碱性镍钨合金电镀液的维护及再生

张青芳*，雷同鑫

（1.长沙医学院化学教研室，湖南 长沙 410219；2.湖南纳菲尔新材料科技股份有限公司，湖南 长沙 410200）



碱性镍钨合金电镀液的维护及再生

张青芳1，*，雷同鑫2

（1.长沙医学院化学教研室，湖南 长沙 410219；2.湖南纳菲尔新材料科技股份有限公司，湖南 长沙 410200）

简述了碱性镍钨合金电镀的工艺流程，制定了电镀液维护的方案，包括定时定量补加、定期测试和故障处理，提出镀液再生循环使用的方案。

镍钨合金；电镀；维护；再生

First-author's address: Department of Chemistry， Changsha Medical University， Changsha 410219， China

钨是难沉积的金属，不能单独从钨盐的水溶液中沉积出纯钨，但它可以通过诱导共析与铁系元素（如铁、钴、镍）形成外观、性能较好的二元及三元合金［1］。我国对钨合金电镀的研究始于上世纪80年代，已从实验室研究转向工业化，现有铁镍、铁镍钨、酸性镍钨、碱性镍钨等镀种。由于需使用稀有金属钨，增加了生产成本，但电镀液不含六价铬等RoHS指令禁止的元素，没有国家一类控制污染物的排放，镀后清洗水可循环使用，废水处理简单，因此该工艺为清洁生产工艺，钨合金电镀也获得了2011年国家技术发明奖二等奖，被列入国家“十二五”规划［2-3］。

镍钨合金镀层具有较高的硬度，耐腐蚀和力学性能良好［4-5］。碱性镍钨合金是钨合金电镀中较为重要的镀种之一，逐渐获得了工程机械、石油开采行业的注目，已经应用于多种工件的电镀［5-7］，已有较为先进的生产线，各种工件的挂具设计和生产工艺流程基本成熟。目前碱性镍钨电镀的电流密度、pH、热处理温度等工艺参数已有研究［8-10］，镀液的维护和再生利用是电镀生产中需要解决的重要问题。

1　生产工艺流程

一般内孔和内壁电镀中首先要求防腐蚀性能，而酸性镍钨磷受工艺限制，碱性镍钨就成为首选，如油管、油缸、粘扣管等内外壁电镀生产线最初都是自主设计为主的卧式手工生产线，最大的技术难点是阳极居中和旋转导流夹具的问题［11］，而抽油杆、钻杆、接箍等石油开采工件和机械工程设备电镀用挂具和电镀槽设计也经历了多年的摸索和积累，早在2005年就已建成了具有一定规模的不同工件专用的半自动生产线。碱性镍钨电镀的工艺流程主要是：金属清洗剂清洗→电解活化→电镀→热处理。

1. 1 金属清洗剂清洗

在电镀前，工件表面都涂有防锈油，需用弱碱性、无磷的水基金属清洗剂（东莞市皓泉化工有限公司）清洗后用水清洗，入活化槽。

1. 2 活化

为提高镀层与基底的结合力，在电镀前需要进行阳极活化，将工件置于装有2.5% ～ 5.0%硝酸钠溶液的前处理槽中，以电流密度5 ～ 10 A/dm2通电5 ～ 10 min，清洗后转入电镀槽。

1. 3 电镀

镍钨电镀液含镍盐15 ～ 50 g/L、钨盐15 ～ 50 g/L、配位剂20 ～ 200 g/L，用氨水调节pH至6 ～ 9，温度50 ～80 °C，电流密度4 ～ 20 A/dm2，根据工件所需镀层厚度和镀速（如电流密度10 A/dm2时镀速约为20 μm/h）计算电镀时间。

1. 4 热处理和抛光

需要高硬度的工件要进行镀后热处理，依据工件材质来设置热处理温度和时间，一般为200 ～ 600 °C、2 ～3 h。例如，35CrMo抽油杆一般采用500 °C热处理2 h，出炉后直接在空气中冷却。对光亮度有要求的工件（如光杆等）在热处理后还要进行抛光，常用的是机械抛光，采用加液蜡的麻纤维抛光轮在数控抛光机上进行粗抛和细抛。

2　镀液的维护

首先，生产线人员须按照工艺进行操作，严格控制补加量，尽量使各组分保持在合理范围，不同的工件电镀所消耗镀液组分的量不一样，按具体的工艺程序执行，根据电流（kA）与时间（h）的乘积来计算补加量。一般情况下，镍盐0.8 ～ 0.9 kg/（kA·h），钨盐及添加剂（包括配位剂、光亮剂等）0.7 ～ 0.8 L/（kA·h），氨水1.0 ～ 1.2 L/（kA·h）。

其次，技术人员也要参与镀液维护，主要工作包括日常维护和故障处理。定期取生产线上的镀液进行组分测试，主要包括镍盐、钨盐、配位剂等，及时按照测试结果调整镀液组分至合理范围。另外，跟生产线的技术人员要指导并监督工人的操作，一旦出现故障，及时处理，保证生产。根据经验，总结了工件出现异常的主要原因及处理方案，见表1。

表1 碱性镍钨电镀常见故障的产生原因及解决方法Table 1 Causes and remedies for common problems in alkaline nickel-tungsten alloy electroplating

3　镀液的再生利用

大量实验室研究和生产实践表明，铵根离子的含量对碱性镍钨镀层的影响很大，含量过少会降低镀速，影响高区上镀，过多又会使低区发灰。

镀液中的铵根离子检验方法参考GB/T 7478-1987《水质 铵的测定 蒸馏和滴定法》：取少量镀液蒸馏，用硼酸吸收蒸馏出的氨，再稀释至原镀液体积的100 ～ 500倍，以甲基红-亚甲蓝作为指示剂，用标准盐酸溶液滴定。若测试含量大于80 g/L，需将镀液转移，进行再生处理，否则生产合格率会降低。

烧杯小试的实验结果显示，新配制的碱性镍钨镀液使用500 A·h/L左右后，镀层性能下降，需要进行处理。电镀过程中硫酸根离子、钠离子、铵根离子都大量累积，添加剂和配位剂分解产生的一些有机小分子对镍、钨的上镀产生影响，导致镀层质量下降，试片表面会出现高区烧焦，低区不上镀，部分区域有起皮和针孔现象。生产线上由于镀液补加不合规范、镀液污染等原因，新配制的镀液在生产线上使用约300 A·h/L后需停用，进行转移和再生处理。

镀液再生主要分为3步：第1步──向镀液中加氢氧化钠，调至强碱性，加热搅拌，释放氨气，降低镀液中铵根离子的含量；第2步──加入活性炭，继续加热搅拌，过滤，去除有机杂质；第3步──用稀硫酸调节至中性，冷冻，过滤，去除硫酸钠。对处理后的镀液组分进行测试，包括稀释后按GB/T 223.23-2008《钢铁及合金 镍含量的测定 丁二酮肟分光光度法》测定镍和按文献［12］中的方法测定钨，依据测试结果调节浓度至合适范围，再进行赫尔槽试验，检查光亮度和深镀能力，并通过电镀试片检查镀层表观及性能，合格之后方可投入生产线使用。

4　结语

碱性镍钨镀层性能良好，但相对于镍、铬等单金属电镀而言，镀液成分较为复杂，含有镍盐、钨盐、配位剂、光亮剂等添加剂，镀液在使用过程中需做好维护以保证质量。镀液可经过多次再生重复利用，从而节约资源，降低生产成本。目前，钨合金电镀在逐步推广使用自动补加系统，电镀工艺和生产条件得到不断完善，镀液维护更有序而规范，因此钨合金电镀将会有更广阔的应用前景。

［1］ 黄令， 董俊修， 杨防祖， 等. 镍-钨合金电沉积层结构与显微硬度的研究［J］. 材料保护， 1999， 32 （10）: 18-19.

［2］ 曹鹏. 钨合金电镀工艺发展现状［J］. 电镀与涂饰， 2015， 34 （3）: 153-157.

［3］ 中华人民共和国科学技术部. 2011年度国家技术发明奖获奖项目［EB/OL］. （2012-02-14） ［2016-05-16］ http:www.most.gov.cn/ztzl/gjkxjsjldh/jldh2011/ jldh11jlgg/201202/t20120210_92344.htm.

［4］ 周俊， 张颖， 何凤姣， 等. 电镀不同钨合金抽油杆的耐盐水腐蚀性及力学性能［J］. 电镀与涂饰， 2010， 29 （10）: 1-4.

［5］ 周俊， 王秀敏， 何凤姣， 等. 电镀钨合金抽油杆耐硫化氢腐蚀研究［J］. 电镀与涂饰， 2009， 28 （10）: 4-8.

［6］ 郜文国， 高晖， 周梅， 等. 电镀钨合金技术在内燃机中的应用［J］. 内燃机配件， 2005 （4）: 4-7.

［7］ 张春侠， 周明贵. 模具电镀镍钨合金［J］. 电镀与环保， 2006， 26 （1）: 18-19.

［8］ 周智鹏， 赵国鹏， 胡耀红， 等. 镍钨合金电镀工艺的初步研究［J］. 电镀与涂饰， 2010， 29 （4）: 5-7.

［9］ 陈艳芳， 陈峰， 苌清华， 等. pH值对镍钨合金镀层电镀质量的影响［J］. 南方金属， 2009 （4）: 12-13， 17.

［10］ 蔡羽， 陈艳芳， 宫方方， 等. 阴极电流密度对电镀Ni-W合金镀层质量的影响［J］. 热加工工艺， 2009， 38 （14）: 97-98.

［11］ 何凤姣， 高晖， 黄宇宁， 等. 环保型卧式电镀内壁生产线的设计［J］. 材料保护， 2006， 39 （8）: 63-64.

［12］ 申云香， 高灿柱. Ni-W-P合金电镀液中钨的测定［J］. 材料保护， 2009， 42 （4）: 70-72.

［ 编辑：温靖邦 ］

Maintenance and regeneration of alkaline nickel-tungsten alloy electroplating bath

ZHANG Qing-fang*， LEI Tong-xin

The process flow of alkaline nickel-tungsten alloy electroplating was introduced. The maintenance of electroplating bath was established， including regular addition of a certain amount of individual component， periodical testing and troubleshooting. The method for regeneration and reuse of electroplating bath was presented.

nickel-tungsten alloy； electroplating； maintenance； regeneration

TQ153.2

B

1004 - 227X （2016） 16 - 0863 - 03

2016-05-16

2016-07-19

张青芳（1985-），女，湖南岳阳人，硕士，讲师，2009年毕业于湖南师范大学化学化工学院分析化学专业，毕业后在湖南纳菲尔新材料股份有限公司（原英才科技）技术部工作，在钨合金电镀技术改进方面有一定成绩。现任职于长沙医学院化学教研室，主要研究方向为电化学。

作者联系方式：（E-mail） 187364593@qq.com。