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稀土在表面处理中的应用：稀土酸性化学镀镍

一.稀土酸性化学镀镍和普通酸性化学镀镍相比较的优点
酸性化学镀镍是目前最常用的化学镀镍的方法。应用稀土元素化学镀镍，其基本工艺大致相同，但是对普通化学镀镍的工艺性能和镀层性能得到了改善和优化。能明显提高化学镀镍液的稳定性和增加循环周期延长镀液使用寿命；能提高镀层的硬度和耐磨性能。而这些特点正是目前化学镀镍必须迫切改善和提高的重要研究课题。
二.稀土酸性化学镀镍的工艺规程和性能
现设定稀土酸性化学镀镍的工艺规程和所得镀层为A，普通酸性化学镀镍的工艺规程和所得镀层为B，见下表所列：

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三.镀液成分和工艺条件及性能的测定
1.硫酸镍：为镀液的主要成分，镍离子的主要来源。配槽量一般为20～30g/l，镍盐过高，镀速过快而失控，导致镀液自分解，稳定性下降；当沉积速度下降时，要补充镍盐，补加量必须根据具体情况和次磷酸钠按一定比例补加。
2.次磷酸钠：作为还原剂，是镍磷合金镀层中磷离子的来源。其优点是价格较低，容易控制，所得镀层为镍磷合金镀层，抗蚀性能好。配槽量一般为20～25g/l。
次磷酸钠的补加量必须和补加镍盐的量保持相对合理和稳定的比值，其离子数量的比值为Ni2+:H2PO2-=1～1.5g/l:4～6g/l为宜，即硫酸镍：次磷酸钠=1：3.8～4。因为次磷酸钠有效用于沉积镍、磷镀层的量为总量的30%左右，而大部分则被其他副反应而消耗。
醋酸钠：缓冲剂，能稳定镀液的PH值。PH值的变化直接影响化学镀镍的进行，PH值增大时，沉积速度过
3.快，沉积层含磷量降低，次磷酸钠还原剂的利用率降低，必须及时用稀硫酸调低pH值，否则镀液会很快分解而失效。pH值降低时，沉积速度减慢，当pH＜3时，沉积反应将停止，必须加碳酸钠、碳酸钾、氨水调高pH值。稀土酸性化学镀镍液的pH值可以在4.5～5，有0.5的波动范围，而不加稀土的镀液最好稳定在5左右。
4.柠檬酸钠：配位体（螯合剂）。在化学镀镍液中，配位体能络合镍离子，避免产生沉淀，控制可供反应的游离镍离子的数量，抑制亚磷酸镍的沉淀，镀液在使用过程中，配位体因带出而损失，当使用几个循环周期后，加热镀液时出现混浊现象，表明配位体含量已不足，需要及时补加，以免镀液自发分解。配位体还直接影响镀层的磷含量而影响镀层的耐蚀性能。
5..温度：镀液的温度直接影响酸性化学镀镍的沉积速度。pH=4～5范围内工作温度如低于70℃，反应基本停止，一般保持在90±2℃，在含有稀土添加剂的镀液中，温度在90±5℃，温度波动范围允许大些，这也是稀土化学镀镍的优点之一。6.稀土添加剂：由稀土元素和相应的激活剂，促进剂等组成。它的作用和不加稀土的镀镍液相比有四大明显的特点。
其一，提高稳定性:采用氯化钯溶液稳定性试验测得A镀液为56S,B镀液为40S,含稀土的镀液其稳定性明显优于普通化学镀液的稳定性。
其二，提高使用周期:定期过滤并连续循环施镀，统一载荷量1d㎡/l，起始施镀温度为85℃，后温度提高至90℃，A镀液可以连续施镀12个周期，B镀液只能施镀8个周期。这说明稀土镀镍液使用寿命长，相应化学镀的成本降低。
其三，提高镀层的硬度：采用HMF-3显微硬度计测得A镀层的硬度为630HV,B镀层的硬度为420HV（都是未经热处理的镀层），所以加稀土的镀层硬度与不加稀土的镀层硬度相比，硬度大大提高。
其四，提高耐磨性：耐磨性能的好坏，对化学镀镍层的质量影响较大，在MM-200型磨损机上进行镀层磨损试验，A镀层的磨损率为0.019mg/min,B镀层的磨损率为0.032mg/min,稀土化学镀镍层的耐磨性比不加稀土的化学镀镍层的耐磨性能提高了一倍多。
稀土添加剂的使用量为0.8～1g/l,必须分二次加入镀液中，前期配槽时加总量的60%，中途加总量的40%，镀液空载时均匀加入为宜。稀土不必过多加入，加多了不但浪费材料，反而影响使用效果。
四.稀土化学镀镍的机理
稀土离子和还原剂之间不可能发生电化学的氧化-还原反应，但是镍离子被还原时需要次亚磷酸根所提供的电子，镀液中只要有能提高空轨道，运送自由电子的化合物，就可以大大提高氧化-还原反应的速度和创造反应的有利条件，稀土元素的特性具备这种功能。同时稀土元素有极强的内吸附能力，它能使镍核还原和生成加快，并与同时吸附在金属表面的H2PO2-相互作用加速H2PO2-中的P-H键的断裂，加速了镍的沉淀和氢的析出，这对整个化学镀镍的过程起到了促进和优化的作用
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