無電解鍍鎳液穩(wěn)定性研究

邵國強

（浙江外國語學院科學技術學院，浙江 杭州 310012）

無電解鍍鎳液穩(wěn)定性研究

邵國強

（浙江外國語學院科學技術學院，浙江 杭州 310012）

綜述了稀土在提高無電解鍍鎳液穩(wěn)定性中的研究進展，并分析了稀土促進鍍液穩(wěn)定性的影響因素和作用機理。

稀土；無電解鍍鎳液；穩(wěn)定性

無電解鍍鎳是指在金屬鎳鹽和還原劑共同存在的溶液中靠自催化的化學反應而在金屬表面沉積金屬鍍鎳層的新的成膜技術，是化學鍍中發(fā)展最快的一種，使用廣泛[1-5]。但無電解鍍鎳液在實際應用中與國外產(chǎn)品相比還存在不少問題，如鍍液不夠穩(wěn)定，沉積速度慢，使用周期短，成本高等。通過各種方法提高鍍鎳液的穩(wěn)定性一直是研究的焦點[6-10]，研究人員想到了已在化學熱處理、電鍍等方面得到應用并取得良好效果的物質(zhì)——稀土，于是開展了稀土對無電解鍍鎳影響的研究，取得了一些成果。下面就稀土應用于提高無電解鍍鎳液穩(wěn)定性的研究、影響因素及作用機理做個闡述。

1 稀土提高鍍鎳液穩(wěn)定性的研究

1.1 稀土元素

稀土元素是指在元素周期表第三副族中原子數(shù)從57～71的15個鑭族元素，再加上與其電子結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)相近的鈧和釔，共17個元素，是典型的金屬元素，金屬活性僅次于堿金屬和堿土金屬，而比其他金屬都活潑。

1.2 穩(wěn)定性定義及測試方法

所謂鍍液的穩(wěn)定性，是指在滿足鍍層工藝的前提下，化學鍍?nèi)芤翰话l(fā)生自然分解且只在催化表面沉積的性質(zhì)。

氯化鈀滴定法是被廣泛沿用的鍍鎳液穩(wěn)定性測試方法。具體操作是在60℃的50mL鍍鎳液中滴入濃度為0.01%的氯化鈀1mL，測量鍍液自滴進氯化鈀到其分解的時間，對比不同鍍液的分解時間長短，可定性判斷穩(wěn)定性的相對好壞。

穩(wěn)定常數(shù)（b%）的測定。在無電解鍍正常操作下，分別測出實際沉積到鍍層中的金屬鎳量（M1）和鍍液中消耗的金屬鎳量（M2），穩(wěn)定常數(shù)b%=M1/ M2，b%值越大則鍍液的穩(wěn)定性越好。

通過以上兩個指標基本可確定鍍鎳液的穩(wěn)定性。

1.3 單種稀土對鍍鎳液穩(wěn)定性的作用

現(xiàn)在被用來做研究的稀土元素有鑭(La）、鈰(Ce）、鐠(Pr）、釹(Nd）、銪(Eu）、鐿(Yb）和釔(Y）等。其中，稀土La、Ce和Y是被采用最多的元素。宣天鵬、季世軍等[11-14]在鍍鎳合金液中加入稀土Ce時，鍍液的穩(wěn)定性、沉積速度和鍍層質(zhì)量得到明顯提高。張敬堯、LI J Z等[15-16]考察了3種稀土Y、Nd和La，發(fā)現(xiàn)Y的作用效果最明顯，當其添加量為0.04g·L-1時，鍍鎳液進行氯化鈀穩(wěn)定性測試的穩(wěn)定時間可達100s，當其添加量為0.02g·L-1時，沉積速度可達10.8μm·h-1。吳建華[17]在探討La、Nd、Y以及Eu等4種稀土對鍍鎳液穩(wěn)定性影響中，也認為以稀土Y的整體效果最好。湯皎寧等[18]研究了稀土La、Nd和Eu對化學沉積過程的影響，結(jié)果表明，在鍍鎳液中添加濃度為0.001%稀土La時，沉積速度與未加稀土的對照樣相比明顯增大。馮書爭等[19]的實驗也表明， 添加稀土La能提高鍍鎳液的穩(wěn)定性和沉積速度。劉鐵虎等[20]研究了氧化稀土對鎳磷鍍及其復合鍍層的影響，結(jié)論是稀土氧化物不僅能提高鍍液穩(wěn)定性，還能成倍提高沉積量。

1.4 復合稀土對鍍鎳液穩(wěn)定性的作用

在考察添加2種或2種以上稀土對鍍鎳液穩(wěn)定性的影響中，孫雅茹等[21]在已確定的鍍鎳磷溶液配方基礎上，添加La、Ce二元復合稀土，研究表明，它們能夠加快反應沉積速度、提高鍍層的耐蝕性。陳一勝等[22]在研究稀土對鍍鎳磷合金鍍層性能的影響中，通過加入適量的復合稀土，使鍍液的穩(wěn)定性和沉積速度大大提高， 實驗獲得復合稀土的最佳組合為: Y3+為0.02g·L-1，Eu3+為0.03g·L-1，Nd3+為0.06g·L-1，La3+為0.20g·L-1。

2 影響因素

現(xiàn)有文獻報道說明，添加稀土對無電解鍍鎳液的穩(wěn)定性有促進作用，沉積速度也普遍有所提高。可以認為，稀土對鍍鎳液穩(wěn)定性的作用受多方面因素的影響，首先，稀土的濃度控制極為重要，從文獻的實驗中可以發(fā)現(xiàn)，鍍液中稀土添加量是非常小的；鍍液穩(wěn)定性與稀土濃度的關系表現(xiàn)為：穩(wěn)定性隨著稀土濃度的升高先增大，到一個最大值后隨之明顯降低，濃度進一步增大，會出現(xiàn)渾濁沉淀，得不到鍍層。其次，對于同一種稀土，在不同的鍍液成分配制及工藝參數(shù)中，如絡合劑或緩沖劑等不完全一樣時，稀土對提高鍍鎳液穩(wěn)定性能否發(fā)揮作用，以及發(fā)揮最佳作用時的濃度大小也會發(fā)生變化。彭鍵等[23]在添加稀土Ce實驗中，加入濃度小于40mg·L-1時，能使鍍鎳液穩(wěn)定性提高，其中在20mg·L-1時達到峰值。而宣天鵬等在研究鍍鎳合金的工藝實驗中，Ce的最大加入量可達1.0g·L-1，且沉積速度幾乎是不含Ce的2倍。在鍍速方面，宣天鵬等還發(fā)現(xiàn)，含Ce的鍍鎳合金溶液沉積速度幾乎是不含Ce的2倍，且稀土對絡合劑濃度的變化比較敏感，稀土的加入使絡合劑的作用更為明顯。

3 作用機理

根據(jù)無電解鍍原理，稀土之所以能提高鍍鎳液穩(wěn)定性和鍍速，可以認為，一是由于稀土元素具有特殊的電子層結(jié)構(gòu)，是較強的內(nèi)吸附元素，稀土加入鍍液后，能優(yōu)先吸附在催化金屬表面的晶體缺陷處，降低了表面能，提高了形核率，并與同時吸附在金屬表面的次磷酸根相互作用，使鍍鎳液中的氧化-還原反應能夠平穩(wěn)較快地進行。二是稀土離子可以和無機鎳等過渡族金屬離子及有機配體形成一系列絡合物，可相互降低活度，增加互溶度，還可以使金屬離子污染物及雜質(zhì)微粒等的催化活性降低，減小鍍液自發(fā)分解的趨勢，提高了鍍液的穩(wěn)定性。

4 研究稀土在提高無電解鍍鎳液穩(wěn)定性中作用的意義

稀土提高無電解鍍鎳液穩(wěn)定性的研究取得了一些良好效果，但是， 究竟選擇什么類型的稀土或復合稀土效果才是最好的，有待進一步深入研究。我國稀土資源較為豐富，充分開發(fā)和利用自身的稀土資源，加強稀土對無電解鍍鎳工藝和機理的研究顯得很有必要。

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Stability Study of Rare Earth Elements in Electroless Nickel Solution

SHAO Guo-qiang
( School of Science and Technology，Zhejiang International Studies University， Hangzhou 310012，China)

Some research developments about rare earth elements on the stability of electroless nickel solution was reviewed. Influence factor and action mechanism of rare earth elements were also introduced.

rare earth elements; electroless nickel solution;stability

TQ 153.1+2

A

1671-9905(2014)03-0027-03

邵國強（1964-），男，浙江紹興人，浙江外國語學院理工學院化學系副教授，理學學士，主要從事材料和膜研究，電話：13588021682，E-mail：shaogq@zisu.edu.cn

2014-01-06