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鋁合金型材化學(xué)鍍鎳的作用及操作工藝
鋁合金型材化學(xué)鍍鎳概述:
鎳的化學(xué)符號(hào)Ni,具有良好的延展性和適中的強(qiáng)度,并在多種介質(zhì)中有很高的抗蝕性;目前鋁合金型材領(lǐng)域廣泛使用的化學(xué)鍍鎳技術(shù)都是采用次磷酸鹽作為還原劑的化學(xué)鍍鎳溶液,從這種化學(xué)鍍鎳溶液中獲得的鍍鎳層是無(wú)序的金屬鎳和磷化鎳的復(fù)合鍍層;這種復(fù)合鍍層硬度高,耐磨性好;當(dāng)鍍層中磷含量大于8%時(shí),鍍層是非磁性的,有優(yōu)異的抗蝕性和抗氧化性;
由于化學(xué)鍍鎳層具有上述特點(diǎn),加之化學(xué)鍍鎳溶液比較穩(wěn)定,因此,化學(xué)鍍鎳技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用;近年來(lái)越來(lái)越多的鋁合金型材制品采用化學(xué)鍍鎳作為裝飾與防護(hù)及功能鍍層;
化學(xué)鍍鎳工藝:
化學(xué)鍍鎳是鎳鹽溶液在強(qiáng)還原劑的作用下使鎳離子還原成單質(zhì)鎳,按一定的晶格順序沉積在鋁合金型材表面的金屬鎳層;常用的還原劑有次磷酸鹽、硼氫化物及其衍生物、肼等;這些還原劑在還原鎳時(shí)其自身轉(zhuǎn)變?yōu)榱住⑴?、氮等,同時(shí)與鎳一起析出,所以化學(xué)鍍鎳根據(jù)所用還原劑的不同在鋁合金型材上獲得是鎳-磷、鎳-硼、鎳-氮等合金鍍層;化學(xué)鍍鎳溶液中所用的還原劑不同,其化學(xué)鍍鎳的工藝亦不同,在本節(jié)以次磷酸鹽為例來(lái)簡(jiǎn)要介紹化學(xué)鍍鎳工藝;
次磷酸鹽作為還原劑的鍍鎳過(guò)程其反應(yīng)機(jī)理就目前而言有“電化學(xué)理論”“氫化物理論”和“原子氫態(tài)理論”三種,現(xiàn)分述如下;
1:電化學(xué)理論
電化學(xué)理論有兩種解釋?zhuān)环N解釋是在化學(xué)鍍鎳過(guò)程中次磷酸根被氧化而釋放出電子,鎳還原的分步驟反應(yīng)工藝如下:
①次磷酸根被氧化而釋放電子:H2PO2^-+H2O→H2PO3^-+2H^++2e^-
②鎳離子得到電子還原成金屬鎳:Ni^2++2e-→Ni↑
③氫離子得到電子還原成氫氣:2H++2e^-→H2↑
④次磷酸根得到電子析出磷:H2PO2^-+e^-→P+2OH^-
⑤鎳還原的總反應(yīng)式:Ni^2++H2PO2^-+H2O→H2PO3^-+2H^++Ni
從以上總反應(yīng)式可以看出,這其實(shí)是第一步和第二步的反應(yīng)之和而忽略了第三步和第四步反應(yīng),這是因?yàn)椋髢刹椒磻?yīng)的速率并不和關(guān)鍵的第二步反應(yīng)式成正比,它隨溶液成分的比例、溶液的pH值、溫度以及添加劑的不同而有較大的變化;
這一理論的另一種解釋是依靠在化學(xué)鍍鎳過(guò)程中產(chǎn)生原電池的作用,在電池陽(yáng)極與陰極分別發(fā)生如下反應(yīng):
陽(yáng)極反應(yīng):H2PO2^-+H2O→H2PO3^-+2H^++2e^-
陰極反應(yīng):Ni^2++2e^-→Ni
2H^++2e→H2↑
H2PO2^-+e^-→P+2OH^-
2:氫化物理論
持這一理論的學(xué)者認(rèn)為次磷酸鹽與溶液中的氧離子作用生成還原能力更強(qiáng)的氫負(fù)離子,在催化表面上,氫負(fù)離子使鎳離子還原生成單質(zhì)鎳,其相關(guān)反應(yīng)如下:
H2PO2^-+O^2-→[HPO3]^2-+H^-
Ni^2++H^-→Ni+H^+
溶液中的氫離子和氫負(fù)離子相互作用生成氫氣,同時(shí)氫負(fù)離子在酸性介質(zhì)中還原次磷酸根生成單質(zhì)磷,與單質(zhì)鎳共沉積而形成合金鍍層,其相關(guān)反應(yīng)式如下:
H^++H^-→H2↑
2PP2^3-+6H^-+4H2O→2P+3H2+8OH^-
鎳的總還原反應(yīng)式為:Ni^2++H2PO2^-+O^2-→[HPO3]^2-+H^++Ni
3:原子氫態(tài)理論
這一理論認(rèn)為,在化學(xué)鍍鎳過(guò)程中依靠鋁合金型材的催化作用,使次磷酸根分解而析出初生態(tài)原子氫,生成的初生態(tài)原子氫還原鎳離子成為金屬鎳,同時(shí)原子態(tài)氫也與次磷酸根作用使磷還原成單質(zhì)磷,還有部分原子氫相互作用生成氫氣逸出,其相關(guān)反應(yīng)式如下:
Ni^2++2H→Ni+2H^+
H2PO2^-+H→P+H2O+OH^-
2H→H2↑
次磷酸根的氧化和鎳離子的還原的總反應(yīng)式為:Ni^2++H2PO2^-+H2O→HPO3^2-+3H^++Ni
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