ni-p合金镀层中磷含量的控制

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1、Ni-P合金中磷含量的控制张玉峰,吴晓明,田铖,赵善良（武汉军械士官学校自行火炮系湖北武汉430075）摘要:在刷镀中用滴定法，测出镀层中镍含量，研究了镍-磷合金刷镀工艺对刷镀层中w（P）的影响。实验表明：镀液中硫酸镍浓度对镀层磷含量有显著影响，硫酸镍浓度升高，对提高沉积速度有利，但会显著降低镀层磷含量；镀层磷含量随亚磷酸浓度增加而增加，但当亚磷酸增加到一定值（约60mL/L）时，镀层磷含量相对稳定；镀层的沉积速度随柠檬酸浓度的增加存在一个最大值，而镀层中的磷含量在镀速最快时降到最低点；操作温度和电压变化对镀层中的含磷量影响不大。关键词:刷镀镍

2、-磷合金；刷镀层；磷含量中图分类号：TQ153文献标识码：A0前言在刷镀镍磷合金研究中，磷含量是一个重要参数，刷镀层结构按磷含量增减而变化，随磷含量增加刷镀层结构的变化规律为：晶态-微晶-非晶态[1]。因此，镀层中磷含量高低直接决定着镀层的物理化学性能，直接影响刷镀层质量，决定刷镀产品的主要性能和用途，刷镀中要严格控制镀层中磷的含量。影响合金镀层磷含量的因素有很多，如镀液的主盐质量浓度、络合剂、pH值、操作温度等。本文介绍了通过刷镀工艺，控制镍磷镀层中磷的含量，以控制刷镀层质量。1实验1.1设备、仪器及试剂刷镀设备采用武汉军械士官学校研制的“便

3、携式逆变焊镀充电多用机”；称重采用电光分析天平；试剂为EDTA（AR）、硝酸（AR）、氨水（CP）。1.2刷镀镍磷合金做工作层镍磷刷镀液配方：硫酸镍240g/L；亚磷酸50g/L；磷酸8g/L；柠檬酸30g/L；活化剂4g/L。工艺条件：镀笔接正接，工作电压10Ｖ～14Ｖ，工件相对镀笔的运动速度15m/min。1.3刷镀层中w（P）的测定方法（1）测定原理将刷镀镍层剥离，加入硝酸溶解，用氨水调pH值为11左右，以紫脲酸铵做指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定，测出镀层中镍含量，通过计算求出镀层中磷的含量。（2）测定步骤将试片脱脂、除锈、活化后，进

4、行刷镀镍，当镀层厚度为1μm左右时，将镀片取出，洗涤后进行表面涂油处理，使镀层结合力变差，根据所需镀层厚度，在不同温度下控制不同施镀时间，获得镀层，洗净后将镀层剥离，经洗涤干燥后，准确称量0.05g镀层，放入100mL小烧杯中，加入5mL（浓硝酸和水的体积比为1:1）的硝酸溶液加热溶解，当镀层完全溶解后，冷却至室温，转移到500mL的三角瓶中，加入蒸馏水稀释到50mL左右，加2滴～3滴紫脲酸铵指示剂，这时溶液为紫红色，再加入5mL～6mL氨水，溶液立即变为黄棕色，此时溶液的pH值约为11～12，用EDTA标准溶液进行滴定，当溶液由黄棕色变为紫红

5、色时为滴定终点[2]，镀层中磷含量的计算公式为：P=｛[w-(VM×MNi)]/M｝/W×100%式中，V为所耗EDTA标准溶液的体积（L），M为EDTA标准溶液的浓度（mol/L），W为镀层的重量（g），MNi为金属镍的摩尔质量（g/mol）。在整个滴定测定中，溶液pH值的控制是十分重要的，一般控制在11～12之间，因为指示剂在不同的pH值条件下显色不同，超出规定范围，终点指示不明显，造成测定结果偏差较大。需要注意的是：（1）溶解镀层时加入硝酸要适量；（2）氨水用量要合理；（3）溶液体积不能相差太大，否则影响终点的pH值及判断。另外，在溶解镀

6、层时，要溶解完全，否则会使测定结果偏高。2结果讨论2.1主盐质量浓度硫酸镍是刷镀液中的主盐，提供刷镀液中可供还原的Ni2+，在阴极被还原成金属镍。镀液中硫酸镍浓度与沉积速度、镀层磷含量的关系，如图1。302520151050沉积速度v/μm/h图1刷镀液硫酸镍含量与镀速、P含量的关系由图1可见，镀液中硫酸镍浓度对镀层磷含量和沉积速度均有显著影响，硫酸镍浓度升高，对提高沉积速度有利，过高则会显著降低镀层磷含量。镀液中主盐硫酸镍浓度增加，镀层中镍元素的含量也增加，这是因为镀液中镍元素离子浓度增加时，其析出电位正移，因而更容易析出，但镀液中硫酸镍浓度

7、和镀层中镍元素的含量之间并不存在简单的关系，因为镀层合金元素的沉积不属于正常的共沉积，磷不能单独从水溶液中电沉积出来[3]，而镍元素能使磷离子的阴极还原反应受到阳极极化，析出电位正移，和镍元素一起沉积形成合金。2.2亚磷酸浓度亚磷酸对镀层磷含量的影响关系见图2，沉积时除亚磷酸在10mL/L～80mL/L变化外，其他条件同前。由图可见，镀层磷含量随亚磷酸浓度增加而增加，但当亚磷酸增加到一定值（约60mL/L）时，镀层磷含量相对稳定。这是因为，当亚磷酸浓度增加时，被阴极吸附的阴离子增加，从而被活性氢原子还原的几率增加，导致Ni-P合金中磷含量增加，

8、但当刷镀液中还原剂增加到一定值时，被阴极吸附的阴离子将达到极大值，故镀层中磷含量趋于稳定，但随着亚磷酸浓度的增加，沉积速度降低。亚磷酸浓度应控在50m