《《化学化学镀》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《化学化学镀》PPT课件.ppt（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化学镀化学镀指导老师：张永君指导老师：张永君学生：李为武学生：李为武2012.04.21基本内容基本内容2.镍及含镍合金的化学镀镍及含镍合金的化学镀1.化学镀基本知识化学镀基本知识4.化学镀的现状及发展趋势化学镀的现状及发展趋势3.影响化学镀的因素影响化学镀的因素第一章第一章 化学镀基本知识化学镀基本知识n化学镀产品效果1.1化学镀定义化学镀定义n1 1 定定义义依依赖赖电电解解液液中中的的还还原原剂剂将将被被镀镀金金属属离离子子在在自自催催化化表表面面还还原原为为金金属属原原子子并并形成镀层的过程叫化学镀。形成镀层的过程叫化学镀。1.2化学镀化学镀镀液镀液n化学镀镀液一般由主盐、还原剂、络合
2、剂、缓冲剂组成；对某些特殊材料的镀件施镀时镀液中还需要添加稳定剂、表面活性剂等功能添加剂。主盐与还原剂是获得镀层的直接来源, 主盐提供镀层金属离子，还原剂提供还原主盐离子所需要的电子。1.2.1 主盐主盐n主盐即含镀层金属离子的盐。一般情况下，主盐含量低时沉积速度慢、生产效率较低；主盐含量高时沉积速度快，但含量过大时反应速度过快，易导致表面沉积的金属层粗糙，且镀液易发生自分解现象。1.2.2 还原剂还原剂n还原剂是提供电子以还原主盐离子的试剂。在酸性镀镍液中采用的还原剂主要为次磷酸盐,此时得到磷合金；用硼氢化钠、胺基硼烷等硼化物作还原剂时可得硼合金；用肼作还原剂,可获得纯度较高的金属镀层。正常
3、情况下，次磷酸钠的加人量与主盐存在下列关系(Ni2+)/(H2PO2-)=0.31.0。还原剂含量增大时，其还原能力增强，使得溶液的反应速度加快；但是含量过高则易使溶液发生自分解，难于控制,获得的镀层外观也不理想。1.2.3 络合剂络合剂n络合剂的作用是通过与金属离子的络合反应来降低游离金属离子的浓度，从而防止镀液因金属离子的水解而产生自然分解，提高镀液的稳定性。但需要注意的是，络合剂含量增加将使金属沉积速率变慢, 因此需要调整较适宜的络合剂浓度。化学镀常用的络合剂有柠檬酸、乳酸、苹果酸、丙酸、甘氨酸、琥珀酸、焦磷酸盐、柠檬酸盐、氨基乙酸等。一般碱性化学镀镍溶液使用的络合剂有焦磷酸盐、柠檬酸盐
4、和铵盐等；采用柠檬酸钠和氯化铵作为络合剂，其添加量为镍盐总量的1.5倍左右。1.2.4 缓冲剂缓冲剂n缓冲剂的作用是维持镀液的pH 值，防止化学镀过程中由于大量析氢所引起的pH 值下降。1.2.5 稳定剂稳定剂n稳定剂的作用是提高镀液的稳定性，防止镀液在受到污染、存在有催化活性的固体颗粒、装载量过大或过小、pH 值过高等异常情况下发生自发分解反应而失效。稳定剂加入量不能过大，否则镀液将产生中毒现象失去活性，导致反应无法进行，因此需要控制镀液中稳定剂的含量在最佳添加量范围。1.2.6 表面活性剂表面活性剂n加人表面活性剂可提高镀液对基体的浸润效果，使粉末、颗粒、纤维状镀件很好地分散于镀液中，形成
5、比较稳定的悬浮液。表面活性剂的浓度在一定程度上直接影响粉末、颗粒、纤维状镀件表面上金属镀层的性能。1.3 化学镀与电镀的区别化学镀与电镀的区别 化化学学镀镀不不使使用用电电源源，以以还还原原剂剂与与被被镀镀金金属属离离子子的的电电位位差差为为动动力力，为为了了得得到到致致密密的的镀镀层层，使使用用络络合合剂剂阻阻滞滞还还原原过过程程，并并形形成成一一定定程程度度的的极极化化，同同时时也也为为了了控控制制反反应速度。应速度。 化化学学不不存存在在分分散散能能力力的的问问题题，也也不不存存在在边边角角效效应应等等电电镀镀中中常常出出现现的的问问题题，只只要要能能与与溶溶液液接接触触，就就可可获获得
6、得质质量一致的镀层。量一致的镀层。 化学镀溶液中的还原剂与被镀金属离子需不断补充。化学镀溶液中的还原剂与被镀金属离子需不断补充。1.4 化学镀工艺流程化学镀工艺流程n机械粗化化学除油水洗化学粗化水洗敏化水洗活化水洗解胶水洗化学镀水洗干燥镀层后处理。1.4.1 预处理预处理n预处理的目的是使镀件表面生成具有显著催化活性效果的金属粒子，这样才能最终在基体表面沉积金属镀层。由于镀件微观表面凸凹不平,必须进行严格的镀前预处理,否则易造成镀层不均匀、密着性差,甚至难于施镀的后果1.4.2 化学除油n镀件材料在存放、运输过程中难免沾有油污，为保证预处理效果，必须首先进行除油处理，去除其表面污物，增加基体表
7、面的亲水性，以确保基体表面能均匀的进行金属表面活化。化学除油试剂分有机除油剂和碱性除油剂两种；有机除油剂为丙酮(或乙醇)等有机溶剂，一般用于无机基体如鳞片状石墨、膨胀石墨、碳纤维等除油；碱性除油剂的配方为：NaOH：80g/l，Na2CO3(无水)：15g/l，Na3PO4：30g/l，洗洁精：5ml/l，用于有机基体如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等除油；无论使用哪种除油试剂，作用时都需要进行充分搅拌。1.4.3 化学粗化n化学粗化的目的是利用强氧化性试剂的氧化侵蚀作用改变基体表面微观形状，使基体表面形成微孔或刻蚀沟槽,并除去表面其它杂质，提高基体表面的亲水性和形成适当的粗糙度，以增强基体和镀层
8、金属的结合力,以保证镀层有良好的附着力。粗化是影响镀层附着力大小的很关键的工序，若粗化效果不好，就会直接影响后序的活化和化学镀效果。1.4.4 敏化敏化n敏化处理是使粗化后的有机基体(或除油后的无机基体)表面吸附一层具有还原性的二价锡离子Sn2+，以便在随后的活化处理时，将银或钯离子由金属离子还原为具有催化性能的银或钯原子。1.4.5 活化n活化处理是化学镀预处理工艺中最关键的步骤, 活化程度的好坏，直接影响后序的施镀效果。化学镀镀前预处理的其它各个工序归根结底都是为了优化活化效果，以保证催化剂在镀件表面附着的均匀性和选择性,从而决定化学镀层与镀件基体的结合力以及镀层本身的连续性n活化处理的目
9、的是使活化液中的钯离子Pd2+ 或银离子Ag离子被镀件基体表面的Sn2+ 离子还原成金属钯或银微粒并紧附于基体表面，形成均匀催化结晶中心的贵金属层, 使化学镀能自发进行。目前,普遍采用的活化液有银氨活化液和胶体钯活化液两种；化学镀铜比较容易，用银即能催化；化学镀钴、化学镀镍较困难，用银不能催化，必须使用催化性强的贵金属如钯、铂等催化1.4.6 解胶n镀件基体经过胶体钯活化后，表面吸附的是以钯原子为核心的胶团，为使金属钯能起催化作用，需要将吸附在钯原子周围的二价锡胶体层去除以显露出活性钯位置，即进行解胶处理。解胶处理一般采用体积浓度100mL/L的盐酸在4045处理0.51min，或用2025g
10、/L的醋酸钠溶液常温下处理10min。第二章第二章 化学镀化学镀Ni及及Ni-Pn根据化学镀镀层成分可以把化学镀分成以下几种：1.化学镀镍 2.化学镀铜 3.化学镀贵重金属（金、银） 4.化学镀合金 5.化学镀复合层而实际工业生产中以化学镀镍及镍合金为最多，而合金中又以Ni-P为最常见。化学镀的原理类似，表示为M+RM+Rn+1n+1M Mn+n+R+R表面催化2.1 化学镀镍化学镀镍 化学镀镍是用还原剂把溶液中的镍离子还原沉积在具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。有催化活性的表面上。该技术最早是1944年由美国国家标准局的A.Brenner和G.Riddell
11、的发现并应用至今。 化学镀镍是化学镀应用最为广泛的一种方法，所用还原剂有次磷化学镀镍是化学镀应用最为广泛的一种方法，所用还原剂有次磷酸盐、硼氢化物、氨基硼烷、肼等。酸盐、硼氢化物、氨基硼烷、肼等。 目前目前以次磷酸盐为还原剂的以次磷酸盐为还原剂的化学镀镍，在世界范围的化学镀镍总量中占化学镀镍，在世界范围的化学镀镍总量中占9999以上。以上。硼氢化钠硼氢化钠和氨基硼烷因价格较贵，只少量使用。和氨基硼烷因价格较贵，只少量使用。化学镀镍化学镀镍化学镀镍的动力学 化学镀镍都具备以下几个共同点：化学镀镍都具备以下几个共同点：n沉积沉积Ni的同时伴随着的同时伴随着H2析出；析出； n镀层中除镀层中除Ni，
12、还有与还原剂有关的，还有与还原剂有关的P、B或或N等元素；等元素； n还原反应只发生在某些具有催化活性的金属表面上，还原反应只发生在某些具有催化活性的金属表面上，但一定会在已经沉积的镀层上继续沉积；但一定会在已经沉积的镀层上继续沉积； n产生的副产物产生的副产物H+促使槽液促使槽液pH值降低值降低 ；化学镀镍一定在具有自催化的特定表面上进行。化学镀镍一定在具有自催化的特定表面上进行。化学镀的催化作用属于多相催化，反应是在固化学镀的催化作用属于多相催化，反应是在固相催化剂表面上进行。相催化剂表面上进行。 不同材质表面的催化能力不同，因为它们存在不同材质表面的催化能力不同，因为它们存在的催化活性中
13、心数量不同，而催化作用正是靠的催化活性中心数量不同，而催化作用正是靠这些活性中心吸附反应物分子增加反应激活能这些活性中心吸附反应物分子增加反应激活能而加速反应进行的。而加速反应进行的。n目前应用广泛的化学镀镍溶液，大致可目前应用广泛的化学镀镍溶液，大致可分为酸性镀液及碱性镀液两种。化学镀分为酸性镀液及碱性镀液两种。化学镀镍液的主要成分是可溶性镍盐、络合物、镍液的主要成分是可溶性镍盐、络合物、还原剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、润还原剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、润湿剂及光亮剂等。湿剂及光亮剂等。主盐主盐n化化学学镀镀镍镍液液的的主主盐盐是是提提供供金金属属镍镍离离子子的的可可溶溶性性镍镍盐盐，在在化
14、化学学还还原原反反应应中中是是氧氧化化剂剂的的角角色色，可可供供采采用用的的有有硫硫酸酸镍镍、氯氯化化镍镍、醋醋酸酸镍镍、氨氨基基磺磺酸酸镍镍、次次磷磷酸酸镍镍等等。由由于于成成本本的的原原因因，大多数选用硫酸镍作为主盐。大多数选用硫酸镍作为主盐。n 有有足足够够的的主主盐盐，可可以以维维持持比比较较高高的的沉沉积积速速度度保保证证镍镍离离子子的的 充充 分分 补补 给给 ， 但但 也也 不不 能能 太太 多多 ， 大大 约约 在在 镍镍 含含 量量 6g/L-10g/L(HiSO46H2O 在在25g/L-45g/L)范范围围比比较较合合理理。而而且且主主盐盐与与络络合合剂剂、主主盐盐与与还
15、还厚厚剂剂的的比比例例都都有有一一个个合合理理范范围围。Ni2与与H2PO2的的摩摩尔尔比比应应在在0.30.45之之间间(相相当当于于NiSO46H2O与与NaH2PO2H2O的质量比为的质量比为1:1左右左右)。还原剂还原剂n用得最多的还原剂是用得最多的还原剂是次磷酸次磷酸盐中的次磷酸钠盐中的次磷酸钠。n次磷酸钠，镀液中次磷酸钠的n用量主要取决于镍盐浓度，镍n盐与次磷酸钠含量比过低时，n镀层发暗，镀液稳定性下降，n比值过高时沉积速度很慢。这n一比值还直接影响镀层中的磷n含量，比值越低，磷含量越高。络合剂络合剂n为了使镀液稳定及获得性能良好的化学镀镍层，必须选择适当的为了使镀液稳定及获得性能
16、良好的化学镀镍层，必须选择适当的络合剂及确定合理的用量范围。络合剂的用量不仅与镀液中镍离络合剂及确定合理的用量范围。络合剂的用量不仅与镀液中镍离子的浓度有关，也与该络合物能够与镍形成的配位健的数目有关。子的浓度有关，也与该络合物能够与镍形成的配位健的数目有关。n 一般的配方组成中除了有一个主络合剂之外，还配以其他的一般的配方组成中除了有一个主络合剂之外，还配以其他的辅助络合剂。不同种类的络合剂及络合剂的使用量不同，对化学辅助络合剂。不同种类的络合剂及络合剂的使用量不同，对化学镀镍的沉积速度影响很大镀镍的沉积速度影响很大( (见图见图) )缓冲剂n化学镀镍的过程中除了有镍和磷的析出化学镀镍的过程
17、中除了有镍和磷的析出之外，还有氢离子的产生，镀液的之外，还有氢离子的产生，镀液的pH值值会不断降低，这不但使沉积速度放慢，会不断降低，这不但使沉积速度放慢，也会对镀层含磷量产生影响，因此，在也会对镀层含磷量产生影响，因此，在化学镀镍溶液中必须加入缓冲剂。一般化学镀镍溶液中必须加入缓冲剂。一般弱酸及弱酸盐或多元弱酸都可能形成一弱酸及弱酸盐或多元弱酸都可能形成一个理冲体系。个理冲体系。稳定剂n尽尽管管一一个个良良好好的的络络合合剂剂体体系系，已已经经保保证证了了化化学学镀镀镍镍液液的的稳稳定定性性，但但是是往往往往由由于于在在镀镀液液工工作作过过程程中中，其其他他不不规规范范的的操操作作因因素素，
18、如如局局部部过过热热(加加热热方方式式不不当当)，局局部部pH值值过过高高(调调整整补补充充不不当当)，其其他他活活化化物物的的进进入入或或形形成成(镀镀液液被被污污染染或或缺缺乏乏足足够够的的连连续续过过滤滤)等等都都会会触触发发自自催催化化的的还还原原反反应应在在这这个个局局部部地地区区激激烈烈进进行行，进进而而迅迅速速蔓蔓延延，致致使使整整个个镀镀液液自自发发分分解。因而必须加入稳定剂。解。因而必须加入稳定剂。n 稳稳定定剂剂可可以以是是某某些些重重金金属属离离子子(如如Pb2、Sn2、Cd2等等)，也也可可以以是是某某些些含含氧氧酸酸根根(如如AsO2、IO3、BrO3、MoO42等等
19、)，也也可可以以是是含含疏疏的的化化学学物物(如如硫硫脲脲、硫硫代代硫硫酸酸盐盐、硫硫氰氰酸酸盐盐等等)，或或某某些些不不饱饱和和有有机机酸酸(如马来酸，甲叉丁二酸等如马来酸，甲叉丁二酸等)。n 稳稳定定剂剂可可以以在在一一定定程程度度上上阻阻止止镀镀液液自自发发分分解解的的发发生生。但但同同时时也也可可能能毒毒化化化化学学镀镀锦锦液液。如如果果稳稳定定剂剂过过量量，则则会会成成为为镀镀液液的的毒毒化化剂剂，使使镀镀液液不能起镀。不能起镀。n稳定剂对化学镀镍液的作用稳定剂稳定剂含量含量/mgL沉积速度沉积速度m /hPbCl2试验时间试验时间/s空白01663Pb2+18288KIO32016
20、无限顺丁烯二酸10013160反丁烯二酸10015143促进剂n在化学镀镍液中能提高镍沉积速度的成在化学镀镍液中能提高镍沉积速度的成分称为促进剂。它的作用机理是活化次分称为促进剂。它的作用机理是活化次磷酸根离子，促其释放磷酸根离子，促其释放原子原子氢。有些有氢。有些有机酸是很好的络合剂，同时也是化学镀机酸是很好的络合剂，同时也是化学镀液的促进剂，其促进作用如下表所示。液的促进剂，其促进作用如下表所示。其他辅助成分n在化学镀镍液中，有时还加入润湿剂以在化学镀镍液中，有时还加入润湿剂以减少针孔，加入光亮剂以提高镀层光亮减少针孔，加入光亮剂以提高镀层光亮度，润湿剂与电镀悼液选用的润湿剂相度，润湿剂与
21、电镀悼液选用的润湿剂相似常用的有十二烷基硫酸钠和十二烷似常用的有十二烷基硫酸钠和十二烷基磺酸钠。光亮剂有邻甲苯磺酰胺，苯基磺酸钠。光亮剂有邻甲苯磺酰胺，苯二磺酸钠，奈磺酸钠，糖精，镉盐等。二磺酸钠，奈磺酸钠，糖精，镉盐等。在不同的络合体系的镀液中，光亮剂用在不同的络合体系的镀液中，光亮剂用量必用由试验来确定。量必用由试验来确定。化学镀镍的典型工艺化学镀镍的典型工艺化学镀镍机理化学镀镍机理在工件表面化学镀镍，以次磷酸钠作还原剂在酸在工件表面化学镀镍，以次磷酸钠作还原剂在酸性介质中反应式为：性介质中反应式为：Ni2+ +H2PO2-+H2OH2PO3-+Ni+2H+必然有几个基本步骤：必然有几个基
22、本步骤：n反应物向表面扩散；反应物向表面扩散； n反应物在催化表面上吸附；反应物在催化表面上吸附； n在催化表面上发生化学反应；在催化表面上发生化学反应； n产物从表面层脱附；产物从表面层脱附； n产物扩散离开表面。产物扩散离开表面。 目前，化学镀目前，化学镀Ni-P合金有四种沉积机理：合金有四种沉积机理： 原子氢理论；原子氢理论； 氢化物传输理论；氢化物传输理论； 电化学理论；电化学理论； 羟基羟基-镍离子配位理论。镍离子配位理论。n原子氢（吸附氢）理论pNaH2PO2 Na+H2PO2-pH2PO2-+H2O HPO32-+H+2HpNi2+ +2H Ni+2H+pH2PO2-+H2O H
23、2PO3-+H2pH2PO2-+H H2O+OH-+Pp3H2PO2- H2PO3-+ H2O+2OH-+2PpNi2+ + H2PO2-+H2O HPO32-+3H+Ni n氢化物理论H2PO2-+H2O HPO32-+2H+H-Ni2+ +2H- Ni+H2H+H- H2H2PO22-+6H- +4H2O 3H2+8OH-+2PNi2+ + H2PO2-+H2O HPO32-+3H+Nin电化学理论电化学理论阳极反应：H2PO2-+H2O H2PO3-+2H+2e阴极反应：Ni2+2e Ni 2H+2e H2 H2PO2-+e P+2OH-总反应：Ni2+ + H2PO2-+H2O H2P
24、O3-+2H+Ni 2.2 NiP的化学镀的化学镀n化学镀合金层的特性及应用如右图。n在含镍的化学镀合金体系中，尤其以Ni-P应用最为普遍，可以镀态的非晶态经热处理沉积硬化为晶态。以下就以Ni-P为代表来介绍含镍化学镀合金及其相关性质。特性及应用特性及应用合金合金厚度厚度/m防腐蚀Ni-P,Ni-P-Mo,Ni-Sn-P,Ni-Cu-P,12125抗磨损Ni-B,Ni-B-Ti,Ni-P+SiCNi-B-Mo，Ni-B-P,30125磁性Ni-Co-P,Ni-Co-B,Ni-Fe-P,0.1钎焊Ni-P0.51.0结合Ni-P23高温Ni-Ro-P1125防扩散Ni-P12302.2.1次磷酸
25、盐型镀液制备Ni-P镀层H H2 2POPO2 2- -+H+H2 2O OH H2 2POPO3 3- -+2H+2H然后，初生态原子氢然后，初生态原子氢HH在镀件表面遇到镍离子就使其在镀件表面遇到镍离子就使其还原生成金属镍：还原生成金属镍：2H2H +Ni+Ni2+2+Ni+2HNi+2H+ +总反应可写为总反应可写为H H2 2POPO2 2- -+H+H2 2O+NiO+Ni2+2+Ni+2HNi+2H+ +H+H2 2POPO3 3- -次磷酸根的催化脱氢形成亚磷酸根，并放出初生态原子次磷酸根的催化脱氢形成亚磷酸根，并放出初生态原子氢是沉积过程的第一步：氢是沉积过程的第一步：n由上式
26、可见化学镀由上式可见化学镀NiNi因而得到的不是纯因而得到的不是纯镍，实际上是含有镍，实际上是含有3 31515( (质量分数质量分数)P)P的的Ni-PNi-P合金。合金。P P的析出如下：的析出如下：n H H2 2POPO2 2- -+ + H H P+OHP+OH- -+H+H2 2O On常规的酸性化学镀镍溶液中沉积出的镀层含磷常规的酸性化学镀镍溶液中沉积出的镀层含磷量为量为712，而碱性溶液中沉积的镍层含，而碱性溶液中沉积的镍层含磷量为磷量为47。 n镀层中磷含量主要决定于溶液的镀层中磷含量主要决定于溶液的pH值，随着值，随着pH值降低，磷含量增大。值降低，磷含量增大。2.2.2
27、热处理时间与温度关系热处理时间与温度关系2.2.3 不同磷量的热处理不同磷量的热处理2.2.4含含P量对硬度影响量对硬度影响2.2.5镍浓度对沉积速度及含磷量镍浓度对沉积速度及含磷量影响影响2.2.6镀层的特性镀层的特性镀层的组成镀层的组成 用次磷酸盐作还原剂的化学镀镍溶液中镀得的用次磷酸盐作还原剂的化学镀镍溶液中镀得的镀层为镀层为Ni-P合金，含有合金，含有315的磷。的磷。 对比：硼氢化物或胺基硼烷作还原剂得到的镀对比：硼氢化物或胺基硼烷作还原剂得到的镀层为层为Ni-B合金，含有少量的硼。合金，含有少量的硼。 晶体结构：刚沉积出来的化学镀镍层是无定型晶体结构：刚沉积出来的化学镀镍层是无定型
28、的，呈非晶型薄片状结构。的，呈非晶型薄片状结构。400热处理后则热处理后则转变成晶型组织，镀层由转变成晶型组织，镀层由Ni3P相形成相形成 。镀层的特性镀层的特性“三高特性三高特性” 高耐蚀性高耐蚀性 高耐磨性高耐磨性 高均匀性高均匀性n硬度硬度n 化学镀镍层比电镀镍层的硬度高得多，化学镀镍层比电镀镍层的硬度高得多，而且更耐磨。而且更耐磨。n 化学镀镍层的硬度为化学镀镍层的硬度为HV300500,而而电镀镍层的硬度电镀镍层的硬度HV160180 。磁性能磁性能 磁性能决定于含磷量和热处理温度。磁性能决定于含磷量和热处理温度。 P8：镀层是弱磁性；镀层是弱磁性； P 11.4，完全没有磁性；完全
29、没有磁性； P8，镀层具有强磁性，但它的磁性镀层具有强磁性，但它的磁性比电镀镍层小，经热处理后磁性能有显比电镀镍层小，经热处理后磁性能有显著提高。著提高。电阻率电阻率 一般含磷量越高，一般含磷量越高，化学镀镍层的化学镀镍层的电阻率越电阻率越大大。 在碱性溶液中所获得的化学镀镍层，电在碱性溶液中所获得的化学镀镍层，电阻率约为阻率约为2834cm。 在酸性溶液中所获得的化学镀镍层，其电在酸性溶液中所获得的化学镀镍层，其电阻率约为阻率约为5158 cm，比电镀镍层高比电镀镍层高数倍。数倍。(纯镍的电阻率为纯镍的电阻率为9.5cm)热膨胀系数和密度热膨胀系数和密度 化学镀镍层的热膨胀系数一般为化学镀镍
30、层的热膨胀系数一般为1310-6 -1。化学镀镍层的密度一般为化学镀镍层的密度一般为7.9gcm3左右，左右，化学镀镍层的密度随含磷量提高而降低化学镀镍层的密度随含磷量提高而降低 化学镀化学镀Ni-P性能性能第三章第三章 影响化学镀的因素影响化学镀的因素n影响镀液性能和镀层质量的主要因素有镀液组成及镀液pH值、镀覆温度等，当改变主盐、还原剂的浓度以及温度、装载量时,化学镀镀层外观、镀速和镀液稳定性将发生较大变化。镀液镀液pH 值值n镀液pH 值是最重要的反应控制条件；pH 值过低还原剂还原能力不强, 金属沉积速度慢；但过分提高pH值会加速还原剂的自然分解,副反应增多, 产生金属的氢氧化物沉淀变
31、浑浊，缩镀液使用寿命，也会减缓金属沉积速度。镀液pH值可用氢氧化钠、盐酸或者浓氨水调节。镀覆温度n在其他条件不变的情况下，温度对沉积速度影响很大，温度愈高，沉积速度愈快。但温度大于30时，镀液会发生自分解；温度过低时化学镀几乎不能进行。温度过高会大大降低镀液稳定性,尤其当加热不均匀、温度变化大且pH 值偏高时更为严重,故施镀过程中要求强力搅拌。温度低于80 时,随着温度的增加,镀层厚度和沉积速率均增加;但温度超过80 时,镀液稳定性下降,开始自分解,有单质铜析出,按镀层厚度计算的镀速便减小。搅拌间歇时间、搅拌速度n 对镀液进行充足的搅拌，会提高镀液稳对镀液进行充足的搅拌，会提高镀液稳定性及镀层
32、质量。首先搅拌可以提高均定性及镀层质量。首先搅拌可以提高均匀性，防止漏镀，其次搅拌有利于消除匀性，防止漏镀，其次搅拌有利于消除针孔麻点。另外搅拌可防止镀液局部过针孔麻点。另外搅拌可防止镀液局部过热，防止补充镀液时局部浓度过高，防热，防止补充镀液时局部浓度过高，防止调整止调整PH值时引起的镀液分解。值时引起的镀液分解。镀件基体装载量镀件基体装载量 n粉末、颗粒、纤维状镀件基体进行化学镀时，镀件添加于镀液中的装载量必须严格控制。装载量小生产效率低，过低的装载量还易导致镀液自分解。随着镀件装载量的升高，施镀面积增大，镀液负担加重，反应趋缓；添加量过大时，不但易造成单分子镀覆效果低，还会加速镀液的自然
33、分解。因此，一般其添加量控制在质量1520g/L（或体积6.710dm2/L）范围内为宜。第四章第四章 化学镀发展趋势化学镀发展趋势n历史发展的过程 n1844年，Wurtz通过次亚磷酸盐得到了金属镍的镀层。1911年，Bretean发表了有关化学镀镍的研究报告，认为沉积过程是i在次亚磷酸盐上的催化反应。这一结论标志着对化学镀认识的一次突破。1916年，Roux注册了第一份化学镀液，1920年，Federichi着重研究了i盐和碱金属次亚磷酸盐的相互作用，同时用PD作为催化剂。n促使化学镀技术真正应用于实际生产中的荣誉应归功于美国国家标准局的Bremer和Riddell。1946年，他们利用镍
34、盐与次亚磷酸盐组成的溶液首次得到了化学镀镍层，结果于是1947年发表，并于1950年，申请了专利，肯定了次亚磷酸盐的还原作用。人们在Brenner和Riddell研究的基础上，围绕化学镀镍这一课题，进行了广泛而深入的研究，效果显著。n战后，美国通用运输公司对容器内部镀镍特别感兴趣。这种容器是用于热的高浓度NaOH溶液的运输。他们使用电镀工艺失败后，把目标转向了化学镀工艺。经过五年的努力，GATC于1955年成功的研究出第一台化学镀实验设备，随后建立了第一个化学镀工艺，取名为“Kanigen”工艺。该工艺提供了含磷量为10 wt % 的镀层，特别适用于大型的、工程性的应用场合。工业上首次应用方面
35、是由GATC将化学镀层作为核工厂用储存容器内比镀层几新的油罐车的衬里。同时，工艺还发现了许多新的应用范围，如航空，食品机械，化工等方面。 n自Brenner, Riddell研究之后。人们研究化学镀镍的发展过程为以下几个时期：n）化学镀镍的起步，研制和学术交流时期，（18441943）；n）化学镀镍的第一代发展：初期的应用和酸性槽液的开发（19441950）n）化学镀镍的第一代工业化：设备研制，工艺确定，镀层应用的扩大。（19501959）n）化学镀镍的第二代工业化：槽液各组伤的筛选，镀层合金组份的更换。（ 1959 1973）n）快速发展时代：化学镀镍技术趋于成熟，镀层种类增加，成为竞争力强
36、的表面处理技术，应用场合不断扩大（ 1973 1980）。）应用领域不断扩大：强调对生产者和使用者进行必要的教育、培训，镀层质量控制及管理成为必然。（ ）n40多年来，围绕化学镀镍这一课题进行了大量相关研究，如沉积过程机理，工艺优化，镀层性能及其前、后处理，沉积过程和控制，镀液之稳定性和再生问题，镀液参数的监控，镀液中各种添加剂的筛选，镀层种类的开发，镀液寿命的检验，工业应用效果和前景分析等等。事实表明，研究效果显著，因此应用领域不断扩大。n从石油钻井钻头到陶瓷层的表面安装部件。n从喷气发动机叶轮到磁性、光学信息储存磁盘。n从矿山安全设备用的液压到太空装置用电缆接头。n从特殊的摩擦轮到望远镜用
37、超光滑镜头，n从油罐列车衬里到纺织机械接头。n从锅炉热交换器到人体用医学移植器。化学镀的研究趋势 n在今天，以Ni-P体系和Co-P体系为代表的化学镀技术的研究面临着两个方面的要求。一方面，化学镀工艺技术的发展要求从理论研究的角度更深入的了解其沉积机理，镀层结构与性能的相互关系， 改变依靠摸索的方法研究开发工艺的局面。另一方面，随着应用面的不断拓宽，更多更专业化的生产应用领域不断的要求有更好、功能性更强的镀覆技术及性能优异的镀层。n回顾过去，展望未来，预计近期化学镀技术可能集中在下述几个方面进行探讨：n组织结构：合金镀层的晶态非晶态结构，准金属元素在由晶态转向非晶态过程中的作用，化学镀非晶态本
38、身的定义；n沉积过程：化学镀的沉积机理研究，尤其是非晶态沉积机理，初期沉积形貌与组织结构、性能的相互关系；n络合剂：络合剂对沉积过程的影响以及在非晶态形成过程的作用，具有经济实用的络合剂的需求，该善镀液性能；n复合镀：在原来的研究基础上，以Ni-P为主的复合镀将更加深入的研究与镀层性能之间的关系；n镀层处理：以提高硬度耐磨性为主要的得后热处理，以改善表面性质的镀层处理，如黑化、着色等技术，将进一步得到重视；n自动控制：为提高镀层质量，降低成本，镀液的自动控制与维护，必将得到发展，以及用运计算机在线测量及数据分析的过程统计分析也将得到发展。n参考文献n1.杨德均，孙榆芳.化学镀技术的回顾与展望.全国首届化学镀会议论文集Z 1992.n2.张安富，周宇帆.国外研究化学镀Ni-P合金的发展趋. 全国首届化学镀会议论文集Z 1992.n3.罗守福等.国外化学镀镍的工业应用.上海：全国首届化学镀会议论文集Z 1992.n4.李惠东，郭永和等.化学沉积镍磷合金耐腐蚀机理研究. 全国首届化学镀会议论文集Z 1992.n5.邓宗钢等.磷含量对化学沉积镍磷合金层组织和性能的影响J.机械工程材料，1988.12（3）
