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硼酸在光亮鍍鎳中的作用


  硼酸是一種白色粉末狀結(jié)晶物,分子量62,密度1.435g/cm3。它是一種弱酸,電離度很小,電離常數(shù)為5.8×10-10 。在水溶液中會(huì)產(chǎn)生如下的化學(xué)平衡:H3BO3 H﹢+H2BO3-。硼酸是光亮鍍鎳的必要成分。由于鍍鎳液屬弱酸性電 解液(pH﹤6),因而在光亮鍍鎳中除了發(fā)生鎳離子在陰離子在陰極上放電而還原為金屬鎳的反應(yīng)外(Ni2﹢+2e=Ni ),還存在氫離子還原為氫氣的副反應(yīng):2H﹢+2e=H2↑。因而在光亮鍍鎳中陰極區(qū)內(nèi)的pH值會(huì)因氫氣的析出而逐漸 上升。當(dāng)其上升到一定值就會(huì)影響電鍍層質(zhì)量。而硼酸在水溶液中電離出來的H﹢就能補(bǔ)充因氫氣的析出而消耗的H ﹢,以維持一定的酸度,防止酸度的急劇變化,使pH值相對(duì)穩(wěn)定。這就是硼酸的緩沖作用。
電鍍現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐表明,光亮鎳中的硼酸含量低于20 g/L時(shí),緩沖作用較弱,當(dāng)其含量達(dá)到30 g/L時(shí),緩沖作用方 始顯著,所以普通鍍鎳液中硼酸含量宜控制在25~35 g/L范圍內(nèi);一般光亮鎳中常以35~40 g/L為宜;而現(xiàn)代光亮 快速鍍鎳中則提倡硼酸含量在40~50 g/L范圍內(nèi)。之所以提倡硼酸含量宜高一些,是因?yàn)樵阱冩囈褐械呐鹚岢徊?分離解為H﹢和H2BO3-外,另有一部分硼酸會(huì)轉(zhuǎn)化為四硼酸,反應(yīng)式為:4H3BO3 H2B4O7+5H2O。四硼酸具有防止鎳 離子在陰極上形成氫氧化物或堿式鹽的作用,比硼酸的緩沖作用更好。當(dāng)鍍液中的pH值過低時(shí),H﹢易于放電,陰極 電流效率降低和光亮度下降,并使鍍層產(chǎn)生針孔和麻點(diǎn);pH過高,陰極周圍的金屬離子會(huì)以氫氧化物或堿式鹽形式 夾雜在鍍層中,影響鎳層質(zhì)量使鍍層產(chǎn)生諸如粗糙、脆性等缺陷和鍍液變渾濁。由于常溫下硼酸的溶解度為40g/L ,所以當(dāng)硼酸含量過于偏高時(shí),會(huì)降低陰極電流效率,在溫度低時(shí)易結(jié)晶析出,造成鍍層粗糙、毛刺和原材料的浪 費(fèi)。
  現(xiàn)代電鍍研究和電鍍生產(chǎn)實(shí)踐表明,硼酸在光亮鍍鎳中不單純起穩(wěn)定pH值的緩沖作用,而且能擴(kuò)大陰極光亮電流密 度范圍,以使用較高的電流密度,并使鍍層結(jié)晶細(xì)致,不易燒焦,還能使鍍層的延展性良好和改善鍍層和基體金屬 結(jié)合力的作用。另外,由于硼酸的離解作用,有利于抑止硫酸鎳的水解,使電沉積反應(yīng)的順利進(jìn)行。正由于硼酸有 上述作用,所以現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中必須嚴(yán)格控制硼酸含量和正確使用,避免因硼酸而引起的故障。
  我們?cè)谏a(chǎn)中曾遇到過下述兩起故障:一、鍍層高電流密度區(qū)呈藍(lán)灰色調(diào)的鍍層。我廠在鍍自行車曲柄時(shí)發(fā)生過這 種情況。具體表現(xiàn)為曲柄的兩邊緣和兩端呈藍(lán)光色調(diào)的條狀鍍層,經(jīng)調(diào)低pH值可消除此現(xiàn)象,但不一會(huì)兒又重復(fù)出 現(xiàn),經(jīng)添加適量的硼酸后故障是徹底消除。二、鍍層發(fā)白霧:在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中,補(bǔ)充硼酸時(shí)沒有用熱水溶解好就倒入 槽內(nèi),由于硼酸的溶解度較小,使鍍液中的硼酸含量偏低。所以鍍液中的鎳含量偏高而硼酸含量低于30g/L時(shí),則 往往易發(fā)生白霧。總之,在鍍鎳液的維護(hù)中,對(duì)硼酸在光亮快速鍍鎳中的所起作用應(yīng)予以高度的重視,切切不可掉 以輕心,疏忽大意。這樣方可避免或減小鍍鎳故障的發(fā)生。
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