0 引言
近几年，在北京、上海举行的中国国际纺机展览会上看到的转杯纺纺纱器的主要专件——纺杯、分梳辊、针辊、阻捻头，已随着纺纱机转速的提高、适纺范围的扩大对其使用寿命提出了更高的要求。而目前国内纺杯还采用硬质阳极氧化处理，不仅硬度只能达到 450HV0．1转杯凝棉槽成膜问题也一直未能解决，而且该工艺只能用于铝杯；分梳辊、针辊不进行任何表面处理，其铝质辊体硬度为 220HV0．1左右，这使得辊体很容易被纤维拉伤、磨损，产生挂花现象；阻捻头采用镀铬工艺，但三价铬离子(Cr3+)有害于环境，在自然界中极不易去除，现已遭到欧美国家的禁止。有鉴于此，综合考虑我国表面处理的技术及环保要求，对此三大件表面化学镀镍进行研究，这种工艺不但使其具有很好的表面粗糙度，而且也极大地提高了表面硬度，使其以一种全新的面貌适应市场的需求。
1 化学镀镍机理
化学镀镍是用还原剂把溶液中的镍离子还原沉积在具有催化活性的表面上，其还原剂的电化学反应式为：
自由能△F298=96525 J／mol
氧化剂的电化学反应为：Ni2+ + 2e Ni
自由能△F298 = 44 401 J／mol
总反应为：
反应自由能的变化△F298 = 44 401 + (-96525) = -52 124 J／mol为负值，且比0小很多；所以从热力学判据得出结论表明用次磷酸盐作还原剂还原Ni是完全可行的。元素周期表中第Ⅷ族元素几乎都具有催化活性，如Ni、Co、Fe等，在这些金属表面上可直接进行化学镀镍，有些金属本身虽不具备催化活性，但由于它的电位比镍低，在含Ni2+的溶液中发生的置换反应构成具有催化作用的Ni表面，使沉积反应能够继续下去，如Zn、A1等。
2 纺纱器中三大件的化学镀镍工艺探讨
2．1 纺杯
2．1．1 纺杯分类
纺杯根据材质不同分为铝杯、钢杯。
2．1．2 化学镀镍工艺流程
2．1．2．1 铝杯的化学镀镍工艺流程为：
化学除油→清洗→化学除油→流水清洗→次浸锌→流水清洗→浸硝酸→清洗→二次浸锌→去离子水清洗→化学镀→流水清洗→开水清洗→吹干→热处理→抛光。
2．1．2．2 钢杯的化学镀镍工艺流程为：
化学除油→清洗→化学除油→流水清洗→活化→流水清洗→去离子水清洗→化学镀→流水清洗→开水清洗→吹干→热处理→抛光。
化学镀镍质量的好坏，关键要看前处理质量的好坏；前处理不清洁，可导致镀层剥落、结合力差、甚至镀不上。以上工艺中有二次化学除油，表面除油非常干净，如果加上用毛刷清洗凝棉槽，完全可以达到化学镀镍的前处理要求；而且化学镀镍是一种置换反应；因此，镀层比较均匀。
2．1．3 化学镀镍工艺配方：
2．1．3．1 铝杯
硫酸镍NiS04·6H20：20g／L～24 g／L
次磷酸钠NaH2P02·H2O：15 g／L～17g／L
醋酸钠CH3COONa·3H20：8g／L～12g／L
氟化铵NH4F：0．4g／L～0．6g／L
偶氮三乙醇胺：15 g／L～25 g／L
硝酸钠NaN03：12g／L～18g／L
pH值：4．4—5．4
温度：85℃±2℃
2．1．3．2 钢杯
硫酸镍NiS04·6H20：25g／L～30g／L
次磷酸钠NaH2P02·H20：20g／L～25g／L
乳酸：15 g／L～20g／L
丁二酸：8 g／L～10g／L
醋酸钠CH3COONa·3H20：12g／L～15 g／L
pH值：4．0～5．4
温度：90℃ ± 2℃
需进行中速搅拌。
按此工艺得到的化学镀镍层是一种无定形状态，是磷在镍中的过冷溶液，此时的硬度为480HV0．1左右，不能达到延长纺杯使用寿命的要求；因此，必须热处理。考虑到纺杯的材质、形状及Ni—P层在空气中热处理会变色等情况，我们采用真空处理：350℃～380℃/1 h；此时硬度可达850HV0．1以上；经试验，寿命延长一倍左右。
2．2 分梳辊、针辊
工艺流程为：化学除油→清洗→化学除油→流水清洗→次浸锌→流水清洗→去离子水清洗→化学镀→流水清洗→开水清洗→吹干→热处理→抛光。
分梳辊是铝辊体包卷60钢材质的齿条，而针辊是铝辊体上压配70Mn钢制作的植针，均属于不同材料的零件同时进行化学镀镍；此时应特别注意齿条或植针与辊体间配合处的清洗。在实际生产中，对此缝隙用毛刷顺齿条或植针方向细细刷干净，并且在镀完以后用电吹风顺缝隙方向吹干，经过如此处理，才可防止缝隙处出现锈斑。
采用正交分析法，经过实验室的多次筛选及实际小批量生产，优选工艺配方如下：
硫酸镍NiS04·6H20：25 g／L～30 g／L
次磷酸钠NaH2P02·H20：18 g／L～20g／L
碘化钾KI：3 mg／L
柠檬酸钠Na3C6H5O7·2H20：50g／L～60 g／L
硼酸HB03：30g／L～40g／L
pH值：5～7
温度：82℃±2℃
需进行搅拌。
按此工艺处理之后，得到的是低磷镀层。为了既能提高镀层硬度，又不降低已淬硬的针布或植针的硬度，采用200℃，20 h的热处理工艺，硬度可达850HV0．1，见图1。
图1 200℃下热处理硬度与时间的关系
将处理后的分梳辊／针辊发往用户做对比试验，其结果为：纺棉纤维时寿命可延长9～12个月，纺化纤时寿命可延长6个月左右，纺粘纤时寿命延长2～3个月。
2．3 阻捻头
阻捻头材料为45钢，目前国内采用表面镀硬铬来提高其寿命，但由于Cr3+在自然界中对人体有害且不会转换；因此，国外已出现用化学镀镍取代镀硬铬的趋势。据研究表明：含(1％～3％)P的低磷镀层在镀态条件下硬度远大于中、高磷镀层，热处理后硬度更高(见图1)；但硬铬的硬度反而降低(180℃～200℃的热油或烘箱中去氢2 h一3 h)，所以低磷镀层能很好地代替硬铬镀层。
工艺流程为：化学除油→清洗→化学除油→流水清洗→活化→流水清洗→去离子水清洗→化学镀→流水清洗→开水清洗→吹干→热处理→抛光。
化学镀工艺配方为：
硫酸镍NiS04·6H20：20g／L
次磷酸钠NaH2P02·H20：18 g／l
醋酸钠CH3COONa·3H20：10g／L
柠檬酸钠Na3C6H5O7·2H20：12 g／L
硼砂：10g／L
添加剂：10 mg／L
pH值：4．6～5．4
温度：85℃±3℃
3 结论
经试验及参考国外同类纺纱器组件的处理，发现转杯纺纺纱器中三大件经过化学镀镍工艺以后，使用寿命均有不同程度的提高；并且，该工艺的一道抛光工艺使三大件表面粗糙度有所改善，提高了成纱质量。