环球电镀网
当前位置: 首页 » 电镀技术 » 研究报告 » 正文

Ni-W合金电镀研究综述

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-18  浏览次数:794

                              周红光1,肖云2,谷惠文2

  (1.湖南省耒阳市第二中学,湖南耒阳421800;2.湘南学院化学与生命科学系,湖南郴州423000)

[摘要]文章综述了Ni-W合金的电沉积过程及反应机理、电镀溶液组成的测定、镀层的性能及应用,最后查阅相关文献,指出了Ni-W合金电镀今后的发展趋势和发展方向。

[关键词]Ni-W合金;电镀;反应机理;镀层性能;综述

[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2011)04-0056-02

Ni-W非晶态镀层具有很高的机械性能,耐蚀性能和耐磨性,已被广泛地应用在铸造模具,注塑用螺杆,喷嘴及导线制辊等方面。Ni-W镀层不仅在性能上可与硬铬镀层相媲美,而且对环境污染小可作为一种代铬镀层使用。但关于Ni-W合金的电沉积过程及反应机理、电镀溶液组成的测定方法、镀层的性能等却未见系统论述,文章对其进行综述。

1·镍钨电沉积的过程及其反应机理[1-2]

Ni-W镀液多以NiSO4·6H2O和NaWO4·2H2O作为主盐,使用钌钛电极或不锈钢电极作不溶性阳极。由于钨的电极电位较负,不能单独从其盐的水溶液中沉积出来,而且镍和钨的标准电极电位相差较大(WO42-/W=-1.05 V,Ni2+/Ni=-0.257 V)不能实现共沉积。但是由于过渡元素存在价电子空轨道,镍、钨金属离子可以和络合剂形成络合物,使得沉积电位都趋于更负,将原来电位相差较大的沉积电位相互接近,通过诱导共沉积原理使W以Ni-W合金的形式沉积出来。Ni-W镀液按采用不同络合剂的种类可分为柠檬酸(盐)体系,酒石酸(盐)体系,焦磷酸盐体系,氨基磺酸盐体系和无络合剂的酸性体系,使用氨水作为辅助络合剂。下面以现在应用最为广泛的柠檬酸体系为例来说明Ni-W的反应机理。

柠檬酸是一种四元酸,为天然无毒络合剂,在溶液中主要以三价负离子Cit3-的形式存在,其络合能力很强,与Ni2+形成1︰1的络合物[Ni(Cit)]-,在柠檬酸存在时,W(VI)的存在形式为WO22+,与柠檬酸形成1︰1的络合物[WO2(Cit)]-。在溶液中加入浓氨水作为辅助络合剂,可形成新的络合物[Ni(NH3)(Cit)]-和[WO2(NH3)(Cit)]-。此时的电极反应主要为:

阴极反应:[Ni(NH3)(Cit)]-+2e+H2O→Ni+NH3·H2O+Cit3-[WO2(NH3)(Cit)]-+6e+4H+→W+NH3·H2O+Cit3-+H2O2H++2e→H2↑(析氢反应)

阳极反应:4OH--4e→O2↑+H2O(不溶性阳极)

由于Ni2+、WO22+与柠檬酸按物质量的比1︰1络合,因此,在镀液配制中,柠檬酸的浓度等于镀液中Ni2+、WO22+的浓度之和。

2·镍钨合金电镀液组成的测定[3-6]

(1)硫酸镍测定(容量法)。

①方法原理:在氨性溶液中,以紫脲酸铵为指示剂,以EDTA直接测定镍。

②试剂:浓氨水;pH=10缓冲溶液;紫脲酸铵指示剂;0.05 mol/L EDTA标准溶液。

③分析步骤:

a·吸取镀样5 mL于250 mL锥形瓶中;b·加氨水15 mL、缓冲液30 mL、紫脲酸铵少许;c·用EDTA标准溶液滴定至紫红色为终点。

④计算:

硫酸镍(NiSO4·7H2O)含量=MV×280.8/5

式中:M—EDTA标准溶液摩尔浓度;V—耗用EDTA标准溶液体积,mL;280.8—硫酸镍相对分子质量;5—所取试样毫升数。

(2)钨酸钠的测定(比色法)。

①方法原理:在盐酸介质中,五价钨与硫氰酸根形成可溶性黄色络合物、六价钨用氯化亚锡还原。

②试剂:浓盐酸;20%硫氰酸钾溶液;0.2 mg/mL钨标准溶液(称取0.2522 g经110℃烘干1 h冷却后的三氧化钨,用20%氢氧化钠30~40 mL稍加温溶解,冷却后移人1 L容量瓶中,用水稀释至刻度);氯化亚锡溶液(称50 g SnCl2·2H20溶于50 mL浓盐酸中,加少许锡粒,加盖混匀)。

③分析步骤:

a·吸取镀液10 mL于100 mL容量瓶中,加水稀释至刻度,摇匀。b·用移液管吸此稀释液10 mL(相当原液l mL)于100 mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。c·吸取此稀释液5~20 mL(视钨量而定)于50 mL容量瓶中,加20%硫氰酸钾5 mL,盐酸20 mL,氯化亚锡10滴,用盐酸稀释至刻度,摇匀。d放置20 min后,在430 nm波长处,用0.5 cm比色皿进行比色测定,钨量由校正曲线测得,换算为钨酸钠量。e校正曲线绘制:于50 mL容量瓶中分别置入2~8 mL钨标准溶液,分别加入硫氰酸钾溶液5 mL、盐酸20 mL、氯化亚锡10滴,用盐酸稀释至刻度,摇匀、放置20 min后,按分析方法进行比色测定,并绘制校正曲线。

④计算:

钨酸钠Na2WO4·2H2O含量=A×1.772(g/L)

式中A:钨离子含量,g/L;1.772=M(Na2WO4·2H2O)/M(W)=325.846/183.85。

(3)柠檬酸的测定(容量法)。

①方法原理:离子与柠檬酸生成柠檬酸钙[Ca3(C6HBO7)2],此沉淀在pH=10~11的性介质中,以铬黑T为指示剂,用EDTA络合滴定钙,换算成柠檬酸。钨以钨酸形成沉淀,分离消除干扰。

②试剂:l︰1盐酸溶液;1︰1硝酸溶液;1︰1氨水溶液;20%氢氧化钠溶液;pH为10缓冲液;0.1 mol/L的EDTA标准溶液;25%氯化钙溶液;0.1%甲基橙指示剂;铬黑T指示剂。

③分析步骤:

a·用移液管吸取镀液10 mL于250 mL锥形瓶中;b·加1︰1盐酸10 mL,加水20 mL,1︰1硝酸4 mL,加热至沸,并于80~90℃保持25~30 min;c·冷却后,将溶液和沉淀移入100 mL容量瓶中,用l%盐酸稀释至刻度,摇匀,过滤;d·吸取滤液20 mL于250 mL锥形瓶中(相当于原液2 mL);e·准确加25%氯化钙溶液5 mL,以石蕊试纸指示,用1︰1氨水中和,并过量5~6滴,加热至沸,当产生沉淀后再煮沸5 min,并在热处保持20`30 min;f·用滤纸过滤,用热水洗4~5次,滤液与洗涤液合并于100 mL容量瓶中,冷却,用水稀释至刻度,摇匀;g·取稀释液50 mL(相当于原液l mL)于250 mL锥形瓶中,加甲基橙2滴,用20%氢氧化钠溶液中和至黄色,加缓冲液3 mL,铬黑T少许,用0.05 mol/L的EDTA标准溶液滴定至蓝色为终点。

④计算:

柠檬酸(C6HBO7·H2O)含量=MV×0.4144×1000(g/L)式中M:EDTA标准溶液摩尔浓度;V:耗用EDTA标准溶液毫升数;

3·镍钨合金镀层的性能及应用[1-7]

(1)镀层性能。

①结合力:采用弯曲折断法,将镍钨镀层往返弯曲180°直至折断,在50倍显微镜下观察镀层无脱落,镀层具有良好的结合力。

②抗氧化性:镍钨镀层在400、500、600、700和800℃高温炉中分别连续灼烧1 h后,镀层无脱皮、脱渣及增重现象、说明镍钨镀层具有较高的抗氧化性。

③硬度:未经热处理硬度为594(Hv),经800℃热处理后硬度为830(Hv),原子比4︰1的β-Ni-W合金硬度高达672.8(Hv),表明其硬度较高。

④耐热疲劳抗力:用4Cr5MoSiV基体材料镀镍钨合金镀层。经10 s从室温加热到800℃,保温10 s,水冷5 s到100℃以下10 s,再加热到800℃,如此冷热循环250周,三根试样均未发现任何裂纹,说明该镀层的热疲劳抗力高。

⑤具有独特的摩擦、自润滑、磁学、光学、电学与电腐蚀方面的性能。

⑥耐热性高:在800℃高温下耐磨损、抗氧化,具有良好的耐蚀性。

⑦镍钨铁合金的化学稳定性:镀层在1︰1硫酸、浓硝酸和浓盐酸中浸3.5 h,未受腐蚀,在硝酸和盐酸的混合液里浸2h无变化,并具有耐高温和耐磨损。

⑧镍钨硼合金镀层具有优良的耐磨性、低应力、高硬度和抗蚀性。

(2)镍钨合金镀层的应用。

①耐化学品性优良,用于聚四氟乙烯工具上。

②有良好的剥离性,用于玻璃铸模上,可以大大提高模具的使用寿命。

③在高温下耐磨损、抗氧化、具有良好的自润滑和耐蚀性能:用于内燃机汽缸、活塞环、热锻模、轧辊、接触器、钟表机芯等工件上。

4·镍钨合金电镀的发展趋势及发展方向[8]

(1)在装饰性代铬镀层上的应用。

Ni-W镀层外观具有一定的色泽度和光亮性,与铬镀层相似,且具有较好的耐蚀性,可以作为代装饰铬的镀层。与现在使用较多的其它代装饰铬镀层Sn-Co、Co-W等合金镀层相比较具有色泽光亮稳定,价格较低等优势,具有很大的发展前途。

(2)稀土在镀层研究上的应用。

稀土元素以其独特的物理、化学特性,而在材料科学领域得到广泛应用。向Ni-W镀层中添加稀土元素能有效的促进固体颗粒与合金的共沉积,显着增加复合材料中固体微粒的含量,提高复合镀层的硬度,耐磨性以及抗氧化性,提高镀层的性能。

(3)纳米技术在镀层研究上的应用。

当今纳米技术获得突飞猛进的发展,而使纳米与电镀技术结合,可以产生性能优良的合金镀层,使用纳米级颗粒的合金镀层在硬度、耐蚀性、抗氧化性等面比使用微米级颗粒的镀层有很大提高。

参考文献

[1]张璐,姚颖悟,吴伟.Ni-W合金电镀研究现状及发展趋势[J].天津化工,2006,20(4):6-8.

[2]周婉秋.Ni-W非晶态镀层的制备和性能研究[J].电镀与涂饰,1996,15(4):18-24.

[3]杨防祖,黄令,郑雪清,等.镍基合金镀层在盐酸介质中的电化学腐蚀行为[C].2004年全国电子电镀学术研讨会论文集,223-225.

[4]贾淑果,姜秉元.电沉积Ni-W-P非晶态合金工艺研究[J].表面技术,1999,28(1):6-8.

[5]电镀钨铁镍合金.电镀技术革新[J].上海:上海科技出版社,1959.

[6]王龙彪,吴俊,黄清安,等.电沉积Ni-W-P合金上析氢行为的研究[J].材料保护,2000,33(2):1-2.

[7]Lindsay J.Advanced Techniques for Replacing Chromium[J].Plating

and Surface Finishing,1997,84(2):24.

[8]朱诚意,郭忠诚.稀土对电沉积Ni-W-B-Si复合镀层组织结构及性能的影响[J].化工冶金,1999,20(3):25-228.

注:本站部分资料需要安装PDF阅读器才能查看,如果你不能浏览文章全文,请检查你是否已安装PDF阅读器!

网站首页 | 网站地图 | 友情链接 | 网站留言 | RSS订阅 | 豫ICP备16003905号-2
knee length prom dresses ralph lauren polo shirts for cheap swiss replica rolex long sleeve evening dresses replicas rolex