新型快出光高整平镍铁合金电镀工艺

郭伟荣，张光前，许传金

杭州东方表面技术有限公司（杭州，311122）

摘要：介绍一种新型的镍铁合金电镀工艺。此工艺具有出光快、整平好，工艺范围宽，使用成本低、节镍省镍等特点。

关键词： 镍铁合金；快出光；高整平；节镍

1、前言

一般装饰性电镀主要追求漂亮的表面镀层外观，尤其是装饰性镍-铬工艺。这些追求外观的装饰性电镀产品对盐雾要求不高，如办公桌椅，伞杆，低档自行车，电瓶车手把、钢圈等，许多电镀加工企业希望能采用较低的成本，直接获取最好的外观。于是近年来短平快的快出光镀镍工艺被广泛使用，工件在电镀5-8分钟光亮镍后再飞镀0.5到1分钟左右的镍封，最后套铬即可。该工艺关键是采用快速出光的镀镍光亮剂达到光亮效果，适用于环形自动线生产，具有工艺简单、投资小、产量大的特点。而快速出光镍光剂的出现得益于近年来国内外各类新型镀镍中间体的不断涌现。但此类工艺存在一个致命缺陷，管状零件尤甚：抗铁离子杂质的能力差，导致产品表面易产生毛刺，溶液处理周期非常短。

镍铁合金电镀工艺诞生于20世纪七十年代初，为美国乐思公司所开发。我国于七十年代末、八十年代初也开始开发此类工艺。工艺中添加剂自然是难点、重点，当时我国的镍铁合金添加剂体系，主要是采用丁炔二醇与环氧丙烷或环氧氯丙烷的反应产物为光亮剂，糖精为柔软剂，葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、抗坏血酸等作为络合剂。比较典型的有，1989年厦门大学陈秉彝、姚士冰、杨方祖等人开发了XNF-1 和XNF-2新型高整平全光亮镍铁合金光亮剂^[1]；1992年杭州东方表面技术有限公司推出了F-1镍铁合金工艺，并在上海惠民电筒厂成功使用；1999年暨南大学郑婵卿，覃百花，李荆等人开发了JX-1镍铁合金光亮剂^[2]。上世纪九十年代，国内镍铁合金工艺热闹非凡，盛极一时。

镍铁合金电镀工艺的优点为：合金镀层中含有5-30%的廉价的铁，与纯镍镀层相比电镀成本可以实现较大的降低；镍铁合金电镀工艺中铁离子（以两价铁离子存在）是溶液的必需组成部分，而非镀镍溶液中的有害物质，所以相对镀镍工艺而言维护简单。但合金电镀工艺毕竟须控制两元金属含量，加上早期的添加剂体系不完善，合金组分很难控制，添加剂消耗大，出光慢，整平弱，导致镍铁合金工艺难以与普通的快速镀镍工艺竞争，逐渐被边缘化。本世纪初，随着金属镍价的不断攀升，也随着电镀原辅材料的不断发展和进步，镍铁合金工艺焕发了新的生命力，迎来了快速发展的春天。杭州东方表面技术有限公司于2006年开始着力研发新一代的快出光高整平镍铁合金电镀工艺，并将其推向市场，迄今为止，该工艺已拥有数十万升的使用容量，并得到越来越多的用户的欢迎和青睐。

2、工艺的开发

镍铁合金镀液中的铁离子以二价形式存在，为防止两价铁离子氧化，除选用合适的络合剂以外，工艺的pH必须控制在低位，一般为3.0-3.5。而传统镀镍工艺的pH值基本控制在3.8-4.8，pH值过低，出光整平都会受影响。而上一代镍铁工艺光亮剂基本与镀镍光亮剂雷同，如镍铁合金早期的光亮剂781、791、BE等，原本就是镀镍光亮剂，所以镍铁工艺在pH3.5以下很难持续达到快速出光效果，除非大量使用添加剂，如此将导致镀层脆性大、处理周期短，而且成本高昂。袁诗璞在《几种多层电镀工艺的讨论》一文中指出，镍铁工艺“因其pH 必须达到3.5 以下，故光亮剂用量与消耗量大，一般用不起第四代亮镍光亮剂而只敢用第三代的长效BE光亮剂，同时还要外加对Fe²⁺起配位作用、对Fe³⁺有还原作用的稳定剂，故总成本并不低。^[3]”

为此，只有开发出真正的镍铁工艺专用添加剂，才能既实现快出光高整平，又能体现镍铁合金低成本的优势。通过大量实验，我们选用部分第四代镀镍中间体与其它有机中间体配合，开发出新型F-2镍铁合金添加剂体系，该体系无论在出光、整平还是走位等各方面指标上，均全面优于快出光镀镍工艺；选用新型高效络合剂组合，亚铁离子的稳定性远超上一代工艺。F-2镍铁合金系列添加剂质优价廉，加上镍铁工艺自身的节镍特点，故使用成本远低于镀镍工艺，一般可控制在镀镍成本的80-85%。在表观质量和使用成本均优于镀镍工艺的情况下，F-2镍铁合金工艺获得了较大的成功，国内许多制椅配件电镀企业均从传统的快速出光直上镍转为镍铁合金电镀工艺。

3、工艺介绍

3.1工艺配方

F-2镍铁合金电镀工艺的溶液组成及工艺条件：

3.2工艺说明

溶液配置： 洗净备用槽，加入2/3体积纯水；加入所需量的硫酸镍和氯化镍（或氯化钠），加热搅拌至完全溶解；用热水将硼酸溶解好后加入备用槽，充分搅拌；加入稳定剂，用10%的硫酸将溶液pH调至3.0-3.5，加入硫酸亚铁；加热至60℃，加入2-5g/L的粉末活性炭，搅拌2小时，静止8小时或过夜；将溶液过滤至镀槽中，加纯水至接近最终体积；将溶液加温至60℃，用瓦楞板作阴极以0.2～0.5A/dm²电流密度电解6-8小时；加入所需量的添加剂，搅匀，加纯水至最终体积，调pH至工艺范围，试镀。

工艺阳极采用DT1-DT4型号纯铁板，一般不用普通钢板以减少杂质带入。

4、工艺特点

4.1出光快、整平好

采用250m L 赫尔槽，阴极为紫铜片，阳极为镍板，搅拌方式为玻璃棒在镀液中1秒钟来回一次，电流2A，时间5分钟，镀层整片镜面光亮。整平性能采用转盘电极阳极溶出法，测定值L 为9 8%。实际使用：镍铁合金电镀生产线，椅架、椅子圆盘底座电镀镍铁合金6分钟，达到镜面光亮。

电镀镍铁合金的设备与镀镍几无区别，所不同的是镍铁合金镀液为防止Fe²⁺氧化成Fe³⁺不可采用空气搅拌。以往，镍铁合金工艺都是采用阴极移动。随着用户对电镀工艺的出光速度和镀层饱满度的要求不断提高，杭州东方表面有限公司适时开发出了泵喷射搅拌装置用于镍铁合金工艺，该装置已成功申报国家专利（一种电镀溶液用搅拌装置201120246515.1）。采用F-2镍铁合金电镀工艺建议可采用此装置，示意图如图1。该装置是在过滤泵或过滤机出口上通过喷嘴将镀液喷射出来，从而达到搅动镀液的目的，进而大大提高了镀液的整平性能和出光速度。 

图1镍铁合金电镀工艺搅拌装置示意图

4.2光亮范围宽

采用250m L 赫尔槽，阴极为的紫铜片，阳极为镍板，搅拌方式为玻璃棒在镀液中1秒钟来回一次，电流1A，时间5分钟，镀层整片镜面光亮，低电流区无半光亮现象存在。

4.3镀层柔韧性优异，脆性小

采用250m L 赫尔槽，阴极为的紫铜片，阳极为镍板，搅拌方式为玻璃棒在镀液中1秒钟来回一次，电流2A，时间20分钟，所得试片反复折拗，无脆性，无镀层脱落。

4.4工艺范围宽、易维护

镍铁镀液中铁离子不是杂质，而是溶液的有机组成部分，溶液中的稳定剂既可以防止Fe²⁺氧化成Fe³⁺，又可以防止Fe²⁺被氧化成Fe³⁺后而生成沉淀。溶液pH值低，即使产生三价铁也不易形成氢氧化铁絮状沉淀，故镀层不容易产生毛刺。实践表明，正常工作时，每个月进行一到两次的过滤机加活性炭的杂质吸附处理，可使溶液大处理得周期维持在一年以上。

4.5使用成本低，节镍省镍

F-2镍铁合金工艺添加剂补充量：稳定剂30-40ml/1000A.H ，光亮剂100-200ml/1000A.H 柔软剂 100-200ml/1000A.H。添加剂消耗量与快出光镀镍工艺基本类似。镀液中镍离子浓度低于镀镍溶液浓度，镍的带出损耗少；采用泵喷射搅拌，镀液散热慢，节省了蒸汽；在工艺范围内的镀层铁含量一般为15-25%，可以节镍15-25%，经济效益可观。

5、结语

F-2镍铁添加剂体系材料选用上不同以往镍铁合金添加剂体系，它具有出光速度快、整平性好，光亮范围宽等特点，在实际应用中已有10余年。实践证明, F-2快出光镍铁合金电镀工艺无论使用成本、稳定性、镀层性能都优于快速出光直上镍工艺。符合国家节能节材生产要求。该工艺，不但提高了产品质量,同时降低了生产成本。

[ 参考文献]

1．陈秉彝、姚士冰、杨方祖等，Jx-1型镍铁电镀光亮剂的研制及性能测试， 电镀与环保，1989年，第9卷第6 期， P1-4

2．郑婵卿、覃百花、李荆等，高整平全光亮镍铁合金电镀的研究，广州化工，1999年，第27卷第3期，P44-46

3. 袁诗璞，几种多层电镀工艺的讨论，电镀与涂饰 ，2013年，第32卷第6 期，P13-15