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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℃ (8) 沸點:2730℃

(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,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。

5.4裝飾性鎳鍍浴配方

由添加劑的控制可得全光澤鎳(fully-bright nickel)、半光澤鎳(semi-bright

nickel)及犁地鎳(satin-like nickel)。全光澤鎳含硫成份0.06％~0.1％,其添加劑至少需二種有機,一種是光澤劑含硫成份如benzenesulfonamide, enzene disulfonic acid,benzene trisulfonic acid, napthalene trisulfonic acid。另外一種是平滑劑(leveling agent)如formaldehyde, comarin, ethylenecyanohydrin及butynediol。這二種添加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添加劑所以不含硫,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,防止產品污染及保持產品純潔。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)

a) 硫酸鎳 (NiSO4．7H2O)300g/l b) 氯化鎳( NiCl2．6H2O) 60g/l

c) 硼酸 (H3BO3) 37.5g/l d ) pH值 3

e) 浴溫60C f) 電流密度430A/m^2

(2) 全氯浴(all-chloride bath)

a) 氯化鎳(NiCl2．6H2O) 300g/l b) 硼酸( H3BO3) 37.5g/l

c) pH值3 d) 電流密度430A/m^2

(3) Sulfamate浴

a) Nickel Sulfamate Ni(H2NSO3)2 400g/l b) 硼酸 30g/l

c) pH值 4.5 d) 浴溫57C e) 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。

请问镀镊的一个工艺流程是那样的？