儲(chǔ)榮邦，戴昭文，楊立保

(1.南京724研究所，江蘇 南京 210011;2.江蘇表面協(xié)會(huì)，江蘇 南京 210000;3.南京四方表面技術(shù)有限公司，江蘇南京 211100)

引 言

不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝融合了納米技術(shù)、電鍍技術(shù)以及化學(xué)鍍技術(shù)。在電鍍過(guò)程中，當(dāng)金屬離子傳遞到陰極，由于電荷傳遞反應(yīng)形成吸附原子，最后形成微型晶核。電沉積過(guò)程中的關(guān)鍵步驟是微型晶核的生成和晶體的成長(zhǎng)，這兩個(gè)步驟的競(jìng)爭(zhēng)直接影響到鍍層生成的晶粒狀態(tài)，而且，不銹鋼預(yù)鍍納米鎳溶液高的陰極過(guò)電勢(shì)、高的吸附原子總數(shù)和低的吸附原子表面遷移率，是大量微形晶核和抑制晶粒生長(zhǎng)必要條件，使晶核生長(zhǎng)得到較大的抑制，從而得到納米鎳鍍層。由于鍍層處于晶核已經(jīng)形成但并未長(zhǎng)大的中間狀態(tài)，鍍層非常薄，很致密，不論從鍍層的厚度還是晶核的大小都呈納米級(jí)狀態(tài)。它本身還具有很多獨(dú)特的性質(zhì)，例如一根鐵管(d為15mm，l為240mm)，預(yù)鍍納米鎳3min然后鍍酸性銅，鍍后管孔內(nèi)鍍層完整，說(shuō)明納米鍍鎳溶液的深鍍能力非常強(qiáng)。

在電鍍過(guò)程中，通電提供能量使鍍液中部分添加劑分解，其分解物可能是化學(xué)鍍的還原劑，從而使鍍液還具有化學(xué)鍍的功能;另一部分分解物可能是納米鍍鎳的添加劑，因此，鍍液還具備納米鍍鎳的功能。該新工藝是一種以電鍍?yōu)橹?，化學(xué)鍍?yōu)檩o，并伴有納米鍍的一種新工藝(目前，國(guó)內(nèi)所稱(chēng)的納米鎳鍍層，實(shí)際上是鎳鍍層中夾雜著不溶性納米級(jí)氧化物顆粒，是復(fù)合鍍層)。一般的電鍍液和化學(xué)鍍液會(huì)由于有機(jī)物的累積而使鍍液老化并進(jìn)行停產(chǎn)大處理，而不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝由于分解的有機(jī)物可以通過(guò)簡(jiǎn)單的連續(xù)過(guò)濾的形式凈化，所以不需進(jìn)行大處理，這極大地降低了溶液大處理的成本。另外，不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝還可使基材表面活性均勻，界面張力降低，并使后續(xù)鍍層結(jié)晶細(xì)化致密，粗糙度降低，耐腐蝕能力提高。

目前，不銹鋼件的通用預(yù)鍍工藝仍然是閃鍍鎳，在閃鍍鎳時(shí)，需要先將不銹鋼件放在鍍槽中預(yù)浸10～15min，然后才能通電閃鍍。而且，閃鍍鎳工件經(jīng)清洗后必須立刻進(jìn)行其它后續(xù)鍍層的電鍍，其間隔不能超過(guò)1min，否則，結(jié)合力就會(huì)出問(wèn)題，因此，這也給不銹鋼工件在自動(dòng)化生產(chǎn)線上電鍍制造了很大的困難。而不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝在預(yù)鍍前不需預(yù)浸程序可直接電鍍，電鍍后也不必很快進(jìn)行其它后續(xù)鍍層的電鍍，為不銹鋼工件在自動(dòng)化生產(chǎn)線上電鍍提供了可靠保障。

不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝經(jīng)過(guò)兩年多的推廣應(yīng)用，已經(jīng)證明此工藝在鍍液的穩(wěn)定性和鍍液維護(hù)方面，以及在鍍層性能和外觀上都具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。例如，江蘇丹陽(yáng)某不銹鋼眼鏡框架電鍍公司兩年來(lái)一直使用不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝，電鍍生產(chǎn)運(yùn)行良好。

1 不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝

1.1 工藝特點(diǎn)

環(huán)保型(無(wú)氰化物)，鍍層薄(200～300nm)，均鍍好(采用沃特遜法，95%以上)，易焊接(可釬焊，熔焊等)，結(jié)合力好(環(huán)形剪切法試驗(yàn)，結(jié)合強(qiáng)度為15kN/cm2，可進(jìn)行二次加工)，鍍液穩(wěn)定(不需大處理)，表面質(zhì)量高(預(yù)鍍工件表面比閃鍍鎳表面更加光亮、飽滿)，前處理要求低(弱堿性鍍液)，主鹽質(zhì)量濃度低(30g/L NiSO4·6H2O，鎳離子帶出量低)，滾鍍掛鍍均可，pH范圍寬(8～14，易維護(hù))，添加劑消耗補(bǔ)加少(20～30mL/kA·h)，電流密度范圍廣(0.5～20A/dm2，低電流區(qū)不漏鍍，高電流區(qū)不燒焦)，容納金屬雜質(zhì)能力強(qiáng)(添加劑可配位化合金屬雜質(zhì)并共沉積，但對(duì)氰化物較敏感)。

1.2 工藝配方及操作條件

不銹鋼預(yù)鍍納米鎳溶液組成及操作條件為:

硫酸鎳 30g/L

硫酸鉀 30g/L

氫氧化鉀 35g/L

醋酸鈉 20g/L

氨水 20mL/L

SF-300A添加劑 65mL/L

SF-300B添加劑 65mL/L

pH 8～14

θ 45～55℃

Jκ0.5 ～20A/dm2

t 1～3min

陽(yáng)極 鎳板

1)加熱棒最好用陶瓷，在加熱時(shí)需空氣攪拌以使鍍液溫度均勻。

2)SF-300A為晶核抑制劑，SF-300B為鎳離子配位化合劑。

3)SF-300C為鍍液消耗補(bǔ)加劑(非開(kāi)缸劑)，消耗量為0.02 ～0.03L/(kA·h)。

2 不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝流程

不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝流程為:

除油→水洗→水洗→電化學(xué)拋光(Ⅰ)→水洗→電化學(xué)拋光(Ⅱ)→水洗→電化學(xué)拋光(Ⅲ)→水洗→活化［V(鹽酸)∶V(水)=1∶2，t為 4s］→水洗→不銹鋼預(yù)鍍納米鎳(1～3min)→水洗→后續(xù)電鍍。

1)電化學(xué)拋光液的成分及其操作條件為200 mL/L HCl(35%)，40g/L 乙酸鈉，t為 30s，Ja＞15A/dm2。2)電化學(xué)拋光次數(shù)按不銹鋼材質(zhì)而定，一般二次電化學(xué)拋光就行;特種不銹鋼表面氧化層較厚，需要三次電化學(xué)拋光。決不可以延長(zhǎng)拋光時(shí)間而減少電化學(xué)拋光次數(shù)，延時(shí)拋光會(huì)影響不銹鋼表面拋光質(zhì)量。

3 成本分析

1)開(kāi)缸成本。不銹鋼預(yù)鍍納米鎳溶液配制開(kāi)缸成本比閃鍍鎳高一些。

2)金屬陽(yáng)極消耗成本。不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝電鍍?chǔ)募s為120nm即可滿足要求。表面積1m2的鍍層金屬消耗成本約為0.14元。而氰化鍍銅底層預(yù)鍍?chǔ)囊?μm計(jì)，表面積1m2的金屬消耗成本約為0.45元;閃鍍鎳底層預(yù)鍍?chǔ)囊?μm計(jì)，表面積1m2的金屬消耗成本約為2.35元(鎳的價(jià)格以13萬(wàn)元/t，銅的價(jià)格以5萬(wàn)元/t計(jì)算)。

3)鍍液帶出的損耗成本。本工藝主鹽硫酸鎳質(zhì)量濃度為30g/L，而閃鍍鎳的主鹽氯化鎳質(zhì)量濃度在200～250g/L以上，本工藝鎳離子的帶出量約為閃鍍鎳鎳離子帶出量的七分之一。

4)消耗添加劑的補(bǔ)加成本。電鍍消耗添加劑為0.02～0.03L/(kA·h)，約2元/(kA·h)。

5)氨水補(bǔ)加成本。約0.8元/h。

4 預(yù)鍍納米鎳工藝特點(diǎn)

1)預(yù)鍍納米鎳鍍層致密，預(yù)鍍層δ只需200～300nm即可達(dá)到要求，而傳統(tǒng)的氰化預(yù)鍍銅層δ需要達(dá)到1μm以上，預(yù)鍍鎳的鍍層甚至需要更厚。

2)預(yù)鍍納米鎳的深鍍能力較一般的預(yù)鍍工藝好，如一根d為15mm，l為80mm的盲管，納米鎳可把管子的內(nèi)壁完全鍍上，而氰化物預(yù)鍍銅和預(yù)鍍鎳只能鍍離管口20～30mm的深度。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于不銹鋼具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，電鍍前須經(jīng)特殊的前處理才能將其表面透明且附著牢固的鈍化膜除去，才能保證鍍層與基體之間的結(jié)合力，由此可見(jiàn)，關(guān)鍵在于前處理，既要有效地除去自然氧化膜，又要防止其再氧化，這兩點(diǎn)是缺一不可的。但不銹鋼在大氣中會(huì)很快生成一層鈍化膜，若操作連貫性差，經(jīng)前處理后未能立即轉(zhuǎn)入下道工序，即有可能失去前處理的意義，為此，在操作過(guò)程中要求迅速地連續(xù)進(jìn)行。但這種操作難度很大，可操作性不強(qiáng)，產(chǎn)品的結(jié)合力不能得到有效保障。目前，很多廠家仍采用閃鍍鎳作為預(yù)處理工藝，以提高鍍層與基體的結(jié)合力，但此工藝需預(yù)浸后才能閃鍍，而且?guī)С鲦囯x子濃度大，環(huán)境污染較重，不適合自動(dòng)化生產(chǎn)。而不銹鋼預(yù)鍍納米鎳工藝不需要預(yù)浸，鍍層δ只需250nm，就可以解決結(jié)合力的問(wèn)題。

納米鎳鍍層和不銹鋼中的鐵原子形成了一種致密、均勻的鎳鐵合金鍍層，有效地阻止了不銹鋼表面的再次鈍化，保證了鍍層的結(jié)合力，而且主鹽濃度很低，帶出量較少，從而降低了電鍍成本。鍍層有超強(qiáng)結(jié)合力，360°折曲試驗(yàn)無(wú)脫落現(xiàn)象，高速?zèng)_擊不脫皮;能承受高溫焊接要求;自身有高防腐能力，更能調(diào)節(jié)后續(xù)各鍍層厚度和不同鍍層，以符合不同的標(biāo)準(zhǔn)。所以，該新工藝一定會(huì)在不銹鋼工件的自動(dòng)化電鍍線生產(chǎn)領(lǐng)域中做出更大的貢獻(xiàn)。