第三章化学镀镍工艺
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化学镀镍溶液的各种成分
优异的化学镀镍溶液产生优异的化学镀镍层是必不可少的。化学镀镍溶液应包括:镍盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、加速剂、稳定剂、光亮剂、润湿剂等。
主盐
化学镀镍溶液中的主盐就是镍盐,如硫酸镍、氯化镍、醋酸镍等,由它们提供化学镀反应过程中所需要
的镍离子。早期曾用过氯化镍做主盐,但由于氯离子的存在不仅会降低镀层的耐蚀性,还产生拉应力,所以目前已很少有人使用。同硫酸镍相比用醋酸镍做主盐对镀层性能是有益的。但因其价格昂贵而无人使用。其实最理想的镍离子来源应该是次磷酸镍,使用它不至于在镀浴中积存大量的硫酸根,也不至于在使用中随着补加次磷酸钠而带入大量钠离子,同样因其价格因素而不能被工业化应用。目前应用最多的就是硫酸镍,由于制造工艺稍有不同而有两种结晶水的硫酸镍。因为硫酸镍是主盐,用量大,在镀中还要进行不断的补加,所含杂质元素会在镀液的积累,造成镀液镀速下降、寿命缩短,还会影响到镀层性能,尤其是耐蚀性。所以在采购硫酸镍时应该力求供货方提供可靠的成分化验单,做到每个批量的质量稳定,尤其要注意对镀液有害的杂质尤其是重金属元素的控制。
还原剂
用得最多的还原剂是次磷酸钠,原因在于它的价格低、镀液容易控制,而且合金镀层性能良好。次磷酸钠在水中易于溶解,水溶液的PH值为6。是白磷溶于NaOH中,加热而得到的产物。目前国内的次磷酸钠制造水平很高,除了国内需求外还大量出口。
络合剂
化学镀镍溶液中除了主盐与还原剂以外,最重要的组成部分就是络合剂。镀液性能的差异、寿命长短主要取决于络合剂的选用及其搭配关系。
络合剂的第一个作用就是防止镀液析出沉淀,增加镀液稳定性并延长使用寿命。如果镀液中没有络合剂存在,由于镍的氢氧化物溶解度较小,在酸性镀液中便可析出浅绿色絮状含水氢氧化镍沉淀。硫酸镍溶于水后形成六水合镍离子,它有水解倾向,水解后呈酸性,这时即析出了氢氧化物沉淀。如果六水合镍离子中有部分络合剂存在则可以明显提高其抗水解能力,甚至有可能在碱性环境中以镍离子形式存在。不过,pH值增加,六水合镍离子中的水分子会被OH根取代,促使水解加剧,要完全抑制水解反应,镍离子必须全部螯合以得到抑制水解的最大稳定性。镀液中还有较多次磷酸根离子存大,但由于次磷酸镍溶液度较大,一般不致析出沉淀。镀液使用后期,溶液中亚磷酸根聚集,浓度增大,容易析出白色的NiHPO3.6H2O沉淀。加入络合剂以后溶液中游离镍离子浓度大幅度降低,可以抑制镀液后期亚磷酸镍沉淀的析出。络合剂的第二个作用就是提高沉积速度,加络合剂后沉积速度增加的数据很多。加入络合剂使镀液中游离镍离子浓度大幅度下降,从质量作用定律看降低反应物浓度反而提高了反应速度是不可能的,所以这个问题只能从动力学角度来解释。简单的说法是有机添加剂吸附在工件表面后,提高了它的活性,为次磷酸根释放活性原子氢提供更多的激活能,从而增加了沉积反应速度。络合剂在此也起了加速剂的作用。
化学镀镍综述
化学镀镍,又称为无电解镀镍,是在金属盐和还原剂共同存在的溶液中靠自催化的化学反应而在金属表面沉积了金属镀层的新的成膜技术。
电镀是利用外电流将电镀液中的金属离子在阴极上还原成金属的过程。而化学镀是不外加电流,在金属表面的催化作用下经控制化学还原法进行的金属沉积过程。因不用外电源直译为无电镀或不通电镀。由于反应必须在具有自催化性的材料表面进行,美国材料试验协会(ASTMB—347)推荐用自催化镀一词(Autocatalytic plating)。对化学镀镍而言,我国1992年颁布的国家标准(GB/T13913—92)则称为自催化镍-磷镀层(Autocatalytic Nickel Phosphorus
Coating),其意义与美国材料试验协会的名称相同。由于金属的沉积过程是纯化学反应(催化作用当然是重要的),所以将这种金属沉积工艺称为“化学镀"最为恰当,这样它才能充分反映该工艺过程的本质.从语言学角度看Chemical,Non electrolytic,Electroless三个词主是一个意义了,直译为无电镀一词是不确切的。“化学镀”这个术语目前在国内外已被大家认同和采用。
化学镀镍所镀出的镀层为镍磷合金,按其磷含量的不同可分为低磷、中磷、高磷三大类:
· 磷含量低于3%的称为低磷;
· 磷含量在3—10%的为中磷;
· 磷含量高于10%的为高磷;
其中中磷的跨度比较大,一般我们常见的中磷镀层为6—9%的磷含量.
当然,本站主要介绍的是化学镀镍磷合金,有时为了方便我们简称化学镀了,而且EN也是化学镀镍简称。但化学镀不仅此一种镀种,比较成熟的还有化学镀铜,化学镀金,化学镀锡,还有一种复合镀层.其它镀种的市场占有量不足总量的1%,本站不做重点介绍。
化学镀层的物理性质与化学性质
密度:镍的密度在20℃时为8。91。含磷量1%—4%时为8.5;含磷量7%-9%时为8。1;含磷量10%-12%时为7.9。酸性镀液中磷含量与密度关系极为紧密。
目录
1.7.1选题背景………………………………………………………………………..13
1.7.2研究内容………………………………………………………………………..13
2金刚石化学镀镍…………………………………………………….15
2.1实验原料及设备………………………………………………………….15
2.1.1实验原料………………………………………………………………………。15
2.1.2实验装置与设备………………………………………………………………一16
2.2实验过程………………………………………………………………….16
2.2.1金刚石镀镍前的预处理………………………………………………………..16
2.2.2敏化活化液的配置及操作步骤………………………………………………。19
2.2.3化学镀镍镀液的配置……………………………………………………………20
2.2.4金刚石化学镀镍反应过程……………………………………………………..21
2.2.5金刚石镍复合粉体的镀后处理………………………………………………。22
2.3镀镍层的性能分析……………………………………………………….23
2.4金刚石化学镀镍层样品分析…………………………………………….23
2.5金刚石粉体最佳施镀工艺的确定……………………………………….23
2.5.1正交实验设计…………………………………………………………………..23
2.5.2正交实验结果分析……………………………………………………………..25
2.6小结……………………………………………………………………….26
3不同镀液浓度及工艺条件对化学镀镍的影响……………………27
3.1引言……………………………………………………………………….27
3.2实验结果与讨论………………………………………………………….27
3.2.1次亚磷酸钠浓度对化学镀镍的影响…………………………………………..27
化学镀工艺
化学镀,又称为无电解镀。因为在工件施镀的过程中,虽说有电子转移,
但无须外接电源,工件表面镀层完全是靠化学氧化还原反应实现的。
化学镀是指在无外加电流的状态下,利用一种合适的还原剂,使镀液中的金
属离子还原并沉积在基体表面上的化学还原过程。或者说,化学镀是将零件浸入
到溶液中在催化剂的作用下在表面发生的金属的沉积,是一个在界面上发生的催
化沉积的过程。因此和电镀不同,化学镀过程不需要整流电源和阳极。金属沉积
仅在零件表面上进行,电子是通过溶解于溶液中的化学还原剂提供的。
完成化学镀的过程有三种方式:
(1)置换沉积利用被镀金属的电位比沉积金属负,将沉积金属离子从溶液中
置换在工件表面上。其化学反应可表述为
Me1+Me2n+→Me2+Me1m+
溶液中金属离子被还原沉积的同时,伴随着基体金属的溶解,当基体金属表
面被沉积金属完全覆盖时,反应即自动停止。所以,采用这种方法得到的镀层非
常薄。
(2)接触沉积 利用电位比被镀金属高的第三金属与被镀金属接触,让被镀
金属表面富积电子,从而将沉积金属还原在被镀金属表面。其化学反应实际上与
置换沉积相同,只是Me,不是基体金属,而是第三金属。其缺点是第三金属离
子会在溶液中积累。
(3)还原沉积利用还原剂被氧化时释放出的自由电子,把沉积金属还原在镀
件表面;其反应过程可表述为:
Men++Re→Me+OX
式中 Me——沉积金属;
Re——表示还原剂;
0X——表示氧化剂。
一般意义上的化学镀是指这种还原沉积化学镀。它只在具有催化作用的表面
上发生。如果沉积金属(如镍:铜等)本身就是反应的催化剂,该化学镀过程就称
为自催化化学镀,它可以得到所需的镀层厚度。如果在催化表面上沉积的金属本
身不能作为反应的催化剂,一旦催化表面被沉积金属覆盖,沉积反应就会自动终
止,所以只能获得有限厚度的镀层.
化学镀可以在金属、半导体和非导体材料上直接进行,由于没有电流分布的