试论光亮镀镍添加剂对镀层抗腐蚀性能影响

石国林

（武汉松石科技股份有限公司 湖北武汉 430010）

试论光亮镀镍添加剂对镀层抗腐蚀性能影响

石国林

（武汉松石科技股份有限公司 湖北武汉 430010）

影响光亮镀镍的因素很多，正交实验是处理研究多因素分析的一种方法，可以以最少的实验次数来确定各种因素对光亮镀镍造成的影响。本文在瓦特镀镍液的基础之上选用1，4-丁炔二醇、糖精钠和香豆素作为组合光亮剂，通过正交试验，研究了不同种类不同浓度的光亮剂对镀镍层光亮度及抗腐蚀性能的影响。进而确定最优的组合光亮添加剂。最佳的组合光亮剂添加水平是：1，4-丁炔二醇0.6g/L、糖精钠0.8g/L以及香豆素0.25g/L。

光亮剂；电镀镍；正交试验；优化

引言

随着化学镀应用范围的扩大，对化学镀镍的耐蚀性要求提高了，尤其是在苛刻的腐蚀环境中的使用，更要求化学镀层具有优异的耐蚀性能。而光亮剂具有改变镀层结构的作用，势必也能改变镀层的耐蚀性能。因此研究添加光亮剂后镀层的耐蚀性，对镀层在各种腐蚀环境中的使用具有重要的意义。

影响光亮镀镍的因素很多，正交实验是处理研究多因素分析的一种方法，可以以最少的实验次数来确定各种因素对光亮镀镍造成的影响。镀镍层具有良好的防护装饰功能，其具有较高的硬度，镍在空气中表面可以快速形成一层钝化模，在常温下能够防止被碱液、水、大气等侵蚀。光亮镀镍层就是将组合光亮剂加入到普通的镀镍液中，是镀镍工艺中应用最广泛的镀种，其在加工过程中能够省去抛光工序，简化了生产工序，在质量和效率上都有很大的提高。

1 镀镍层性质及用途

镍具有银白色（略呈黄色）金属光泽，具有铁磁性，密度为8.9，原子量为58.71，标准电极电位为-0.25V。镍具有很强的钝化能力，在空气中能迅速地形成一层极薄的钝化膜，使其保持经久不变的光泽、常温下，镍能很好地防止大气、水、碱液的浸蚀。在碱、盐和有机酸中很稳定，在硫酸和盐酸中溶解很慢，易溶于稀硝酸。

由于镍的硬度较高（HV240-500），所以镍层可以提高制品表面硬度，并使其具有较好的耐磨性。镍是铁族元素，属于电化学极化较大的元素，当电解时能产生较大的极化作用，即使在很小的电流密度下，也会产生显著的极化作用。因此，镀镍与镀锌、镀铜不同，它不需要特殊添加剂。

电镀镍工艺是最通用的表面处理工艺之一，也是一种非常重要的电镀工艺，它可以应用于装饰、工程和电铸等方面，在装饰、工程和电铸方面，电镀镍是应用最广泛的表面处理工艺之一，这主要得益于电镀镍工艺的持续进步。在微电子机械系统应用中，电镀镍在识别可动结构方面也有着广阔的前景。镀镍层不仅应用于防护装饰，还广泛地用于功能性镀层，例如，耐腐蚀、耐磨、耐热镀层以及模具的制造等方面。特别是近年来在连续铸造结晶器、电子元件表面的压印模具、形状复杂的宇航发动机部件、微型电子元件的制造等方面的应用，使电镀镍用途更加广泛。

2 实验

2.1 仪器及电极

TH-CS4型直流数显恒流电源；PHS-3D型PH计；FA2104B型电子天平；电热鼓风干燥箱；金相显微镜；CHI660C电化学工作站；铂金电极；镍阳极；饱和甘汞电极；黄铜基底。

2.2 工艺条件及流程

工艺条件为：

硫酸镍：260g/L；

氯化镍：40g/L；

硼酸：38g/L；

润湿剂十二烷基硫酸钠：0.1g/L；

pH：4.0；

θ：50℃；

Jk：3.0A/dm2；

t：10min；

搅拌方式：空气搅拌。

正交试验中的电镀过程均采用如下工艺：

除油（黄铜基底丙酮除油、黄铜基底电化学除油）→热水洗→酸洗→烘干→电镀→冷水洗→烘干→测试。

镍阳极的镀前处理过程为：除锈（粗砂打磨）→水洗→除油（丙酮）→热水洗→冷水洗→入镀槽。

所有的实验都采用单面镀，用环氧树脂绝缘密封待镀铜面的非镀表面，所有黄铜的基底施镀面积都一样。阴阳极的面积比均为1：1.5。

2.3 测试方法

用显微镜观察和分析镀层的形貌和微观结构。电解池由研究电极、对电极以及参比电极组成，研究电极为正交试验所得的镀片，对电极为铂片，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），为了衡量镀片的抗腐蚀性能，采用镀层在氯化钠溶液（质量分数为3.5%）中的Tafel图谱和交流阻抗图谱。在测试过程中的控制镀层测试面积都一样。

3 分析测试

3.1 表面形貌

图1为光亮镀镍在正交试验中得到的镀片的普通数码照片。直观上看镀层均呈现均匀的致密的光亮效果，均平整。②号镀片镀层的光亮度最低，表面存在白雾。③号和④号镀片镀层的表面没有出现不良现象，光亮度最高。①号镀片镀层的光亮度不如③号和④号，干净无雾。直观上看，镀片镀层的光亮效果由高到低为③、④、①、②。

图1 光亮镀镍正交试验的各组镀片的数码照片

3.2 正交试验的金相显微照片

图2所示为各组镀片在正交试验中在放大倍数为400倍的条件下所得到的金相显微照片。各个镀片的前处理过程全部一样。从各镀层的金相显微照片可以观察到，各镀层表面的微观形貌较好，其中③号镀片的结晶最为细致，表面最平整均匀，其表面最好。和图1具有相同的效果。比较而看，①号和④号镀片镀层的光亮度相应的降低，晶粒比较粗大。②号镀片的表面呈现和图1中的雾状表面相互对应，呈现不均匀脊状晶粒聚集。从镀层的微观均匀平整度来看，镀层的质量从低到高的顺序为②、①、④、③。

图2 光亮镀镍正交试验各组镀片的金相显微照片（X400）

3.3 正交试验的交流阻抗测试

光亮镀镍在正交试验中各组镀片的交流阻抗图谱。就镀层来说，抗腐蚀性能与电荷的转移电阻成正比，即转移电阻越大，抗腐蚀性能越好。反之，转移电阻越小，抗腐蚀的性能也就越差。

3.4 正交试验的Tafel图谱

光亮镀镍在正交试验中在扫描速度为10mV/s条件下各组镀片所测得的图谱。表1为在正交试验中所得的各镀片的自腐蚀电流和自腐蚀电位。

表1 正交试验各组镀片的自腐蚀电位和自腐蚀电流（镀层的测试面积均为1cm2）

对于镀层来说，一般情况下，其自腐蚀的电位越正，自腐蚀的电流越小，其抗腐蚀的性能也就越好。所以从自腐蚀电流来看，各组镀片抗腐蚀的性能从低到高为①、④、③、②。从自腐蚀电位来看，各组镀片抗腐蚀的性能从低到高为③、④、②、①。

从试验结果和分析来看，正交试验中的各组镀片的自腐蚀电流与自腐蚀电压的测试结果不相一致。以①号样品为例子，它的自腐蚀电位是最正的，但是其自腐蚀的电流是最大的。对于光亮镀镍层来看，镀层表面的组成是影响自腐蚀电流最主要的因素。衡量镀层整体抗腐蚀性能的最为宏观的指标是自腐蚀电流，它的影响因素更多也更为全面，是衡量镀层抗腐蚀性能最为科学合理的方法。在一定程度上①号样品镀层自腐蚀电流和自腐蚀电位的不相一致表明该镀层的表面结构有针孔或者是裂缝，正是由于这种结构上的缺陷造成镀层的整体自腐蚀电流增加，其抗腐蚀的性能随之降低。

3.5 正交试验中各光亮剂对镍镀层电化学抗腐蚀性能的影响

评价指标为镀层电荷的转移电阻，极差分析之后，能够得出光亮镍镀层的电荷转移电阻受各光亮剂组分的添加水平变化的影响程度。结果表明，在试验的范围之内，光亮镍镀层电荷的转移电位受糖精钠的影响最大，其次是香豆素，1，4-丁炔二醇的影响最小。光亮镍镀层电荷的转移电阻的大小与糖精钠的含量成正比，含量越多，电阻越大，即要想提高镍镀层的电化学抗腐蚀性能，就必须加入大量的糖精钠。

表2为正交试验中镀层的自腐蚀电位和各光亮剂的水平。评价指标为镀层的自腐蚀电位，极差分析之后，容易得到光亮镍镀层的自腐蚀电位受各光亮剂组分的添加水平变化的影响程度。分析结果得到，光亮镀层的自腐蚀电位受1，4-丁炔二醇额影响最大，其次是香豆素，影响最小的是糖精钠。镀层的自腐蚀电位与1，4-丁炔二醇的含量成反比，即含量越高，电位越低。即就自腐蚀电位来看，在试验允许的范围内，为了能够使镀层的自腐蚀电位朝正向移动，应少加入1，4-丁炔二醇。

表2 L4（23）正交表试验结果（以自腐蚀电位为评价指标）

评价指标为镀层的自腐蚀电流，极差分析之后，能够得到光亮镍镀层的自腐蚀电流受各光亮剂组分的添加水平变化的影响程度。分析结果得到，光亮镀层的自腐蚀电流受香豆素的影响最大，其次是糖精钠，影响最小的是1，4-丁炔二醇。在实验的允许范围之内，为了能够使镀层整体的具有较好的抗腐蚀性能，镀层的自腐蚀电流应该较小，应该加入较多的香豆素。

4 结语

选择组合添加剂1，4-丁炔二醇、糖精钠以及香豆素为考察的因素，对光亮镀镍进行了三种要素的两水平的正交试验，分析了电化学抗腐蚀结果和镀层的微观形貌。结果表明，在实验允许的范围之内，影响光亮镍镀层电荷的转移电阻最为显著的是糖精钠，对光亮镀层自腐蚀电位影响最为显著的是1，4-丁炔二醇，对光亮镀层的自腐蚀电流影响最大的是香豆素。

对电化学抗腐蚀性能和镀镍层的光亮效果进行综合考虑，最佳的组合光亮剂添加水平是：1，4-丁炔二醇0.6g/L、糖精钠0.8g/L以及香豆素0.25g/L。

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TG174.4

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1004-7344（2016）24-0220-02

2016-8-8