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珍珠镍电镀工艺及其性能
关键提醒：在瓦特镍镀液中加入添加剂后取得较稳定悬浊液，利用这种镀液制得珠光效果良好珍珠镍镀层。考察了添加剂用量、镀液温度和pH、电流密度等工艺条件对珍珠镍镀层外观影响，并对珍珠镍镀层耐蚀性进行了研究。扫描电镜下观察到珍珠镍镀层表面有没有数重合圆形凹坑，直径约20～30 m，这些凹坑在光照下会发生较强漫反射，在宏观上表现出柔和珍珠效果。阳极极化曲线测试结果表明，珍珠镍镀层耐腐蚀性优于半光亮镍镀层。

1 序言

珍珠镍又称缎面镍、沙丁镍(satin nicke1)，外观为乳白色，光泽柔和，内应力低，防腐蚀性好，是一个优良防护装饰性镀层。珍珠镍电镀工艺最早出现于20世纪50年代末，90年代以后发展很快¨ 。珍珠镍能够直接作为防护装饰性涂层，也能够在珍珠镍上再镀覆其它金属，如铬、金、银等，形成沙铬、沙金和沙银，其防护装饰效果更强。现在，珍珠镍镀层已经在汽车装饰、电子产品、日用五金、文化用具等行业中得到广泛应用。
早期珍珠镍镀层是经过机械法制得，这种方法取得镀层表面粗糙，无光泽，而且劳动强度大，已逐步被淘汰。现在珍珠镍电镀通常有2种方法：复合电镀法和乳化剂法，前一个方法因为珍珠镍镀层光泽度不理想，镀液不易维护而使其应用受到限制；后一个方法是在瓦特镍镀液中加入低浊点非离子表面活性剂，形成乳浊液，利用液滴在阴极表面吸附和脱附，得到珍珠镍镀层，采取这种方法制得珍珠镍镀层表面有没有数重合凹坑，在宏观上表现出柔和珍珠效果，但在工业生产过程中这种镀液需要配置冷热循环装置，操作比较繁琐。
本文在大量试验基础上开发出新型珍珠镍添加剂，制备出珠光效果优良珍珠镍镀层。同时对珍珠镍电沉积工艺进行了全方面研究，确定了最好工艺条件，而且对珍珠镍镀层耐蚀性和结协力进行了测试

2 试验方法

2．1 赫尔槽试验及挂片试验

基础镀液为瓦特型镀镍溶液：250～400 g／LNiSO4·7H2O ，30 ～50 L NiC12·5H2O ，30 ～40 LH BO 。加入添加剂后进行霍尔槽试验和挂片试验，确定最好工艺条件。赫尔槽试验：采取267 mL霍尔槽，试验时取约250 mL电解液，阳极为纯镍板，阴极为经过抛光紫铜片，尺寸为100 mm×60 mm，厚度为1 mm，经过霍尔槽总电流为2 A，电镀时间为15 rain。挂片试验：镀液体积为500 mL，阳极为纯镍板，阴极镀片为经过抛光25 mm×40 mm紫铜片。

2．2 镀层表面形貌

利用捷克TESCAN／TS-5130SB型扫描电子显微镜观察珍珠镍镀层表面形貌，放大倍数分别为500倍、1000倍。

2．3 镀层耐蚀性测试

利用上海辰华CHI660B型电化学工作站测量珍珠镍镀层在ω=：3．5％ NaC1溶液中阳极极化曲线，扫描速率为1 mV／s，考察珍珠镍镀层耐蚀性能。

3 结果和讨论

3．1 添加剂用量对珍珠镍镀层影响

添加剂A是由糖精、双苯磺酰亚胺等镀镍光亮剂组成，其关键作用是细化晶粒，减小镀层内应力，提升或调整镀层光泽，并在一定程度上提升镀液抗杂能力，其用量限制不严，但添加量过低镀层没有光泽，过高则镀层太亮影响珠光效果，通常为2～10 mL／L。
添加剂B由琥珀酸酯盐类阴离子表面活性剂、羧酸盐类阴离子表面活性剂和季铵盐类阳离子表面活性剂等按一定百分比混合组成。当瓦特镍镀液中添加剂B加入量小于6 mL／L时，得到镍镀层珍珠效果很淡，此时电极表面形貌图1(a)所表示；而添加剂B加入量过大(大于20 mL／L)时，镀镍层应力增大，电极表面出现黑点(见图1(b))，镀层珠光效果也很差。通常添加剂B 加入量应控制在6～20 mL／L，此时可得到珠光效果理想镍镀层，其扫描电镜形貌见图2。从图2中能够看出，在珍珠镍镀层表面存在很多重合凹坑，直径大约在20～30 m之
间。光照射时，镀层表面发生较强漫反射，外观柔和，有珍珠效果。

添加剂B加入到瓦特镍镀液中会形成很多细小“乳滴”，均匀地分散于镀液中。乳滴表面因吸附阳离子表面活性剂而带正电，电镀时这些乳滴在电场作用下吸附在阴极表面，阻止了镍离子在阴极上沉积，乳滴脱附后镍离子则能够正常沉积。这种阴极表面上乳滴反复吸附、脱附现象造成镀层表面出现了无数凹坑，在宏观上就使镀层产生了珍珠效果。添加剂B含量较少时，在阴极表面吸附乳滴少，得到镍镀层表面凹坑少，珠光效果很淡；而添加剂B含量较多时，镀液中颗粒在阴极表面大量吸附，严重影响了镍正常沉积，镀镍层表面质量变差，基础无珠光效果。

3．2 镀液基础成份对珍珠镍镀层影响

改变镀液中主盐硫酸镍浓度，电镀珍珠镍镀层。镀液中硫酸镍含量在250～400 g／L范围内均能得到良好珍珠镍镀层，而且伴随硫酸镍浓度升高，镀层出沙时间缩短。
在镀液中加入氯化镍可增加镀液导电能力，并使阳极活化，促进阳极正常溶解，但氯化镍浓度过高会造成镀层内应力增加，并影响镍镀层珠光效果。硼酸作为缓冲剂，用量应控制在30～40g/L

3．3 镀液pH对镍镀层影响

控制镀液中硫酸镍含量为400 g／L，氯化镍含量为40 g／L，添加剂A为8 mL／L，添加剂B为16 mL／L，镀液温度为55℃ ，改变镀液pH，进行挂片试验。结果表明：镀液pH在3．8～5．2范围内均能得到合格珍珠镍镀层；pH过低时，沉积过程电极表面析氢较严重，镀层表面出现“气流”痕迹；pH过高时，镀镍层
珠光效果差，而且镀层脆性大。

3．4 镀液温度对镍镀层影响

控制镀液中硫酸镍含量为400 g／L，氯化镍含量为40 g／L，添加剂A为8 mL／L，添加剂B为16 mI／L，镀液pH为3．8～5．2之间，改变镀液温度，进行挂片试验。结果表明，镀液温度应控制在50～60℃ 之间。镀液温度低于50℃ 时，镀层珠光效果较淡：伴随镀液温度升高，镀液中镍离子还原速度和乳滴移动速度对应加紧，出沙时间缩短，珠光效果增强；但温度高于60 cC时，添加剂易发生分解，在镀层表面形成黑点。

3．5 电流密度对镍镀层影响

经过赫尔槽试验考察了电流密度对珍珠镍镀层影响，赫尔槽试验样片图3所表示。从图中能够看出，在试片大部分范同内全部能得到珍珠镍镀层依据公式i =j(4．47 —4．13 lg 1)(其中f=0．5～9．5 cm)E 61，计算出电镀珍珠镍镀层电流密度区间约为2～12 A／dm2 。

挂片试验结果表明，在无搅拌、电流密度在3～10 A／dm 之间电镀5～10 min，即可得到合格珍珠镍镀层。电镀时间低于5 min时，镍镀层厚度较薄，珠光效果较淡。

3．6 珍珠镍镀层耐蚀性能

珍珠镍镀层和半光亮镍镀层在ω=3．5％ NaC1溶液中阳极极化曲线图4所表示。从图中能够看出，珍珠镍镀层腐蚀电位较半光亮镍镀层正，阳极腐蚀电流密度降低(腐蚀电位在大于一0．13 V时阳极电流密度显著要小)，说明珍珠镍镀层耐腐蚀性优于半光亮镍镀层。

3．7 珍珠镍镀层结协力

采取弯曲试验法 测定珍珠镍镀层结协力，被测试片为25 mm×40 mm镀有珍珠镍铜片。弯曲试验是将试片反复弯曲直到基体和镀层一起断裂，观察断口处镀层附着情况。试验结果表明，珍珠镍镀层结协力良好，直至试片折断也未出现镀层脱落现象。

4 结论

(1)经过赫尔槽试验及挂片试验确定了电镀珍珠镍最好制备工艺：

(2)采取本工艺制备珍珠镍镀层光泽柔和，耐腐蚀性和结协力良好，而且镀液无需配置冷热循环装置，操作简单，进行通常过滤后，补加添加剂即可反复使用，镀液稳定性好于采取通常非离子表面活性剂乳浊液型珍珠镍镀液。