雙配位體系化學(xué)鍍Ni-P 合金的研究

胡海嬌， 劉定富

（貴州大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽550000）

0 前言

化學(xué)鍍鎳液中除了主鹽與還原劑外，最重要的組成部分就是配位劑。鍍液性能的差異、壽命長短主要取決于配位劑的選用及其搭配關(guān)系。將兩種或多種配位劑復(fù)配使用，能夠彌補(bǔ)單一配位劑在某些方面的不足［1］。本實(shí)驗(yàn)將配位劑兩兩復(fù)配，旨在得到鍍速快、鍍液穩(wěn)定性高、鍍層耐蝕性好的化學(xué)鍍鎳工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

以45＃碳鋼片為基體材料，其規(guī)格為50mm×50mm×1mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

NiSO4·6H2O 20～30g／L，NaH2PO2·H2O 25～35 g／L，CH3COONa·3H2O 10～20 g／L，C6H8N7·H2O 10～15g／L，磷鉬酸銨，濃硫酸，濃硝酸，鹽酸，氨水。

1.3 工藝條件

pH值4.4～4.8，施鍍時(shí)間1h，施鍍溫度85～95℃，裝載比1.1dm2／L。施鍍過程中，采用補(bǔ)加濃縮液的形式補(bǔ)充消耗的鎳鹽和一定比例的還原劑、配位劑，并用氨水調(diào)整pH值。

1.4 主要儀器

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，722-可見分光光度計(jì)。

1.5 工藝流程

1.6 測(cè)試方法

（1）鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

采用分光光度法測(cè)定鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)［2］。具體步驟為：濃硝酸溶解鍍層→煮沸驅(qū)逐氮氧化物→高錳酸鉀氧化剩余氮氧化物→亞硝酸鹽反氧化二氧化錳→冷卻→定容至 250 mL→取適量溶液并加入25mL 鉬酸銨試劑→定容至100 mL→顯色 15min→在420nm 波長下測(cè)定吸光度。

（2）鍍速

采用稱量法測(cè)定鍍速［3］，公式為：

式中：v為鍍速，μm／h；m1為鍍片施鍍后的質(zhì)量，g；m0為鍍片施鍍前的質(zhì)量，g；S為鍍片面積，cm2；ρ為鍍片密度，取7.80g／cm2；t為施鍍時(shí)間，h。

（3）鍍液穩(wěn)定性

鍍液穩(wěn)定性采用氯化鈀加速試驗(yàn)來表征［4］。具體方法為：取50 mL 開缸鍍液于試管中，浸入已經(jīng)恒溫至60℃的水浴中，使試管內(nèi)溶液面低于恒溫水浴液面；半小時(shí)后，在攪拌下，使用移液管量取1mL質(zhì)量濃度為1.0×10-4g／mL 的氯化鈀溶液于試管中；記錄自注入氯化鈀溶液至試管內(nèi)起，化學(xué)鍍液開始出現(xiàn)渾濁或沉淀所經(jīng)歷的時(shí)間。時(shí)間越長，鍍液的穩(wěn)定性越好。

（4）鍍層耐蝕性

鍍層耐蝕性用耐硝酸變色時(shí)間來表征［5］。具體方法為：將剛施鍍完的鍍件洗凈，干燥后，一半浸泡于質(zhì)量濃度為1.42g／cm3的濃硝酸中，另一半暴露于空氣中，在室溫條件下記錄鍍層從浸入硝酸到變色所經(jīng)歷的時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的對(duì)比

在只含22g／L LA的鍍液中，分別加入不同量的LB、乳酸、蘋果酸，對(duì)鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響都不明顯，在10.3%附近浮動(dòng)。但是加入甘氨酸以后，即使甘氨酸的質(zhì)量濃度僅為4g／L，就已經(jīng)使磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到8%以下；而隨著甘氨酸的質(zhì)量濃度的增加，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)繼續(xù)下降至5.8%左右。由此可知：LA在分別與LB、乳酸和蘋果酸復(fù)合時(shí)，LB、乳酸和蘋果酸不會(huì)對(duì)磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)造成較大影響；而當(dāng)LA與甘氨酸復(fù)合時(shí)，甘氨酸會(huì)嚴(yán)重降低鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，產(chǎn)生嚴(yán)重的“副作用”。這與開發(fā)高磷鍍液的初衷背道而馳，所以甘氨酸的使用還需要再做研究［6］。

有文獻(xiàn)報(bào)道，甘氨酸在較高質(zhì)量濃度下會(huì)嚴(yán)重降低磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但是在毫克級(jí)別時(shí)這種作用不明顯，并且具有一定的加速作用。固定LA的質(zhì)量濃度為22g／L，研究了甘氨酸的質(zhì)量濃度對(duì)鍍速和鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知：隨著甘氨酸的質(zhì)量濃度由5mg／L增至35mg／L，鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10.8%降到10.6%；同時(shí)，甘氨酸呈現(xiàn)出一定的加速作用，加速效果最大時(shí)的甘氨酸的質(zhì)量濃度為15mg／L。

圖1 甘氨酸對(duì)鍍速和鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.2 鍍速的對(duì)比

LB、乳酸和蘋果酸三種配位劑的加入都會(huì)使單配位劑體系的鍍速先上升后下降。但是它們的加速效果不同。LB的加速效果遠(yuǎn)高于乳酸和蘋果酸的，而乳酸和蘋果酸的加速效果區(qū)別不大。僅以LB為配位劑時(shí)，當(dāng)其質(zhì)量濃度為12g／L 時(shí)，鍍速開始下降。而LA和LB復(fù)合時(shí)，當(dāng)兩者的總質(zhì)量濃度達(dá)到6g／L時(shí)，鍍速開始下降。所有的配位劑都具有一個(gè)共同的特征，即隨著其質(zhì)量濃度升高到一定程度以后，鍍速下降。而LB的減速作用和它的加速作用是一對(duì)矛盾。在達(dá)到6g／L 前，加速作用強(qiáng)于減速作用；達(dá)到6g／L時(shí)，加速作用和減速作用達(dá)到平衡，鍍速在此處附近出現(xiàn)極值；在6g／L 后，其配位鎳離子的能力起主要作用，即加速作用弱于減速作用，此時(shí)鍍速下降，但是仍比單配位劑LA的速率要快。如果繼續(xù)增加LB的質(zhì)量濃度，那么在某一質(zhì)量濃度時(shí)，LA和LB復(fù)配的鍍速會(huì)比單配位劑LA的鍍速還要慢。

2.3 穩(wěn)定時(shí)間的對(duì)比

LB、乳酸和蘋果酸的加入均使單配位劑體系的穩(wěn)定時(shí)間增加，變化趨勢(shì)在整個(gè)考察范圍內(nèi)都呈現(xiàn)持續(xù)上升的現(xiàn)象，但是增效仍有差別，乳酸的增效最明顯（從2 700s增加到8 300s），LB和蘋果酸的區(qū)別不大。

2.4 耐硝酸變色時(shí)間的對(duì)比

兩兩復(fù)配的耐硝酸變色時(shí)間，如表1所示。

3 結(jié)論

（1）LA和LB復(fù)配時(shí)的加速效果最顯著。

（2）LA和乳酸復(fù)配時(shí)的穩(wěn)定時(shí)間最長。

（3）LA和LB、乳酸、蘋果酸復(fù)配時(shí)，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)能夠得到保證；LA和5～35 mg／L 的甘氨酸復(fù)配，不會(huì)顯著降低磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表1 兩兩復(fù)配的耐硝酸變色時(shí)間

（4）耐硝酸變色時(shí)間基本和磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)吻合。

（5）除了甘氨酸有明顯“副作用”而降低了其使用濃度外，其他三種配位劑LB、乳酸、蘋果酸的加入均對(duì)單配位劑LA的鍍液體系產(chǎn)生了有利作用，但是考慮到蘋果酸各方面的效果一般，而且蘋果酸的價(jià)格較高，一般不予使用。

［1］孫華，馮立明，李成美.化學(xué)鍍Ni-P合金復(fù)合絡(luò)合劑正交優(yōu)化試驗(yàn)［J］.腐蝕與防護(hù)，2004，25（7）：304-306.

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［4］仵亞婷，湯義武，沈彬，等.化學(xué)鍍鎳溶液穩(wěn)定劑及其作用機(jī)理［J］.機(jī)械工程材料，2004，28（11）：1-3.

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