ABS塑料表面鍍Ni-W鍍層工藝與性能及機(jī)理研究.pdf

1、ABS塑料質(zhì)輕，無毒，具有良好的成型加工性，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，容易進(jìn)行電鍍加工，但ABS塑料也有它不足之處如：不耐磨、不導(dǎo)電、硬度低等。正是這一些缺陷限制了ABS塑料在工業(yè)上的應(yīng)用，使其不能滿足某些工業(yè)上的特殊應(yīng)用。Ni-W合金鍍層具有優(yōu)良的硬度和耐磨性同時具備良好的外觀形貌和光澤。對ABS進(jìn)行Ni-W合金電鍍可以大大提高鍍層的硬度和耐磨性，并賦予ABS表面金屬光澤，擴(kuò)展ABS塑料的應(yīng)用范圍。本文首次將Ni-

2、W合金鍍層應(yīng)用到ABS塑料表面上，先后采用除油、粗化、敏化、離子型活化、化學(xué)鍍銅、加厚鍍銅，使ABS表面金屬化，通過實(shí)驗(yàn)確定表面金屬化最佳工藝。對金屬化后的ABS塑料進(jìn)行合金電鍍，并通過顯微觀察、表面硬度測試、表面形貌判定、結(jié)合力測試等手段研究了工藝參數(shù)的改變對電沉積速度、試樣表面硬度的影響；應(yīng)用EDS能譜分析和X射線衍射等現(xiàn)代材料測試技術(shù)研究了鍍層的組成及結(jié)構(gòu)，分析研究鍍層中不同W含量的Ni-W合金的結(jié)構(gòu)形式。 ABS塑料表面

3、金屬化實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析表明： 1)通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定了ABS塑料合金電鍍的工藝流程：除油、粗化、敏化、活化、化學(xué)鍍銅，使ABS表面金屬化，再進(jìn)行加厚電鍍銅，最后電沉積Ni-W合金鍍層。 2)對常用的粗化工藝和活化工藝進(jìn)行探討，綜合考慮成本及效果，確定了采用高鉻酐型粗化液和硝酸銀離子型活化液。 3)對塑料表面金屬化過程的化學(xué)鍍銅工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，論述了化學(xué)鍍銅對ABS塑料基體的影響，并探討化學(xué)鍍銅參數(shù)對鍍液穩(wěn)定性及

4、鍍層與基體結(jié)合力的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定了化學(xué)鍍銅工藝及工藝參數(shù)。 Ni-W合金電鍍試驗(yàn)結(jié)果和研究表明： 1)隨著鍍液中硫酸鎳含量的提高，鍍液中鎳離子數(shù)量增加，陰極表面集聚的鎳離子比氫離子越來越多，析氫反應(yīng)減少，鍍速、表面硬度也隨之提高，表面形貌也變佳。而隨著鎢酸鈉含量的提高，鍍液中的WO42-離子增多，可被誘導(dǎo)析出的金屬鎢增加，但相對的Ni2+離子濃度便減少，從而影響到陰極表面的鎳原子析出，也減少鎢誘導(dǎo)析出的可能，使

5、得鍍速先增后減；同時隨著鎢酸鈉增加，Ni-W固溶體晶格畸變增大，硬度提高，但當(dāng)Ni-W合金從納米晶態(tài)過渡到非晶態(tài)后，晶體容易發(fā)生滑動，表面硬度降低；鎢酸鈉含量過高，鎳誘導(dǎo)共沉積的能力有限，過多的鎢酸鈉存在則不利于鍍層形成致密的外觀，使試樣形貌質(zhì)量下降。檸檬酸作為絡(luò)合劑，其含量的影響主要體現(xiàn)在當(dāng)其含量偏低時，不能滿足鍍液中金屬離子形成更多絡(luò)合物的需要，影響鍍速，檸檬酸含量充足即有利于電鍍效果，過多的檸檬酸對電鍍效果不會帶來更大的提高。

6、 2)陰極電流密度對試樣硬度有直接影響，這是由于鍍層的合金晶粒生長受到高鍍速的影響，向小尺寸方向發(fā)展，表面硬度則因此一直提高增加；隨著電流密度增大，電極表面析出的物質(zhì)就越多，陰極表面沉淀的合金就越多，鍍速增加，但析氫隨著電流密度增加而變得愈加劇烈，反而阻礙鍍速增加，同時金屬沉積速度存在上限，鍍速趨于穩(wěn)定；另外過大的電流密度使得在陰極附近電解液中消耗的沉積離子來不及進(jìn)行補(bǔ)充，導(dǎo)致試樣外觀質(zhì)量下降。 3)鍍液的pH值對試樣表面形

7、貌的影響相對其他條件要直接些，在偏酸性條件下得到的鍍層外觀光亮細(xì)致，而隨著pH升高，析氫減少，電流效率升高，從而使得鍍速、試樣硬度增大，但過高的鍍速阻礙Ni.W晶粒的細(xì)化，所以隨著pH繼續(xù)升高，試樣硬度平穩(wěn)發(fā)展不再升高。 4)鍍液溫度升高，金屬離子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，增加了陰極擴(kuò)散層中金屬離子的濃度，不僅利于鍍速加快，也利于Ni-W晶粒的細(xì)化和表面致密，提高表面硬度和外觀形貌，但溫度過高造成了絡(luò)合劑及添加劑的分解和揮發(fā)，鍍液變得不穩(wěn)定

8、，對鍍速、試樣表面硬度和形貌造成不良影響。 5)通過Ni-W鍍層進(jìn)行XRD的測試，觀察和計算證明鍍層中Ni-W合金是以Ni為溶劑、W為溶質(zhì)的置換型固溶體，而且晶粒尺寸為20～40nm之間，鍍層為納米晶鍍層，而隨著w含量的增加，Ni-W合金結(jié)構(gòu)逐漸向非晶態(tài)轉(zhuǎn)變，當(dāng)W含量為45.56％時，Ni-W合金鍍層即為非晶態(tài)鍍層。 6)通過正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析表明：硫酸鎳/鎢酸鈉的含量比對試樣表面硬度的影響最大，對耐磨性和表面形貌都具相

9、當(dāng)重要影響作用；鍍液溫度對表面硬度、耐磨性及表面形貌的影響都是四個因素中最小的；鍍液的pH值對耐磨性的影響最為顯著，對表面硬度的影響也較大，對表面形貌的影響則較??；陰極電流密度對表面硬度、耐磨性的影響較大，對表面形貌的影響則不太顯著。 7)通過正交試驗(yàn)優(yōu)化得到最佳的Ni-W合金電鍍配方為：硫酸鎳60g/L，鎢酸鈉150g/L，檸檬酸130g/L，鍍液溫度65℃，pH值為5，電流密度20A/dm2，施鍍時間30min。合金鍍層表面