文/趙國鵬

 

    化學(xué)鍍是利用化學(xué)方法使溶液中的金屬離子還原為金屬，沉積在具有催化活性的基體表面而形成鍍層的一種表面處理方法。它是一種自催化反應(yīng)，不需要通過外加電流來實現(xiàn)。

 

    化學(xué)鍍鍍覆的金屬和合金種類較多，諸如：Ni-P、Ni-B、Cu、Ag、Pd、Sn、In、Pt及多種Co基合金等。但從產(chǎn)業(yè)規(guī)模和應(yīng)用面來比較，最主要的化學(xué)鍍鍍種是化學(xué)鍍鎳。通過對相關(guān)協(xié)會提供的數(shù)據(jù)以及互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，化學(xué)鍍鎳的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，約占到整個化學(xué)鍍規(guī)模的80%以上，而通常所說的化學(xué)鍍鎳是指化學(xué)鍍Ni-P合金。

 

    化學(xué)鍍鎳行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

 

    市場構(gòu)成

 

    化學(xué)鍍鎳是表面處理技術(shù)中起步相對較晚，發(fā)展較快的一種技術(shù)，目前，化學(xué)鍍鎳的市場分布主要集中在亞洲和歐美地區(qū)。其中，亞洲地區(qū)的化學(xué)鎳市場主要依托于日益發(fā)達(dá)的制造業(yè)，為相關(guān)的制造行業(yè)提供配套和產(chǎn)品加工。而歐美地區(qū)則得益于技術(shù)和研發(fā)上的優(yōu)勢，相對于全球其他地區(qū)，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。

 

    隨著該項技術(shù)的不斷成熟，化學(xué)鍍鎳產(chǎn)品在許多行業(yè)都得到了應(yīng)用，上至航空航天的零部件，下至采礦勘探設(shè)備等均有采用化學(xué)鍍鎳來達(dá)到某種性能的應(yīng)用要求。通過對國內(nèi)外化學(xué)鍍會議的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到了近年來主要地區(qū)的化學(xué)鍍鎳市場構(gòu)成情況， 大致如下：

 

    行業(yè)的基本特點

 

    化學(xué)鍍鎳技術(shù)最初發(fā)現(xiàn)于歐洲，興起于美國。直到20世紀(jì)60 年代后期，化學(xué)鍍鎳技術(shù)才開始在美國進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用，但當(dāng)時的技術(shù)還很不成熟與穩(wěn)定，化學(xué)鍍鎳技術(shù)真正大規(guī)模用于實際生產(chǎn)是在20世紀(jì)70年代末的美國，當(dāng)時的化學(xué)鍍鎳工藝已經(jīng)日趨成熟，鍍液的穩(wěn)定性、使用周期都較初始階段有了明顯的提升。

 

    到目前為止，化學(xué)鍍鎳技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用也僅40多年的時間，其作為一種“后起”的表面處理技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的電鍍行業(yè)，具有以下特點：

 

    （1）技術(shù)針對性強，具有獨特優(yōu)勢

 

    相對于電鍍鎳，化學(xué)鍍鎳技術(shù)具有其自身的優(yōu)勢，如鍍層均勻，對施鍍件的形狀沒有選擇性，無需陽極，適用于尺寸復(fù)雜多變的工件；不需要外用電源，設(shè)備簡單；鍍液的分析、補加簡單，維護(hù)方便；鍍層孔隙率低，防護(hù)性好；鍍層硬度根據(jù)磷含量的不同可選擇；鍍層的應(yīng)力小，可以鍍覆較厚的鍍層（100微米以上）。

 

    （2）應(yīng)用領(lǐng)域廣

 

    隨著技術(shù)的進(jìn)步，化學(xué)鍍鎳的性能更高、功能更多樣化，也越來越多的被應(yīng)用到不同的行業(yè)。如：

 

    ①通信基站波導(dǎo)零件鍍高磷化學(xué)鎳打底用于磁屏蔽、手機鋁外殼鍍化學(xué)鎳后鍍金；

 

    ②印制線路板化學(xué)鍍鎳防止銅層與鍍金層互相擴(kuò)散、電腦硬盤鍍高磷化學(xué)鎳鍍層，以便在基片和磁性數(shù)據(jù)存儲表面之間形成保護(hù)性屏障；

 

    ③模具上使用中、低磷鍍層代替硬鉻鍍層（中磷鍍層需熱處理）；

 

    ④氯堿工業(yè)管道使用高磷鍍層增強耐蝕性，使用低磷化學(xué)鍍鎳保護(hù)液堿運輸槽罐車的螺栓、連接閥；

 

    ⑤軍、民用飛機發(fā)動機部件如軸承的軸頸、舵機閥、壓縮機葉片、汽輪機葉片、活塞發(fā)動機軸、發(fā)動機底座等使用化學(xué)鎳鍍層來修復(fù)；

 

    ⑥在球閥上鍍高磷、低磷鍍層增加耐蝕或耐磨性；

 

    ⑦散熱片上鍍化學(xué)鎳層增強耐蝕性和硬度；

 

    ⑧另外，化學(xué)鍍鎳在機械、汽車上也有較多的應(yīng)用：

 

    （3）特殊應(yīng)用，行業(yè)整體規(guī)模小

 

    化學(xué)鍍鎳層往往作為一種過渡性或功能性鍍層而存在，較少用來作為裝飾性或表面覆蓋層，應(yīng)用主要面向于具有特殊要求的領(lǐng)域，我們在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，化學(xué)鍍鎳技術(shù)的產(chǎn)業(yè)性質(zhì)具有應(yīng)用面廣規(guī)模量小的特點，通過對所接觸廠家的類別和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計可以得出，專業(yè)的化學(xué)鍍鎳廠家的數(shù)量僅為電鍍廠家數(shù)量的約1/10，而以全國電鍍企業(yè)年產(chǎn)值約1800～2000億元估算，化學(xué)鍍鎳年產(chǎn)值約180～200億元。

 

    （4）技術(shù)更新慢，市場發(fā)展遲緩

 

    化學(xué)鍍技術(shù)在經(jīng)歷了上世紀(jì)八九十年代的快速發(fā)展后，在鍍液的壽命、穩(wěn)定性、鍍層質(zhì)量、實際應(yīng)用經(jīng)驗等方面，都有了質(zhì)的飛越，這一時期的化學(xué)鍍技術(shù)主要解決了鍍液穩(wěn)定性差、使用周期短、無法連續(xù)生產(chǎn)、鍍種單一等問題。但作為一種實用性強的表面處理技術(shù)，化學(xué)鍍鎳技術(shù)還有巨大的進(jìn)步空間，在諸如環(huán)保、使用周期、綜合成本等方面還面臨巨大的壓力，如下：

 

    含Pb、Cd的不環(huán)保工藝沒有完全退出市場，仍在使用；

 

    鍍液壽命短，長則5～8周期，短則2～3個周期，報廢頻繁， 成本高；

 

    廢液處理難徹底，污染環(huán)境，有效成分浪費嚴(yán)重，再生利用成本高昂；

 

    不重視前后處理、節(jié)電、節(jié)水技術(shù)的升級；

 

    不重視工藝的探索和改進(jìn)；

 

    不重視管理。

 

    （5）環(huán)保壓力增大

 

    化學(xué)鍍鎳溶液中含有較高濃度的鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑、其他添加劑等，隨著周期實驗的進(jìn)行，鍍液中積累的物質(zhì)濃度逐漸升高，其中的有機酸絡(luò)合劑，其濃度可達(dá)到約60～200g/L，如此高濃度的絡(luò)合劑在維持溶液平衡與穩(wěn)定的同時，也增加了后續(xù)廢液處理的難度，溶液中絡(luò)合劑與鎳離子的結(jié)合造成“破絡(luò)難”， 在廢液處理時鎳離子難以處理徹底。以珠三角地區(qū)為例，目前， 電鍍廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，是按照GB21900-2008的表3標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，其中總鎳排放標(biāo)準(zhǔn)為：0.1mg/L，對于化學(xué)鍍鎳來說，要在絡(luò)合劑濃度很高的溶液中將4.0～5.0g/L的Ni2+降低至0.1mg/L，難度非常之大，且投入設(shè)備的費用和處理的費用都非常高昂，即便如此，往往在對化學(xué)鍍鎳廢液進(jìn)行處理后，其廢水中的含鎳量仍高于表3的排放限值。

 

    另一方面，化學(xué)鍍鎳溶液中的次磷酸鈉、有機酸絡(luò)合劑等含有大量的N、P等營養(yǎng)化物質(zhì)，這類元素排入水體極易造成水體的富營養(yǎng)化，在表3的規(guī)定中，總氮、總磷的排放限值分別是15mg/L 和0.5mg/L，相對于廢液中大量的含N、P有機物和目前的處理水平，廢液在常規(guī)的處理后，難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

 

    鑒于總鎳、氮、磷等污染物經(jīng)處理后仍難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)， 因此，目前珠三角地區(qū)化學(xué)鍍鎳廢水的實際處理情況是：化學(xué)鍍廠家不直接處理而是將廢液委托給有相應(yīng)處理資質(zhì)的環(huán)保公司進(jìn)行處理，但處理的費用往往高達(dá)3000～4000元/噸，且處理水平良莠不齊，處理后的污染物濃度并非百分百達(dá)到國標(biāo)規(guī)定值。

 

    （6）利潤空間縮小

 

    化學(xué)鍍鎳是一種應(yīng)用面較廣的表面處理技術(shù)，隨著其技術(shù)的普及，所加工的產(chǎn)品附加值下降，同時，由于該技術(shù)的逐漸成熟，市場上同類產(chǎn)品的豐富，產(chǎn)品之間的競爭加劇。目前，市面上的化學(xué)鍍鎳溶液組成成分復(fù)雜，各有效成分濃度高，在使用中，化學(xué)鍍鎳溶液的工作周期短，報廢更換頻繁，報廢液中含有大量的有效成分，資源的浪費無形中推高了產(chǎn)品的使用成本，廢液的處理量也相應(yīng)增加，加上同質(zhì)產(chǎn)品競爭的加劇，售價越來越低，總體壓縮了化學(xué)鍍鎳產(chǎn)品的利潤。

 

    （7）收款周期延長

 

    全球經(jīng)濟(jì)在08年的經(jīng)融危機中遭受重創(chuàng)，制造業(yè)受到空前打擊，市場萎縮、訂單減少，市場本身的不確定性增大，通過供應(yīng)鏈的傳導(dǎo)作用，也影響到與制造業(yè)相關(guān)的行業(yè)。而近年來，隨著中國人口紅利的逐年遞減，人工、土地等綜合成本也逐漸上升； 另外，中國經(jīng)濟(jì)三十年來的粗放式快速發(fā)展又帶來了環(huán)境的惡化，環(huán)保壓力大增。這一系列的不利因素都給表面處理行業(yè)的發(fā)展帶來了前所未有的困難，也加劇了行業(yè)生存的風(fēng)險，成本的逐漸上升和生存風(fēng)險的增加，導(dǎo)致整個行業(yè)資金鏈的緊張，因此， 無論是產(chǎn)業(yè)鏈的上游還是下游，都面臨著收款周期變長，市場情況復(fù)雜多變的實情。

 

    化學(xué)鍍鎳技術(shù)現(xiàn)狀及面臨的問題

 

    技術(shù)現(xiàn)狀

 

    目前，我國的化學(xué)鍍鎳的現(xiàn)狀是第三代產(chǎn)品（即鎳鹽+次磷酸鈉+絡(luò)合劑+穩(wěn)定劑）和第四代產(chǎn)品（即鎳鹽+次磷酸鈉+復(fù)合絡(luò)合劑+穩(wěn)定劑+促進(jìn)劑+緩沖劑+潤濕劑，特點：無鉛鎘）共存。其中，最近幾年的研究熱點是添加劑中鉛鎘的無害化替代，配方在使用過程中的完善、功能性鍍層的研究等，但整體來講，技術(shù)水平仍偏低，如表1。

 

 

    化學(xué)鍍鎳行業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

 

    （1）廢液處理成本高，部分企業(yè)不重視環(huán)保，環(huán)保壓力大，

 

    如前所述，由于化學(xué)鍍鎳液中大量絡(luò)合劑的存在，造成鎳等金屬離子在廢液處理時難度很大，往往處理的不徹底。因此，很多地區(qū)已將化學(xué)鎳廢液列為危廢物，廠家一般都是將廢液委托具有相應(yīng)環(huán)保資質(zhì)的廢水處理公司進(jìn)行處理，而處理費用非常高， 以珠三角地區(qū)為例，就我們了解到的情況是，目前的處理費用高達(dá)3000～4000元/噸，相當(dāng)于4元～5元/升，如此高昂的廢液處理費用，大大增加了廠家的綜合成本，攤薄了企業(yè)利潤。因此，面對高昂的處理費用，有的廠家環(huán)保意識差，選擇鋌而走險，在將廢液簡單處理后，不論鎳含量、N、P、COD等污染物是否超標(biāo)即偷偷排放。

 

    同時，環(huán)保政策帶來的壓力也在日益增大，例如廣東地區(qū)， 電鍍廢水執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)是GB21900-2008表3標(biāo)準(zhǔn)，對于大部分化學(xué)鍍鎳企業(yè)來說，按照表3標(biāo)準(zhǔn)，一是本身處理難度非常大；二是處理效果未必能達(dá)標(biāo)。

 

    （2）水平參差不齊，先進(jìn)工藝與淘汰工藝并存

 

    以珠三角地區(qū)為例，珠三角地區(qū)的電鍍行業(yè)無論是技術(shù)水平或規(guī)模都處于全國前列，其中，化學(xué)鍍鎳經(jīng)過一二十年的發(fā)展后，具有技術(shù)普及化，配方半公開化的現(xiàn)狀。因此，一些需要從事化學(xué)鍍鎳加工的企業(yè)為了節(jié)省成本，不是購買成熟的商品化鍍液而是采取由工廠的“師傅”自己配制，這種鍍液可滿足一定的要求，但是其使用周期短，往往只能使用至3周期左右，且一般都使用含鉛化合物作為穩(wěn)定劑、含鎘化合物作為光亮劑，這種工藝不符合環(huán)保的要求，屬于已經(jīng)淘汰的工藝。另一方面，對于一些要求較高的行業(yè)，如電腦硬盤、通信器材的波導(dǎo)零件等的化學(xué)鍍鎳，則使用國內(nèi)外最先進(jìn)的工藝來進(jìn)行加工，以滿足在鍍層性能和外觀方面的各種高端要求。

 

    （3）管理混亂、工藝執(zhí)行不到位

 

    根據(jù)我們多年在現(xiàn)場跟進(jìn)的經(jīng)驗，目前，相關(guān)企業(yè)普遍存在的問題是管理混亂，有制度無執(zhí)行，有管理無監(jiān)督，交叉管理、多重管理，出了問題卻無責(zé)任人；工藝在執(zhí)行過程中隨意性大， 不按照工藝指導(dǎo)書執(zhí)行，故障頻出，出故障后原因難查找。

 

    （4）生產(chǎn)成本高

 

    由于近幾年的外圍經(jīng)濟(jì)環(huán)境欠佳，加工的訂單減少、單價降低，同時環(huán)保壓力增大，人工成本又上升較快，造成企業(yè)的綜合生產(chǎn)成本較高，如表2所示。
 

 

    近年化學(xué)鍍鎳的熱點及應(yīng)用

 

    近年研究熱點

 

    （1）用環(huán)保型添加劑替代鉛、鎘等有害重金屬

 

    研究主要集中于穩(wěn)定劑、光亮劑的研究。

 

    目前，國外產(chǎn)品基本都號稱環(huán)保型，國內(nèi)也有一部分技術(shù)水平差不多的產(chǎn)品在市場銷售。但從應(yīng)用的實際情況比較，環(huán)保型添加劑與有害重金屬添加劑相比，環(huán)保型產(chǎn)品的工藝控制范圍相對較窄。

 

    （2）長周期（第五代）化學(xué)鍍鎳的研究

 

    傳統(tǒng)化學(xué)鍍鎳液使用周期較短，開缸頻繁，開缸所占成本比例大。報廢的鍍液需要處理，增加了廢液處理量和費用。目前， 長壽命的化學(xué)鍍鎳處于初期應(yīng)用階段。如，樂思化學(xué)有限公司的ENfinity?12，廣州鴻葳科技股份公司的球閥液壓支架專用高磷產(chǎn)品BH-326（詳見應(yīng)用實例）。
 

 

    （3）自動補加設(shè)備的研究及使用

 

    相對于人工補加，自動補加設(shè)備具有即時分析、即時補加的特點。鍍液參數(shù)波動小、鍍件一次合格率高、鍍液壽命可以延長。

 

    目前，歐美、日本廠商在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，國內(nèi)也有產(chǎn)品面世，如圖。
 

 

 

多功能化學(xué)鎳補加機

 

    （4）廢鍍液再生回用的研究

 

    自化學(xué)鍍鎳工業(yè)化應(yīng)用以來，延長鍍液的使用壽命和對報廢鍍液進(jìn)行再生回用，成為科研人員努力解決的問題。但該技術(shù)的進(jìn)展卻非常緩慢。目前，研究較多的方法是電滲析法。

 

    （5）化學(xué)鍍鎳廢水處理的研究

 

    化學(xué)鍍鎳廢水的處理難點：

 

    ①破絡(luò)難，Ni2+易超標(biāo)；

 

    ②總磷、總氮及氨氮指標(biāo)易超標(biāo)；

 

    目前，對于Ni2+，多采用高級氧化破絡(luò)，再經(jīng)沉淀、絮凝，再加深度處理，成本較高，部分廠家添加重金屬捕集劑， 有一些效果。

 

    化學(xué)鍍鎳新技術(shù)的應(yīng)用

 

    以實際應(yīng)用的長周期高磷化學(xué)鍍鎳產(chǎn)品BH-326為例。按照國外的劃分，長周期的化學(xué)鍍鎳技術(shù)又可稱為第五代化學(xué)鍍鎳技術(shù)，其突出特點是，節(jié)能減排有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)，且具有低成本優(yōu)勢。

 

    以一家球閥化學(xué)鍍加工企業(yè)為例，對比說明長周期化學(xué)鎳技術(shù)的應(yīng)用。

 

    該企業(yè)是蘇州市一家年加工產(chǎn)值約3000萬～5000萬元的球閥加工企業(yè)，鍍層要求為高磷化學(xué)鎳，厚度不低于75微米，鍍層磷含量大于10%，鍍液實際體積1000升，其原來使用的是一種工作壽命為6周期的高磷產(chǎn)品（以下文中稱為：傳統(tǒng)高磷），使用BH-326（以下文中稱為：長周期高磷）產(chǎn)品后，工作壽命為一般22周期，也可長達(dá)26周期。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對兩種產(chǎn)品進(jìn)行對比，如下。
 

 

    如表4，以加工相同面積的產(chǎn)品來計算：如加工48400dm2的產(chǎn)品，傳統(tǒng)高磷需要3.23槽鍍液每槽生產(chǎn)6周期才能完成，而長周期高磷產(chǎn)品只需一槽鍍液生產(chǎn)22周期即可完成。

 

    （1）首先計算開缸成本：長周期開缸成本約相當(dāng)于傳統(tǒng)高磷的70%左右（以鎳和次磷酸鈉的減少比例估算），則傳統(tǒng)高磷鍍覆48400dm2的面積開缸成本約為長周期高磷的4.29倍。

 

    （2）補加成本：因為工件鍍覆的均是相同面積相同厚度的鍍層，根據(jù)物料守恒的原則，兩者消耗的鎳總量應(yīng)相同，因此，補加成本估算為一致。

 

    （3）廢水處理量及處理成本（均不計算帶出損失）：傳統(tǒng)高磷共需處理3.23槽×1000L=3230升，長周期高磷只需處理1000L， 假設(shè)按照同樣體積同樣處理成本來計算，傳統(tǒng)高磷的廢液處理成本約相當(dāng)于長周期的3.23倍；另一方面，長周期產(chǎn)品的鎳、次磷酸鈉、絡(luò)合劑等成分濃度都相對較低，因此，其實際處理成本會更低。

 

    總結(jié)：使用長周期化學(xué)鍍鎳產(chǎn)品，在性能上可達(dá)到傳統(tǒng)化學(xué)鎳產(chǎn)品的效果，同時，使用成本大為降低，廢液處理成本也明顯降低，減少了開缸量，也使操作工作量減少，使用較低濃度的有效成分，廢液處理相對簡單，無論是綜合成本方面還是對環(huán)境的污染危害方面，均有了革命性的改變。

 

    化學(xué)鍍鎳技術(shù)未來的發(fā)展方向

 

    從技術(shù)本身的進(jìn)步、相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求、環(huán)境保護(hù)的迫切性等視角，來分析化學(xué)鍍鎳未來的發(fā)展方向：

 

    （1）超長壽命（大于30TMO）化學(xué)鍍鎳技術(shù)；

 

    （2）低溫化學(xué)鍍鎳技術(shù)；

 

    （3）化學(xué)鍍鎳廢液再生技術(shù)；

 

    （4）不使用重金屬離子作為添加劑的化學(xué)鍍技術(shù)；

 

    （5）超細(xì)結(jié)晶化學(xué)鍍鎳技術(shù)；

 

    （6）全自動檢測補加裝置的應(yīng)用；

 

    （7）汽車、電子、計算機和通信等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將為化學(xué)鍍鎳技術(shù)帶來了較大的發(fā)展空間。

 

    （8）高加工精度、高耐蝕要求的金屬表面處理也會帶來化學(xué)鍍鎳的擴(kuò)展。

 

    總結(jié)：化學(xué)鍍未來需要解決的根本問題

 

    （1）隨著環(huán)保壓力的增大，對于廢液處理相對復(fù)雜的化學(xué)鍍工藝來說，如何根本上解決廢液對生態(tài)環(huán)境的危害是首先要面對的問題，從目前的發(fā)展趨勢來分析，使用不添加有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)品體系，從源頭上解決這類物質(zhì)的污染，是一種可行也效果好的辦法；另一方面，提高物料利用率，減少其在廢液中殘留濃度，降低處理難度，也是一種效果顯著的辦法。

 

    （2）如何降低生產(chǎn)成本？生產(chǎn)成本直接關(guān)系到企業(yè)的利潤， 只有將成本控制在合理范圍內(nèi)，行業(yè)才有可持續(xù)發(fā)展的空間，而采用清潔、高效、可再生的新技術(shù)是行業(yè)未來發(fā)展的必經(jīng)之路。

 

    （3）加強管理水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，表面處理行業(yè)的許多企業(yè)因為管理混亂，每年都給企業(yè)帶來巨大的損失，管理不嚴(yán)謹(jǐn)，工藝執(zhí)行不到位，因此，工藝執(zhí)行的的關(guān)鍵在于管理水平的提高，只有嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)定，才能系統(tǒng)性的保障所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。