張青芳*，雷同鑫

（1.長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室，湖南 長(zhǎng)沙 410219；2.湖南納菲爾新材料科技股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410200）

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堿性鎳鎢合金電鍍液的維護(hù)及再生

張青芳1，*，雷同鑫2

（1.長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室，湖南 長(zhǎng)沙 410219；2.湖南納菲爾新材料科技股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410200）

簡(jiǎn)述了堿性鎳鎢合金電鍍的工藝流程，制定了電鍍液維護(hù)的方案，包括定時(shí)定量補(bǔ)加、定期測(cè)試和故障處理，提出鍍液再生循環(huán)使用的方案。

鎳鎢合金；電鍍；維護(hù)；再生

First-author's address: Department of Chemistry， Changsha Medical University， Changsha 410219， China

鎢是難沉積的金屬，不能單獨(dú)從鎢鹽的水溶液中沉積出純鎢，但它可以通過誘導(dǎo)共析與鐵系元素（如鐵、鈷、鎳）形成外觀、性能較好的二元及三元合金［1］。我國(guó)對(duì)鎢合金電鍍的研究始于上世紀(jì)80年代，已從實(shí)驗(yàn)室研究轉(zhuǎn)向工業(yè)化，現(xiàn)有鐵鎳、鐵鎳鎢、酸性鎳鎢、堿性鎳鎢等鍍種。由于需使用稀有金屬鎢，增加了生產(chǎn)成本，但電鍍液不含六價(jià)鉻等RoHS指令禁止的元素，沒有國(guó)家一類控制污染物的排放，鍍后清洗水可循環(huán)使用，廢水處理簡(jiǎn)單，因此該工藝為清潔生產(chǎn)工藝，鎢合金電鍍也獲得了2011年國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，被列入國(guó)家“十二五”規(guī)劃［2-3］。

鎳鎢合金鍍層具有較高的硬度，耐腐蝕和力學(xué)性能良好［4-5］。堿性鎳鎢合金是鎢合金電鍍中較為重要的鍍種之一，逐漸獲得了工程機(jī)械、石油開采行業(yè)的注目，已經(jīng)應(yīng)用于多種工件的電鍍［5-7］，已有較為先進(jìn)的生產(chǎn)線，各種工件的掛具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝流程基本成熟。目前堿性鎳鎢電鍍的電流密度、pH、熱處理溫度等工藝參數(shù)已有研究［8-10］，鍍液的維護(hù)和再生利用是電鍍生產(chǎn)中需要解決的重要問題。

1　生產(chǎn)工藝流程

一般內(nèi)孔和內(nèi)壁電鍍中首先要求防腐蝕性能，而酸性鎳鎢磷受工藝限制，堿性鎳鎢就成為首選，如油管、油缸、粘扣管等內(nèi)外壁電鍍生產(chǎn)線最初都是自主設(shè)計(jì)為主的臥式手工生產(chǎn)線，最大的技術(shù)難點(diǎn)是陽極居中和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流夾具的問題［11］，而抽油桿、鉆桿、接箍等石油開采工件和機(jī)械工程設(shè)備電鍍用掛具和電鍍槽設(shè)計(jì)也經(jīng)歷了多年的摸索和積累，早在2005年就已建成了具有一定規(guī)模的不同工件專用的半自動(dòng)生產(chǎn)線。堿性鎳鎢電鍍的工藝流程主要是：金屬清洗劑清洗→電解活化→電鍍→熱處理。

1. 1 金屬清洗劑清洗

在電鍍前，工件表面都涂有防銹油，需用弱堿性、無磷的水基金屬清洗劑（東莞市皓泉化工有限公司）清洗后用水清洗，入活化槽。

1. 2 活化

為提高鍍層與基底的結(jié)合力，在電鍍前需要進(jìn)行陽極活化，將工件置于裝有2.5% ～ 5.0%硝酸鈉溶液的前處理槽中，以電流密度5 ～ 10 A/dm2通電5 ～ 10 min，清洗后轉(zhuǎn)入電鍍槽。

1. 3 電鍍

鎳鎢電鍍液含鎳鹽15 ～ 50 g/L、鎢鹽15 ～ 50 g/L、配位劑20 ～ 200 g/L，用氨水調(diào)節(jié)pH至6 ～ 9，溫度50 ～80 °C，電流密度4 ～ 20 A/dm2，根據(jù)工件所需鍍層厚度和鍍速（如電流密度10 A/dm2時(shí)鍍速約為20 μm/h）計(jì)算電鍍時(shí)間。

1. 4 熱處理和拋光

需要高硬度的工件要進(jìn)行鍍后熱處理，依據(jù)工件材質(zhì)來設(shè)置熱處理溫度和時(shí)間，一般為200 ～ 600 °C、2 ～3 h。例如，35CrMo抽油桿一般采用500 °C熱處理2 h，出爐后直接在空氣中冷卻。對(duì)光亮度有要求的工件（如光桿等）在熱處理后還要進(jìn)行拋光，常用的是機(jī)械拋光，采用加液蠟的麻纖維拋光輪在數(shù)控拋光機(jī)上進(jìn)行粗拋和細(xì)拋。

2　鍍液的維護(hù)

首先，生產(chǎn)線人員須按照工藝進(jìn)行操作，嚴(yán)格控制補(bǔ)加量，盡量使各組分保持在合理范圍，不同的工件電鍍所消耗鍍液組分的量不一樣，按具體的工藝程序執(zhí)行，根據(jù)電流（kA）與時(shí)間（h）的乘積來計(jì)算補(bǔ)加量。一般情況下，鎳鹽0.8 ～ 0.9 kg/（kA·h），鎢鹽及添加劑（包括配位劑、光亮劑等）0.7 ～ 0.8 L/（kA·h），氨水1.0 ～ 1.2 L/（kA·h）。

其次，技術(shù)人員也要參與鍍液維護(hù)，主要工作包括日常維護(hù)和故障處理。定期取生產(chǎn)線上的鍍液進(jìn)行組分測(cè)試，主要包括鎳鹽、鎢鹽、配位劑等，及時(shí)按照測(cè)試結(jié)果調(diào)整鍍液組分至合理范圍。另外，跟生產(chǎn)線的技術(shù)人員要指導(dǎo)并監(jiān)督工人的操作，一旦出現(xiàn)故障，及時(shí)處理，保證生產(chǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了工件出現(xiàn)異常的主要原因及處理方案，見表1。

表1 堿性鎳鎢電鍍常見故障的產(chǎn)生原因及解決方法Table 1 Causes and remedies for common problems in alkaline nickel-tungsten alloy electroplating

3　鍍液的再生利用

大量實(shí)驗(yàn)室研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，銨根離子的含量對(duì)堿性鎳鎢鍍層的影響很大，含量過少會(huì)降低鍍速，影響高區(qū)上鍍，過多又會(huì)使低區(qū)發(fā)灰。

鍍液中的銨根離子檢驗(yàn)方法參考GB/T 7478-1987《水質(zhì) 銨的測(cè)定 蒸餾和滴定法》：取少量鍍液蒸餾，用硼酸吸收蒸餾出的氨，再稀釋至原鍍液體積的100 ～ 500倍，以甲基紅-亞甲藍(lán)作為指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定。若測(cè)試含量大于80 g/L，需將鍍液轉(zhuǎn)移，進(jìn)行再生處理，否則生產(chǎn)合格率會(huì)降低。

燒杯小試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，新配制的堿性鎳鎢鍍液使用500 A·h/L左右后，鍍層性能下降，需要進(jìn)行處理。電鍍過程中硫酸根離子、鈉離子、銨根離子都大量累積，添加劑和配位劑分解產(chǎn)生的一些有機(jī)小分子對(duì)鎳、鎢的上鍍產(chǎn)生影響，導(dǎo)致鍍層質(zhì)量下降，試片表面會(huì)出現(xiàn)高區(qū)燒焦，低區(qū)不上鍍，部分區(qū)域有起皮和針孔現(xiàn)象。生產(chǎn)線上由于鍍液補(bǔ)加不合規(guī)范、鍍液污染等原因，新配制的鍍液在生產(chǎn)線上使用約300 A·h/L后需停用，進(jìn)行轉(zhuǎn)移和再生處理。

鍍液再生主要分為3步：第1步──向鍍液中加氫氧化鈉，調(diào)至強(qiáng)堿性，加熱攪拌，釋放氨氣，降低鍍液中銨根離子的含量；第2步──加入活性炭，繼續(xù)加熱攪拌，過濾，去除有機(jī)雜質(zhì)；第3步──用稀硫酸調(diào)節(jié)至中性，冷凍，過濾，去除硫酸鈉。對(duì)處理后的鍍液組分進(jìn)行測(cè)試，包括稀釋后按GB/T 223.23-2008《鋼鐵及合金 鎳含量的測(cè)定 丁二酮肟分光光度法》測(cè)定鎳和按文獻(xiàn)［12］中的方法測(cè)定鎢，依據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)節(jié)濃度至合適范圍，再進(jìn)行赫爾槽試驗(yàn)，檢查光亮度和深鍍能力，并通過電鍍?cè)嚻瑱z查鍍層表觀及性能，合格之后方可投入生產(chǎn)線使用。

4　結(jié)語

堿性鎳鎢鍍層性能良好，但相對(duì)于鎳、鉻等單金屬電鍍而言，鍍液成分較為復(fù)雜，含有鎳鹽、鎢鹽、配位劑、光亮劑等添加劑，鍍液在使用過程中需做好維護(hù)以保證質(zhì)量。鍍液可經(jīng)過多次再生重復(fù)利用，從而節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。目前，鎢合金電鍍?cè)谥鸩酵茝V使用自動(dòng)補(bǔ)加系統(tǒng)，電鍍工藝和生產(chǎn)條件得到不斷完善，鍍液維護(hù)更有序而規(guī)范，因此鎢合金電鍍將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

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［ 編輯：溫靖邦 ］

Maintenance and regeneration of alkaline nickel-tungsten alloy electroplating bath

ZHANG Qing-fang*， LEI Tong-xin

The process flow of alkaline nickel-tungsten alloy electroplating was introduced. The maintenance of electroplating bath was established， including regular addition of a certain amount of individual component， periodical testing and troubleshooting. The method for regeneration and reuse of electroplating bath was presented.

nickel-tungsten alloy； electroplating； maintenance； regeneration

TQ153.2

B

1004 - 227X （2016） 16 - 0863 - 03

2016-05-16

2016-07-19

張青芳（1985-），女，湖南岳陽人，碩士，講師，2009年畢業(yè)于湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院分析化學(xué)專業(yè)，畢業(yè)后在湖南納菲爾新材料股份有限公司（原英才科技）技術(shù)部工作，在鎢合金電鍍技術(shù)改進(jìn)方面有一定成績(jī)。現(xiàn)任職于長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室，主要研究方向?yàn)殡娀瘜W(xué)。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） 187364593@qq.com。