鍍鎳層(包括電鍍鎳和化學鍍鎳)表面出現針孔是鍍鎳中最常見的故障之一,對於鍍鎳層來說,有針孔就不能有效的防護基體材料,環境中的水分子或其他腐蝕介質就會通過鍍層針孔發生腐蝕。針孔大多是鍍鎳過程中氣體(氫氣)在鍍件表面上停留造成的。針孔既屬於麻點,但又不同於麻點,它像流星一樣,往往帶有向上的"尾巴",而麻點僅僅是鍍層上微小的凹坑,一般沒有向上的"尾巴",針孔有深有淺,有人把針孔分為三種類型:①基體缺陷型(非圓形凹孔),與基體材料表面缺陷狀態有關;②氫氣析出型(蝌蚪式針孔),是零件表面析氫痕跡造成的;③氫氣停留型(針孔較大,像無柄的梨),是陰極析出氫氣停留造成的,一般是鍍鎳液中表面活性劑太少的原因。
造成鍍鎳層表面針孔原因主要有:零件鍍前處理不良,鍍液中有油或有機雜質過多,鍍液中含有固體微粒,鍍液中沒有加防針孔劑或防針孔劑太少,鍍液中鐵等雜質過多,鍍液的pH值太高或陰極電流密度過大,鍍液中硼酸含量太少和鍍液溫度太低等。這些因素都有可能導致鍍鎳層表面產生針孔缺陷。
由於不同原因引起的針孔現象略有不同,所以在分析故障時,首先要觀察故障現象。如鍍前處理不良,它僅僅使鍍件局部表面上的油或鏽未徹底除去,造成這些部位上氣體容易停留而產生針孔,所以這種因素造成的針孔現象是局部密集的,無規則的;鍍液中有油或有機雜質過多引起的針孔往往出現在零件的向下面和掛具上部的零件上;鍍液中固體微粒產生的鍍鎳層針孔較多出現在零件的向上面;鍍液中防針孔劑太少造成的針孔在零件的各個部位都有;鍍液中鐵雜質過多、pH值過高和陰極電流密度較大引起的針孔較多地出現在零件的尖端和邊緣(即高電流密度處),硼酸含量太少產生的針孔較多地出現在零件的下部,鏹液溫度過低造成的針孔是稀少的,在零件的各個部位都有可能出現。硼酸作為鍍鎳液中的緩衝劑,含量過低時pH值容易升高,導致形成金屬氫氧化物或鹼式鹽夾雜於鍍鎳層內,從而使鍍層產生針孔、粗糙和發霧等故障,所以鍍鎳液中硼酸含量,一般不應低於30g/L。
通過觀察鍍鎳故障現象,初步判斷造成鍍鎳層針孔的部分原因,然後再進一步試驗驗證。如零件的局部表面上有密集的針孔,從現象來看,好像是前處理不良造成的,那麼究竟是不是這個原因,可以取一些零件,進行專門的、良好的前處理,然後直接鍍鎳,假使經這樣處理後所得的鍍層上沒有針孔,那麼原來的針孔就是鍍前處理不良造成的,否則就是其他方面的原因。鍍液的溫度、 pH值和陰極電流密度,比較容易檢查,所以可首先進行檢查和糾正。鍍液中是否缺少防針孔劑(如十二烷基硫酸鈉),可以向鍍鎳液中加入0.05g/L十二烷基硫酸鈉後進行試驗,若加入後所得的鍍鎳層表面針孔現象沒有改善,.那就不是缺少十二烷基硫酸鈉,可能是鍍液中的雜質或硼酸太少引起的。總之可以通過小試驗進行故障原因的分析和排除,然後按小試驗所得結果進行故障糾正。
用一個電鍍鎳針孔故障排除的實際例子看故障分析,一條光亮電鍍生產線,技術要求很高,除常規鏡面外觀之外,基本上不能有明顯的、肉眼可見的針孔。其電鍍工藝流程為:
超聲波除蠟→化學除油→電解除油→氰化鍍銅→光亮鍍鎳→鍍金鈷合金。
有一段時間,該生產線光亮鎳槽出現了較為嚴重的針孔,零件平面和其他部位出現了明顯的針孔,前後持續了近2個月,造成待鍍零件大量積壓,經過分析,可能產生的原因包括:①可能是鍍液中金屬雜質Cu2+、Fe2+等過多;②鍍液中有機雜質可能過多或鍍液中混入油汙;③鍍液或者清洗水質存在問題;④壓縮空氣攪拌可能受到汙染;⑤鍍液過濾機濾芯中帶有雜質;⑥鎳陽極中雜質含量高的影響;⑦鍍液中硫酸鎳、氯化鎳和硼酸等成分中含有雜質;⑧鍍液使用的光亮劑有問題等。
針對上述可能產生針孔的原因,逐一進行試驗,如採取小電流電解處理和加雙氧水氧化後調高鍍液的pH值,使形成Fe(OH)3沉澱除去雜質。加人"除雜水"、"除鐵粉"和"除銅粉"等去除鍍液雜質。採用"雙氧水+活性炭"、"高錳酸鉀+活性炭"和"單寧酸+活性炭"的處理方法去除鍍液中的有機雜質和油汙。嚴格控制鍍液用去離子水水質和清洗用水水質。採用陰極移動,清理壓縮空氣泵的油水分離器,換用過濾機濾芯、更換鎳陽極、用分析純試劑配置鍍液、改換鍍鎳光亮劑等。儘管採取了一一排除試驗,但均未奏效,試驗結果表明零件仍然出現針孔。
實際上對於光亮鎳鍍層表面針孔出現的原因,可以採取的措施很多,但忽略了引起鍍層針孔故障的最大原因--鍍液中的溼潤劑(防針孔劑)是否合適,因為鍍鎳液中溼潤劑的效果不好或是用量不足,都有可能引起鍍鎳層表面出現針孔,檢查發現原來所用的溼潤劑是比較好的產品,在發生針孔故障前改用了其他新產品,結果出現了溼潤劑引起的針孔問題。當重新加入原溼潤劑後,鍍層表面的針孔馬上好轉。所以保持鍍液中溼潤劑的質量和含量是光亮鍍鎳零件是否出現針孔的一個重要因素。
通常十二烷基硫酸鈉是早期常用的潤溼劑,泡沫較多,不適合空氣攪拌。目前市場上提供的低泡潤溼劑--防針孔劑,是結構中有支鏈的異辛醇磺化產物,潤溼性能較好。
除了溶液中潤溼劑成分引起鍍鎳層針孔故障之外,鍍液中鐵雜質離子在零件電鍍時析氫造成局部pH值升高出現氫氧化物沉澱而造成針孔故障。其特點表現為在低電流密度時沒有出現針孔,針孔大多出現在高電流密度區。這主要是因為:
Fe3++3H2O→Fe(OH)3↓+3H+
Fe2++2H2O→Fe(OH)2↓+2H+
而且在陰極零件上存在:
Ni2++2e→Ni
Fe2++2e→Fe
2H2O+2e→H2↑+2OH-
在高電流密度區會出現由上述反應較快引起局部表面pH值升高,使形成Fe(OH)3,此產物有助於電鍍過程中氫氣泡在零件表面的停留,為表面針孔的出現提供了較多的機會。那麼一個長期進行銅件電鍍的鍍鎳槽哪來的鐵離子雜質呢?後來檢查發現是鍍槽內加熱管的材料更改所至,原來一周前電加熱的鈦管被燒壞了,用不鏽鋼加熱管來代替,且此不鏽鋼管與原加熱管尺寸不符,電工將之固定在陽極杆上,在電鍍時不鏽鋼加熱管就出現了鐵的溶解:
Fe-2e→Fe2+
Fe-3e→Fe3+
即使不通電仍有可能發生如下反應:
2Fe+6H+→2Fe3++3H2↑
這就是pH值會略有上升的原因。經過幾天的生產,溶液中鐵離子自然會大量升高了。
問題找出後,立即將不鏽鋼加熱管更換掉,並且對汙染鍍鎳液採取:將鍍液 pH值調至5.5後攪拌30min,趁熱過濾,除去鍍液中的Fe3+;再在鍍液中加入2g/L檸檬酸鈉和0.5g/L甘露醇,將鍍液按鎳鐵合金電鍍的方法進行電鍍處理,使得鍍鎳層表面針孔故障消失。
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