化学镀演讲.pptx

表面处理技术表面处理技术表面处理技术表面处理技术 化学镀镍化学镀镍化学镀镍化学镀镍南昌航空大学材料科学与工程学院070125班蔡剑 化学镀化学镀的工艺条件化学镀镍的机理镀镍溶液中的成分及作用 化学镀的概述PCB中的镀镍工艺南昌航空大学材料科学与工程学院070125班蔡剑西北工业大学航空学院蔡剑、赵远兴蔡剑、赵远兴 化学镀的基本原理 化学镀不依赖外加电流，仅靠镀液中的还原剂进行氧化还原反应，在金属表面的催化作用下使金属离子不断沉积于金属表面的工艺方法叫化学镀。由于化学镀必须在具有自催化性材料表面进行，因而化学镀又称“自催化镀”。由置换反应或其他化学反应，而不是自催化还原反应而获得金属镀层的方法，不能称之为化学镀。化学镀过程中，还原金属离子所需的电子由还原剂Rn+供给，电子转移情况可表述为：Rn+R（n+z）+ze Mez+zeMe 化学镀概论恒温水浴锅镀镍试样尼龙丝烧杯进行化学镀时采用的装置如下图所示：玻璃棒化学镀装置图 化学镀概论化学镀镍化学镀镍化学镀镍化学镀镍的机理化学镀镍的机理 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。对于化学镀镍的机理，目前尚无统一的认识，主要有原子氢态理论、氢化物理论和电化学理论等三种理论模型，而且不同的还原剂，反应方式也不相同。这里以次磷酸钠为例，介绍三种理论的反应机理。3.2.1.1 原子氢态理论1）次磷酸根离子H2PO2-在有催化剂存在时，会释放出具有很强活性的原子氢：H2PO2-+H2OH2PO32-+H+2H2）初生态的原子氢吸附在催化金属表面从而还原镍离子：Ni2+2HNi+2H+3）与此同时有磷被还原出来：H2PO2-+HH2O+OH-+P4）原子态氢还会结合氢气放出：2H+H2 化学镀镍化学镀镍溶液的成分组成 1、主盐 2、还原剂 3、络合剂 4、缓蚀剂 5、稳定剂 6、加速剂 7、光亮剂和润湿剂化学镀镍主盐 镍盐为镀液的主盐，可提供镍离子的盐有硫酸镍（NiSO47H2O）、氯化镍（NiCl26H2O）、醋酸镍 （Ni（CH3COO）2）硫酸镍价格低，纯度高，是最 常用的镍盐。化学镀镍还原剂 化学镀镍所用的还原剂有次此磷酸钠（Ni-P合金镀层）、硼氢化钠（Ni-B合金镀层）及肼（纯镍镀层）等几种，在结构上他们的共同特征是含有两个或两个以上的活性氢原子，还原Ni2+就是依靠还原剂的催化脱氢进行的。化学镀镍中，多数使用次磷酸镍为还原剂，因为其价格低廉，镀液容易控制，而且Ni-P合金镀层性能优良。次磷酸钠在水中易溶解，是一种强的还原剂。研究表明，只有在络合剂比例适当条件下，次磷酸盐浓度变化对沉积速度才有影响。随次磷酸盐浓度增加，镍的沉积速度上升。但此磷酸盐的浓度不宜过高，一般为20-40g/L。否则容易造成镀层粗糙，甚至诱发镀液瞬时分解。化学镀镍络合剂 化学镀镍中络合剂除了能控制可供反应的游离Ni2+浓度外，还能抑制亚磷酸镍沉淀的产生，提高镀液稳定性，延长镀液寿命，有些络合剂还兼有缓冲剂和促进剂的作用，可以提高镀液的沉积速度。通常每种镀液都有一种主络合剂，配以其他的辅助络合剂，不同种类的络合剂及不同的络合剂用量，对化学镀镍的沉积速度有很大的影响。所以合理选择络合剂及其用量不仅可在同样条件下获得更高的镀层沉积速度，而且可以使镀液稳定，使用寿命延长。一般络合剂的浓度只是能络合全部镍离子，若络合剂浓度不足以络合全部的Ni2+，以致溶液中游离的Ni2+的浓度过高时，镀液的稳定性下降，镀层的质量变差。当络合剂浓度过大时，会促使络离子的离解平衡向左移动，使Ni2+以极其稳定的螯合物形式存在，使得镍离子不易被还原成镍，从而降低了沉积速度。化学镀镍缓蚀剂 在化学镀镍反应过程中，除了有镍和磷的析出外，还有氢离子产生，从而导致溶液的pH值不断降低，这不但使沉淀速度变慢，也对镀层质量产生影响，因此，在化学镀镍溶液中必须加入缓蚀剂，使溶液具有缓冲能力，使得在施镀过程中溶液pH值不致变化太大。化学镀镍稳定剂 化学镀镍溶液是一个热力学不稳定系统，在施镀过程中，如因加热方式不当导致局部过热，或因镀液调整补充不当导致局部 pH 值过高，以及因镀液被污染或缺乏足够的连续过滤导致杂质的引入或变形等，都会触发镀液在局部发生激烈的自催化反应，产生大量Ni-P黑色粉末，从而使镀液在短期内分解，因此镀液中应该加入稳定剂。稳定剂的作用在于抑制镀液的自发分解，使施镀过程在控制下有序进行。稳定剂能优先吸附在微粒表面抑制催化反应，从而掩蔽催化活性中心，阻止微粒表面的成核反应，但不影响工件表面正常的化学镀过程。稳定剂不能使用过量，过量后轻则降低镀速，重则不再起镀。化学镀镍加速剂 在化学镀镍溶液中能提高镍沉积速度的成分称为加速剂。它的作用机理被认为是活化次磷酸根离子，促进其释放原子氢。化学镀镍中许多络合剂兼有加速剂的作用。无机离子中的F-是常用的加速剂，但必须严格控制用量，若用量过大不仅会降低沉积速度，还会对镀液稳定性有影响。其他组分 在化学镀镍溶液中，除了以上主要成分外，有时还加入表面活性剂以抑制镀层针孔，加入光亮剂以提高镀层光亮度。化学镀镍化学镀镍的工艺条件镀液化学成分的影响因素有温度、PH值、搅拌、循环过滤、不同的基材温度的影响 镀液温度对于镀层的沉积速度、镀液的稳定性以及镀层的质量均有重要影响。镀速随温度升高而加快，一般当温度每升高10，沉积速度就加快一倍。若镀液温度过高，又会使镀液不稳定，溶液发生自分解。温度除了影响镀速外，还影响镀层质量。温度升高、镀速快，镀层磷含量下降，镀层的应力和孔隙率增加，耐蚀性能降低。化学镀镍pH值的影响 pH值对镀液、工艺以及镀层的影响很大，它是工艺参数中必须严格控制的重要因素。在酸性化学镀镍过程中，pH值对沉积速度以及镀层含磷量具有重大影响。随pH值上升，镍的沉积速度加快，同时镀层的含磷量降低。pH值变化还会影响镀层中应力分布，pH值高的镀液得到的镀层含磷低，表现为拉应力，反之，pH值低的镀液得到的镀层含磷高，表现为压应力。装载量的影响 镀液装载量是指工件施镀面积与使用镀液体积之比。化学镀镍施镀时，装载量对镀液稳定性影响很大，一般镀液的装载量在0.5-1.5dm2/L。装载量过大，即催化表面过大，则沉积反应剧烈，易生成亚磷酸镍沉淀而影响镀液的稳定性和镀层性能；装载量过小，镀液中微小的杂质颗粒会成为催化活性中心而引发沉淀，容易导致镀液分解。化学镀镍搅拌的影响 对镀液进行适当的搅拌会提高镀液稳定性及镀层质量。首先搅拌可以防止镀液局部过热，防止补充镀液时局部组分浓度过高，局部pH值剧烈变化，有利于提高镀液的稳定性。另外，搅拌加快了反应产物离开工件表面的速度，有利于提高沉积速度，保证镀层质量，镀层表面不易出现气孔等缺陷。但是过度搅拌容易造成工件局部漏镀，并使容器壁和底部沉积上镍，严重时甚至造成镀液分解，另外搅拌方式和强度还会影响镀层的含磷量。化学镀镍化学镀液老化的影响 化学镀镍溶液有一定的使用寿命，镀液寿命以镀液的循环周期来表示，即镀液中全部Ni2+耗尽和补充Ni2+至原始浓度为一个循环周期。随着施镀的进行，不断补加还原剂，HPO32-浓度越来越大，到一定量以后超过NiHPO3溶解度，就会形成NiHPO3沉淀，虽然加入络合剂可以抑制NiHPO3沉淀析出，但随着周期性的延长，即使存在大量的络合剂也不能抑制沉淀析出，镍沉积速度急剧下降，镀层性能变坏，此时说明镀液已经达到寿命。化学镀镍 正如上面提到的，化学镀镍液在使用过程中，镀液成分不断消耗，pH值不断变化，为保证化学镀镍工艺正常进行以及稳定的镀层质量，对镀液的补加和维护时十分必要的。化学镀镍液的维护管理主要是指在使用过程中，保持镀液施镀温度和调整pH值，随时补加镀液成分，及时清除沉淀物和污染物等，以维持镀液的最佳工作状态。一般镀液自发分解的主要原因是：镀液中存在具有催化活性的杂质微粒；镀液局部过热；局部pH值过高；局部还原剂浓度过高以及镀液组分失衡等。实际生产上，一般金属镀件前处理后，应彻底清洗干净，以防止酸碱液及除锈液等杂质带入镀镍液中而使pH值发生变化。在电镀过程中，应采取措施防止车间粉末等活性中心带入镀槽中，为避免镀液局部过热，应避免使用内浸式的电加热棒加热镀液，最好采用水浴加热间接加热方式。一般调整pH时用稀氨水来调整。化学镀镍 化学镀Thank you bye bye