难镀基材化学镀镍

２００２年５月　电镀与环保　第２２卷第３期（总第１２５期）　钨合金镀层；　（２）镍和镍一钨台金镀层对碳钢具有良好的保　护作用，镍一钨台金镀层的耐盐雾腐蚀性能优于镍镀　屡。　

参考文就；　［１　Ｊ林春华，葛祥荣电刷镀技术便览Ｍ］北京：机械工业出咂社　

・化学镀－　

１９９１　［２］马志坤，赵肚吲，郭蕴文镀镍　法的探讨［Ｊ］电刷镀技术，　２０００，（４）：２４　：３］惠文华，张远明．豫谨平代铬刷镀层耐腐蚀性能研究［Ｊ］腐　蚀科学与防护技术．１９９４．６（３）：２７４—２７８　收藕日期：２００ｌｒ１０　ｌ５　

难镀基材化学镀镍　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ　Ｎｉｃｋｅｌ　Ｐｌａｔｉｎｇ　ｏｎ　Ｄｉｒｆｉｃｕｌｔ－ｔｏ－Ｐｌａｔｅ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ　李立明　。胡文彬　。　罗守福　，沈彬！（１．郑州电力高等专科学校动力系，郑州，４５０００４；　２上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室．上海２０００３０）　ＬＩ　Ｌｉ．ｍｉｎ．ＨＵ　Ｗｅｌｌ－ｂｉｎ，ＬＵＯ　Ｓｈｌｌｕ－ｆｕ，　ＳＨＥＮ　Ｂｉｎ　ｆ１　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｐｔ．．Ｚｈｅｎｚｈｏｕ　Ｓｅｎｉｏｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ　Ｆｒａｌｎｉｎｇ　Ｓｃｈｃｏ１，Ｚｈｅｎｚｈｏｕ　４５０００４；　２　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｖ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｃｏｉ：ｎ［：ｘ＞ｓｉｌｅ　Ｍａｔｅｒｉａ［ｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００３０）　、　摘要：从化学镀镍出发．根据难镀基材的特性对难镀基材作了分妻．井阐明了各种难镀基材难镀的原因ｃ针对这些原因从　

原理和宴或上较全面地提出了解决的措施。　关键词：化学镀镍：难镀基材　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆ０ｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｅ　ｎｉｃｋｅｌ　ｐｌａｔｉｎｇ（ＥＮ）．ａ　ｃｌａ￣ｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｔｏ　ｄｉｆｆｃｕｉｔ—ｔｏ—ｐｌａｔｅ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｃ】１且ｒａｃｔｅｒｌｓｔｉｅｓ　Ｔｈｅ　ＣａＵｓ幅ｆｏｒ　ｄｉｆｆｉＣ１ＪＩｔ　ｐｌａｔｉｎｇ　Ｏｎ　ｔｈｅｓｅ　ｕｂｓｔｒａｔｅＮ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ＆ｒｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｉｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　Ｋｅｙ　ＷＯＩｔ￣：　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ　ｎｉｃｋｅｌ　ｐｌａｔｉｎｇ；Ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ－ｔｏ－ｐｌａｔｅ　ｓｕ１￣ｔｒａｔｅｓ　中图分类号：ＴＱ　１５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００　４７４２（２００２）０３—００ｌ　３　Ｏ５　

化学镀镍的工业应用已经取得巨大成功　。，　但并不是从事化学镀镍的每一个人都能取得巨大成　功．也不是每种基材都能获得同样的成功。本文欲　对难镀基材化学镀镍方面谈一些看法，作为抛砖引　玉，请同行批评指正。　

１难镀基材分类　难镀基材化学镀镍，就基材本身而言，下列一些　材料属于“难镀”基材（仅包括金属基材）：　（１）多孔金属材料，如粉末冶金制成的金属或　台金，铸态金属或合金；　（２）表面有氧化膜，且去除后重新迅速形成的　金属或台金，如铝、钛、镀及其台金、不锈钢、含高铬　和高镍合金钢等；　（３）对化学镀镍反应不催化的元素含量较多的　合金，如含碳量较高的高碳钢、高强度低合金钢、台　金元素含量高的高合金钢等；　

（４）化学活性很强的金属或合金，如铝、镁、锌　及其合金等；　（５）含对化学镀镍溶液起毒化作用的成分的材　料．如含铅的易切削钢，含铅黄铜等。　

２难镀的原因　下面针对上面５种具体情况，分析造成化学镀　镍失败的原因。　化学镀镍过程就其本质而言，是一自催化的水　法冶金过程，化学镀镍的关键就在于解决好“自催　化”和“水”（除油液、酸洗液、活化液、预镀液、化学镀　液以及清洗用的自来水、去离子水）两大问题。整个　过程一直在“水”中进行，目的是为了把一个脏的不　催化的表面转变成洁净的、能够牢固附着镀层的自　催化表面。是“水”把零件上的污物和氧化皮去除，　露出洁净的表面并转化成催化表面，使零件获得需　要的金属镀层；但也是由于这种“水”或是除不尽表　

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面的脏物或缺陷，或是使基材表面损坏，不能形成活　性的覆盖均匀的催化层，最终得不到需要的合格镀　层。　多孔材料表面甚至内部有很多孔洞，这些　Ｌ洞　多数是在粉末冶金或铸造等加工过程中形成的，　Ｌ　洞主要分为两类，即与大气相通的开孔和大气不相　通的闭孔。闭孔影响相对较小，而开　Ｌ影响较大。　这些孔在化学镀的整个过程中都会有各种溶液进　入，进入孔中的溶液在每道工序之后难以洗净，而且　即使洗净，化学镀镍也无法镀入很小的毛细孔。小　Ｌ是造成镀层针孔、结合不良和覆盖不全的主要原　因。　表面氧化膜起到了保护基体在大气中免遭进一　步氧化和腐蚀的作用。例如，铝即使本身化学活性　较强，易受酸　碱腐蚀，但由于表面有致密的氧化膜　存在，在普通的大气环境中能够非常稳定。但是这　层氧化膜不能与金属镀层良好结合．要想获得结合　良好的镀层必须彻底去除表面氧化膜　虽然这种氧　化膜的去除并不难，而难的是去除之后与大气或水　接触便会迅速重新形成氧化膜。因此，对有这类氧　化膜的基材，除了常规工序外，必须增加一道或几道　去除氧化膜并使之在化学镀镍之前不再形成的工　序，否则就难以获得结合良好的镀层。　高碳钢（包括表面渗碳钢和铸铁）、高强度低台　金钢的古碳量较高，碳对化学镀镍不起催化作用，而　且在除油、酸洗之后会在表面形成一层粘乎乎的灰　黑色薄膜，这层薄膜很难去尽，严重影响镀层的结合　强度；高合金钢则含有各种化学性质不同的合金元　素，容易在处理过程中造成表面钝化，或浸蚀不足，　或浸蚀过度等问题，最终导致不良镀层。　化学活性很强的金属如镁和锌等材料，很容易　在前处理工序中遭受腐蚀．尤其是这类材料极不耐　酸的腐蚀。因此，采取有效的措施保护这些基材不　被过度腐蚀是化学镀镍成功的关键。　如果金属基材中古有会毒化镀液反应的成分　（例如铅等），这种镀件要么镀不上镀层，要么形成结　合不良的镀层，有时会使镀液停止反应。　综上所述，难镀的原因有多种多样的．对于不同　的原因，需要采取针对性的不同措施。　３解决措施　下面从化学镀镍的工序先后提出各种难镀材料　在各工序需要注意的问题及解决的措施。　化学镀镍工艺流程：　镀前准备一前处理（除油、酸洗、活化、预镀）　一化学镀一后处理　３　ｌ镀前准备　首先向用户了解清楚需镀材料的特性和成分，　加工成型方法以及零件的用途和镀层的目的，这对　制定工艺是有益的。对于多孔材料首先是解决孔的　问题，无非是采取措施除　Ｌ、堵孔，使孔减少。粉末　冶金和铸造的金属零件表面均多孔，砂型铸造尤甚。　多孔的零件最好先进行堵　Ｌ处理，如采用真空浸渍　的办法，即把孔中的空气抽除，再将化学性质稳定的　有机聚合物（例如环氧树脂等）浸到表面的开孔中，　把孔堵住　，或是采用喷砂、滚磨等方法把表面　的多孔层去除　，尤其是把铸模残留物、型砂或脱　模材料等去除。也推荐在前处理之前．先把铸件等　多孔材料浸在蒸馏水或去离子水中“　，让表面的毛　细孔吸足清洁的水，在以后的前处理时，可以减少腐　蚀性强的酸、碱液进入毛细　Ｌ留下隐患。除油、酸洗　用稀碱、稀酸，除油后先甩热水清洗或是甩高压水清　洗，进入镀槽之前先浸稀氨水或氨水＋次亚磷酸钠　都是防止腐蚀液进入毛细孔的措施　・　ｊ。　高碳或者高强度低合金钢或经过热处理提高强　度的合金材料，镀前要进行消除应力热处理　－Ｉ５＿。　油污、氧化严重的零件在正式除油前要先行处　理　３．２前处理　所谓前处理一般是指化学镀镍之前的工序，即　除油、酸洗、活化、预镀等工艺＝零件化学镀前处理　工序是必不可少的，其重要性不亚于化学镀本　身　～　简而言之，前处理的目的是要获得适于化学镀　镍的洁净的催化过渡表面　难镀到易镀的转化就在　于前处理。不同基材所经前处理的步骤和名称大致　相同，但实质相差很大，处理液的成分、浓度、ｐＨ值、　温度、时间等都是根据基材特性来确定　（１）除袖　除油最好先弄清零件上残留的是什么油（包括　脏物），是润滑油，冷却用肥皂油，还是防锈油，采用　相应的除油配方。更重要的是要弄清基材是什么。　确认了基材之后才能确定除油工艺，例如钢材、镁台　金可用较强碱除油，合金钢、铜材用中强碱，铝、锌等　则用弱碱，不能混用，尤其是铝、锌等材料决不能用　强碱除油。当然还要采用合适的除油温度和时间。　最简单的除油方法是浸渍除油。但浸渍除油只　适用于零件不脏、形状简单、表面光洁等情况，多数　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２０ｏ２年５月　电镀与环保　第２２卷第３期（包第１Ｉｓ期）　情况下为了达到更好的除油、除锈效果需采用电解　除油。电解除油还要根据基材性质来选择阳极除　油、胡极除油、周期换向除油，以及合适的温度、时　间、电流密度等。　除油彻底与否的最简单检验方法是水膜破裂检　验，除油彻底的清洁表面应酸洗之后洗净时零件表　面均匀覆盖水膜、无水珠或水膜破裂ｌ１　。如果这时　的零件上有水珠或水膜破裂，则需重新处理。　需要指出的是上面提到的措施许多适用于各种　基材，难镀基材更应重视。　（２）酸洗（活化）　酸洗的目的是除去表面的氧化膜和铁锈，对酸　洗液的配方要根据处理基材确定，钢材、不锈钢、耐　酸钢、钛台金可以用强酸，而锌、镁只能用弱酸（镁可　以用强碱除油，切不能用盐酸、硫酸、硝酸等强酸酸　洗），含硅的材料用含ＨＦ的酸洗液，铝可以用　ＨＮＯ　，镁可以用ＨＦ，黄铜要用适当配比的ＨＮ　／　ＨＣ１。ＨＣＩ有较强的浸蚀和活化作用，主要甩在钢材　化学镀镍的酸洗。关于酸洗液的成分、浓度、温度、　混合酸配比应根据基材特性和实际使用效果决定。　化学镀镍的酸洗液一般不加缓蚀剂。　与除油一样，光凭浸渍酸洗有时无法除尽致密　的氧化膜和附着牢固的氧化皮，尤其是对于高碳钢　（包括热处理渗碳钢、铸铁）、高强度低合金钢、高合　金钢，此时必须采用电解酸洗。电解酸洗不仅可以　去除上述氧化膜和氧化皮，还可以去除毛刺和小瘤　改善光洁度。文献介绍了对于高强度钢可以采用　６０％～６５％浓硫酸在１０～１６　Ａ／ｄｍ　或６　Ｖ下阳极　酸洗［　・　。　（３）预镀　预镀一般是对表面有氧化膜或钝化膜，且去除　后易再生成的基材所采取的措施　预镀是许多难镀　基材化学镀镍采取的有效措施。不同的基材采用不　同的预镀工艺。　就铝台金而言，目前比较成熟并被普遍采用的　方法是两次浸锌、两种阻挡层工艺　，２０－２６￣　众所　周知，铝的表面有一层致密的氧化膜，保护了铝基体　不受大气腐蚀。为了去除这层薄膜，常规采用浸锌　法（又叫锌酸盐处理），即把铝零件浸在强碱性的锌　酸盐溶液中，在强碱溶液中铝表面的氧化膜被溶解：　Ａｂ０　十２ＮａＯＨ＋３Ｈ２０—２　ａ【ＡＩ（ＯＨ）　Ｊ　露出的铝基体与锌酸钠中的锌离子发生置换反应，　使表面的铝被锌置换，形成锌的置换层：　２Ａ１十３Ｚｎ２　一３Ｚｎ十２Ａ１　这层辞层遮盖了下面的铝使之不与大气和水接触，　从而不会重新生成氧化铝薄膜。第一次生成的锌层　一般比较疏松，不致密，需要把它在硝酸中退除后，　再重新浸一次。第二次获得的浸锌层比较致密，结　合较好，这便是“两次浸锌”，锌层便是“第一种阻挡　层”，它阻挡铝基体不与大气和水接触。但是锌不耐　酸的腐蚀，而性能良好的镍磷镀层都是从ｐＨ值　４　２左右的酸性镀液中获得的，锌提人这种镀蔽会被　迅速溶解，重新露出铝，使铝被镀液氧化影响镀层结　台。为此，在铝零件进入酸性镀液之前，先把它放在　对锌腐蚀性比较弱的碱性常温化学镀镍溶液中预　镀，此时首先发生如下置换反应：　Ｚｎ十　Ｉ　～一　ｉ＋Ｚｎ　生成的镍层催化碱性溶液中的化学镀镍反应，形成　镍一磷镀层，这层镍一磷镀层成为进入酸性镀液的　第　二种阻挡层”。经过这样处理后的铝零件便可以在　酸性镀液中获得结合良好的镀层。　不锈钢的预镀原理与铝类似，但方法不同。不　锈钢与铝一样，表面有一层致密的氧化膜覆盖着，为　了获得结合良好的镀层也必须把它去除，把不锈钢　零件浸在强酸（通常为盐酸）和氯化镍组成的Ｗｏｏｄｓ　预镀镍溶液中，氧化膜被溶解去除，此时若把零件取　出清洗，表面仍会迅速生成氧化膜。因此，必须直流　电解，使阴极的零件表面电镀上一层镍，隔断不锈钢　表面与空气和镀液接触，防止不锈钢表面重新氧　化”‘　。此时零件清洗后放人镀液不会再氧化，而　镍可以催化化学镀镍反应．达到自催化沉积的目的。　上面以铝和不锈钢两种基材为例，说明了预镀　的原理。预镀可以解决许多难镀基材化学镀镍的结　合力问题。　３　３化学镀　经过上述前处理的零件，一般都可以直接放人　镀槽化学镀镍。但也需根据预镀层的性质、被镀基　材的性质以及镀层的作用综合考虑，选择台适的化　学镀镍液。　（１）根据预镀层的性质　容易氧化或容易钝化的金属表面化学镀镍前一　般需施镀预镀层，保护披去除了氧化（钝化）膜的表　面，不同的基材采用不同的工艺获得不同的预镀层，　高碳钢、含铅钢、不锈钢、高台金钢等主要用Ｗｏｏｄｓ　预镀液，也有用氨基磺酸预镀液。铝、镀、镁、钛、锌　在化学镀镍前都有各自的预镀液。如铝——预镀　锌、锡、镍　Ｉ＾～　，镀——预镀锌　”，　，镬——预镀　锌、铜或氟化物膜处理　。　，钛——预镀镍、铬、