胡海嬌, 武曉陽(yáng), 劉定富
(貴州大學(xué),貴州 貴陽(yáng)550025)
隨著環(huán)保要求的提高,含鎘光亮劑的應(yīng)用受到限制[1-2]。為此,開發(fā)出綠色環(huán)保的光亮劑成為研究重點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)將無(wú)機(jī)光亮劑、有機(jī)光亮劑和表面活性劑進(jìn)行復(fù)配,并以鍍速、鍍層光澤度為評(píng)價(jià)指標(biāo),研究能夠取代硫酸鎘的光亮劑體系。
基體材料采用45#碳鋼片,其規(guī)格為50mm×50mm×1mm。
FA-1004型電子天平,DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,pH100 防水型筆式pH 計(jì),DK-98-11A 型恒溫水浴鍋,MN-60型光澤度儀。
NiSO4·H2O 20~30g/L,NaH2PO2·H2O 25~35g/L,CH3COONa·3H2O 10~20g/L,氨三乙酸10~15g/L,鉀鹽3mg/L,潤(rùn)濕劑15mg/L,pH值4.4~4.8,裝載比1.0dm2/L,85~95℃,1h。施鍍過(guò)程中添加A 液、C液和(1+1)的NH3·H2O。
(1)鍍速
采用稱量法測(cè)定鍍速,計(jì)算公式為:
式中:v為鍍速,μm/h;m1為試片施鍍后的質(zhì)量,g;m0為試片施鍍前的質(zhì)量,g;S為試片面積,cm2;ρ為試片密度,取7.85g/cm3;t為施鍍時(shí)間,h。
(2)鍍層光澤度
采用MN-60型光澤度儀,在60°的投射角下測(cè)量鍍層的光澤度。
2.1.1 無(wú)機(jī)光亮劑
硫酸鎘是通過(guò)與鎳離子共沉積來(lái)達(dá)到光亮效果的[3]。圖1為硫酸鎘對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響。由圖1可知:硫酸鎘的質(zhì)量濃度為3mg/L 時(shí),可以得到全光亮的鍍層(鍍層光澤度為237Gs),此時(shí)鍍速為11.465μm/h。
圖1 硫酸鎘對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響
圖2為鉀鹽對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響。由圖2可知:鉀鹽對(duì)鍍速的影響不大,但它有穩(wěn)定溶液的作用,可用作光亮穩(wěn)定劑。鉀鹽最佳的質(zhì)量濃度為3mg/L。
圖2 鉀鹽對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響
圖3為錫鹽對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響。由圖3可知:錫鹽具有較好的光亮效果,而且得到的鍍層微粒細(xì)小。當(dāng)錫鹽的質(zhì)量濃度為4 mg/L 時(shí),鍍層的光澤度最高可達(dá)到193 Gs,此時(shí)鍍速為9.715 μm/h。
2.1.2 有機(jī)光亮劑
圖4為糖精鈉對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響。作為初級(jí)光亮劑,糖精鈉主要是通過(guò)芳香磺?;卣鞴倌軋F(tuán)使鍍層晶粒細(xì)化,同時(shí)改善鍍層的延展性,從而產(chǎn)生光亮效果。
圖3 錫鹽對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響
圖4 糖精鈉對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響
圖5和圖6分別為1,4-丁炔二醇和PPS對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響。作為次級(jí)光亮劑,1,4-丁炔二醇和PPS主要是通過(guò)C=O、C≡C起光亮作用的。它們強(qiáng)烈吸附于陰極表面,使陰極電位明顯負(fù)移,從而使鍍層結(jié)晶細(xì)致。
圖5 1,4-丁炔二醇對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響
圖6 PPS對(duì)鍍速與鍍層光澤度的影響
單獨(dú)使用無(wú)機(jī)光亮劑時(shí),鍍層的光亮效果較好,但色澤不清亮;單獨(dú)使用有機(jī)光亮劑時(shí),也能得到結(jié)晶細(xì)致均勻的鍍層,但裝飾效果欠佳,不能達(dá)到鏡面光亮的效果??梢?jiàn),單獨(dú)使用一種鍍鎳中間體不能滿足要求。鑒于此,將無(wú)機(jī)光亮劑與有機(jī)光亮劑混合使用,以期獲得鏡面光亮的鍍層。
按表1所示配方進(jìn)行復(fù)配。測(cè)試結(jié)果表明:第1組光亮劑的鍍速高于另外兩組的;第3組光亮劑的鍍層光澤度最好,但鍍速很低。
表1 組合光亮劑配方
施鍍過(guò)程中,無(wú)機(jī)光亮劑中的金屬離子先在鍍層表面的活性點(diǎn)發(fā)生優(yōu)先吸附,然后與鎳離子發(fā)生共沉積,抑制鍍層向溶液相生長(zhǎng),使鍍層顆粒變得細(xì)小。而有機(jī)光亮劑中的糖精鈉與1,4-丁炔二醇則是通過(guò)減小試片表面張力,使氫氣易于從鍍層表面析出,反應(yīng)向鎳離子析出的方向進(jìn)行,從而提高鍍層的光澤度,使鍍速增大。表面活性劑十二烷基磺酸鈉則加快了鍍層的出光速率,提高了鍍液的整平能力,降低了鍍層的表面張力,使鍍層具有極高的防針孔能力,而且降低了次級(jí)光亮劑的消耗。此外,十二烷基磺酸鈉還具有潤(rùn)濕效果。
(1)光亮劑能使鍍層光澤度大大提高,但鍍速會(huì)受到一定的影響。
(2)無(wú)機(jī)光亮劑的光亮效果較好且添加量較小,鍍速隨著其添加量的增加而降低;而有機(jī)光亮劑的光亮效果稍差,但是鍍速比較穩(wěn)定。
(3)按硫酸錫6mg/L,糖精鈉50mg/L,1,4-丁炔二醇30mg/L,鉀鹽3mg/L,十二烷基磺酸鈉20mg/L進(jìn)行復(fù)配,可以得到致密、光滑、平整的鍍層,此時(shí)鍍層光澤度高達(dá)220Gs,完全可以與硫酸鎘作光亮劑時(shí)的相媲美。
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