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铝合金型材化学镀镍的作用及操作工艺
铝合金型材化学镀镍概述:
镍的化学符号Ni,具有良好的延展性和适中的强度,并在多种介质中有很高的抗蚀性;目前铝合金型材领域广泛使用的化学镀镍技术都是采用次磷酸盐作为还原剂的化学镀镍溶液,从这种化学镀镍溶液中获得的镀镍层是无序的金属镍和磷化镍的复合镀层;这种复合镀层硬度高,耐磨性好;当镀层中磷含量大于8%时,镀层是非磁性的,有优异的抗蚀性和抗氧化性;
由于化学镀镍层具有上述特点,加之化学镀镍溶液比较稳定,因此,化学镀镍技术获得了广泛应用;近年来越来越多的铝合金型材制品采用化学镀镍作为装饰与防护及功能镀层;
化学镀镍工艺:
化学镀镍是镍盐溶液在强还原剂的作用下使镍离子还原成单质镍,按一定的晶格顺序沉积在铝合金型材表面的金属镍层;常用的还原剂有次磷酸盐、硼氢化物及其衍生物、肼等;这些还原剂在还原镍时其自身转变为磷、硼、氮等,同时与镍一起析出,所以化学镀镍根据所用还原剂的不同在铝合金型材上获得是镍-磷、镍-硼、镍-氮等合金镀层;化学镀镍溶液中所用的还原剂不同,其化学镀镍的工艺亦不同,在本节以次磷酸盐为例来简要介绍化学镀镍工艺;
次磷酸盐作为还原剂的镀镍过程其反应机理就目前而言有“电化学理论”“氢化物理论”和“原子氢态理论”三种,现分述如下;
1:电化学理论
电化学理论有两种解释,一种解释是在化学镀镍过程中次磷酸根被氧化而释放出电子,镍还原的分步骤反应工艺如下:
①次磷酸根被氧化而释放电子:H2PO2^-+H2O→H2PO3^-+2H^++2e^-
②镍离子得到电子还原成金属镍:Ni^2++2e-→Ni↑
③氢离子得到电子还原成氢气:2H++2e^-→H2↑
④次磷酸根得到电子析出磷:H2PO2^-+e^-→P+2OH^-
⑤镍还原的总反应式:Ni^2++H2PO2^-+H2O→H2PO3^-+2H^++Ni
从以上总反应式可以看出,这其实是第一步和第二步的反应之和而忽略了第三步和第四步反应,这是因为,后两步反应的速率并不和关键的第二步反应式成正比,它随溶液成分的比例、溶液的pH值、温度以及添加剂的不同而有较大的变化;
这一理论的另一种解释是依靠在化学镀镍过程中产生原电池的作用,在电池阳极与阴极分别发生如下反应:
阳极反应:H2PO2^-+H2O→H2PO3^-+2H^++2e^-
阴极反应:Ni^2++2e^-→Ni
2H^++2e→H2↑
H2PO2^-+e^-→P+2OH^-
2:氢化物理论
持这一理论的学者认为次磷酸盐与溶液中的氧离子作用生成还原能力更强的氢负离子,在催化表面上,氢负离子使镍离子还原生成单质镍,其相关反应如下:
H2PO2^-+O^2-→[HPO3]^2-+H^-
Ni^2++H^-→Ni+H^+
溶液中的氢离子和氢负离子相互作用生成氢气,同时氢负离子在酸性介质中还原次磷酸根生成单质磷,与单质镍共沉积而形成合金镀层,其相关反应式如下:
H^++H^-→H2↑
2PP2^3-+6H^-+4H2O→2P+3H2+8OH^-
镍的总还原反应式为:Ni^2++H2PO2^-+O^2-→[HPO3]^2-+H^++Ni
3:原子氢态理论
这一理论认为,在化学镀镍过程中依靠铝合金型材的催化作用,使次磷酸根分解而析出初生态原子氢,生成的初生态原子氢还原镍离子成为金属镍,同时原子态氢也与次磷酸根作用使磷还原成单质磷,还有部分原子氢相互作用生成氢气逸出,其相关反应式如下:
Ni^2++2H→Ni+2H^+
H2PO2^-+H→P+H2O+OH^-
2H→H2↑
次磷酸根的氧化和镍离子的还原的总反应式为:Ni^2++H2PO2^-+H2O→HPO3^2-+3H^++Ni
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