鎳鎢合金電鍍綜述

1、Ni-W合金電鍍研究（文獻(xiàn)綜述）化生系2007級(jí)應(yīng)用化學(xué)班 谷惠文摘要：本文綜述了NiW合金的電沉積過(guò)程及反應(yīng)機(jī)理、電鍍?nèi)芤航M成的測(cè)定、鍍層的性能及應(yīng)用，最后在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，指出了NiW合金電鍍今后的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：NiW合金 電鍍 反應(yīng)機(jī)理 鍍層性能 綜述Ni-W非晶態(tài)鍍層具有很高的機(jī)械性能，耐蝕性能和耐磨性，已被廣泛地應(yīng)用在鑄造模具，注塑用螺桿，噴嘴及導(dǎo)線制輥等方面。Ni-W鍍層不僅在性能上可與硬鉻鍍層相媲美，而且對(duì)環(huán)境污染小可作為一種代鉻鍍層使用。本人閱讀了有關(guān)Ni-W合金電鍍的論文10余篇及網(wǎng)上的電鍍資料，對(duì)其綜述如下。1. 鎳鎢電沉積的過(guò)程及其反應(yīng)機(jī)理Ni-W鍍 液

2、多 以和作為主鹽，使用釕鈦電極或不銹鋼電極作不溶性陽(yáng)極。由于鎢的電極電位較負(fù)，不能單獨(dú)從其鹽的水溶液中沉積出來(lái)，而且鎳和鎢的標(biāo)準(zhǔn)電極電位相差較大()不能實(shí)現(xiàn)共沉積。但是由于過(guò)渡元素存在價(jià)電子空軌道，鎳、鎢金屬離子可以和絡(luò)合劑形成絡(luò)合物，使得沉積電位都趨于更負(fù)，將原來(lái)電位相差較大的沉積電位相互接近，通過(guò)誘導(dǎo)共沉積原理使W以 NiW合金的形式沉積出來(lái)。NiW鍍液按采用不同絡(luò)合劑的種類可分為檸檬酸(鹽)體系，酒石酸(鹽)體系，焦磷酸鹽體系，氨基磺酸鹽體系和無(wú)絡(luò)合劑的酸性體系，使用氨水作為輔助絡(luò)合劑。下面以現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的檸檬酸體系為例來(lái)說(shuō)明Niw 的反應(yīng)機(jī)理 。檸檬酸是一種四元酸 ，為天然無(wú)毒絡(luò)合

3、劑，在溶液中主要以三價(jià)負(fù)離子的形式存在，其絡(luò)合能力很強(qiáng)，與形成 1：1的絡(luò)合物，在檸檬酸存在時(shí)，W()的存在形式為，與檸檬酸形成 1：1的絡(luò)合物。在溶液中加入濃氨水作為輔助絡(luò)合劑，可形成新的絡(luò)合物和。此時(shí)的電極反應(yīng)主要為：陰極反應(yīng)： 陽(yáng)極反應(yīng)：由于、與檸檬酸按物質(zhì)量的比1：1絡(luò)合，因此，在鍍液配制中，檸檬酸的濃度等于鍍液中、的濃度之和。2. 鎳鎢合金電鍍液組成的測(cè)定(1)硫酸鎳測(cè)定(容量法)方法原理：在氨性溶液中，以紫脲酸銨為指示劑，以EDTA直接測(cè)定鎳。試劑：濃氨水；pH=10緩沖溶液；紫脲酸銨指示劑；0.05mol/LEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液。分析步驟a.吸取鍍樣5mL于250mL錐形瓶中；b.加

4、氨水l5mL、緩沖液30mL、紫脲酸銨少許；c.用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紫紅色為終點(diǎn)。計(jì)算 硫酸鎳(NiS04·7H2O)含量=式中M：EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液摩爾濃度；y:耗用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；280.8為硫酸鎳相對(duì)分子質(zhì)量；5為所取試樣毫升數(shù)。(2)鎢酸鈉的測(cè)定(比色法)方法原理 在鹽酸介質(zhì)中，五價(jià)鎢與硫氰酸根形成可溶性黃色絡(luò)合物、六價(jià)鎢用氯化亞錫還原。試劑 濃鹽酸；20硫氰酸鉀溶液；0.2mg/mL鎢標(biāo)準(zhǔn)溶液 (稱取0.2522g經(jīng)110烘干1h冷卻后的三氧化鎢，用20氫氧化鈉3040mL稍加溫溶解，冷卻后移人1L容量瓶中，用水稀釋至刻度)；氯化亞錫溶液(稱50gSnCl2&

5、#183;2H20溶于50mL濃鹽酸中，加少許錫粒，加蓋混勻)。分析步驟a吸取鍍液lOmL于lOOmL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻。b用移液管吸此稀釋液lOmL(相當(dāng)原液lmL)于l00mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。c吸取此稀釋液520mL(視鎢量而定)于50mL容量瓶中，加20硫氰酸鉀5mL，鹽酸20mL，氯化亞錫10滴，用鹽酸稀釋至刻度，搖勻。d放置20min后，在430nm波長(zhǎng)處，用0.5cm比色皿進(jìn)行比色測(cè)定，鎢量由校正曲線測(cè)得，換算為鎢酸鈉量。e校正曲線繪制：于50mL容量瓶中分別置入28mL鎢標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入硫氰酸鉀溶液5mL、鹽酸20mL、氯化亞錫10滴，用鹽酸稀釋至刻

6、度，搖勻、放置20min后，按分析方法進(jìn)行比色測(cè)定，并繪制校正曲線。計(jì)算鎢酸鈉Na2W04·2H20含量=式中A:鎢離子含量，g/L；1.772=M(Na2W04·2H2O)/M(W)=325.846/183.85=1.772。(3)檸檬酸的測(cè)定(容量法)方法原理：鈣離子與檸檬酸生成檸檬酸鈣，此沉淀可溶于鹽酸，在pH=l011堿性介質(zhì)中，以鉻黑T為指示劑，用EDTA絡(luò)合滴定鈣，換算成檸檬酸。鎢以鎢酸形成沉淀，分離消除干擾。試劑 ：l:1鹽酸溶液；1:1硝酸溶液；1:1氨水溶液；20氫氧化鈉溶液；pH為10緩沖液；0.1mol/L的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液；25氯化鈣溶液；0.1甲基

7、橙指示劑；鉻黑T指示劑。分析步驟a用移液管吸取鍍液10mL于250mL錐形瓶中；b加1:1鹽酸l0mL，加水20mL，1:1硝酸4mL，加熱至沸，并于8090保持2530min；c冷卻后，將溶液和沉淀移入100mL容量瓶中，用l鹽酸稀釋至刻度，搖勻，過(guò)濾；d吸取濾液20mL于250mL錐形瓶中(相當(dāng)于原液2mL);e準(zhǔn)確加25氯化鈣溶液5mL，以石蕊試紙指示，用1:1氨水中和，并過(guò)量56滴，加熱至沸，當(dāng)產(chǎn)生沉淀后再煮沸5min，并在熱處保持2030min；f用濾紙過(guò)濾，用熱水洗45次，濾液與洗滌液合并于100mL容量瓶中，冷卻，用水稀釋至刻度，搖勻；g取稀釋液50mL(相當(dāng)于原液lmL)于25

8、0mL錐形瓶中，加甲基橙2滴，用20氫氧化鈉溶液中和至黃色，加緩沖液3mL，鉻黑T少許，用0.05mol/L的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色為終點(diǎn)。計(jì)算檸檬酸(C6HB07·H20)含量=MV×0.4144×1000(g/L)式中M：EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液摩爾濃度；V：耗用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)；3. 鎳鎢合金鍍層的性能及應(yīng)用(1)鍍層性能結(jié)合力采用彎曲折斷法。將鎳鎢鍍層往返彎曲180。直至折斷，在50倍顯微鏡下觀察鍍層無(wú)脫落，鍍層具有良好的結(jié)合力?？寡趸?鎳鎢鍍層在400、500、600、700和800高溫爐中分別連續(xù)灼燒1h后，鍍層無(wú)脫皮、脫渣及增重現(xiàn)象、說(shuō)明鎳鎢鍍層

9、具有較高的抗氧化性。硬度未經(jīng)熱處理硬度為594(Hv)，經(jīng)800熱處理后硬度為830(Hv)，原子比4：1的-Ni4W合金硬度高達(dá)672.8(Hv)。耐熱疲勞抗力 用4Cr5MoSiV基體材料鍍鎳鎢合金鍍層。經(jīng)10s從室溫加熱到800，保溫l0s，水冷5s到100以下10s，再加熱到800，如此冷熱循環(huán)250周，三根試樣均未發(fā)現(xiàn)任何裂紋，說(shuō)明該鍍層的熱疲勞抗力高。 具有獨(dú)特的摩擦、自潤(rùn)滑、磁學(xué)、光學(xué)、電學(xué)與電腐蝕方面的性能。耐熱性高在800高溫下耐磨損、抗氧化，具有良好的耐蝕性。鎳鎢鐵合金的化學(xué)穩(wěn)定性：鍍層在1：1硫酸、濃硝酸和濃鹽酸中浸3.5h，未受腐蝕，在硝酸和鹽酸的混合液里浸2h無(wú)變化，

10、并具有耐高溫和耐磨損。鎳鎢硼合金鍍層具有優(yōu)良的耐磨性、低應(yīng)力、高硬度和抗蝕性。(2)鎳鎢合金鍍層的應(yīng)用 耐化學(xué)品性優(yōu)良用于聚四氟乙烯工具上。 有良好的剝離性，用于玻璃鑄模上，可以大大提高模具的使用壽命。在高溫下耐磨損、抗氧化、具有良好的自潤(rùn)滑和耐蝕性能：用于內(nèi)燃機(jī)汽缸、活塞環(huán)、熱鍛模、軋輥、接觸器、鐘表機(jī)芯等工件上。4. 鎳鎢合金電鍍的發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展方向（1） 在裝飾性代鉻鍍層上的應(yīng)用Ni-W鍍層外觀具有一定的色澤度和光亮性，與鉻鍍層相似，且具有較好的耐蝕性，可以作為代裝飾鉻的鍍層。與現(xiàn)在使用較多的其它代裝飾鉻鍍層 Sn-Co、Co-W 等合金鍍層相比較具有色澤光亮穩(wěn)定，價(jià)格較低等優(yōu)勢(shì)，具有很

11、大的發(fā)展前途。 （2） 稀土在鍍層研究上的應(yīng)用稀土元素以其獨(dú)特的物理、化學(xué)特性，而在材料科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。向Ni-W鍍層中添加稀土元素能有效的促進(jìn)固體顆粒與合金的共沉積，顯著增加復(fù)合材料中固體微粒的含量，提高復(fù)合鍍層的硬度，耐磨性以及抗氧化性，提高鍍層的性能。 （3）納米技術(shù)在鍍層研究上的應(yīng)用當(dāng)今納米技術(shù)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展 ，而使納米與電鍍技術(shù)結(jié)合 ，可以產(chǎn)生性能優(yōu)良的合金鍍層，使用納米級(jí)顆粒的合金鍍層在硬度 、耐蝕性 、抗氧化性等 面比使用微米級(jí)顆粒的鍍層有很大提高。參考文獻(xiàn)1 張璐，姚穎悟，吳偉. Ni-W合金電鍍研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),天津化工，2006，20(4)：6-82 周婉秋Ni-W非晶態(tài)鍍層的制備和性能研究,電鍍與涂飾,1996，15(4)：18-243 楊防祖，黃令，鄭雪清，鐘曉慧，許書(shū)楷，周紹民鎳基合金鍍層在鹽酸介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為,2004年全國(guó)電子電鍍學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集2232254 賈淑果，姜秉元電沉積Ni-W-P非晶態(tài)合金工藝研究,表面技術(shù)，1999，28 (1)：685 電鍍鎢鐵鎳合金電鍍技術(shù)革新上海：上海科技出版社，l9596 王龍彪，吳俊，黃清安，陳永言電沉積Ni-W-P合金上析氫行為的研究材料保護(hù)，2000，33