（广州桃李表面处理技术有限公司，广东广州）
摘要：开发了一种镍铁合金滚镀新工艺，提出了防止镍铁合金电镀中亚铁离子氧化为三价铁离子的几项措施，分别介绍了该工艺的特点、工艺规范、镀液配制、添加剂的作用及控制、生产维护（包括二价铁离子的稳定化、镀层中铁含量的控制、镀液pH值和温度的控制等）。该工艺克服了滚轮旋转时将空气带入镀液中使二价铁离子氧化的问题，不仅节省了昂贵的金属镍，还具有镀液稳定、维护方便、镀层洁白亮丽、结合强度好等优点。
关键词：滚镀；镍铁合金；亚铁离子；氧化；生产维护
中图分类号：TQ153.2；TG178文献识别码；B
文章编号：1004-227X(2006)12-0023-03
1 简介
近来金属材料价格暴涨，特别是镍价，电镀行业采取各种措施节镍、代镍，以缓解镍价高涨的压力。20世纪80年代，我国电镀行业成功推广了镍铁合金电镀工艺。镍铁合金无论在耐蚀性还是装饰性上都非常优良，而且可以节省镍10%~40%，镀液稳定，维护难度不大。非常遗憾的是，至今为止，这样一种成功的工艺并没有得到广泛的应用，没有引起电镀行业的足够重视，没有得到广泛的应用。
镍铁合金电镀液中存在易氧化的二价铁离子，易被双氧水、高锰酸钾、六价铬及空气氧化成三价铁离子。三价铁离子易转化为氢氧化铁，混入镀层中产生毛刺。这从Fe-H20、p-pH图上可以看出，当pH=3时，Fe3+会生成氢氧化铁沉淀，而Fez+要等到pH=7时才会生成氢氧化亚铁沉淀。因此，电镀镍铁合金时，只采用阴极移动，不加空气搅拌。镍铁合金电镀主要采用挂镀。这是因为滚镀时，特别是采用半浸式转鼓时，转鼓的转动会将空气带入镀液中，将二价铁离子氧化成三价铁离子，使镀液难以维持。 因此到目前为止，关于镍铁合金滚镀工艺的报道很少。
本文提出了一种滚镀镍铁合金的新工艺，该工艺克服了滚轮旋转时将空气带入镀液中使二价铁离子氧化的问题，不仅节省了昂贵的金属镍，而且镀液稳定，维护方便，值得推广。
2 防止亚铁离子氧化为三价铁离子的措施
可以采取以下措施来防止亚铁离子氧化为三价铁离子：
（1）防止氧化剂进入镀液中把亚铁离子氧化成三价铁离子。生产时避免使用空气搅拌，不要用双氧水或高锰酸钾处理镀液，避免在挂具上使用铬。
（2）加入亚铁离子的螯合剂，降低镀液中游离亚铁离子的浓度，使亚铁离子的氧化电位向正方向移动，使氧化反应不易发生。可作为亚铁离子螯合剂的物质有柠檬酸钠、葡萄糖酸钠等。
（3）加入适当的还原剂。一方面它会优先与镀液中可能存在的微量氧化剂发生反应，降低亚铁离子被氧化的概率；另一方面，即使有微量的三价铁离子生成，也能被加入的还原剂立即还原。可用作还原剂的物质有抗坏血酸、儿茶酚等。
（4）加入铁离子的络合剂，降低镀液中游离铁离子的浓度，尽量避免在低pH值下铁离子析出，造成镀层产生毛刺。可作为铁离子络合剂的物质有EDTA、水杨酸、乳酸、草酸等。
3.镍铁合金滚镀工艺特点
在对镍铁合金电镀特性研究的基础上，对亚铁离子、三价铁络合剂及各种还原剂进行了大量的筛选和组合，得到了两种性能优异的稳定剂：镍铁C剂和镍铁D剂。这两种稳定剂都是由亚铁离子、三价铁络合剂和还原剂组成。镍铁A剂和镍铁B剂则是由各种镀镍中间体组成，如镍铁A剂由PME、PAP、BMP、DEP等二次光亮剂组成，镍铁B剂则由糖精、BBI、ALS等一次光亮剂组成。本工艺特点如下：
（1）本工艺为镍铁合金滚镀工艺，常规镍铁合金电镀工艺一般不用于滚镀，因为在滚镀条件下难以防止亚铁离子的氧化，本工艺生产应用表明，长期生产镀液中铁离子对镀层有
（2）镍铁合金滚镀工艺节省镍10%～30%，且浓度较低，镀液损耗少，在不降低防护性能的情况下降低了生产成本。
（3）与纯镍镀层相比，镀层洁白光亮，结合强度好，定位性好，韧性好。
（4）镀液稳定，操作维护方便。
4. 方法和操作条件
过滤 连续过滤
阳极（镍和纯铁或低碳钢）SA:SK=2:1S(Ni):S(Fe)=15-18:1
5. 电镀溶液的制备
（1）按镀镍溶液的配制方法溶解硫酸镍、氯化镍、硼酸。
（2）加入2mL双氧水（30%），搅拌1小时，升液温至65～70℃，保温2小时，除去残留的双氧水。加入2L活性炭，搅拌1小时，静置4小时以上，过滤。
（3）称量所需量的镍铁C剂，加入到处理好的镀液中，搅拌，再称量所需量的镍铁D剂，加入到镀液中，搅拌。
（4）调节镀液pH值为3.50
（5）称取计算量的试剂级硫酸亚铁，溶解于镀液中并加入槽中。
（6）按配方加入其它添加剂，过滤后搅拌1小时，使添加剂分散均匀，小电流电解后试镀。
6.添加剂的作用及控制
（1）镍铁A剂：起光亮、整平作用。使用量过多，在低电流密度区易产生漏镀，在高电流密度区易产生针孔、麻点。应在搅拌下少量多次加入，用量为200～250mL/(kA·h)。
（2）镍铁B剂：与A剂配合使用，使镀层表面光亮，提高低电流密度区的覆盖性和整平性，耗电量为200mU·（kA·h）
（3）镍铁润湿剂：消除镀层针孔，消耗量为20～40mL/(kA·h)。
（4）镍铁C剂：起稳定镀液作用。含量过高时，镀层光亮度、均匀度降低。用量15-20mL/(kA·h)o
（5）镍铁D剂：起稳定镀液作用。含量过高时，镀层光亮度、平整度会降低。消耗量25-30 mL/(kA·h)o
7. 生产维护
7.1 二价铁离子的稳定化
镍铁合金滚镀生产中，亚铁离子的稳定是一个难点，此工艺采用高性能的稳定剂来防止亚铁离子的氧化。除采用高性能的亚铁稳定剂、镀液中保持一定的稳定剂含量外，还要避免在镀液中加入双氧水等氧化剂，尽量采用全浸式滚镀。
7.2 镀层中 Fe 含量 A 的控制
温度、电流密度、pH值对镀层铁含量影响不大，镀液中镍铁离子配比、搅拌形式等对镀层铁含量有显著影响。
（1）镀液中镍、铁离子含量比显著影响合金成分。当p（Ni）：p（Fe）=25-35时，在滚镀条件下镀层中铁含量可达35%-55%。当p（Ni）：p（Fe）=40-时，镀层中铁含量可达10%-30%。本工艺控制镍离子含量在45-55g/L，铁离子含量在1-1.5g/L，镀层中铁含量为10%-30%。要经常分析镀液中各组分含量，注意调整铁阳极数量，停产时应清除铁阳极。
（2）搅拌形式对合金成分有显著影响。在同样的条件下，挂镀时采用空气搅拌所获得的镀层铁含量比阴极移动所获得的镀层铁含量高得多，而滚镀所获得的镀层铁含量则更高。因此，滚镀时镀液中的铁离子含量应较低。
7.3 镀液pH值和温度的控制
滚镀镍铁的特点是pH值上升较快，pH值高时，易生成氢氧化物混入镀层中，形成针孔、麻点，使镀层发脆；pH值低时，抑制光亮剂的发光作用，降低镀层亮度。pH值应控制在3.2～3.8之间，可用100%硫酸、5%NaOH调节pH值。温度应与电流密度相适应，较高的温度可采用较大的电流密度，这样可提高分散能力和深镀能力，提高亮度，缩短电镀时间。温度低时，电流密度也下降，在低温下，保持电流不变，容易使零件局部电流密度过大，引起烧焦，产生桶眼痕。温度最好控制在55～63℃之间。
7.4 阳极和电流密度
根据理论计算，滚筒内零件的表面积是镍阳极的10倍以上。但由于滚筒壁的屏蔽作用，零件之间相互遮挡，有效导电面积难以确定。因此，应尽可能多地挂入阳极，以填满阳极铜棒。
电流密度与金属离子浓度、温度、转速、添加剂质量、装填量等因素有关。电流密度过大，镀层会烧焦；电流密度过小，沉积速度慢，深镀能力差，亮度下降。
7.5 杂质处理方法
镍铁滚镀生产过程中杂质的来源有：镍阳极未钝、化工原料不纯、落至槽底的镀件金属溶解、清洗导电铜杆及铜座的洗涤液、外来灰尘及油污、光亮剂的分解产物等。产生的杂质有：Cu、Zn等金属离子、有机分解产物、不溶性悬浮物等。杂质可用电解、活性炭吸附、过滤等方法处理。
电解处理：电解可以去除金属杂质，并消耗多余的光亮剂。用2-4A/d扩大电流密度进行电解，可以消耗误加入的过量光亮剂。通常电解法采用0.1-0.5A/dm，电流密度较低，此时金属杂质首先析出。电解处理所用的阴极可以是平板、波纹状或网状的。如果将细丝网卷成圆柱状作为阴极，可得到较低的电流密度范围。当镀液pH值调节为2-3时，电解对去除铜和硝酸盐杂质效果最好，而镍沉积最慢，消耗较少。因此电解处理时pH值大多选择在3左右。另外电解时选择高温，杂质的电沉积效果更好。搅拌也有利于杂质的彻底去除。 低电流密度处理条件为：电流密度在0.1A/d以下，采用阴极移动或过滤器，电解时间10～24h。
活性炭吸附过滤法：对于有机杂质，须加入2-5毫升化学纯活性炭，不断搅拌1小时，静置10-12小时，过滤，除去吸附有有机物、金属沉淀物及不溶物质的活性炭。
7.6 不合格涂层的清除
电解法：用硝酸盐电解退镀，或用作者公司的电解退镀粉。化学法：用硝酸退镀。
参考：
[1]曹胜宇,孙希琪,余廷杰,等. 电镀“双层镍铁合金/微
“多孔铬”[J].电镀与环保，1981,1(2):1-13。
[2] 左正中. 以ABSB为光亮剂的抗坏血酸体系光亮电镀镍铁合金[J]. 材料保护, 1983, 16(3): 7-12。
[3] 况少林. BNF体系全光亮高整平低浓度双层镍铁合金电镀的研究[J]. 材料保护, 1987, 20(1): 8-13.
[4]梁金洲,梁国柱,谢国基,等.NT镍铁合金电镀工艺研究报告[J].电镀与涂饰,1988,7(2):1-22.
[5] 何跃林. 功能性超厚镍铁合金电镀工艺研究. 电镀与涂饰, 2002, 21(2): 1-3. [编辑: 彭元芳]
PS：阅读丰富你的心智，分享培养你的品格。员工阅读，老板享受！