郭遠(yuǎn)凱,賴?yán)?張豐如,唐春保
(嘉應(yīng)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院,廣東 梅州 514015)
Pb-Sn-Cu三元合金塑性較高,能產(chǎn)生順應(yīng)性變性,可作為良好的減摩性材料應(yīng)用于汽車的軸瓦上.傳統(tǒng)的電鍍Pb-Sn-Cu三元合金工藝獲得的鍍層晶粒粗大,鍍層厚度不一致,鍍層的錫原子易向基體擴(kuò)散,鍍液廢水較難處理等缺點(diǎn).因此,各種新型、環(huán)保的電鍍體系的研究開發(fā)尤其重要,目前研究應(yīng)用最多的是甲基磺酸鹽體系[1].甲基磺酸鹽電鍍Pb-Sn-Cu合金工藝保持了傳統(tǒng)氟硼酸鹽電鍍體系鍍液成分簡單、可方便調(diào)整控制鍍層成分等優(yōu)點(diǎn).同時,由于甲基磺酸沒有毒性,克服了氟硼酸鹽電鍍體系污染環(huán)境的缺點(diǎn).本課題組采用甲基磺酸鹽配制Pb-Sn-Cu合金鍍液,測定鍍液的電導(dǎo)率、陰極電流效率和極化曲線等鍍液參數(shù),同時測試了該鍍液的分散能力、深鍍能力以及鍍液的穩(wěn)定性,為采用甲基磺酸電鍍Pb-Sn-Cu三元合金的實(shí)際生產(chǎn)提供技術(shù)參考.
除油─超聲波清洗─水洗─電鍍鉛錫銅合金─水洗─干燥─檢驗(yàn).
采用最優(yōu)的鍍液配方和工藝條件:Pb2+100 g/L,Sn2+10 g/L,Cu2+3 g/L,CH3SO3H 140 g/L,Jk 3 A/dm2,θ25°C,陽極 Sn10Pb,45 min.
鍍液導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱直接影響電鍍液的性能.具有良好導(dǎo)電性的鍍液,可以降低能源消耗,便于控制鍍液溫度,提高電流效率、提高鍍液的覆蓋能力和分散能力.鍍液導(dǎo)電性的高低取決于鍍液的組成、濃度及溫度等因素.經(jīng)測定,鍍液電導(dǎo)率為0.89×105μs·cm-1.
表1游離甲基磺酸對電導(dǎo)率的影響
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),鍍液在鉛、錫、銅三種成分不變的情況下,鍍液的電導(dǎo)率隨著游離甲基磺酸濃度的增加而增大(圖1).因此,增大甲基磺酸的濃度,既有利于提高鍍液的電導(dǎo)率,降低槽端電壓;也有利于防止水解現(xiàn)象的發(fā)生.但是,因同離子效應(yīng)的影響,游離甲基磺酸濃度提高會降低主鹽的溶解度.因此,要增大Pb-Sn-Cu三元合金鍍液的導(dǎo)電性,降低能源消耗,提高能源利用率,實(shí)際應(yīng)用中游離甲基磺酸的濃度可控制在140~150 g/L左右.
圖1甲基磺酸濃度對電導(dǎo)率的影響
在電鍍生產(chǎn)中,在相同的電流密度下,沉積相同厚度的鍍層,陰極電流效率高,則所用的電鍍時間短,提高工作效率.陰極電流效率高的鍍液,在電鍍過程中陰極析出的氫氣少,一方面可以減少析出的氫原子向鍍層和基體內(nèi)部滲透而引起的鍍層和基體的氫脆性;另一方面可以減少氣霧帶出的鍍液損失以及對環(huán)境造成的污染.
將鍍液槽中的陰極試片a和銅庫侖計的陰極試片b洗凈、烘干并準(zhǔn)確稱量.按鍍液工藝要求通電一段時間后,取出試片a和b,洗凈、烘干再準(zhǔn)確稱量,計算陰極電流效率.
實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知:隨著電流密度的增大,電流效率逐漸降低,最低電流效率可達(dá)86.48%.
本試驗(yàn)采用LK98BⅡ微機(jī)電化學(xué)分析系統(tǒng)完成.在基礎(chǔ)鍍液中,加入不同濃度及組成的添加劑,測定不同配方鍍液的極化曲線,結(jié)果見圖2.
圖2 不同添加劑對極化曲線的影響
(1)基礎(chǔ)鍍液+對苯二酚3g/L
(2)基礎(chǔ)鍍液+蛋白胨(3g/L)+對苯二酚(3g/L)
(3)基礎(chǔ)鍍液+蛋白胨(3g/L)+明膠(2g/L)+間苯二酚(5g/L)
從曲線abc可以看出,它們的共同特征是電流密度開始增加時,陰極極化顯著增大,電勢負(fù)移;在同一電流密度下,電極電位是a>b>c,說明c陰極極化最大,其次是b,a陰極極化最小.顯然,在鍍液中加入蛋白胨后,可以使陰極極化增大;而在鍍液中同時加入蛋白胨和明膠后,可以使陰極極化變的更大.由于提高陰極極化,可以改善鍍液的分散能力,因此在工藝上可以適當(dāng)在鍍液里加入添加劑-蛋白胨和明膠.
本試驗(yàn)采用霍爾槽法來測定Pb-Sn-Cu三元合金鍍液的分散能力.根據(jù)表2所示鍍液配方測定不同鍍液的分散能力,結(jié)果見表3.
表2 Pb-Sn-Cu三元合金鍍液試驗(yàn)配方(單位:g/L)
表3 不同配方鍍液的分散能力
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在鍍液配方相同的情況下,鍍液的分散能力隨著電流強(qiáng)度的增大而增大;在電流強(qiáng)度相同的情況下,加了添加劑的鍍液的分散能力較沒加添加劑的鍍液要好,說明添加劑可以改善鍍液性能.
本試驗(yàn)采用管形內(nèi)孔法測定鍍液的深鍍能力,取一根孔徑為5mm、長度為50mm的紫銅管,放置于試驗(yàn)槽中,管口正對陽極.通電電鍍一定時間后,取出清洗干凈并干燥后,沿中軸線剖開,測量鍍層鍍進(jìn)管內(nèi)的深度為50mm,說明試驗(yàn)鍍液的深鍍能力達(dá)100%.
把基礎(chǔ)鍍液和分別添加了少量穩(wěn)定劑的鍍液放置于空氣中自然氧化,觀察鍍液產(chǎn)生沉淀及變渾濁所經(jīng)歷的時間.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4.[3]
表4添加劑對鍍液穩(wěn)定性的影響g/L
添加劑時間/d12345W對苯二酚3436363534.5間苯二酚2525262624抗壞血酸910111822苯酚1214161716無穩(wěn)定劑1d后就出現(xiàn)沉淀,4~5d就完全渾濁
實(shí)驗(yàn)表明,鍍液在沒有添加劑存在的情況下穩(wěn)定性較差,可以添加合適的添加劑增加鍍液的穩(wěn)定性.在有添加劑的情況下,鍍液保持澄清的時間最長可以達(dá)到一個月左右.
(1)鍍液的電導(dǎo)率隨著游離甲基磺酸濃度的增加而增大,實(shí)際應(yīng)用中游離甲基磺酸的濃度可控制在140~150 g/L左右.
(2)隨著電流密度的增大,電流效率逐漸降低,最低電流效率可達(dá)86.48%.
(3)在鍍液中加入蛋白胨后,可以使陰極極化增大;而在鍍液中同時加入蛋白胨和明膠后,可以使陰極極化變的更大.由于提高陰極極化,可以改善鍍液的分散能力.
(4)添加合適的添加劑可以增加鍍液的穩(wěn)定性.在有合適濃度添加劑存在的情況下,鍍液保持澄清的時間最長可以達(dá)到一個月左右.
[1] 王愛榮,荊瑞俊,亓新華,等.甲磺酸鹽光亮鍍錫鉛合金工藝研究[J].表面技術(shù),2003,32(3):55-56.
[2] 郭遠(yuǎn)凱,張豐如,曾育才,等.甲基磺酸鹽體系電鍍鉛-錫-銅合金工藝[J].電鍍與涂飾,2013(7):1-4.
[3] 郭遠(yuǎn)凱,唐春保.甲基磺酸鹽電鍍Pb-Sn-Cu穩(wěn)定劑的研究[J].嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué),2013(5):47-49.