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发光材料(固体发光材料又称荧光粉)作为一种特殊的功能材料越来越受到人们的重视,特别是蓄光型的长余辉发光材料,由于其具有吸光-发光-储存-再发光的性能,在消防、交通、建筑等领域得到了广泛应用。不过,这些应用多数都是通过有机涂料将荧光粉直接涂覆于材料表面,在国内尚未见到通过电镀方法获得的产品。本文受企业的委托,对长余辉发光材料在电镀领域的应用进行探索。
长余辉发光材料的饱和亮度和余辉时间是评定其荧光性能的主要指标,饱和亮度高,余辉时间长的长余辉发光材料荧光性能最好。长余辉发光材料根据基质材料不同分为铝酸盐类、硫化物类和硅酸盐类,其中铝酸盐类发光材料的荧光性能最好,而且随着粒径的增大饱和亮度增加,余辉时间变长;但是铝酸盐类荧光粉最大的缺点是容易水解。
颗粒较大的荧光粉虽然荧光性能较好,但是很难通过搅拌实现共沉积;综合考虑微粒的荧光性能及其与金属离子共沉积的可行性,本文选用了粒径为10μm左右的荧光粉进行试验研究。试验发现在瓦特镀镍液中荧光微粒能保存较长时间,从而选择瓦特镀镍液作为荧光复合电镀的基础镀液。
通过测定复合镀层中荧光微粒占整个镀层的质量百分含量来确定复合电镀较理想的工艺范围,质量百分含量较大的工艺条件较好。试验确定的较理想的工艺范围是:硫酸镍(NiSO4.6H2O):250~320g/l;氯化镍(NiCl2.6H2O):45~55g/l;硼酸(H3BO3):40~50g/l;润湿剂:2g/l;荧光粉:35~45g/l;阴极电流密度:2.5~3A/dm2;温度:40~50℃;pH值:4.5~5;时间:15~20min;压缩空气间歇搅拌;适量光亮剂;阳离子表面活性剂GY-2:0.1~0.12g/l;分散剂GY-4:5~10ml/l。
易水解的荧光粉在镀镍液中能较稳定的存在,主要原因是镀液中含有硼酸,使得镀镍液具有一定的缓冲性能;在其他弱酸溶液中的稳定性试验表明,具有缓冲性质的溶液能有效的减缓荧光粉的水解;而且荧光粉的水解对镀液稳定性的影响不大。稳定性试验结果对荧光复合电镀的实际应用及扩大荧光粉在水溶液中的应用范围具有重要的意义。
镀层表面嵌入不牢的荧光微粒很容易脱落,造成荧光性能降低,经过镀后处理的镀层荧光性能较好;镀层的耐腐蚀性能同孔隙率大小有关,孔隙率大,耐蚀性差;相反则好。试验发现,光亮剂的加入量对镀层孔隙率影响很大,光亮剂过量,孔隙率增大,进而造成镀层耐蚀性能降低。
光亮剂是通过在阴极表面的吸附实现增加镀层光亮的功能。光亮剂过多对电极反应影响不大,但是对微粒影响较大,过多的光亮剂能造成微粒团聚,降低镀层外观光泽和耐蚀性能;除光亮剂外,GY-2、GY-4和荧光微粒在复合镀过程中都可能在阴极表面吸附,影响电极反应的速度,它们对电极反应的阻抗大小顺序是:光亮剂>荧光微粒>GY-2>GY-4。要使镀层中微粒的质量百分含量较大,必须使微粒的沉积速度同金属离子的放电速度相当,试验结果显示只有同时加入光亮剂、分散剂和阳离子表面活性剂时,获得的镀层中荧光微粒的含量最大,此时,金属离子放电速度和微粒的沉积速度相当。