普通陶器材料化学镀镍技术

刘西德,　崔培英

(曲阜师范大学化学科学学院,273165,山东省曲阜市)

　　摘要:实验研究了普通陶器材料化学镀镍的操作方法、工艺条件及各种因素对镀层的影响.结果表明,普通陶器材料经过预处理及敏化、活化处理后,化学镀镍的pH值在7.0,镀镍温度在80℃,反应时间40～45 min,镀层质量较好.

关键词:陶器材料;化学镀;敏化;活化

中图分类号:T Q153.1　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-5337(2005)04-0088-03

　　以粘土烧制的陶器材料及其制品由于密度低、易破碎、耐磨性能差主要作为日常生活用品使用,其应用受到极大的.若能在陶器材料表面镀上一层金属,改善其表面结构和性能,依据陶器材料本身所具有的特性,使陶器材料及其制品的应用范围更广泛.因为陶器材料为非金属,不能采用电镀的工艺方法进行,只能通过化学镀的方法,在其表面镀上一层金属.提高陶器材料的致密性及结合力,同时也拓宽了化学镀镍的研究领域,我们在这方面进行了一些有益的尝试,陶器材料经化学镀镍得到银白色的镀层,并且其结合力和强度也得到加强和改善.

1　实验原理

化学镀是在非金属表面上进行镀金属的工艺过程,主要是利用强还原剂在非金属表面进行氧化还原反应,使金属离子沉积在非金属镀件上.普通陶器材料化学镀镍工艺是经过预处理及敏化、活化处理后,使陶器材料表面具有催化活性中心,这样镍等金属离子经过催化活性中心的活化才能被还原剂还原而沉积在陶器材料表面,形成镀层.要使化学镀镍能够持续进行,所用还原剂的氧化还原电位必须比金属镍的氧化还原电位更低才可以.因为还原剂的氧化还原电位值越负表明它的还原能力越强.已知φ0H

3

PO3ΠH3PO2=-0.50V,φ0Ni2+ΠNi=-0.25V,所以可以选用次亚磷酸钠作为还原剂来进行陶器材料化学镀镍.

陶器材料化学镀镍在催化剂条件下所发生的氧化还原反应为:

Ni2++2e→Ni.

H3PO2+H2O→H3PO3+2H++2e.

总反应:

Ni2++H3PO2+H2O=Ni+H3PO3+2H+.

以上氧化还原反应在陶器材料表面上进行,还原剂次亚磷酸钠被氧化,镍离子被还原.金属镍在陶器材料表面上不断析出,从而形成金属镍镀层.

2　实验部分

2.1　镀件的预处理

镀件的预处理包括化学除油和化学粗化.陶器材料进行化学镀之前,需要用细砂纸对其表面进行打磨,使其表面光滑、均匀,同时也起到预粗化的目的.但由于其表面存在的油污及其它杂质,影响到镀层的质量,必须对镀件进行化学除油,即分别用碱液和酸液除去陶器表面的油污.然后进行粗化处理,粗化处理的实质是一种腐蚀作用.镀件表面经过腐蚀,变得微观粗糙.这样就增大了镀件与镀层的接触面积,更便于镀件表面活性中心的沉积.粗化处理液是将18.5g铬酐溶解于400m L水,再加入600m L浓硫酸,混合均匀即可.将陶瓷放入35～38℃的粗化液中,粗化处理3～4min即可,然后用蒸馏水冲洗干净,烘干并称重.

2.2　镀件的敏化及活化处理

第31卷　第4期2005年10月　　　　　　　

曲阜师范大学学报

Journal　of　Qu fu　Normal　University

Vol.31　No.4

Oct.2005

Ξ收稿日期:2005-01-06

　作者简介:刘西德,男,1961-,副教授;主要研究方向:应用化学.

陶器材料在进行化学镀时,其表面必须具有催化活性中心,这样在化学镀镍过程中,才能起到催化作用,以加速镍离子在陶器材料表面的沉积.要使陶器材料表面具有催化活性中心,必须对其进行敏化和活化处理.所谓敏化,就是使非金属表面吸附一些易氧化的物质;而此后的活化处理,就是将此吸附有还原剂的镀件浸入含有氧化剂即贵金属离子的溶液中.使贵金属析出在镀件表面上,形成催化活性中心.

敏化剂溶液:取10.5g 氯化亚锡溶解于40m L 浓盐酸中,然后加入蒸馏水冲稀至1000m L.为防止Sn 2+被氧化成Sn 4+

,溶液中需放入一块锡片.

活化剂溶液:取氯化钯0.25g 溶解于2.5m L 浓盐酸中,并加蒸馏水冲稀至1000m L.

敏化处理是将预处理过的陶器材料放入敏化液中,并在26℃的恒温槽中恒温,搅拌6～8min ,

然后水洗.再进行活化处理,将镀件放入活化剂中,在30℃的恒槽中搅拌8～10min ,水洗干净即可.2.3　普通陶器材料化学镀镍

化学镀镍液的配制:镀镍液(Ⅰ):

分别称取氯化镍30g ,醋酸钠50g.用蒸馏水配制成500m L 溶液.

镀镍液(Ⅱ

):称取次亚磷酸钠10g 溶解于500m L 蒸馏水中即可.

将经过活化处理的陶器材料置于一定温度的恒

槽镀镍容器中,先倒入镀镍液(Ⅰ

),再倒入相同体积的镀镍液(Ⅱ

),镀镍反应即开始.镀镍过程中每隔5min 搅拌一次,控制一定的温度和pH 值,反应40～50min 结束.取出镀件,经水洗后烘干称重.

3　结果讨论

3.1　pH 值的影响

实验结果表明,镀镍溶液的PH 值对镍的沉积

速度影响较大.随着镀液pH 的增加,H 2PO -2的还原能力增强,因此镍在陶器材料表面的沉积速度加大,这可由图1中看出.但由表1实验结果可知,随着pH 值的升高,镀层质量先增加后降低.实验结果表明,过高的pH 值,会使镀层变得灰暗、粗糙,镀层结构松散,镀层与陶器材料之间结合力较弱,镀层易脱落.这是由于过高的pH 值会使镀液分解,容易出现混浊,从而降低了次亚磷酸钠的还原能力,且镀层夹带的镀液沉淀物共沉积,从而影响了镀层的质量.陶器材料化学镀镍的最佳PH 值应控制在7.0为宜.(pH 用PHS J -4APH 计测定).

图1　80℃时,不同pH 值对沉积速度的影响

表1　80℃时,不同pH 值的镀件实验结果

pH 值

4.102

5.768

6.982

7.6857.922镀件质量w Πg 11.210413.561220.538615.322.3676镀件增重△w Πg 0.120.31870.82570.82280.5480增重百分比△w Πw

1.14

2.35

4.02

5.26

2.45

镀层质量

不均匀较好好灰色暗灰

3.2　温度的影响

陶器材料化学镀镍过程中,温度对镀层质量的

影响较大.在敏化、活化、化学镀镍过程中,温度都必须严格控制.经多次实验可知敏化、活化过程温度应控制在25～30℃为宜.温度低于15℃时,敏化、活化效果不好;温度较高时,镀层质量差且不均匀.

图2　80℃时,温度对沉积速度的影响

化学镀镍过程中温度的影响,由图2可以看出,提高温度,有利于反应的进行,镍的沉积速度加快.由表2可知,若温度过高,镀层质量反而下降.这是由于化学镀镍过程中,温度过高,镀液挥发增加,镀液不稳定,容易分解而出现浑浊.这时镀层变得粗糙,出现针孔和皱褶,镍与陶器材料间结合力变小.根据实验结果,确定陶器材料化学镀镍的温度控制在80℃为宜.

98第4期　　　　　　　　　　　刘西德,等:普通陶器材料化学镀镍技术　　　　　　　　　　　　　　

温度

TΠ℃

6575829295100镀件质量

wΠg

15.2512.221620.677621.296018.024522.6125

镀件增重

△wΠg

0.051900.18090.750.39400.29210.0497

增重百分比

△wΠw,%

0.34 1.48 3.67 1.85 1.620.22

镀层质量不均匀较好好较好灰暗皱褶

3.3　其它因素的影响

若镀液中次亚磷酸钠的浓度提高,则镀液的还原能力增强,镍在陶器材料表面的沉积速度加大.但同时会使镀层结构松散,镀层与陶器材料的结合力变弱.另外由于受到空气中氧气作用,镀液不稳定,不利于化学镀镍的进行.

此外,镀镍的时间也会影响镀层的质量.实验发现,镀镍时间过长,则陶器材料镀件表面不光滑,且镀层变灰.实验结果表明镀镍时间控制在40～45 min即可.

4　结束语

陶器材料表面化学镀镍的试验,虽经实验多次,确定了其化学镀镍的最佳控制条件和工艺方法,但有些方面还需要进一步的试验和研究.如利用冷场扫描电子显微镜对陶器镀件表面进行扫描,观察陶器表面镀镍层颗粒之间的结合状况,试验金属镍与陶器材料之间结合力的强弱,以及表面镀层导电性的试验等等,对于陶器材料表面化学镀镍的研究都具有重要的作用.随着试验研究的深入和加强,陶器材料表面化学镀镍工艺必将更加完善,陶器材料的应用范围将更加广阔,经济效益也会得到充分发挥.

参考文献:

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(3):14.

Technology of Chemical Nickel on the Surface of Ordinary Pottery

LIU Xi-de,　CUI Pei-ying

(C ollege of Chemical Science,Qu fu N ormal University,273165,Qu fu,Shandong,PRC)

Abstract:The operating methods,the process and the in fluence of several factors on the nickel-plating on the sur2 face of ordinary pottery were studied by the experiment.It shows that the quality of chemical nickel is g ood,under the condition that the ordinary ceramics were handled with pretreatment,sensitization and activation,pH=7.0,the reaction tem perature is80℃and the reaction time is40～45min.

K ey w ords:pottery;chemical plating;sensitization;activation

09　　　　　　　　　　　　　曲阜师范大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　2005年