化学镀镍

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1、化学镀镍 化学镀镍已成为国际上表面处理领域中发展最快的工业技术之一，以其优良的性能，在几乎所有的工业部门都得到了广泛应用，每年总产值达10亿美元，而且每年还以5%7%的速度递增。化学镀镍是以次磷酸盐为还原剂，经自催化电化学反应而沉积出镍磷合金镀层的新技术。镀履过程由于是无电流通过的条件下进行的，又称无电解镀镍（Elctroless Nickelplating）简称EN技术。它具有深镀能力强、均镀能力好、镀层致密、孔隙率低等技术特点，应用范围已扩展到工业生产的各个领域，目前是全球最优秀的表面处理之一。 一、性质和用途 用次磷酸钠作还原剂获得的镀层实际上是镍磷合金。依含磷量不同可分为低磷（1%4%

2、）、中磷（4%10%）和高磷（10%12%）。从不同pH值的镀液中可获得不同含磷量的镀层，在弱酸性液（pH=45）中可获得中磷和高磷合金；从弱碱性液（pH=810）中可获得低磷和中磷合金。含磷为8%以上的Ni-P合金是一种非晶态镀层。因无晶界所以抗腐性能特别优良。经过热处理（300400）变成非晶态与晶态的混合物时硬度可高达HV=1155；化学复合镀层硬度更高，如Ni-P-SiC，镀态HV=700，350热处理后可达到HV=1300。非晶态合金是开发新材料的方向，现已成为工程学科的一大热门。 近年低磷化学镀镍是研究开发的又一热点，含磷1%4%的Ni-P合金，镀态的HV=700，热处理后接近硬铬

3、的硬度，是替代硬铬层的理想镀层，又是可在铝上施镀的好镀种。 化学镀层的种类、性质和主要用途，列于表3-1-2。 化学镀镍层与电镀镍层的性能比较，列于表3-1-3。 表3-1-2 化学镀镍种类性质和主要用途镀种主要性质主要用途Ni-P耐蚀性酸性（7%12%P）工程上用；碱性（1%4%P）电子行业，代硬铬Ni-B高耐热、硬度高耐磨，良好的导电性、焊接性酸性（3%B）电子工业；碱性（约5%B）航空工业。Ni-M-P（M=Cu、W、Cr、Fe、Zn、Nb、W、Mo）耐蚀、耐热、磁性能和电阻性能非磁性应用、薄膜电阻器、金属电阻器、医疗及制药装置、厨房设施Ni-P/SiC、Al2O3、人造金刚石、CFx、

4、PTFE、TiO2、ZrO2、Ni-B/TiO2、ZrO2耐磨性、自润滑性化工、机械、纺织、造纸等工业部门，如模具、泵、阀门、液压轴、内燃机汽化部件表3-1-3 化学镀镍与电镀镍的性能比较比较项目电镀镍层化学镀镍层组成99%以上Ni92%Ni、8%P（平均值）外观暗至光亮半光亮至光亮结构晶态非晶态密度8.97.9（平均）厚度均匀性差好硬度（镀态）HV=200400HV=500700加热硬化无变化HV=9001300耐磨性相当好极好耐蚀性好（多孔隙）优良（孔隙少）相对磁化率（%）364电阻率/cm-1760100热导率/Jcm-1s-1-1 0.160.010.02无润滑油磨损0.38有润滑油0

5、.20.2 化学镀镍的脆性较大，在钢上仅能经受2.2%的塑性变形而不出现裂纹。在620下退火后，塑性变形能力可提高到6%；当热处理温度达840时，其塑性还可进一步改善。 化学镀镍层同钢铁、铜及其合金、镍和钴等基体金属有良好的结合力。在铁上镀覆1012m的化学镀镍层，经反复弯曲180后未出现任何裂纹和脱落现象。但与高碳钢、不锈钢的结合力比上述金属差；同非金属材料的结合力会更差些，重要的是取决于非金属材料镀前预处理质量。 化学镀镍层的化学稳定性在大多数介质中都比电镀镍高，在大气中曝晒试验、盐雾加速试验中，其耐蚀性显著地优于镍；在海水、氨和染料等介质中相当稳定。 化学镀镍层以其高耐蚀、高耐磨、高均匀

6、性、兼有防腐、装饰及机能方面的作用，故用途十分广泛，诸如电子和计算机、化学和化工、机械、航空航天、石油和天然气、汽车、食品加工、医药和纺织等工业部门。 具体应用举例： 1.计算机工业主要用于数量巨大的硬盘片铝镁合金上化学镀镍，使其具有足够的硬度以保护铝合金基体不变形和磨损，同时防止基体氧化腐蚀。 2.电子工业除需要耐磨耐蚀的化学镀层外，还大量需要低电阻温度系数、扩散阻挡层及良好的焊接性能的化学镀层。Ni-Cr-P、Ni-W-P等多元合金化学镀层具有低电阻温度系数，在薄膜电阻器的制造中很有用。Ni-B、Ni-P-B、Ni-P等化学镀层的钎焊性接近于金镀层。 3.机器制造工业凡需要耐磨或耐蚀的零部

7、件一般都可用化学镀镍来提高其寿命，如液压轴、曲轴、传动链带、齿轮和离合器、工、卡、模具等。 4.石油和天然气、化学工业化学镍层对含硫化氢的石油和天然气环境，对酸、碱、盐等化工腐蚀介质有优良的抗蚀性，所以在采油设备、输油管道中有广泛用途。在普通钢或低合金钢上镀一层5070m的Ni-P合金，其寿命可提高36倍。化学工业的容器、阀、管道、泵等的化学镀镍可替代不锈钢和纯镍。 5.汽车工业汽车工业中使用化学镀镍是利用其耐蚀、耐磨性能，如形状复杂的齿轮、散热器和喷油嘴、制动瓦片、减震器等等。 6.其它航空业中的喷气发动机的一些零件，陶瓷、轴瓦合金、不锈钢在还原气氛中的结合材料，铝、镁、铍材料制成的航空零部

8、件和电子元件等。 二、以次磷酸钠为还原剂的化学镀镍 1.酸性化学镀镍的工艺规范（见表3-1-4）。 2.碱性化学镀镍的工艺规范（见表3-1-5）。 表3-1-4 酸性化学镀镍的工艺规范配方1234567工艺规范含量/gL-1硫酸（NiSO47H2O）2530252630253035氯化镍（NiCl26H2O）30次磷酸钠（NaH2PO2H2O）202530241010251822醋酸钠（NaC2H3O2）152010101217柠檬酸钠（Na3C6H5O72H2O）101035葡萄糖酸钠30乳酸（C3H6O3）80%/mLL-127丙酸（CH3CH2COOH）2.2硫酸肼10铅离子（ppm）2

9、2硫脲（ppm）2pH值4.5554.54646454.65温度/8590909095909030408590沉积速度/mh-112152020510251015适用基体材料钢铁钢铁钢铁钢铁陶瓷玻璃钢铁 3.化学镀镍液的配制方法 化学镀镍配方多，使用成分多，且有弱酸性和弱碱性两种，特别要根据选用的配方采用正确的配制方法，防止因配制不当产生镍的氢氧化物沉淀。这里介绍配制应遵循的顺序： （1）用不锈钢、搪瓷、塑料作镀槽。 （2）用配槽总体积的1/3水量加热溶解镍盐。 （3）用另外1/3的水量溶解络合剂、缓冲剂及其它化合物，然后将镍盐溶液在搅拌下倒入其中，澄清过滤。 （4）用余下1/3水量溶解次磷酸

10、钠，过滤，在将要使用前在搅拌下倒入上述混和液中，稀至总体积，用1：10的H2SO4或1：4的氨水调pH值。 表3-1-5 碱性化学镀镍工艺规范配方12345工艺规范含量/gL-1硫酸镍（NiSO47H2O）25304020氯化镍（NiCl26H2O）30次磷酸钠（NaH2PO2H2O）1025203530氯化铵（NH4Cl）5030焦磷酸钾（K4P2O7）50柠檬酸铵（(NH4)3C6H5O7）50氢氧化铵（NH4OH）/mLL-110202530光亮剂ND-1/ mLL-120络合剂ND-2/ mLL-140柠檬酸钠（Na3C6H5O7）10pH值89.51011810910或88.5910

11、温度/3040657590403545时间/min51051060厚度/m0.20.512.58适用基体材料塑料塑料金属金属塑料注：配方4为BLE-1光亮低温化学镀镍新工艺，溶液较酸性液稳定、节能、外观光亮平滑。pH=910时获含P2%4%低磷合金，pH=88.5时为含P7%8%的普通化学镍层，南京大学研制。 4.化学镀镍简单原理 化学镀镍的反应历程如下： 第一步：溶液中的次磷酸根在催化表面上催化脱氢，同时氢化物离子转移到催化表面，而本身氧化成亚磷酸根 H2PO2+H2O HPO32-+H+2H（吸附于催化表面） 第二步：吸附于催化表面上的活性氢化物与镍离子进行还原反应而沉积镍，而本身氧化成氢

12、气 Ni2+2HNi0+H2 总反应式为 2H2+2H2O+Ni2+Ni0+H2+4H+2H 部分次磷酸根被氢化物还原成单质磷，同时进入镀层 H2+H（催化表面）P+H2O+OH 上述还原反应是周期地进行的，其反应速度取决于界面上的pH值。pH值较高时，镍离子还原容易；而pH值较低时磷还原变得容易，所以化学镀镍层中含磷量随pH值升高而降低。 除上述反应外，化学镀镍中还有副反应发生，即 由于存在副反应，实际每消耗2mol次磷酸钠大约能沉积0.7mol的镍原子。 加入槽中的次磷酸盐最终约90%转化为亚磷酸盐，亚磷酸镍溶解度低，当有络合剂存在，游离镍离子少时，不产生沉淀物。当有亚磷酸镍固体沉淀物存在时，将触发溶液的自分解。在化学镀中不可避免地会有微量的镍在槽壁和镀液中析出，容易导致自催化反应在均相中发生，需要用稳定剂加以控制。反应中生成的氢离子将降低镀液pH值，从而降低沉积速度，所以需加pH值缓冲剂和及时调pH值。