化学镀镍综述
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化学镀镍方法
化学镀镍是利用化学反应原理,在金属表面电化学反应的基础上,通过化学合成的方法将金属离子还原成金属离子沉积在基体表面形
成镀层的一种表面处理技术。
化学镀镍方法的工艺流程一般包括以下步骤:基体表面处理、预涂、铜化、镀镍、后处理等。
其中,基体表面处理是决定镀层质量和附着力的重要环节,包括除油、除锈、酸洗等步骤。
预涂是为了保护基体表面不被氧化而涂上一层保护剂,铜化是为了改善镀层的均匀性和增强附着力。
化学镀镍的优点是具有镀层均匀、厚度可控、耐腐蚀性好、成本低等特点,适用于一些需要表面防腐、装饰或提高机械性能的产品,如汽车零配件、电子元件、机械零件等。
同时,化学镀镍方法也有一些缺点,如需要较长的处理时间、对废液的处理比较复杂等。
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镁合金化学镀镍工艺的研究综述作者:郑忠来源:《科学与财富》2016年第34期(西北民族大学化工学院)摘要:由于镁合金和铝合金是轻质工程材料,并具有许多优良性能,如密度小,强度高,易于压力加工等特点,在军工、汽车、航空航天,摩托和电子通讯等行业中得到广泛的应用,成为一种常用的结构材料。
本文综述镁合金化学镀镍工艺的研究进展及其最新技术。
关键词:镁合金;镀镍;进展镁合金的性质镁合金是一种轻质合金材料,是最轻的结构工程材料,具有优异的减震以及导热性能,对电磁干扰具有优良的屏蔽作用,并可回收利用。
镁合金具有许多这些优良的物理和机械性能,能够满足各行各业应用的要求,与目前的其它的主流材料相比,具有如下几个独特的优点:(1)镁的密度是1.74g·cm3,作为常用金属材料中最轻的一种工程金属材料,很适合制造壳体类制品;镁合金的密度约为铝的2/3,钢铁,锌的1/4左右。
同样的零部件,锡制品的质量是镁合金制品的三倍,钢制品是镁合金制品的两倍。
这一特性能够极大地推动轻型手提类产品的发展以及降低车辆等机械的耗能。
(2)机械加工性能以及热成型性能优异。
易于加工且长期使用不易变形。
镁合金特殊的晶体结构使Mg合金具有特殊的机加性能。
(3)可回收。
废旧镁合金铸件可再熔化,并作为AZ91D,AM60或AM50的二次材料进行铸造。
这种特点即符合环保要求,又使其比塑胶等材料更具有吸引力。
镁合金可再生利用的特性不仅节约大量资源,还符合环保要求。
(4)比强度高和比刚度大。
镁合金的比强度不仅高于某些高强度钢,甚至比铝合金高。
在同等刚性条件下,1kg镁合金的坚固程度等于18kg铝和2.1kg钢。
镁合金具有较高的比强度高和比刚度。
(5)镁合金比铝合金有更大的承受冲击载荷的能力,能量衰减系数大。
在35~100MPa 应力下,镁合金的衰减系数是铝合金的15~25倍,可以作为汽车方向盘及所有转向系统的理想组成材料。
镁合金具有极佳的减震性能,是汽车和摩托车等交通工具理想的材料。
关于化学镀文献综述范文谁有范文发篇让我看下啊,没有化学镀的理科化学镀技术是在金属的催化作用下,通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积过程。
与电镀相比,化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点。
另外,由于化学镀技术废液排放少,对环境污染小以及成本较低,在许多领域已逐步取代电镀,成为一种环保型的表面处理工艺。
目前,化学镀技术已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。
本研究所经过十余年的化学镀技术研究开发工作,已具备化学镀镍(中磷、低磷、高磷)工艺,可根据客户提供的部件的使用工况,制定出具体的化学镀工艺方案,并承接对外加工服务。
目前,结合汽车铝质活塞表面处理工艺,开发出一种全新的化学镀Ni-P-B工艺,成功通过本田公司150小时台架试验,化学镀镀层的表面硬度及耐磨性比一般的化学镀有大幅度提高,表面硬度Hv>800。
化学镀Ni-P 一、化学镀Ni-P主要技术指标:镀层厚度10-50μm,硬度Hv 550-1100(相当于HRC 55~72),结合强度大于15kg/mm²,耐腐蚀性能大大优于不锈钢。
二、化学镀Ni-P主要技术特点: 1.硬度高,耐磨性好:化学镀镀层经热处理后硬度达Hv 1100,工模具镀膜后一般寿命提高3倍以上。
2.耐腐蚀强:化学镀镀层在酸、碱、盐、氨和海水等介质中都具有很好的耐蚀性,其耐蚀性好于不锈钢。
3.表面光洁、光亮:工件经化学镀镀膜后,表面光洁度不受影响,无需再加工和抛光。
4.可镀形状复杂:工件形状不受限制,不变形,可化学镀较深的盲孔和形状复杂的内腔。
5.被镀材料广泛:可在模具钢、不锈钢、铜、铝、塑料、尼龙、玻璃、橡胶、木材等材料上化学镀。
三、化学镀Ni-P主要应用部件 1.各类模具:注塑模、橡胶模、玻璃模、电木模、压铸模等。
2.石油化工耐腐蚀部件:反应器、阀门、管道、泵体、转子叶片等。
化学镀镍的基本原理
化学镀镍的基本原理是在强还原剂的存在下,溶液中的镍离子被还原成金属镍,并在具有催化作用的镀件表面沉积形成致密的镀层。
这个过程不需要通电,而是通过氧化还原反应实现的。
在化学镀镍过程中,催化剂的作用至关重要,它能够加速氧化还原反应,提高沉积速率和镀层质量。
常用的还原剂包括次磷酸盐、甲醛等,它们能够提供大量的活性氢原子,与溶液中的镍离子发生还原反应,形成金属镍。
化学镀镍具有镀层均匀、附着力强、防护性能优异等特点,被广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域。
化学镀镍简介化学镀镍又称无电介镀镍,国标GB/T 13913-92和ISO 4527-1987称自催化镍磷合金。
近20年里在工业发达国家的应用一直以年15%的增长率持续扩大应用领域和规模,成为21世纪最先进适用的表面处理技术之一。
1995年美国《联邦注册》颁布新法令:装饰铬到1996年1月25日、镀硬铬到1997年1月25日为止在美国本土被全面禁止,以化学镀镍取而代之。
化学镀镍工艺,无需外加电流,是运用合适的还原剂和严格的控制工艺在镀件表面连续自催化沉积镀层的技术。
镀层表面呈光亮或半光亮型,主要成分是镍磷(非晶态或微晶)合金,具有以下显著特征:一、高硬度和高耐磨性,镀层硬度为HV4900-5880Mpa(HRC49-55),400℃热处理为HV9800-10780MPa(HRC69-72)。
试验表明,在干燥和润滑的情况下,具有相当于硬铬的耐磨性。
因此,可用它来代替高合金材料和硬铬镀层。
二、优良的抗蚀性,镀层在盐、碱、氨和海水中有很好的抗蚀性。
50-125um 镀层可用作船舶或石油钻井平台上的零件,以抵抗海洋性气候的腐蚀。
三、高均镀性,即有很好的"仿型性",镀覆任意形状的工件尺寸,控制可在微米级以下,镀后无须研磨。
在盲孔、管件、深孔及缝隙的内表面可得到均匀镀层。
四、高结合力和自润滑,镀层孔隙少、致密、表面光洁。
五、可沉积在金属(钢铁、镍基合金及铝基合金)和非金属(玻璃、陶瓷和塑料)表面上,即在导体、半导体和非导体上均可沉积。
可使镀层具有特殊的物理、化学和机械性能。
六、热处理温度低,在400℃以下经不同保温时间后,可得到不同的硬度值。
因此,它不存在热处理变形的问题,特别适用于加工一些精度要求高、形状复杂、表面要求耐磨的零部件和工模具等。
七、无渗透性的限制,适用于大型、形状复杂的零部件和工模具的表面强化。
例如,机械制造和汽车制造工业中的大型拉延模,由于渗透性限制,无法用热处理方法强化。
米半光亮化学镀镍米半光亮化学镀镍米半光亮化学镀镍(MB-Ni)是一种用于将镍与其他表面上的物质和金属结合的电化学过程。
作为一种特殊的电镀技术,在众多的镀镍技术中,它具有独特的优点,比如能够生产出高品质、具有完美外观的表面镀层,具有良好的耐腐蚀性能、可靠性、光亮性和亲水性等。
1. 工艺特点在MB-Ni的工艺过程中,主要有三个方面的特点:(1)无需使用酸性释放剂,不会产生有毒废水排放,节约了环境保护和资源消耗。
(2)镀层的成份经过优化后,可以获得硬度高、耐磨损、耐腐蚀的镀层。
(3)此工艺可以实现对硬质合金、不锈钢、铜、镁、铝等多种材料的镀层。
2. 工艺流程在MB-Ni的工艺过程中,需要经过以下步骤:(1)浸泡和清洗:将待处理的零部件浸泡到乙酸洗涤溶液中,在高温环境下清洗零部件表面的铁锈和氧化物,达到清洁度和脱脂的要求。
(2)活化处理:将清洗干净的零部件浸泡在经过特殊处理的稀硫酸中,使其产生铈铵离子催化反应,为下一步的镀层提供基础。
(3)冲洗:用清水清洗零部件,清除掉浸泡过程中残留的稀硫酸,确保细小的镍颗粒和电解液均匀分布。
(4)化学电镀:将零部件浸泡在MB-Ni电解液中,经过一定的电化学反应,将金属镍沉积在零部件表面,达到镀层结晶、亮度和厚度的要求。
(5)清水冲洗、烘干:用清水清洗冷却后的银镍涂层零件,去除余液。
其后,在低温下进行干燥处理。
3. 应用领域和未来趋势目前,MB-Ni已广泛应用于航空、国防、汽车、电子等领域,被用于许多重要部件的镀层加工中,如轮轴、摩擦部件等。
特别是MB-Ni镀层在飞行器制造中的应用,已成为不可或缺的一部分。
未来,随着机械工业的发展和科技水平的提高,MB-Ni技术将会更加完善和先进,使其在各行业中的应用更加广泛和重要。
同时,也需要在环境友好的前提下继续推广和发展。
化学镀镍原理
化学镀镍是一种将镍金属沉积在物体表面的方法。
它基于电化学反应原理,利用电解质溶液中镍离子的还原反应来实现。
一般来说,进行化学镀镍的物体作为阴极,放置在电解质溶液中。
而阳极则是由导电材料制成的,它会溶解并提供镍离子。
在电解质溶液中,添加了一些酸、盐等物质,这些物质有助于增强导电性和提供离子,从而促进反应的进行。
当通过外部电源施加电流时,就会在物体表面发生还原反应,使镍离子被还原成金属镍,并沉积在物体表面。
这个还原反应的具体过程涉及到多个离子和电子之间的转移。
首先,电子由外部电源供应到物体的表面,与镍离子发生还原反应。
这个还原反应可以用以下化学方程式表示:
Ni2+ + 2e- → Ni
这个反应使镍离子还原为金属镍,同时释放出两个电子。
这些电子通过物体的导电路径返回到电源,完成电流的闭合回路。
随着电子的供应,镍离子在物体表面逐渐还原成金属镍,并在其上形成一层镍金属薄层。
这层薄层在表面均匀分布,形成了光滑、致密的镍镀层。
化学镀镍的过程可以通过控制电解液的成分、温度、电流密度等参数来调节。
不同的工艺条件可以影响到沉积速率、镀层的
结构和性能。
因此,对于化学镀镍来说,科学合理地选择和控制工艺条件是十分重要的。
总的来说,化学镀镍是通过利用电解液中的镍离子还原成金属镍的反应来实现的。
控制好反应条件和工艺参数,可以获得具有良好结构和性能的镍镀层。
这种化学镀镍方法被广泛应用于工业生产中,用于提供金属镍的保护、装饰或改善材料性能等方面。
ENP是化学镀镍的简称化学镀镍技术是采用金属盐和还原剂,在材料表面上发生自催化反应获得镀层的方法。
到目前为止,化学镀镍是国外发展最快的表面处理工艺之一,且应用范围也最广。
化学镀镍之所以得到迅速发展,是由于其优越的工艺特点所决定。
一、化学镀镍层的工艺特点1. 厚度均匀性厚度均匀和均镀能力好是化学镀镍的一大特点,也是应用广泛的原因之一,化学镀镍避免了电镀层由于电流分布不均匀而带来的厚度不均匀,电镀层的厚度在整个零件,尤其是形状复杂的零件上差异很大,在零件的边角和离阳极近的部位,镀层较厚,而在内表面或离阳极远的地方镀层很薄,甚至镀不到,采用化学镀可避免电镀的这一不足。
化学镀时,只要零件表面和镀液接触,镀液中消耗的成份能及时得到补充,任何部位的镀层厚度都基本相同,即使凹槽、缝隙、盲孔也是如此。
2. 不存在氢脆的问题电镀是利用电源能将镍阳离子转换成金属镍沉积到阳极上,用化学还原的方法是使镍阳离子还原成金属镍并沉积在基体金属表面上,试验表明,镀层中氢的夹入与化学还原反应无关,而与电镀条件有很大关系,通常镀层中的含氢量随电流密度的增加而上升。
在电镀镍液中,除了一小部分氢是由NiSO4和H2PO3反应产生以外,大部分氢是由于两极通电时发生电极反应引起的水解而产生,在阳极反应中,伴随着大量氢的产生,阴极上的氢与金属Ni-P合金同时析出,形成(Ni-P)H,附着在沉积层中,由于阴极表面形成超数量的原子氢,一部分脱附生成H2,而来不及脱附的就留在镀层内,留在镀层内的一部分氢扩散到基体金属中,而另一部分氢在基体金属和镀层的缺陷处聚集形成氢气团,该气团有很高的压力,在压力作用下,缺陷处导致了裂纹,在应力作用下,形成断裂源,从而导致氢脆断裂。
氢不仅渗透到基体金属中,而且也渗透到镀层中,据报道,电镀镍要在400℃×18h或230℃×48h的热处理之后才能基本上除去镀层中的氢,所以电镀镍除氢是很困难的,而化学镀镍不需要除氢。
化学镀镍金相组织化学镀镍是一种通过化学反应在物体表面形成一层镍的工艺。
镀镍能够在物体表面形成一层致密、均匀、光滑的镀层,不仅可以提高物体的外观质量,还能够增加其耐腐蚀性能,延长使用寿命。
因此,化学镀镍在工业生产中得到了广泛应用。
在进行化学镀镍时,通常会选择一种合适的镀液。
镀液是由一定比例的金属盐和一些辅助剂组成的溶液。
其中金属盐中的镍离子是镀液中主要的活性物质,而辅助剂则起到调节镀液性质、提高镀层质量的作用。
在化学镀镍的过程中,首先需要进行表面处理。
常见的表面处理方法有除油、除锈、酸洗等。
这些处理能够清除物体表面的杂质和氧化层,为镀层的形成提供良好的基础。
接下来是镀液的配制和调整。
根据具体的镀液配方,将金属盐和辅助剂按照一定比例加入到溶剂中,并进行搅拌和调整pH值,使得镀液的性质满足要求。
镀液的性质对镀层的质量和外观有重要影响,因此需要进行精确的调控。
在镀液调整完成后,需要将待镀物体浸入镀液中进行镀镍。
在镀液中,镍离子会与物体表面的金属离子发生还原反应,从而形成镀层。
这个过程是通过在物体表面施加电流来实现的,通常称为电化学还原。
在电化学还原的过程中,镍离子会在物体表面还原成金属镍,并沉积在物体表面。
镀层的形成速度和厚度可以通过控制电流密度、镀液成分和温度等参数来调节。
同时,镀液中的辅助剂也会对镀层的形貌和性能产生影响。
镀层形成后,需要对镀层进行后处理。
常见的后处理方法有水洗、除膜、抛光等。
这些处理能够清洗掉镀液中的残留物和杂质,并改善镀层的外观和质量。
化学镀镍的金相组织是指镀层的组织结构和相成分。
镀层的金相组织主要由金属镍和一些合金元素组成,其中合金元素的含量和分布对镀层的性能起着重要影响。
金相分析是一种常用的表征镀层金相组织的方法,可以通过显微镜观察、化学分析和X射线衍射等技术手段来得到镀层的组织结构信息。
化学镀镍的金相组织可以分为均匀单相结构和复杂多相结构。
均匀单相结构的镀层具有致密、均匀的特点,表面光洁度高。
化学镀镍張正東发表于: 2010-8-18 16:10 来源: 半导体技术天地化学镀化学镀是在无电流通过(无外界动力)时借助还原剂在同一溶液中发生氧化还原作用,从而使金属离子还原沉积在自催化表面表面上的一种镀覆方法。
化学镀与电镀的区别在于不需要外加直流电源,无外电流通过,故又称为无电解镀(Electroless Plating)或“自催化镀”(Autocatalytic Plating)。
所以化学镀可以叙述为一种用以沉积金属的、可控制的、自催化的化学还原过程,其反应通式为:上述简单反应式指出,还原剂Rn+经氧化反应失去电子,提供给金属离子还原所需的电子,还原作用仅发生在一个催化表面上。
因为化学镀的阴极反应常包括脱氢步骤,所需反应活化能高,但在具有催化活性的表面上,脱氢步骤所需活化能显著降低。
化学镀的溶液组成及其相应的工作条件也必须是使反应只限制在具有催化作用的零件表面上进行,而在溶液本体内,反应却不应自发地产生,以免溶液自然分解。
对于某一特定的化学镀过程来说,例如化学镀铜和化学镀镍时,如果沉积金属(铜或镍)本身就是反应的催化剂,那么,这个化学镀的过程是自动催化的,基本上是与时间成线性关系,相当于在恒电流密度下电镀,可以获得很厚的沉积层。
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,那么一旦催化表面被该金属完全覆盖后,沉积反应便终止了,因而只能取得有限的厚度。
例如化学镀银时的情形,这样的过程是属于非自动催化的。
化学镀不能与电化学的置换沉积相混淆。
后者伴随着基体金属的溶解;同时,也不能与均相的化学还原过程(如浸银)相混淆,此时沉积过程会毫无区别地发生在与溶液接触的所有物体上。
随着工业的发展和科技进步,化学镀已成为一种具有很大发展前途的工艺技术,同其他镀覆方法比较,化学镀具有如下特点:(1)可以在由金属、半导体和非导体等各种材料制成的零件上镀覆金属;(2)无论零件的几何形状如何复杂,凡能接触到溶液的地方都能获得厚度均匀的镀层,化学镀溶液的分散能力优异,不受零件外形复杂程度的限制,无明显的边缘效应,因此特别适合于复杂零件、管件内壁、盲孔件的镀覆;(3)对于自催化的化学镀来说,可以获得较大厚度的镀层,甚至可以电铸;(4)工艺设备简单,无需电源、输电系统及辅助电极,操作简便;(5)镀层致密,孔隙少;(6)化学镀必须在自催化活性的表面施镀,其结合力优于电镀层;(7)镀层往往具有特殊的化学、力学或磁性能。
电解镀镍和化学镀镍
电解镀镍和化学镀镍是两种常见的镀镍方法。
电解镀镍是通过电解液将镍离子还原到金属表面,形成均匀的镍层。
这种方法可以得到厚度均匀、质量稳定的镍层,适用于涂装、防腐和装饰等领域。
但是需要设备复杂,工艺耗能,成本较高。
化学镀镍则是利用化学反应在表面形成镍层,无需电流,不会产生氢气,可以为复杂形状的物体提供均匀的镀层。
这种方法具有工艺简单、成本低、环保等优点,但镀层厚度不如电解镀镍均匀,适用于不需要高要求的防腐和装饰等领域。
两种方法各有优缺点,根据具体应用情况选择合适的镀镍方法是非常重要的。
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PCB化学镀镍金工艺介绍PCB化学镀镍金工艺是一种常用的金属化学镀工艺,用于在印刷电路板(PCB)表面镀覆一层金属防护层,以提高电路板的导电性、耐腐蚀性和焊接性能。
本文将介绍PCB化学镀镍金工艺的基本原理、工艺步骤和优缺点。
基本原理:PCB化学镀镍金工艺是利用电化学原理,在PCB表面镀覆一层金属镍,然后再在镍层上镀覆一层金属金。
电化学镀镍过程中,利用电解液中的镍离子在PCB表面还原成金属镍,形成一层均匀的金属薄膜。
而电化学镀金过程类似,利用电解液中的金离子在镍层上还原成金属金,形成一层优质的金属薄膜。
这样,PCB表面就得到了一层耐腐蚀、导电性好的金属保护层,提高了PCB的性能和可靠性。
工艺步骤:1.清洗:将PCB放入碱性清洗液中,去除表面的油污和污垢,保证良好的粘接性。
2.除锡:在酸性溶液中进行脱锡处理,去除PCB表面的焊锡层,以免对后续工艺产生干扰。
3.洗涤:将PCB放入清水中进行冲洗,去除脱锡液。
4.化学镀镍:将清洗后的PCB放入镀镍槽中,通过电解作用,在PCB表面上镀覆一层金属镍。
镀镍工艺中的关键是电解液的配方和调节,以确保镀层的均匀性和质量。
5.洗涤:将镀镍后的PCB放入清水中进行冲洗,去除残留的电解液。
6.电镀:将镀镍后的PCB放入金镀槽中,通过电解作用,在镀镍层上镀覆一层金属金。
和镀镍工艺一样,金镀工艺中的关键是电解液的配方和调节,以确保金属镀层的均匀性和质量。
7.洗涤:将金镀后的PCB放入清水中进行冲洗,去除残留的电解液。
8.烘干:将洗涤后的PCB放入烘干箱中进行烘干,去除水分,使PCB表面干燥。
优缺点:1.镀层均匀:化学镀镍金工艺能够在PCB表面形成一层均匀的镍层和金属金层,不仅提高了密着性,还提高了导电性能。
2.镀层良好的硬度:化学镀镍金镀层具有一定的硬度,提高PCB的耐磨、耐刮性能。
3.阻焊性好:镀金层在PCB表面形成一层阻焊层,提高了PCB的焊接性能和可靠性。
4.节省成本:与其他金属化工艺相比,化学镀镍金工艺更加节省成本,适用于大批量生产。
化学镀镍是通过化学还原将溶液中的镍离子还原为镍金属的化学过程,
99%的化学镀镍采用次磷酸钠作还原剂
组成与结构
电镀镍与化学镀镍的主要差别在于纯度和结构方面的较大差异例如电镀镍的纯度一般高于99%但化学镀镍使用次磷酸钠作还原剂镀层的典型组成为92%的镍和8%的磷磷含量对镀层性能有重要影响它可在3%~12%的宽范围内变化工业上通常根据镀层磷含量的不同来区分化学镀镍镀层如
低磷磷含量2%~5%
中磷磷含量6%~9%
高磷磷含量10%~13%
所以一旦确定了对镀层的性能要求必须确定适当的化学镀镍类型正如后面将谈到的低磷和高磷镀层的耐腐蚀性和硬度有很大的差别。
化学镀镍的结构决定了其某些独特性能与电镀镍的晶体结构有很大不同化学镀镍通常是非晶结构或是包含超细微晶的结构随着磷含量的增加镀层中非晶结构占主导当磷含量大于10.5%时镀层完全是非晶结构由于化学镀镍没有明确的晶体结构消除了电镀镍晶态镀层出现的晶间腐蚀的可能因此化学镀镍提供了更有效的屏蔽层而使基体免遭腐蚀。
内的各种各样化学品这样的例证已经发表了然而化学镀镍层成分的影响可以从工业上两种较常使用且非常重要的化学品即磷酸和氢氧化钠中所做的腐蚀试验结果非常明显地看出图1314分别给出了低碳钢上的低中和高磷镀层在磷酸和氢氧化钠中的腐蚀速度镀层的磷含量分别是1%~2%6%~8%和10%~11%高磷镀层在磷酸中和低磷镀层在氧化钠中的优越性能清楚地表明了组成的重要性
表2进一步证实了确定化学镀镍类型的重要性
一般说来强碱性环境中低磷化学镀镍层比高磷镀层有更好的耐腐蚀性
的重要性化学镀镍层是通过阻止基体和环境接触达到防腐蚀目的当镀到钢上时它是阴极性
或是非牺牲性的镀膜因此必须要求镀层是连续且无孔的一般推荐镀层的最小厚度是40微米。
化学镀镍综述 ———————————————————————————————— 作者: ———————————————————————————————— 日期: 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。ﻫ 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; ﻫ· 磷含量在3-10%的为中磷; ﻫ· 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。ﻫ化学镀层的物理性质与化学性质ﻫ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。ﻫ热学性质:热膨胀系数是用来表示金属尺寸随温度的变化规律,一般是指线膨胀系数μm/m/℃。化学镀Ni-P(8%-9%)的热膨胀系数在0—100℃内为13μm/m/℃。电镀镍相应值为12.3-13.6μm/m/℃。ﻫ电学性质:由于镀层是很薄的一层金属,测定比电阻困难。Ni-P(6%-7%)比电阻为52-68μΩ·cm,碱浴镀层只有28-34μΩ·cm,纯镍镀层的比电阻小,仅为6.05μΩ·cm。镀层比电阻的大小与镀浴的组成、温度、pH值,尤其是磷含关系密切。另外热处理也明显影响着比电阻值的大小。 磁学性质:化学镀Ni-P合金的磁性能决定于磷含量和热处理制度,也就是其结构属性——晶态或者非晶态。P≥8%(wt)的非晶态镀层是非磁性的,含5%-6%P的镀层有很弱的铁磁性,只有P≤3%(wt)的镀层才具有铁磁性,但磁性仍比电镀镍小。 ﻫ力学性质:化学镀镍是脆性涂层,其力学性能与玻璃相似,抗张强度高,但弹性模量与延伸率低。Ni-P合金弗度好、韧性差的根本原因在于它的非晶或微晶结构阻碍塑性变形,在发生弹性变形后随即断裂。实验发现5.5%(wt)含磷量的镀层韧性最好。延伸率随着硬度的增加而降低。ﻫ均镀能力及厚度:化学镀是利用还原剂以化学反应的方式在工件表面得到镀层,不存在电镀中由于工件几何形状复杂而造成的电力线分布不均、均镀能力和深镀能力不足问题。无论有深孔、盲孔、深槽或形状复杂的工件均可获得厚度均匀的镀层。下图就显示出化学镀镍的均镀能力。镀层厚度从理论上讲似乎是无限的,但太厚了应力朋、表面变得粗糙、又容易剥落,有报道称最厚可达400微米。ﻫ结合力及内应力:一般讲化学镀镍的结合力是良好的,如软钢上为210-420MPa、不锈钢上为160-200MPa、Al上为100-250MPa。镍磷合金通常比镍硼合金的结合力要好。 钎焊性能:铁基金属上化学镀镍层不能熔融焊接,因高温作业后磷会引起基材产生脆性,但钎焊是可行的。在电子工业中,轻金属元件用化学镀镍改善其钎焊性能,如Al基金属。镍磷合金层的钎焊性随磷含量的增加而下降,镀液中有些添加剂也显著影响焊接性能,如加1.5g/L糖精有利于钎焊。
化学镀镍溶液的基本组成ﻫ 优异的镀液配方对于产生最优质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、促进剂、稳定剂、光亮剂、润湿剂等。 主盐 ﻫ 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了。早期曾用过氯化镍做主盐,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,所以目前已不再使用。同硫酸镍相比用醋酸镍做主盐对镀层性能的有益贡献因其价格昂贵而被抵消。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,也不至于使用中被加次磷酸钠而大量带入钠离子,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元锌及重金属元素的控制。ﻫ 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、寿命长短主主决定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。如果镀注保没有络合剂存在,由于镍的氢氧化物溶液度较小,在酸性镀液中艰险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分子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。ﻫ 能应用于化学镀镍中的络合剂很多,但在化学镀镍溶液中所用的络合剂则要求它们具有较大的溶解度、在溶液中存大的pH范围能与化学镀工艺要求一致,还存大一定的反应活性,价格因素不容忽视。目前,常用的络合剂主要是一些脂肪族羧酸及其取代衍生物,如丁二酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸及甘氨酸等,或用它们的盐类。在碱浴中则用焦磷酸盐、柠檬酸盐及铵盐。不饱和脂肪酸很少用,因不饱和烃在饱和时要吸收氢原子,降低还原剂的利用率。而常见的一元羧酸如甲酸、乙酸等则很少使用,乙酸常用作缓冲剂,丙酸则用作加速剂。 稳定剂 化学镀镍溶液是一个热力学不稳定体系,由于种种原因,如局部过热、pH值提高,或某些杂质影响不可避免的会在镀液中出现一些活性微粒——催化核心,使镀液发生激烈的自催化反应产生大量Ni—P黑色粉末,导致镀液短期内发生分解,逸出大量气泡,造成不可挽救的经济损失。这些黑色粉末是高效催化剂,它们具有极大的比表面积与活性,加速了镀液的自发分解,几分钟内镀液将变成无色。稳定剂的作用就在于抑制镀液的自发分解,使施镀过程在控制下有序进行。稳定剂是一种毒化剂,即反催化剂,只需加入痕量就可以抑制镀液自发分解。稳定剂不能使用过量,过量后轻则减低镀速,重则不再起镀。稳定剂吸附在固体表面抑制次磷酸奶的脱氢反应,但不阻止次磷酸盐的氧化作用。也可以说稳定剂掩蔽了催化活性中心,阻止了成核反应,但并不影响工件表面正常的化学镀镍过程。 我们大致把我们从前用的稳定剂分为四类: 1. 第六主族元素S、Se、Te的化合物;ﻫ 2. 某些含氧化合物;ﻫ 3. 重金属离子ﻫ 4. 水溶性有机物。 以上所说的是以次磷酸根作还原剂为例子,但其基本原理在胺基硼化物浴中同样适用。但强碱性的硼氢化钠浴及90度温度下,有些稳定剂往往会分解、沉淀而失效。有报道说用铊盐效果不错。另外,硝酸铊还能增加较低温度下镀浴的沉积速度。铊盐能在Ni—B镀层中共沉积,有时高达6%的含量。 加速剂 为了增加化学镀的沉积速度,在化学镀镍溶液中还加入一些化学药品,它们有提高镀速的作用而被称为加速剂。加速剂的作用机理被认为是还原剂次磷酸根中氧原子可以被一种外来的酸根取代形成配位化合物,或者说加速剂的阴离子的催化作用是由于形成了杂多酸所致。在空间位阻作用下使H-P键能减弱,有利于次磷酸根离子脱氢,或者说增加了次磷酸的活性。实验表明,短链饱和脂肪酸的阴离子及至少一种无机阴离子,有取代氧促进次磷酸根脱氢而加速沉积速度的作用。化学镀镍中许多络合剂即兼有加速剂的作用。ﻫ 缓冲剂 化学镀镍过程中由于有氢离子产生,使溶液pH值随施镀进程而逐渐降低,为了稳定镀速及保证镀层质量,化学镀镍体系必须具备缓冲能力,也就是说使之在施镀过程中pH值不至于变化太大,能维持在一定pH值范围内的正常值。某些弱酸(或碱)与其盐组成的混合物就能抵消外来少许酸或碱以及稀释对溶液pH值变化的影响,使之在一个较小范围内波动,这种物质称为缓冲剂。缓冲剂缓冲性能好坏可用pH值与酸浓度变化图来表示,酸浓度在一定范围内波动而pH值却基本不变的体系缓冲性能好。 化学镀镍溶液中常用的一元或二元有机酸及其盐类不仅具备络合镍离子的能力,而且具有缓冲性能。在酸性镀浴中常用的HAC-NaAC体系就有良好的缓冲性能,但醋酸根的络合能力却很小,它一般不做络合剂用。 其它组份ﻫ 与电镀镍一样,在化学镀镍溶液中加入少许的表面活性剂,它有助于气体的逸出、降低镀层的孔隙率。另外,由于使用的表面活性剂兼有发泡剂作用,施镀过程中在逸出大量气体搅拌情况下,镀液表面形成一层白色泡沫,它