化学镀镍技术入门.pptx

报告内容l化学镀镍的基本原理 l化学镀镍层的应用l l化学镀镍溶液 l化学镀镍工艺 l化学镀镍的性能一、一、化学镀镍的基本原理 化学镀镍实际上就是在水溶液中通过氧化还原反应在具有催化活性的金属（如镍、铁、钴、银、钯、黄铜等）表面沉积镍-磷或镍-硼合金。以次磷酸钠为还原剂 H2PO2-+H2O H+HPO32-+2H吸 （1）Ni2+2H吸 Ni+2H+（2）H2PO2-+H吸 H2O+OH-+P （3）H2PO2-+H2O H+HPO32-+H2 （4）以硼氢化钠为还原剂 (1)(2)二、化学镀镍层的应用 汽 车 汽缸、活塞、冷却水管、减振器、曲柄轴、火花塞、柴油机喷管、多口接头管、压缩机、蝶形阀、空气调节器零件、叉节销、变速器推杆垫片、旋转轴类、发电机二极管、发动机主轴 宇宙航空 板材、机架、外壳、活塞、塞、管、套管（筒）、油喷嘴、空速管、火箭推进器管道、压缩机叶片、发动机主轴、叶轮、推进器轴、转子叶片、伺服系统外壳、花键衬套、定子环、汽轮机叶片 计 算 机 磁盘转动器、滚筒、联锁、硬磁盘、导轨 电子元件 盒、密封电缆、微波装置、合成控制传动继电器、引线框架、电阻单元、电容器,插座和插塞、陶瓷基体、插头、插口、二极管套、压电元件、PC板 食品工业 热交换器、泵、制罐头装置、皮带轮、切片支点、包装机、巧克力成型器 水利、原子能工业 外壳、水轮机、储能电路、泵、真空壳体、汽缸箱 化工机械 外壳、汽缸部件、泵、螺栓、高压零件、球轴、齿轮类、弹簧夹、增压器叶轮 工 业 搅拌机、活塞杆、旋转接头、盖、反应釜、热交换器、轴承链条 塑 料 金属模子、汽缸、成型螺栓、喷嘴、截断器、塑模、滑动杆 油压机器 过滤器、泵、轴、远心分离机 石 油 外壳、测量环、旋转轴 印 刷 滚筒、印刷机、打字机、汽缸、托架 纤 维 丝道、皮带轮、接丝板照相机，光学 带齿卷盘、齿轮、金属模三、化学镀镍溶液3 3、1 1 化学镀镍溶液的基本组成及各组分的作用化学镀镍溶液的基本组成及各组分的作用l化学镀镍溶液按照pH值分为酸浴和碱浴两类，酸浴pH值一般在46，碱浴pH值一般大于8；如果按温度分类则有高温浴（8592）、中温浴（6070）及室温浴；按照镀出镀层中的磷含量又可以分为高磷镀液、中磷镀液和低磷镀液。高磷镀液能得到非晶结构的镀层，耐磨性能优良且具非磁性，广泛用于计算机工业中；中磷镀液施镀时沉积速度快、稳定性好、寿命长，是目前用的最多的化学镀镍液；而低磷镀液得到的镀层硬度高、耐磨、耐腐蚀性好。3、2 化学镀镍溶液的基本组成 l化学镀镍溶液主要由镍盐、络合剂、还原剂和添加剂等组成。l1、镍盐 镍盐是镀液中的主盐，作为二价镍离子的供给源。一般使用的是硫酸镍、次磷酸镍、氯化镍，其次是醋酸镍、氨基磺酸镍及碳酸镍等。2、络合剂l络合剂是镀液最重要的组成之一，能与镍离子生成稳定的络合物，具有稳定和延长镀液使用寿命的作用；同时可以控制沉积速度，改善镀层质量。在酸性溶液中，镍离子的络合剂有柠檬酸、氨基乙酸、乳酸、羟基乙酸、苹果酸、甘油、丁二酸、丙酸、醋酸、酒石酸等。在碱性溶液中，多用有机酸盐及胺类的混合物作为络合剂，如酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸二钠、三乙醇胺、乙二胺、柠檬酸钠等。l3、还原剂 还原剂一般采用次亚磷酸钠，它的作用是通过催化脱氢，提供活泼的氢原子，把镍离子还原成金属，与此同时，使镀层中含有磷的成分。此外，用作还原剂的还有硼氢化钠、烷基胺硼烷、肼等。l4、添加剂 添加剂包括加速剂、稳定剂、pH调整剂、润湿剂等。返回3、3 化学镀镍溶液的配制方法化学镀镍溶液的配制方法 l以次磷酸盐作还原剂的一步法酸性镀液的配制为例，具体操作步骤如下：l准确称取计算量的镍盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂，分别用少量蒸馏水或去离子水溶解；l将已经完全溶解的镍盐溶液，在不断搅拌下倒入含络合剂的溶液中；l将完全溶解的还原剂溶液在不断搅拌下，倒入按配制好的溶液中；l分别将稳定剂溶液、缓冲剂溶液、促进剂溶液，在充分搅拌作用下，倒入按配制好的溶液中；l用蒸馏水或去离子水稀释至计算体积；l用硫酸或氨水或氢氧化钠稀液调整pH值；l仔细过滤溶液；l取样化验，合格后加热试镀、生产。四、化学镀镍工艺返回4、1 化学镀镍的前处理化学镀镍的前处理 l镀层金属的生长首先是基材原子排列的继续，要结合力好基材就必须是清洁的，所以镀前的除油、活化工序是影响结合力的重要因素。不恰当的前处理可能产生镀层附着力不好，多孔，粗糙甚至漏镀。另外，与电镀前处理工序比较，化学镀的前处理须更加仔细。4、1、1 前处理基本工序前处理基本工序 l化学除油工艺l电解除油工艺l水洗工艺l浸酸工艺l活化工艺4、1、2 不同基底材料的前处理 1、低碳钢和低合金钢工件的典型处理、低碳钢和低合金钢工件的典型处理(1)化学除油：含清洁剂或润湿剂的碱性溶液，6580，时间视需要而定；(2)热水清洗：7080，2min；(3)冷水清洗：二次逆流漂洗或喷洗，室温，2min；(4)电解除油：含清洁剂的碱性溶液，6580，周期换向电流2-3A/dm2，阳极/阴极/阳极，共3min；(5)热水清洗：7080，2min；(6)冷水清洗：二次逆流漂洗或喷淋，室温，2min；(7)浸酸活化：在30%盐酸中除氧化膜；(8)冷水清洗：二次逆流漂洗或喷淋，室温，2min；(9)去离子水洗或预热浸洗：7080，2min；(10)化学镀镍：8590，PH值=4.55.0，时间视需要而定；(11)冷水清洗：二次逆流漂洗或喷淋，室温，2min，干燥。2、高合金钢和镍基合金工件(1)溶剂脱脂(2)化学除油 7080，1030min(3)热水洗(4)电化学除油 电压5V，60120s(5)热水洗(6)酸洗 盐酸30%，30-60s(7)冷水洗(8)电化学除油 电压5V，3060s(9)热水洗(10)酸洗 盐酸30%，3060s(11)冷水洗(12)闪镀镍：NiCl26H2O 200240 gL-1l HCl(d=1.19)100120 ml/ll 温度 室温l Dk 0.81.2 A/dm2l 时间 35 min(13)冷水洗(14)热水洗 7080(15)化学镀镍3、300或304系列不锈钢工件l(1)溶剂脱脂l(2)化学除油 7080，1030minl(3)热水洗l(4)电化学除油 电压5V，60120sl(5)热水洗l(6)酸洗 盐酸30%，60sl(7)冷水洗l(8)闪镀镍 NiCl26H2O 200240 g/ll HCl(d=1.19)100120 ml/ll 电流密度 25 A/dm2l 时间 12 minl 阳极 硫去极化镍l(9)冷水洗l(10)热水洗 7080l(11)化学镀镍4、铜和铜合金工件铜和铜合金工件 l铜合金进行化学镀镍，前处理工艺类似于钢的前处理工艺，包括碱液除油和浸酸除氧化膜。不同之处在于：铜对于化学镀镍的化学还原没有催化作用，因而对铜合金必须进行化学或电化学活化；为了使铜合金容易加工，经常在铜合金内添加0.510%的铅，如果不除去铜合金表面的铅，镀层的附着力会降低，甚至剥落。黄铜或青铜中加入铅与加入的其他元素不一样，铅不可能与铜形成合金，但是铅可呈球状金属保持在铜内。切割加工时显出铅粒由表面渗出或流动，可起到润滑作用。但在铅上不能进行化学镀镍，除非除去铅粒，不然得到的镀层与基体结合力差和多孔。同时在零件表面留有铅也会污染化学镀镍槽液，使沉积速度和镀层质量明显降低。因此，对于含铅铜合金，必须除去表面的铅，才能进行化学镀镍。除表面铅的方法是把零件浸在1030%氢氟酸中，时间30120s，溶液温度室温。5、铝和铝合金铝和铝合金工件 l铝在水洗或暴露在空气中时，它的表面很容易与氧反应形成氧化膜。这层氧化膜就阻碍了镀层与基体之间的金属键合，导致镀层与基体分离。为解决这一问题，对铝基体需要进行特殊的工艺处理，包括 除 油、除 氧 化 膜 和 浸 锌。除油、除氧化膜除油、除氧化膜 基体材料工艺规范纯铝铝合金NaOH/gL-156-Na2CO3/gL-1202525Na3PO412H2O/gL-11015 30温度/60656070时间/min1223酸 蚀 基体材料工艺规范纯铝铝合金高硅铸造铝合金H2SO4(d=1.84)/mlL-180-HNO3(d=1.41)/mlL-110600600HF(48%)/mlL-1200温度/室温室温室温时间/s30602030s3060化学浸锌 l铝和铝合金经过上述除油、除氧化膜后，再浸入碱性锌酸盐溶液，这样存在表面的氧化膜就溶解；与此同时，一旦铝基体显露，铝表面也开始溶解，立即被等当量的锌所置换。当铝表面已经被极薄的锌层完全覆盖时，浸锌反应停止进行。浸锌常用的配方和操作条件 lNaOH 120 gL-1lZnO 20 gL-1lNaKC4H4O6.4H2O 50 gL-1lFeCl3.6H2O 2 gL-1lNaNO3 1 gL-1l温度 室温l时间 2030s浸锌溶液的配制方法 l 将需要量的NaOH用配制体积1/3量的水搅拌溶解；l 将计算量的氧化锌用水调成糊状，在不断搅拌下，缓慢加入到液中，并继续搅拌至氧化锌完全溶解；l 将计算量的酒石酸钾钠，三氯化铁，硝酸钠分别溶解于水，并混合后倒入上述溶液；l 用水稀释至规定体积；l 除去沉积物便可使用。6、塑料件l塑料一般是非导体，对镍的化学还原不具有催化性，尤其是在沉积过程中保持着一定结合力(附着力)，如不经处理，那么这对塑料基体是不可能实现的。众所周知，塑料与镀层之间是不可能形成金属键合，只可能是镀层与基体表面的机械结合，为此要想改善镀层与塑料基体的结合，一般塑料应在酸性溶液中浸蚀或在有机溶剂中浸蚀，使表面粗化和提供更多的结合位置。l在塑料上进行化学镀镍通常的前处理工艺包括：除油(脱脂)、浸蚀(粗化)、敏化和活化。（1）除油(脱脂)l塑料除油和其他固态表面除油一样，可在有机溶剂或含表面活性物质的碱性水溶液中进行。有机溶剂适用于去除塑料表面上的石蜡、蜂蜡、脂肪和其他有机污垢。有机溶剂除油时，应选用对该塑料不溶解，不膨胀和不龟裂的相应溶剂。如聚丙烯酸脂塑料应使用甲醇做溶剂，氟塑料应使用丙酮做溶剂，聚甲基丙烯酸甲脂塑料应使用甲醇，四氯化碳等作溶剂。(2)浸蚀（化学粗化）l浸蚀也就是化学粗化，其实质是一种腐蚀作用。塑料表面经过化学腐蚀后，微观变得粗糙，从而提高了镀层的机械结合力。另一方面，粗化时将会改变塑料表面的微观几何形状和聚合分子的化学性质，在该表面上形成极性基，使该表面成为亲水性，即能被水所湿润。化学粗化液的配方及工艺 工艺规范配方1配方2配方3Cr3O/g L-11502003035180200H2SO4/mlL-110008008501000HNO3/mlL-12530K2Cr2O7/gL-16070H2O/mlL-1450500温度/4050405060时间/s1260（3）敏化 l其目的是使塑料表面吸附一层氧化的物质(一层具有还原性的金属)，保证在活化时表面发生还原反应。复杂零件敏化处理时，应对敏化溶液进行搅拌，才能得到较好的结果。敏化液配方与工艺 工艺规范配方1配方2HCl/mlL-1401040SnCl22H2O/gL-1101025锡条pH值11温度/室温室温时间/min51012（4）活化l其目的是使塑料表面产生一层薄的催化表面，即通过敏化表面上吸附的Sn2+来还原金属钯，使其成为催化中心，镍离子在此中心开始还原：在化学镀镍中应用最广泛的活化液是钯盐溶液，组分和工艺如下:PdCl2 0.11 gL-1 HCl 510 mlL-1 温度()1825 时间 0.52 min4、2 化学镀镍的实施化学镀镍的实施 4.2.1 化学镀镍槽化学镀镍槽 l因为化学镀镍是通过自身催化反应，而不是借助于外电源进行电沉积，所以只要有镀槽和辅助设备就能保证工艺的实现，获得所要求的镀层质量。l化学镀镍槽必须满足不被化学镀镍液浸蚀和对镍离子无催化作用两个条件。符合这两个条件的材料有耐酸搪瓷、陶瓷、玻璃、不锈钢、塑料等。4.2.2 镀镍槽液的加热镀镍槽液的加热 l用来加热化学镀镍槽液有槽内电加温和槽外水浴加热两种方式。槽外水浴加热是在槽液容器不大，把它放在由控温装置的水浴内，当槽液升到所要求工艺温度时，此时通过控温装置使水浴停止升温。在这种方式中蒸汽和电加温是最普通的热源。4.2.3 化学镀镍液的维护管理化学镀镍液的维护管理 l（1）在正常生产过程中，反应生成的亚磷酸根含量会逐渐上升，当亚磷酸根浓度超过120 gL-1，产生亚磷酸镍沉淀。l（2）操作失误，如镀液温度不均匀，循环或搅拌次数太少，面容比不当，也会使镀液失去使用效力。l（3）操作过程中带入杂质，如自来水中的各种有害物质，工件除锈不干净，灰尘进入，都可导致镀液污染。镀液使用后应及时加盖以免铁、铜丝等金属掉入槽中。特别是铅和镉，镀液中超过5mgL-1就会对镀液产生不良影响。l（4）H2PO2-和 Ni2+消耗过多，造成镀液各成分比例失调，使镀液失去稳定性。4、3 化学镀镍层的后处理化学镀镍层的后处理 l在大多数情况下，化学镀镍层除了清洗和干燥外，一般不作任何后处理。但为了达到某一目的，还得进行必要的后处理，例如:l（1）烘烤：提高镀层附着力，减少氢脆；l（2）热处理：提高镀层硬度和耐磨性；l（3）活化和表面预备：镀金属或有机涂层；l（4）铬酸盐钝化：提高耐蚀性；l（5）着色：提高其装饰性。4、4 镀层的组成和特性镀层的组成和特性镀层的组成 用次磷酸盐作还原剂的化学镀镍溶液中镀得的镀层含有415的磷，是一种镍磷合金。以硼氢化物或胺基硼烷作还原剂得到的镀层才是纯镍层，含镍量可达995以上。刚沉积出来的化学镀镍层是无定型的，呈非晶型薄片状结构。镀层中磷含量主要决定于溶液的PH值，随着PH值降低，磷含量增大。常规的酸性化学镀镍溶液中沉积出的镀层含磷量为712，而碱性溶液中沉积的镍层含磷量为47。此外，溶液的组成及各组分的含量和它们的相对比率，以及溶液的工作温度等都对含磷量有一定的影响。镀层的特性硬度 化学镀镍层比电镀镍层的硬度高得多，而且更耐磨。电镀镍层的硬度仅为HV160180，而化学镀镍层的硬度一般为HV300500。用热处理方法可大大提高化学镀镍层的硬度，在400加热1小时后，硬度的最高值约可达HV1000。若继续提高热处理温度，如提高到600时，则硬度反而降低为HV700。热处理前的化学镀镍层是非晶型的无定型结构，热处理后则转变成晶型组织，镀层中有Ni3P相形成。Ni3P相的析出量随着热处理温度的升高而增加，其最大析出量则决定于镀层的含磷量。为了提高镀层硬度，合适的热处理规定是：温度380400，时间为1小时。为防止镀层变色，最好有保护气氛或用真空热处理。在不具备保护气氛条件时，适当降低热处理温度(如280)和延长处理时间，同样可以提高硬度值。当镀层具有最大硬度时，脆性亦增大，因而不适宜在高载荷或冲击的条件下使用。选择恰当的热处理条件，可使镀层既有一定的硬度又有延展性。一般钢制工件的化学镀镍层在200温度下处理2小时，可提高镀层结合力和消除应力。而铝制工件以在150180下保持 1小时较为合适。磁性能 化学镀镍层的磁性能决定于含磷量和热处理温度。含磷量超过8的镀层是弱磁性的；含磷量在114以上，完全没有磁性；含磷量低于8的镀层才具有磁性，但它的磁性比电镀镍层小，经热处理后磁性能有显著提高。例如，在碱性化学镀镍液中所得的镀层，未经热处理时其磁性能为矫顽磁力H0160AM，经350热处理1小时后为H08800AM。电阻率 化学镀镍层的电阻率与含磷量有关，一般含磷量越高，则电阻率越大。在碱性溶液中所获得的化学镀镍层，其电阻率约为2834cm.在酸性溶液中所获得的化学镀镍层，其电阻率约为5158cm，比电镀镍层高数倍(纯镍的电阻率为9.5cm)。化学镀镍层的电阻率经热处理后会明显下降。例如，含磷量为7的化学镀镍层，经600热处理后，电阻率从72cm降至20cm。含硼量1347的镍硼化学镀层，其电阻率为1315cm.用二甲胺基硼烷还原的镍镀层，含硼量为06时，电阻率为53cm，比纯镍的电阻率低。热膨胀系数和密度 化学镀镍层的热膨胀系数一般为1310-6-1。化学镀镍层的密度一般为79gcm3左右，化学镀镍层的密度随含磷量提高而降低。化学镀镍层的综合性能 化学镀镍层的综合性能 镍磷合金层（含磷量810）硬度（HV）热处理前500400热处理后1000密度（g/cm3）7.9熔点()890电阻率（cm）6075热膨胀系数（-1）13 x 10-6热导率W/(MK)5.02延伸率（）36反射系数（）50 化学镀镍也可用硼氢化物或胺基硼烷作还原剂，从这类镀液中获得的镀层含镍量为9599.5，其余主要是硼。镀层属无定形结构，当在400热处理1小时后，则转变为结晶形镍硼化合物(Ni3B)。由于镍硼镀层孔隙率极低，因此，具有优良的抗蚀性和化学稳定性。含硼量小于1的镀层有良好的可焊性能，含硼量低于0.5的镀层与纯镍的性能相似。含硼量为15的镍硼镀层熔点为1450，比镍磷合金镀层(890)高得多。随着含硼量的增加，其熔点逐步下降，电阻率增大。含硼量为5的镀层，在刚镀好时是非磁性的，但经热处理后便具有磁性。而含硼量0.5的镀层，在刚镀好时就具有磁性，但经热处理后，其矫顽力(HC)和剩磁都无变化。硼氢化物和胺基硼烷虽然是很强的还原剂，但在价格上比次磷酸盐贵得多，因而在实际应用中受到一定限制。谢 谢！