化學鍍鎳的歷史與電鍍相比,比較短暫,在國外其真正應用到工業(yè)僅僅是70年代末80年代初的事。 1844年,A.Wurtz發(fā)現(xiàn)金屬鎳可以從金屬鎳鹽的水溶液中被次磷酸鹽還原而沉積出來。化學鍍鎳技術的真正發(fā)現(xiàn)并使它應用至今是在1944年,美國國家標準局的A.Brenner和G.Riddell的發(fā)現(xiàn),弄清楚了形成涂層的催化特性,發(fā)現(xiàn)了沉積非粉末狀鎳的方法,使化學鍍鎳技術工業(yè)應用有了可能性。但那時的化學鍍鎳溶液極不穩(wěn)定,因此嚴格意義上講沒有實際價值?;瘜W鍍鎳工藝的應用比實驗室研究成果晚了近十年。第二次世界大戰(zhàn)以后,美國通用運輸公司對這種工藝發(fā)生了興趣,他們想在運輸燒堿筒的內表面鍍鎳,而普通的電鍍方法無法實現(xiàn),五年后他們研究了發(fā)展了化學鍍鎳磷合金的技術、公布了許多專利。1955年造成了他們的條試驗生產線,并制成了商業(yè)性有用的化學鍍鎳溶液,這種化學鍍鎳溶液的商業(yè)名稱為“Kanigen”。在國外,特別是美國、日本、德國化學鍍鎳已經(jīng)成為十分成熟的高新技術,在各個工業(yè)部門得到了廣泛的應用。
機理特點
⑴機理
化學鍍鎳是用還原劑把溶液中的鎳離子還原沉積在具有催化活性的表面上。化學鍍鎳可以選用多種還原劑,目前工業(yè)上應用普遍的是以次磷酸鈉為還原劑的化學鍍鎳工藝,其反應機理,普遍被接受的是“原子氫理論”和“氫化物理論”。
1)原子氫理論
原子氫理論認為,溶液中的Ni2+靠還原劑次磷酸鈉(NaH2P02)放出的原子態(tài)活性氫還原為金屬鎳,而不是H2PO2-與Ni2+直接作用。
首先是在加熱條件下,次磷酸鈉在催化表面上水解釋放出原子氫,或由H 2PO2-催化脫氫產生原子氫,即
然后,吸附在活性金屬表面上的H原子還原Ni2+為金屬Ni沉積于鍍件表面.同時次磷酸根被原子氫還原出磷,或發(fā)生自身氧化還原反應沉積出磷,H2的析出既可以是由H2POf水解產生,也可以是由原子態(tài)的氫結合而成。
化學鍍包括鍍鎳、鍍銅、鍍金、鍍錫等很多鍍種,但應用范圍廣的還是化學鍍鎳。與電鍍鎳層相比,化學鍍鎳層的性能有如下諸多優(yōu)點:
⑴利用次磷酸鈉作為還原劑的化學鍍鎳過程得到的是Ni-P合金,控制鍍層中的磷含量可以得到Ni-P非晶態(tài)結構鍍層。鍍層致密、孔隙率低、耐腐蝕性能均優(yōu)于電鍍鎳。
⑵化學鍍鎳層的鍍態(tài)硬度為450~600HV,經(jīng)過合理的熱處理后,可以達到1000-1100HV,在某些情況下,甚至可以代替硬鉻使用。
⑶根據(jù)鍍層中的含磷量,可以控制鍍層為磁性或非磁性。
⑷鍍層的磨擦系數(shù)低,可以達到無油潤滑的狀態(tài),潤滑性與抗金屬磨損性方面也優(yōu)于電鍍。
⑸低磷鍍層具有良好的可焊性。
應用化學鍍鎳為量大面廣的是閥門制造業(yè)。鋼鐵制造的球閥、閘閥、旋閥、止逆閥和蝶閥等等,經(jīng)高磷化學鍍鎳25~75um,可提高耐腐蝕性和使用壽命?;び帽没瘜W鍍鎳的效果也同樣顯著。在苛性堿腐蝕條件下工作的閥門,應采用鍍層含磷量1%~2%的低磷化學鍍鎳。因為在苛性堿腐蝕條件下,低磷化學鍍鎳層的年腐蝕速率約為2.5um,優(yōu)于中磷或高磷化學鍍鎳層?;瘜W鍍鎳層在強氧化性酸,如濃硝酸、濃硫酸等介質中不耐蝕。盡管在鹽酸中的腐蝕速率低于奧氏體不銹鋼,耐蝕性仍然是不夠的。因此,對于上述強酸介質,或者可能水解生成上述強酸的介質中,不適于使用化學鍍鎳層。碳鋼緊固件鍍上25~50um厚的高磷化學鍍鎳層,代替不銹鋼緊固件,既克服了奧氏體不銹鋼的應力腐蝕開裂問題,又節(jié)省了大量費用。生產低密度聚乙烯的壓力容器內壁25um,以防止鐵污染和因此所造成的聚乙烯變色。如果采用不銹鋼建造,其價格大約是化學鍍方法的兩倍。