镍镀层水性无铬钝化后的耐腐蚀性能研究

罗贯虹

镍镀层水性无铬钝化后的耐腐蚀性能研究

罗贯虹

（福建宏贯路桥防腐科技股份有限公司，福建 龙岩 364000）

电镀镍层在生活以及生产中具有非常广泛的应用，因此，加强对电镀镍层化学属性的研究，能够最大化地加强电镀镍层的使用。同时，加大对电镀镍耐腐蚀性的研究，对于国民经济的进步也能产生非常重要的影响。电镀镍层本身具备相应的防腐蚀性能，但是远远达不到使用要求。利用两种无铬钝化液对电镀镍层进行钝化处理，希望对提高电镀镍层的腐蚀性能有一定的帮助。

水性无铬钝化液；电镀镍层；硅烷偶联剂；有机-无机缓蚀剂

电镀镍层在生活以及工农业生产中具有非常重要的作用，由于电镀镍层具有较好的耐腐蚀性，能够极大地延长金属物体的使用寿命，所以对电镀镍层的耐腐蚀性进行研究具有较强的现实意义。

电镀镍层具有耐腐蚀以及耐磨的特点，但是对于钢铁材料来说，却具有相应的空隙，因为其是阴极性镀层，而这些通孔的存在将会加速金属的腐蚀。相关研究表明，大多数金属的锈蚀都是因为通孔的原因。如果使用多层电镀或增加镀镍层的厚度，虽然能够消除通孔，但是对于非常细微的通孔却不能消除，而增加镍的厚度也会带来不利影响，即降低其加工性能。提高电镀镍层性能的方法可采用铬酸盐钝化，但其会对环境造成较大的污染。在此情况下使用TiO2-SiO2溶胶-凝胶法对镍层封孔，需要450 ℃以上热处理1 h。如果使用防锈油来对电镀镍层进行处理，虽然能够防止外界物质对镍层的腐蚀，但是由于防锈油黏度高、油膜厚的特点，会影响到产品后续的处理。

本文的实验利用到了硅烷偶联剂（KH-550）和有机-无机缓蚀剂两种无铬钝化液，使得电镀镍层更加钝化，在实验中对两种钝化液的稳定性以及水解过程进行观察，并分析它们的耐腐蚀性以及外貌，最后根据实验的结果，来得出关于电镀镍层耐腐蚀性的实验结果[1]。

1 实验

1.1 电镀镍基材的前处理

用Q235B低碳钢镀镍作为基本材料，其尺寸为4 cm× 1 cm，镀镍层厚度为21 μm，首先使用质量分数为5%的盐酸，将其加热到25 ℃，并且使用超声除锈2 min，得到蒸馏水；进行碱性清洗，温度为75 ℃，进行5 min的活化，最后使用蒸馏水进行冲洗并吹干。在这个过程中所使用的材料需要达到实验的要求，尤其对于蒸馏水以及温度的把握不能有差错。

1.2 钝化工艺

将纯KH-550液轻轻滴到蒸馏水和乙醇的混合溶剂中，其中蒸馏水与乙醇的比例为9∶10，溶剂中KH-550的体积分数达到5%，将溶剂水解10 min，然后放入电镀镍件，使用常温将其钝化20 s。由5 g/L硫脲、10 g/L六偏硫酸钠、10 g/L七水硫酸锌构成缓腐蚀剂钝化液，使用磷酸将其酸碱度调节为2.5～3.0，然后将电镀镍件放进钝化液中，在30 ℃的温度下进行20 min钝化，最后在150 ℃环境中干燥1 min。通过以上两步的处理，能够让电镀镍件得到相应的钝化，降低其与空气中氧气的接触，避免发生更严重的氧化反应。电镀镍试样钝化前后在质量分数为3.5%NaCl溶液中的Tafel曲线如图1所示。

图1 电镀镍试样钝化前后在3.5%NaCl溶液中的Tafel曲线

1.3 测试分析

对KH-550和纯KH-550水解液的分子结构进行测量，方法如下：将纯KH-550液体滴入两个盐片之间，使用2 mg的KH-550水解液将200 mg的纯KBR研磨均匀，放入模具中，通过压力将其压成透明的薄片。在此需要说明的是，所使用的KH-550水解液的浓度需要达到相应的标准，并且所产生的透明薄片需要满足实验的要求[2]。

2 结果与讨论

2.1 KH-550的水解状况

KH-550在水解后形成的红外光谱在3 364.85 cm处，其﹣NH的特征吸收峰不见，在3 357.41 cm处的Si-OH强峰覆盖，说明在水解后硅烷偶联剂通过化学反应变成了Si-OH。2 974.11 cm处的﹣CH3对称伸缩振动吸收峰，与 2 927.34 cm-1处的﹣CH2不对称伸缩振动吸收峰合并为一个峰，其原因是水解反应后的硅烷偶联剂，其中的﹣OC2H5被﹣OH所取代，内部的分子结构有一定的改变，而不是简单的伸缩运动。通过对KH-550红外光谱的研究，能够发现其水解情况。从KH-500的水解情况能够看出，其化学性质较为活泼，容易与其他液体发生化学反应，但是在水解后KH-550相对较为稳定。KH-550水解前后的红外光谱如图2所示。

图2 KH-550水解前后的红外光谱

2.2 钝化液的稳定性

KH-550除了会发生红外光谱的反应外，其在水解的过程中还会存在竞争的缩合变化，也就是Si-OH基团间的 ﹣OH反应交联成Si-O-Si低聚体，当硅上的羟基数量不断变多时，其交联反应就会变快，此时可以通过水和乙醇的混合液来制作成相关的水解液，这样可以有效降低反应速度。需要注意的是，KH-550水解后的溶剂为碱性，通过碱性的催化能够加剧缩合反应的进行，并且7 d之内水解液都可以储存[3]。通过提升钝化液的稳定性，能够有效降低硅的反应速度，从而提高其耐腐蚀性，并且经过与碱化溶剂相互发生作用，其水解液能够保存更长的时间。

2.3 钝化膜的耐蚀性

镀镍层在钝化处理前后，其服饰电位具有一定的差距，其范围大约为0.2 V，经过钝化后的电镀镍层对阴极具有极大的保护作用，使得服饰电流的密度以及发生腐蚀的速度都会大大降低，缓腐蚀在93%以上。这种方法是提高电镀镍层耐腐蚀性的有效手段之一，现实情况表明通过对镀镍层进行钝化处理后，能够有效提高其耐腐蚀性。虽然钝化处理具有明显的防腐蚀效果，但是两种钝化膜对电镀镍层的保护效果并没有明显的区别。因此无论是从提高电镀镍层耐腐蚀性能，还是从保护电镀镍层的角度来说，将镀镍层进行钝化是行之有效的方法之一。在进行电镀镍层耐腐蚀性实验的同时，需要加强对镀镍层进行钝化处理。

2.4 钝化膜的形貌

电镀镍层有其特有的形貌，在对电镀镍层进行研究后发现，电镀镍层表面存在许多针孔，这些孔对其耐腐蚀性具有较大的影响，需要采取相应的方法对这些孔进行填平处理。经硅烷偶联剂处理后镀镍层的针孔被硅烷膜所覆盖，有利于防止腐蚀的加剧，但此时钝化膜并不是非常的均匀。不均匀的钝化膜也会对电镀镍层的耐腐蚀性产生影响，并且钝化剂虽然能够有效覆盖镀镍层的空隙，但是对于较小的空隙却不能覆盖，最终电镀镍层的耐腐蚀性能得到提高。所以在对电镀镍层进行钝化的同时，还需要对其表面的空隙进行处理，以提高其耐腐蚀性能。

3 结论

硅烷偶联剂KH-550水解后生成了硅醇，硅醇发生缩合交联反应，水解液不稳定。不稳定的水解液不仅不利于长期保存，同时也会对电镀镍层的耐腐蚀性能产生影响。因此，提高电镀镍层耐腐蚀性的前提之一，就是要提高水解液的稳定性。通过观察得知电镀镍层的耐腐蚀性能，在经过钝化后有明显提升，但是两种钝化膜的均匀性却仍需提升。下一步工作的重点一方面是要提高电镀镍层的耐腐蚀性；另一方面，要对钝化膜的均匀性进行研究，以满足电镀镍层的使用需要。

［1］张明康，穆松林，杨鸿斌，等.化学镀镍磷合金镀层碱性无铬钝化膜的耐蚀性研究［J］.电镀与涂饰，2015，34（17）：972-977.

［2］邹敏敏.电镀镍层表面无铬钝化膜的制备及性能研究［D］.长沙：中南大学，2012.

［3］杨春.碳钢化学镀镍层无铬钝化工艺的研究［J］.电镀与环保，2018（1）：36-39.

TG174.44

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.061

2095－6835（2019）17－0131－02

〔编辑：张思楠〕