中，鍍件的表面出現了滾桶眼子印。另外，鐵雜質較高時，鍍層還會產生脆性和針孔。一般要求鐵雜質的質量濃度不得超過50mg/L［6］。鐵雜質主要來源于掉落在鍍鎳槽中的鐵件和鐵屑，鐵緩慢溶解而污染鍍液。控制鐵雜質比較簡單，下班前用磁鐵打撈掉在鍍槽中的鐵件和鐵屑，即可控制鐵雜質在工藝允許的范圍之內。

4.4 有機雜質

鍍鎳溶液中的有機雜質主要來源于添加劑的分解產物，在生產中有機雜質積累到一定程度便干擾光亮劑的作用，使鍍液的出光速度變慢，整平能力變差;雜質夾雜在鍍層中，鍍層產生脆性，防腐性能變差;有機雜質吸附在鍍層表面，用鉻酐溶液鈍化后，光亮度較低的鍍層容易發黃，看上去像是黃色鐵銹;有機雜質過多，鍍層還會出現局部發黑的現象。因此，要定期用活性炭處理鍍液。

5 鍍液大處理

按照有機添加劑的還原理論［7］，添加劑在陰極上被還原對鍍層起光亮作用，同時，被還原的添加劑也就成了鍍液中的雜質。用活性炭處理只能除去一部分有機雜質，一些較大分子的有機物不易被活性炭吸附［8］，當不易被活性炭吸附的有機雜質積累過多時，需對鍍液進行大處理。用氧化法處理，將較大的有機物分子氧化成小分子，然后用活性炭吸附，才能滿足鍍鎳工藝的要求。

處理鍍鎳溶液中的有機雜質，一般選用高錳酸鉀或雙氧水作氧化劑。實驗表明，高錳酸鉀被還原成Mn2+和二氧化錳，二氧化錳沉淀能過濾出去，Mn2+留在鍍液中，鍍鎳層容易長毛刺。雙氧水的氧化能力較弱，對有機雜質的氧化不夠徹底，而且，過量的雙氧水不易分解。過硫酸鈉的氧化性較強，還原產物硫酸根對鍍鎳溶液無影響。向鍍鎳溶液中加2.5g/L過硫酸鈉，在55～60℃保溫2～3h。用氫氧化鈉溶液調節pH=4.3～4.7，鐵離子完全生成氫氧化鐵沉淀，加活性炭吸附，6h后過濾。用霍爾槽試驗確定光亮劑的補加量，向鍍槽中補加光亮劑。

6 結論

在滾鍍光亮鎳操作中，要正確選擇光亮劑，要保證鍍液的導電性，推薦使用導電鹽硫酸鉀。采用合適的電流和電壓施鍍，增加陽極面積，合理降低鍍液溫度和提高pH，控制雜質的污染。堅持理論與實踐相結合，不斷提高和完善維護滾鍍光亮鎳鍍液的技術。

［1］GB 12322-90，金屬覆蓋層 工程用鎳電鍍層［S］.

［2］郭崇武，易勝飛，李健強.低濃度滾鍍光亮鎳研究［J］.電鍍與精飾，2007，29(6):35-37.

［3］張勝濤.電鍍工程［M］.北京:化學工業出版社，2002:115-116.

［4］郭崇武.電鍍漂洗水回收新方法［J］.電鍍與精飾，2007，29(4):37-39.

［5］郭崇武，易勝飛，李健強.硫化物沉淀法處理鍍鎳溶液中的銅雜質［J］.涂裝與電鍍，2008，(5):38-39.

［6］張允誠，胡如南，向榮.電鍍手冊(上冊)［M］.北京:國防工業出版社，1997:317.

［7］張立茗，方景禮，袁國偉，等.實用電鍍添加劑［M］.北京:中國標準出版社，2007:25-26.

［8］袁詩璞.光亮鍍鎳的幾個實踐問題［J］.涂裝與電鍍，2009，(3):3-10.

Maintenance of Bright Nickel Barrel Plating Bath

GUO Chong-wu
(Guangzhou Ultra Union Chemicals Ltd，Guangzhou 510460，China)

Some problems existing in bright nickel barrel plating，could be founded and resolved in production process.Maintenance experiences of the barrel nickel plating bath were summarized，and effects of the bath performance and processing parameters on production cost were discussed.By selecting nickel plating bath with higher throwing power，the production cost could be decreased.Under higher electrical conductibility and pH value of plating bath，lower voltage and temperature and larger anodic area，the consumption of brightener could be reduced，and stability of the plating bath could improved.

bright nickel barrel plating;brightener;electrical conductibility;temperature;pH value;impurity

TQ153.12

B

1003-3849(2012)03-0034-05

2011-03-22

2011-11-15