第五章鍍鎳

5.1鎳的性質

(1) 色澤:銀白色,發黃

(2) 結晶構造:fcc

(3) 比重:8.908

(4) 原子量:58.69

(5) 原子序:28

(6) 電子組態:1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^8 4s^2

(7) 熔點:1457 c

(8) 沸點:2730 c

(9) 電阻:6.84 uohs-cm

(10) 抗拉強度:317 mpa

(11) 電解鎳有較高硬度

(12) 大氣中化學性安定不易變色,在600 c以上才被氧化

(13) 液中不被溶解

(14) 鎳抗蝕性比銅強,銅製品宜鍍上鎳

(15) 鎳易溶於稀硝酸,但在濃硝酸形成鈍態不易溶解

(16) 鎳在硫酸、鹽酸中溶解比在稀硝酸溶解慢

(17) 鎳的標準電位-0.25伏特,比鐵正,對鋼鐵是屬於陰極性鍍層只有完全覆蓋鎳才能保護防止生鏽

(18) 鎳易於拋光可做為電鍍中間層

(19) 當鎳缺乏時可用銅錫合金代替

5.2 鍍鎳工程

鎳鍍層的性質及外觀能被控制而且操作範圍很廣,所以廣泛被應用於裝飾性工程性電鍍及電鑄

(1) 裝鏡面光澤的特性

工程性鍍鎳用於防腐蝕、耐磨、焊接性、磁性及其它特興其鍍層為純的鎳

鎳電鑄是用電鍍的方法製造全鎳質的零件及物品,如鎳工具、模具、鑄模、唱片壓板(record stampers),無縫管、染印網(printing screens)電鍍反應為ni+2e-ni,其中ni是由水溶液中鎳鹽提供而由陽極鎳來補充、陽極效率近100% ,大於陰極電流效率所以鍍浴之 ni 離子及 ph會曾加，雖帶出 (drag-out)可抵消ni的增加,但有時仍不足須加水及其它成份調節鍍浴成份,並加酸來保持ph值鍍鎳一般可分為全光澤鎳、半光澤鎳、雙重鎳、三重鎳、工程鎳、犁地鎳、電鍍鎳及鍍黑鎳

5.3裝飾鎳電鍍

其各種鍍浴配方(見5.4),其主要成份為硫酸鎳(nickel sulfate)、氯化鎳(nickel chloride)及硼酸(boric acid)。硫酸鎳主要是提供ni的來源,氯化鎳是幫助陽極鎳溶解及導電性,硼酸是幫助鍍層平滑及更具延性。

針孔防止劑(anti-pitting)或潤濕劑(wetting agent)可防止氫氣泡停滯而形成針孔鍍層,不起泡沫之潤濕劑可用空氣攪拌減低表面張力。大部份的鎳鍍浴都屬專利商業配方,必須依照廠商提供的資料操作,典型的配方為瓦特鍍浴(wattsath)。

5.4裝飾性鎳鍍浴配方

由新增劑的控制可得全光澤鎳(fully-bright nickel)、半光澤鎳(semi-brightnickel)及犁地鎳(satin-like nickel)。全光澤鎳含硫成份0.06％~0.

1％,其新增劑至少需二種有機,一種是光澤劑含硫成份如benzene sulfonamide,enzene disulfonic acid,benzene trisulfonic acid, napthalene trisulfonic acid。另外一種是平滑劑(leveling agent)如formaldehyde, comarin, ethylene cyanohydrin及butynediol。這二種新增劑混合使用可得到光澤平滑鎳鍍層, 其光澤作用主要是硫共同析出(codeposition)的結果。

鋅、鎘,及硒(selenium)有光澤作用,半光澤鎳只加平滑性新增劑所以不含硫,它很容易拋光而得到光澤表面,但一省去拋光而直接再鍍一層全光澤即為二種鎳(duplex nickel)更耐腐蝕。通常雙重鎳與半光澤鎳鍍層厚度比為1:3。

另外在全光澤鎳與半光澤鎳間再鍍上很薄(10％全部厚度),一層含高硫份(0.15％)的鎳即為三重鎳(triple layer nickel),其耐蝕性更加。

5.5 工程性鍍鎳(engineering nickel plating)

鎳具有優良的物理、機械及化學特性所以在工程或工業上應用很多,如防止腐蝕、硬度、耐磨及磁性等。其鍍層需無缺陷(defect-free)光澤性在這裡不很重要。其鍍層之主要機械性質有:

1.強度(tensile strength), 2.延展性 (elongation),3.

硬度(hardness), 4.內應力(internal), 5.疲勞限度(fatigue life), 6.

氫脆性(hydrogen embrittlement), 鎳鍍層常被應用於化學、石油、食品及飲料工業上防止腐蝕,防止產品汙染及保持產品純潔。通常鎳在氧化氣氛下容易腐蝕,而還原性下不易腐蝕,但鎳本身會形成氧化物鈍態膜保護。當其氧化物保護膜被氯化物容液侵入則會形成針孔狀腐蝕。

一般鎳鍍層在中性或鹼性溶液可以保護住,但太多數礦物則會被腐蝕。

5.6 工程鎳鍍浴配方

(1) 瓦特浴(watts bath)

硫酸鎳 niso4．7h2o 300g/l

氯化鎳 nicl2．6h2o 60g/l

硼酸 h3bo337.5g/l

ph值3

浴溫60c

電流密度430a/m^2

(2) 全氯浴(all-chloride bath)

氯化鎳(nicl2．6h2o) 300g/l

硼酸 h3bo337.5g/l

ph值3

電流密度430a/m^2

(3) sulfamate浴

nickel sulfamate ni(h2nso3)2 400g/l

硼酸30g/l

ph值4.5

浴溫57c

電流密度430a/m^2

5.7 瓦特鍍浴鎳鍍層機械性質之影響因素

抗拉強度(tensile strength):隨鎳離子濃度增加而增加,操作範圍內與浴溫,ph值,電流密度比較沒有關連。延展性(elongation):

隨鎳離子濃度增加而減少,溫度增加至55c則增加,超過55c則下降,與ph無關。硬度(hardness):隨鎳離子增加而增加,溫度上公升至55c則減小,超過55c則增加。

內應力(internal stress):隨鎳離子增加而增加,氯化物增加則劇烈增加,電流密度增加由減少變成增加。

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