姜鹏，陈阵，何素琼
(昆明理工大学，云南昆明650093)
摘要：采用正交实验优化，得到一种柠檬酸盐体系电镀稀土Sn－Ni合金的实验方法，给出柠檬酸盐体系电沉积稀土Sn－Ni合金的镀液成分和工艺条件，并且对镀液中各组分的作用进行研究和讨论。研究稀土添加剂CeCl3对Sn－Ni合金镀层的影响，运用扫描电子显微镜对Sn－Ni合金沉积层的组成和形貌进行分析，结果表明:镀液中加入稀土盐CeCl3，控制其质量浓度为2～5g/L，能改善镀层性能，提高镀层的耐腐蚀性，开始生锈时间由52h提高到143h(无钝化)。
关键词：电沉积;Sn－Ni合金;柠檬酸盐体系;稀土
中图分类号：TQ153．2
Sn－Ni合金镀层不但具有美丽的金属光泽，且有良好的耐磨性和耐腐蚀性，不易变色，可长期保持光泽，在金属表面精饰行业中应用广泛。关于电镀Sn－Ni合金的镀液组成和工艺的研究虽然很多，但在电镀稀土Sn－Ni合金方面的研究和报道却很少。有文献表明，镀液中加入稀土后，可以改善镀液的性能，提高镀层质量。笔者通过正交实验优化，得到了一种柠檬酸盐体系电镀稀土Sn－Ni合金的实验方法。运用扫描电子显微镜对Sn－Ni合金沉积层的组成和形貌进行分析，并对镀液中各成分的作用及稀土添加剂CeCl3对Sn－Ni合金镀层的影响进行研究和讨论。
1·实验方法
1．1 实验仪器及分析方法
采用40mm×50mm铁片为阴极，相同尺寸的石墨为阳极，在250mL矩形电镀槽中单面电镀。使用分析纯试剂和蒸馏水配制镀液;pH用PHS—29A型数字酸度计测定;HB—1730双路直流稳压电源提供稳定电流;使用XL30ESEM—TMP型扫描电子显微镜观察镀层形貌;对镀层成分进行能谱分析。
1．2 镀液的组成和工艺条件
镀液成分见表1，工艺条件见表2。
1．3 工艺流程
电镀工艺流程:粗磨→水洗→除油→水洗→细磨→除锈→水洗→电镀→水洗→干燥。
1．4 镀液的配制
用适量蒸馏水溶解CeCl3，边搅拌边缓缓加入镀液至完全溶解;用氢氧化钠和盐酸调节pH。
2·结果分析和讨论
2．1 镀液成分的影响
2．1．1 硫酸镍
硫酸镍提供镍离子，浓度低时镀液的覆盖能力较好，镀层结晶细致，容易抛光，但阴极电流效率较低，允许的阴极电流密度的上限值小。浓度增加，镀液的覆盖能力下降，但可采用的电流密度增加，沉积速度变快。通过实验控制硫酸镍的浓度在一定范围内变化，在工艺范围内可得到镍质量分数为4．98%～6．20%的镀层。随着镀液中硫酸镍质量浓度增大，镀层中Ni的质量分数也升高，但是当硫酸镍的质量浓度达到15g/L以后，镀层中Ni的质量分数增大的趋势变缓，如图1所示。这说明提高镀液中硫酸镍的浓度能够提高镀层中镍的质量分数，但是当硫酸镍达到一定浓度后，浓度的增加对提高镀层中镍的质量分数影响不大。
2．1．2 氯化亚锡
氯化亚锡提供锡离子，由于二价锡离子不稳定，容易氧化和水解，需要加入抗氧化剂和稳定剂。镀液中锡离子浓度占总浓度20%(摩尔比)时，合金硬度值最高，锡离子浓度占总浓度30%～50%(摩尔比)时，镀层内应力最大，且镀层结晶细致。当锡质量分数过低时镀层表面有小瘤包，质量分数过高则结晶变粗。通过控制氯化亚锡浓度在一定范围内变化，在工艺范围内可得到Sn质量分数为46．74%～62．88%的镀层。从图2可以看出，随着镀液中氯化亚锡质量浓度增大，镀层中Sn的质量分数增大，氯化亚锡质量浓度为20～25g/L时，锡质量分数达到最大值，之后镀层中Sn的质量分数随着浓度的增大开始减小，因此镀液中氯化亚锡的质量浓度应控制在10～30g/L。
2．1．3 氯化铵
氯化铵用作导电盐，提高其质量分数，可提高镀液的导电性，改善镀液分散能力。若浓度过低，会使镀液导电性能下降，导致阴极电流密度变窄，镀层的光亮度下降;若提高阴极电流密度，会使镀层烧焦，所以其浓度需控制在工艺范围内。
2．1．4 柠檬酸和柠檬酸钠
柠檬酸和柠檬酸钠作为主络合剂使用，其浓度对镀层Sn含量的影响如图3、图4所示:柠檬酸和柠檬酸钠质量浓度过低，镀层中Sn的质量分数也很低。原因是柠檬酸和柠檬酸钠的质量浓度较低时，Ni2+，Sn2+络合不完全，会形成氢氧化物，产生浑浊沉淀，降低了镀液的稳定性;若质量浓度过高，会使带出的损失增加，同样会导致镀层中Sn的质量分数降低，所以其用量必须控制在工艺范围内。
