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技巧:鍍黑鎳工藝及其故障排除


發布時間:05/26/19 09:09:09  來源:環球電鍍網

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黑鎳鍍層是一種金屬物相與非金屬物相混合沉積的鍍層,并不是鎳和鋅形成的合金固溶體。

鍍液配方不同,其形成的鍍層的成分也略有差異;但從鎳鹽、鋅鹽及硫氰酸鹽類鍍液中獲得的黑鎳鍍層基本上含鎳40%~60%,鋅20%~30%,硫10%~15%,有機物10%左右。

鍍液中的金屬離子并非單獨在陰極上放電沉積,而是與陰極上硫氰酸鹽還原出的硫離子作用,生成NiS及ZnS,這些非金屬相的硫化物隨鎳離子在陰極上放電沉積而沉積,從而形成黑鎳鍍層。

黑鎳鍍層厚度一般在2μm左右。由于鍍層性能及結構的原因,其耐蝕性及耐磨性都較差;在鋼鐵基材上鍍黑鎳,其結合力很差。

因此,要在鋼鐵上鍍黑鎳,應先鍍覆銅或鎳作底層,以提高其與基材的結合力,增強其耐蝕性及耐磨性。

黑鎳鍍層主要用于光學工業、武器制造業、建材、裝飾性日用品及銘牌加工行業等。

黑鎳對太陽能的輻射具有很高的吸收率,現又被大量用于太陽能集熱板,為節能做出應有的貢獻。

 

01鍍黑鎳液的配方、工藝流程及工藝規范

 

1工藝流程

 

鋼鐵件:化學除油─電解除油─清洗─活化─清洗─鍍紅銅─清洗─浸稀酸─清洗─鍍酸銅─清洗─鍍黑鎳。

黃銅件:化學除油─清洗─活化─氰化鍍銅─清洗─浸稀酸─清洗─鍍黑鎳。

 

2鍍液配方及工藝規范

 

01鍍黑鎳液配方中各組分的作用

 

1硫酸鎳(或氯化鎳)

它們是鍍液中的主鹽,在鍍液中起雙重作用:一方面與由硫氰酸鹽還原出來的硫離子作用,生成NiS;另一方面又要利用自身的沉積,夾雜著NiS、ZnS及一些有機物在陰極上沉積,形成黑鎳鍍層。

 

2硫酸鋅(或氯化鋅)

它們在鍍液中也起雙重作用:一方面,在含有硫氰酸鹽的鍍液中,Zn2+的存在能使陰極電位變負,使硫氰酸鹽在陰極上還原出硫離子;另一方面,鍍液中的Zn2+與游離的硫離子反應,生成的ZnS夾雜于由Ni2+在陰極上放電所生成的沉積物之中,從而形成黑鎳鍍層。

另外,Zn2+在黑鎳鍍層中還是一種發黑添加劑。因此,鋅鹽在鍍黑鎳液中是不可缺少的組分。

 

3硫氰酸銨(或硫氰酸鉀)

它們在鍍液中提供硫離子,是鍍層黑度的調節劑。因此,在鍍黑鎳液中應有足夠的硫氰酸鹽,使其在電化學機理的作用下,游離出充足的硫離子與Ni2+、Zn2+反應,生成足夠的硫化物隨Ni2+在陰極上沉積出合格的黑鎳鍍層。

鍍液中硫氰酸鹽含量偏低,則低電流密度區鍍層不夠黑或出現不規則的黑色條紋。

 

4硫酸鎳銨

它能提高鍍液的導電性及提供后備的鎳離子,有助于鍍層細膩。

 

5硼酸

它作為緩沖劑,調節鍍液的pH。

 

01常見故障及其排除方法

 

1沉積時間較長,鍍層不黑且呈灰色或黃褐色,甚至出現條紋

鍍液溫度太高,電解密度過大都會產生這一故障,但主要仍是因為鍍液中鋅含量太少。

當鍍液中ZnSO4太少,Zn2+影響陰極電位變負的功能就小,硫氰酸鹽無法在陰極上還原出足夠的硫離子與Ni2+、Zn2+反應而生成NiS、ZnS,也就沒有足夠的非金屬相硫化物隨Ni2+在陰極上沉積,導致鍍層不黑,發灰或呈黃褐色。

發生該故障時,應按工藝要求調節鍍液溫度及電流密度。若仍未見效,則要求分析鍍液中ZnSO4(或ZnCl2)的含量,然后按工藝規范補充。

 

2鍍層起皮、脫落

這類故障一般是零件除油不徹底或pH過高造成的;但當鍍液中硫氰酸鹽太多而ZnSO4太少時,也會出現鍍層起皮、脫落現象。

因為ZnSO4含量太少會影響陰極變負的功能,大量硫氰酸鹽浮于鍍件表面,鍍液中Ni2+需穿過稀薄且不均勻的硫氰酸鹽浮層在陰極上放電沉積,致使鍍層起皮、脫落。

解決的方法是加強鍍前處理,將pH調至工藝規范。此后若故障還存在,則需要分析鍍液中ZnSO4及NH4SCN的含量。

若硫氰酸鹽太多,應以電解來清除過多的硫氰酸鹽;ZnSO4太少則應補充其至工藝規范。

 

3鍍層呈不規則的彩色

出現如此故障,大多是因為電流密度過低或導電不良,沉積時間太短。

當硫氰酸鹽含量偏低時,即使陰極變負的情況良好,也無法游離出很多的S2+與Ni2+、Zn2+作用而生成硫化物。

缺少硫化物夾雜的鍍層就不夠黑,只能出現深淺不均的彩色鍍層。

排除該故障的方法是:檢查導電系統的導電情況,調整電流密度至工藝規范,延長沉積時間。倘若鍍層仍似彩色,應分析鍍液中硫氰酸鹽的含量,然后按工藝配方的要求進行調節。

 

4鍍層粗糙、不均、發花

鍍液溫度太低或電流密度過大會造成鍍液中金屬離子傳遞的功能下降,非金屬相硫化物難以夾雜在Ni沉積物中。

由于電流過大,電流強制少許金屬離子夾雜著少量硫化物在陰極上沉積。根據尖端放電原理,零件邊緣的沉積量大,鍍層厚而粗糙,色澤較深;零件中心區域電流較小,鍍層較薄,色澤淺淡。

如此情況出現在同一個零件表面上,便會形成粗糙、不均、發花的鍍層。提高鍍液溫度,降低電流密度至工藝范圍即可解決這一故障。

 

5鍍層呈不規則的黑色條紋

產生原因:鍍液中鋅鹽和硫氰酸鹽都太少。由于電化學機理致使鍍液中非金屬相的硫化物偏低,少量的硫化物夾雜在Ni2+中在陰極上放電沉積,而電化學沉積又優先在高電位區域,低電位區的沉積層就薄;因此在同一個零件表面上就沉積出不同規則、不同厚度的黑鎳鍍層。

出現該故障后,應按照鍍液分析報告,補充鋅鹽及硫氰酸鹽至工藝規范。

 

6同一掛具上,靠近鍍槽底部的零件鍍層泛白點

鍍液pH過低,鍍液中有機雜質太多所造成鍍液黏度過大,前道鍍鎳液中潤濕劑太少,氫氣泡吸附在底部鍍件表面而無法逸出等情況,都會造成底部鍍件上產生白點。

調節pH至工藝規范,用活性炭處理有機雜質,補充前道鍍鎳液中潤濕劑的含量,增強陰極移動或空氣攪拌使氫氣泡無法在鍍件表面停留等措施,都可消除該故障。

 

01注意事項

 

(1)黑鎳鍍層是金屬相與非金屬相及有機物混合的鍍層,其沉積層的導電性比純金屬差,因此掛具在鍍槽內用過3~4次后就應放入鹽酸液中浸泡,退掉其表面的黑鎳層,以提高掛具的導電性。

(2)黑鎳層因受其性能及結構影響,鍍后需要進行防銹處理。

(3)應帶電入槽,嚴防中途斷電。

 

01結語

 

黑鎳鍍層是由金屬鎳、鋅,硫化鎳、硫化鋅,及有機物混合而成的沉積層,因此在電鍍過程中應嚴格控制鍍液中Ni2+與Zn2+及S2–與Zn2+的含量之比,促使它們在一定條件下相互轉變或結合。

除此之外,還要遵守操作規范(如電流密度、鍍液溫度及pH應控制在工藝范圍之內),為反應創造良好的條件,才能獲得合格的黑鎳鍍層。

 

 

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