滚镀光亮镍镀液的维护

郭崇武

(广州超邦化工有限公司，广东广州 510460)

滚镀光亮镍镀液的维护

郭崇武

(广州超邦化工有限公司，广东广州 510460)

滚镀光亮镍存在的一些问题，需要在生产过程中才能发现并得以解决。总结了维护滚镀光亮镍镀液的经验，分析了镀液性能以及工艺参数对生产成本的影响。选用分散能力高的镀液是降低镀镍成本的有效措施。提高镀液的导电性，采用较低的电压并增加阳极面积，在较低温度和较高pH条件下施镀，可以降低光亮剂的消耗，提高镀液的稳定性。

滚镀光亮镍;光亮剂;导电性;温度;pH;杂质

引 言

镀镍已经有100多年的历史，在电镀工业中具有重要的地位，广泛地应用于装饰性和功能性电镀。目前挂镀光亮镍工艺已比较完善，原料供应商在实验室的研究结果与大生产的情况基本吻合。但是，对于滚镀光亮镍，其工艺中存在的问题往往在生产线上才能体现出来，对于工艺参数的优化，需要经过长期的生产实践和研究才能够完成，供应商在实验室中的研究，还不足以解决大生产中存在的全部问题。本文总结了维护滚镀光亮镍镀液的经验，分析并研究了镀液性能以及工艺参数对生产成本的影响。

1 光亮剂的选择

一般来讲，滚镀工件高低电流密度区的差别比较明显，如五金制品中的钮扣类产品，这些产品滚镀光亮镍时一般只要求装饰性，检验镀层外观时要看镀件的低电流密度区是否光亮。因此，滚镀光亮镍选择光亮剂比较严格，光亮剂对镀液均镀能力和出光速度的影响特别重要。某公司镀镍车间滚镀镍做过对比实验，3#镀槽和4#镀槽镀液主要成分完全相同，分别使用两家供应商的光亮剂，4#镀槽的霍尔槽试片看上去比3#镀槽光亮得多，只是低电流密度区光亮度略差，两个镀槽镀同样的产品，4#镀槽镀件的出光速度却比不上3#镀槽，需要电镀较长的时间。由此可见，选择低电流密度区出光速度快的光亮剂能够明显降低镀镍成本。

滚镀光亮镀镍溶液要求均镀能力好，低电流密度区镀层出光速度快。配制滚镀镍主光亮剂时要多用低电位增光剂，例如丙炔磺酸钠，而使用高电位增光剂的作用则不大。配制辅助光亮剂时应多使用低电位走位剂，例如烯丙基磺酸钠，以便提高镀液的均镀能力。

2 镀液的导电性

2.1 镀液导电性对均镀能力的影响

镀液的均镀能力是衡量镀液性能好坏的一项重要指标，均镀能力好的镀液，其镀层厚度均匀，在施镀过程中可以在较短的时间内使低电流密度区的镀层达到厚度要求，从而降低电镀成本。按产品检验要求，检验镀层厚度时要测定镀层的最小厚度［1］，也就是测定低电流密度区镀层的厚度，如果镀液的均镀能力差，将导致高电流密度区镀层过厚，造成金属材料的浪费。在有色金属价格上涨的冲击下，近几年电镀行业开发一些低浓度镀镍溶液，以便减少镀液带出造成的损失。随着镀镍溶液浓度的降低，镀液的导电性下降，给均镀能力带来了不利的影响，但是，在低浓度滚镀光亮镍镀液中添加导电盐硫酸钾，可以弥补其均镀能力不足的缺陷［2］。采用某公司B2000号滚镀光亮镀镍镀液，测定降低镍盐质量浓度和添加导电盐对镀液均镀能力的影响，在实验室配制镀镍溶液3份，1#镀液为B2000号溶液配方为:

2#镀液降低了硫酸镍和氯化镍的质量浓度，溶液配方为:

3#镀液在2#镀液基础上添加了硫酸钾溶液配方为:

对上述三种溶液做霍尔槽试验，严格控制镀液的温度，θ在 52～53℃，pH 约 4.3，电流 2A，施镀5min，为了使镀层均匀，不搅拌镀液。试验结果列于表1。2#镀液降低了硫酸镍和氯化镍的质量浓度，镀液的导电性下降，与1#镀液相比，试片低电流密度区镀层厚度减小，3#镀液在降低镍盐质量浓度的同时，向镀液中添加硫酸钾，提高了镀液的导电性，与2#镀液相比，在低电流密度区镀层的厚度值得到了明显的提高。

表1 试片不同点处镀层的厚度值

在日常对滚镀光亮镍镀液的维护中，一般要求ρ(硫酸镍)≥200g/L，如果采用低质量浓度镀液，建议添加导电盐硫酸钾。

2.2 镀液导电性对光亮剂消耗的影响

按工艺要求，滚镀光亮镍每槽的电流一般是固定的，镀液的导电性直接影响槽电压，导电性好，槽电压就低。槽电压影响光亮剂的消耗，也就是说镀液的导电性影响滚镀光亮镍光亮剂的消耗，目前业内人士对此还知之不多。按某公司产品说明书，在B2000号滚镀光亮镍工艺中，主光亮剂的消耗量为250～350mL/kAh，但用霍尔槽试验，主光亮剂的消耗量却远小于这个数值，而在实际生产中主光亮剂的补加量又远高于该数值。实验表明，施镀电压直接影响添加剂的消耗量，表2给出了光亮剂消耗量与槽电压的关系。

表2 不同电压条件下主光亮剂的消耗量

实验室实验和生产实践表明，随着施镀电压的增高，光亮剂的消耗量加大。滚镀槽中电阻较大，电镀时槽电压较高，因此，滚镀时光亮剂的消耗量要比挂镀大得多。有些电镀厂为了追求产量，加大槽电压和电流，于是，光亮剂的消耗量超出了工艺范围。当电压升高时，电极的电荷密度增大，阳极氧化能力和阴极还原能力增强，光亮剂在电极上反应速度加快，另一方面，阴阳两极电荷密度增大时，对光亮剂的吸附能力增强，吸附量随之增大，光亮剂被氧化和被还原的速度加快。

加大光亮剂补加量来保持镀液的出光速度，会造成分解产物在镀液中的积累，导致镀液性能变差，出光速度变慢，镀层容易发黄甚至发黑。

2.3 提高镀液导电性的方法

对滚镀光亮镍，应尽可能提高镀液的导电性，降低槽电压，保证镀液的稳定性。提高镀液的质量浓度，尤其是提高氯化镍的质量浓度，是提高镀液导电性的方法之一，但提高镀液质量浓度会在镀件出槽时加大镍盐的带出量。提高温度可以增大镀液的导电性，但温度高于工艺上限时，会导致镀液的稳定性变差。

在镀液中添加导电盐，是提高镀液导电性的有效方法，导电盐价格较低，一般不会增大镀镍成本。如某公司镀镍车间向滚镀光亮镍镀槽中加入30～40g/L硫酸钾，在电流相同的情况下，槽电压从14～15V下降至10～13V，镀液的性能开始好转，出光速度明显加快。镀液出光速度加快后，缩短了镀镍时间，降低了电镀成本。

增加镀液体积也是提高镀液导电性的有效方法，采用这种方法虽然会增加一次性的开缸成本，但在长期生产中原材料消耗会有所下降，而且镀液相对稳定，便于维护。某公司滚镀光亮镍镀槽较浅，镀液体积小，槽电压14～15V，而另一公司镀槽较深，镀液体积大约多50%，槽电压11～13V。相比之下，滚镀光亮镍采用较深的镀槽既可以省电，又可以减少光亮剂的消耗量，在降低镀镍成本的同时，又有利于提高镀液性能。

3 工艺条件的控制

3.1 施镀电流和电压

采用大电流施镀，生产效率高，但需要提高槽电压，又会导致光亮剂消耗过快。采用较低电流施镀，产量低，对比较复杂的镀件，低电流密度区不易上镀，对滚镀光亮镍一般采用12V电压比较合适，增加阳极面积，可以降低滚镀光亮镍槽电压，减少阳极面积，则需提高镀槽电压。必须注意，在降低施镀电压和电流的同时，一定要选择均镀能力较好的镀液，同时要保证镀液有较高的导电性。

3.2 镀液的温度

滚镀光亮镍镀液θ低于50℃时出光速度变慢，长期在60℃以上工作时，镀液的出光速度将变慢。光亮剂在阳极和阴极上分别发生氧化和还原反应，当温度升高时，分子的扩散速度加快，导致光亮剂的消耗随之增加。当镀液的θ高于60℃时，如果按照正常消耗量补加光亮剂，不能保证镀液的出光速度，要使镀件正常出光，就要加大光亮剂的补加量，但其分解产物在镀液中的积累随之增多，最终导致镀液性能变差。

采用B2000号滚镀光亮镍工艺，供应商要求θ控制在55～60℃，通过生产实践，θ在55℃左右效果较好。

3.3 镀液的pH

镀镍溶液的pH对镀液及镀层性能影响较大，在较高pH条件下，镀液有较好的均镀能力和较高的电流效率［3］，但pH过高，镀层容易夹杂金属氢氧化物。在B2000号滚镀光亮镍工艺中的pH为4.2～4.5，pH 较高时，出光速度快，但镀层色泽偏黄，降低pH，出光速度慢，但镀层色泽较白。为了提高出光速度，某公司在使用B2000工艺时，先将pH控制在4.3～4.7，以提高出光速度，在镀件出槽前几分钟向镀液中加酸降低pH，保证镀层的色泽。

3.4 氯化镍

氯离子具有较高的导电性，提高滚镀光亮镍镀液中氯化镍的质量浓度，有利于降低槽电压。氯离子又是阳极活化剂，氯化镍质量浓度过高时，阳极镍的溶解速度过快，造成镀液中镍离子的质量浓度过高。按照滚镀光亮镍的工艺要求，氯化镍的质量浓度为50～60g/L，但在实际操作中，氯化镍的用量应以能保证镀液中镍离子质量浓度平衡为好。

4 杂质的监控

4.1 铜杂质

铜杂质对镀镍溶液的均镀能力和覆盖能力均有较大的影响，实验表明，当ρ(铜)达到5mg/L时，镀液的覆盖能力明显下降。某公司滚镀镍生产线长期受铜杂质污染的困扰，曾经使用过除杂水和低电位走位剂，但都不理想，还给镀液的性能带来了负面影响，出光速度变慢，整平能力变差。于是决定，在滚镀镍生产线上设置一个回收槽，镀件出槽时经过回收槽漂洗，镀件入槽电镀前也经过这个回收槽漂洗，把镀铜漂洗水带入回收槽，把回收液带入镀槽［4］。经过回收槽漂洗后，铜杂质大部分留在了回收槽，减轻了对镀镍溶液的污染。在回收槽中采用电解法处理铜杂质，用石墨板作阳极，用不锈钢板作阴极，阴极在使用前镀冲击镍。用0.2～0.4V电压电解，空气搅拌回收液，并控制 pH小于4。采用这项新技术处理铜杂质，取得了较好的效益。

如果镀液受到铜杂质的严重污染，采用硫化物沉淀法处理效果较好［5］;如果采用电解法处理，则需要很长时间，电解时镍的损耗也较多。

4.2 锌杂质

20mg/L锌杂质使镀镍溶液的覆盖能力明显下降，锌的质量浓度再高时，低电流密度区镀层发黑。处理锌杂质一般采用锌杂质抑制剂，锌杂质抑制剂中的络合剂优先与锌离子络合，锌离子络合后与镍共沉积，但速度比较缓慢，实验表明，锌杂质抑制剂使镀镍溶液的出光速度变慢。因此，切不可过量使用除锌剂。

4.3 铁杂质

滚镀光亮镍镀液中铁杂质超过一定质量浓度，电镀时由于滚桶眼处的电流密度高，镀件贴在滚桶眼上时，水电解产生氢氧根，铁离子生成氢氧化物夹杂在镀层中，镀件的表面出现了滚桶眼子印。另外，铁杂质较高时，镀层还会产生脆性和针孔。一般要求铁杂质的质量浓度不得超过50mg/L［6］。铁杂质主要来源于掉落在镀镍槽中的铁件和铁屑，铁缓慢溶解而污染镀液。控制铁杂质比较简单，下班前用磁铁打捞掉在镀槽中的铁件和铁屑，即可控制铁杂质在工艺允许的范围之内。

4.4 有机杂质

镀镍溶液中的有机杂质主要来源于添加剂的分解产物，在生产中有机杂质积累到一定程度便干扰光亮剂的作用，使镀液的出光速度变慢，整平能力变差;杂质夹杂在镀层中，镀层产生脆性，防腐性能变差;有机杂质吸附在镀层表面，用铬酐溶液钝化后，光亮度较低的镀层容易发黄，看上去像是黄色铁锈;有机杂质过多，镀层还会出现局部发黑的现象。因此，要定期用活性炭处理镀液。

5 镀液大处理

按照有机添加剂的还原理论［7］，添加剂在阴极上被还原对镀层起光亮作用，同时，被还原的添加剂也就成了镀液中的杂质。用活性炭处理只能除去一部分有机杂质，一些较大分子的有机物不易被活性炭吸附［8］，当不易被活性炭吸附的有机杂质积累过多时，需对镀液进行大处理。用氧化法处理，将较大的有机物分子氧化成小分子，然后用活性炭吸附，才能满足镀镍工艺的要求。

处理镀镍溶液中的有机杂质，一般选用高锰酸钾或双氧水作氧化剂。实验表明，高锰酸钾被还原成Mn2+和二氧化锰，二氧化锰沉淀能过滤出去，Mn2+留在镀液中，镀镍层容易长毛刺。双氧水的氧化能力较弱，对有机杂质的氧化不够彻底，而且，过量的双氧水不易分解。过硫酸钠的氧化性较强，还原产物硫酸根对镀镍溶液无影响。向镀镍溶液中加2.5g/L过硫酸钠，在55～60℃保温2～3h。用氢氧化钠溶液调节pH=4.3～4.7，铁离子完全生成氢氧化铁沉淀，加活性炭吸附，6h后过滤。用霍尔槽试验确定光亮剂的补加量，向镀槽中补加光亮剂。

6 结论

在滚镀光亮镍操作中，要正确选择光亮剂，要保证镀液的导电性，推荐使用导电盐硫酸钾。采用合适的电流和电压施镀，增加阳极面积，合理降低镀液温度和提高pH，控制杂质的污染。坚持理论与实践相结合，不断提高和完善维护滚镀光亮镍镀液的技术。

［1］GB 12322-90，金属覆盖层 工程用镍电镀层［S］.

［2］郭崇武，易胜飞，李健强.低浓度滚镀光亮镍研究［J］.电镀与精饰，2007，29(6):35-37.

［3］张胜涛.电镀工程［M］.北京:化学工业出版社，2002:115-116.

［4］郭崇武.电镀漂洗水回收新方法［J］.电镀与精饰，2007，29(4):37-39.

［5］郭崇武，易胜飞，李健强.硫化物沉淀法处理镀镍溶液中的铜杂质［J］.涂装与电镀，2008，(5):38-39.

［6］张允诚，胡如南，向荣.电镀手册(上册)［M］.北京:国防工业出版社，1997:317.

［7］张立茗，方景礼，袁国伟，等.实用电镀添加剂［M］.北京:中国标准出版社，2007:25-26.

［8］袁诗璞.光亮镀镍的几个实践问题［J］.涂装与电镀，2009，(3):3-10.

Maintenance of Bright Nickel Barrel Plating Bath

GUO Chong-wu
(Guangzhou Ultra Union Chemicals Ltd，Guangzhou 510460，China)

Some problems existing in bright nickel barrel plating，could be founded and resolved in production process.Maintenance experiences of the barrel nickel plating bath were summarized，and effects of the bath performance and processing parameters on production cost were discussed.By selecting nickel plating bath with higher throwing power，the production cost could be decreased.Under higher electrical conductibility and pH value of plating bath，lower voltage and temperature and larger anodic area，the consumption of brightener could be reduced，and stability of the plating bath could improved.

bright nickel barrel plating;brightener;electrical conductibility;temperature;pH value;impurity

TQ153.12

B

1003-3849(2012)03-0034-05

2011-03-22

2011-11-15