化学镀镍的设备及原料.pptx

化学镀镍的设备化学镀镍的设备n n化学镀镍设备是实现化学镀镍规范化化学镀镍设备是实现化学镀镍规范化工业生产的重要因素之一，其生产线工业生产的重要因素之一，其生产线包括配电、供热、传质、工件夹持、包括配电、供热、传质、工件夹持、物流方式。设备的设计、制造或选择，物流方式。设备的设计、制造或选择，原则上同其他湿法表面处理工艺相似。原则上同其他湿法表面处理工艺相似。化学镀镍设备的不同之处主要集中于化学镀镍设备的不同之处主要集中于施镀槽及相关设备等，如渡槽、加热、施镀槽及相关设备等，如渡槽、加热、搅拌、供水、循环过滤，补充调整和搅拌、供水、循环过滤，补充调整和自动控制等部分组成。自动控制等部分组成。渡槽渡槽 n n渡槽衬里（内槽）必须由耐热、化学稳定性渡槽衬里（内槽）必须由耐热、化学稳定性好、不污染化学镀镍溶液的材料制成。设计好、不污染化学镀镍溶液的材料制成。设计制造时应注意结构强度，热应力的影响等因制造时应注意结构强度，热应力的影响等因素。设计尺寸上应尽可能使渡槽装载量处于素。设计尺寸上应尽可能使渡槽装载量处于正常操作范围内。渡槽应成对使用，以便一正常操作范围内。渡槽应成对使用，以便一只渡槽施镀，另一只渡槽清理预备待用，有只渡槽施镀，另一只渡槽清理预备待用，有利于镀液转槽过滤。渡槽附近一般有硝酸储利于镀液转槽过滤。渡槽附近一般有硝酸储槽，内盛槽，内盛50%50%（体积浓度）的硝酸，采取高（体积浓度）的硝酸，采取高位自流或泵送方式，方便渡槽清洗和钝化。位自流或泵送方式，方便渡槽清洗和钝化。加热器及搅拌设备加热器及搅拌设备n n化学镀镍过程对温度十分敏感，加热方式对化学镀镍过程对温度十分敏感，加热方式对镀液稳定性影响极大。酸性浴化学镀镍的操镀液稳定性影响极大。酸性浴化学镀镍的操作温度大多在作温度大多在85928592，水溶液的热容又比，水溶液的热容又比较大，热能消耗高；因此化学镀镍溶液的加较大，热能消耗高；因此化学镀镍溶液的加热方式、升温时间、控温精度、绝热技术等热方式、升温时间、控温精度、绝热技术等直接关系到镀镍溶液的寿命，镀层质量和生直接关系到镀镍溶液的寿命，镀层质量和生产成本的因素。产成本的因素。n n常用的有电热式，蒸汽式热源和侵入直接加常用的有电热式，蒸汽式热源和侵入直接加热，夹套水浴加热和槽外热交换加热等方式；热，夹套水浴加热和槽外热交换加热等方式；亦有热辐射加热、微波加热、高频感应加热亦有热辐射加热、微波加热、高频感应加热等等 供水和循环过滤系统供水和循环过滤系统n n化学镀镍溶液必须用纯水。在蒸馏水成本较化学镀镍溶液必须用纯水。在蒸馏水成本较高的情况下，一般采用去离子水。纯水质量高的情况下，一般采用去离子水。纯水质量因工件技术要求的苛刻程度而异；通常电阻因工件技术要求的苛刻程度而异；通常电阻值范围在值范围在118M118M。n n去离子水制备装置包括：去离子水制备装置包括：1m1m滤径的预过滤滤径的预过滤器，活性炭过滤器，阴离子型和阳离子型交器，活性炭过滤器，阴离子型和阳离子型交换树脂混装式流动床去离子器，以除去自来换树脂混装式流动床去离子器，以除去自来水中的杂质。还应设滤径为水中的杂质。还应设滤径为0.5m0.5m的末道过的末道过滤器，除去有害固体微粒。现代规范化的化滤器，除去有害固体微粒。现代规范化的化学镀镍操作是在施镀过程中连续循环过滤镀学镀镍操作是在施镀过程中连续循环过滤镀液。因此，对循环过滤设备的要求很高。循液。因此，对循环过滤设备的要求很高。循环过滤系统主要由循环泵和过滤器两部分组环过滤系统主要由循环泵和过滤器两部分组成。循环泵必须耐高温，耐硝酸，不污染镀成。循环泵必须耐高温，耐硝酸，不污染镀液。液。化学镀镍的原料化学镀镍的原料n n化学镀镍溶液由主盐-镍盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、加速剂、表面活性剂及光亮剂等组成，以下分别讨论各组分的作用及其在施镀过程中的影响。主盐主盐 n n化学镀镍溶液中的主盐就是镍盐，如硫酸镍、化学镀镍溶液中的主盐就是镍盐，如硫酸镍、氯化镍、醋酸镍、氨基磺酸镍及次磷酸镍等，氯化镍、醋酸镍、氨基磺酸镍及次磷酸镍等，由它们提供化学镀反应过程中所需的由它们提供化学镀反应过程中所需的 。早期用过氯化镍做主盐，由于早期用过氯化镍做主盐，由于 的存在不的存在不仅会降低镀层的耐腐蚀性，还产生拉应力，仅会降低镀层的耐腐蚀性，还产生拉应力，所以目前已不再使用。同所以目前已不再使用。同 相比用相比用 做主盐对镀层性能的有益贡献因其价格昂贵做主盐对镀层性能的有益贡献因其价格昂贵被抵消。最理想的被抵消。最理想的 来源是次磷酸镍，使来源是次磷酸镍，使用它不至于在镀浴中积存大量的用它不至于在镀浴中积存大量的 ，也不，也不至于在补加时带入过多至于在补加时带入过多 ，但其价格贵，但其价格贵，货源不足。目前使用的主盐主要是硫酸镍。货源不足。目前使用的主盐主要是硫酸镍。还原剂还原剂 n n化学镀镍所用的还原剂有次磷酸钠、硼氢化化学镀镍所用的还原剂有次磷酸钠、硼氢化钠、烷基胺硼烷及肼几种，它们在结构上共钠、烷基胺硼烷及肼几种，它们在结构上共同的特征是含有两个或多个活性氢，还原同的特征是含有两个或多个活性氢，还原 就是靠还原剂的催化脱氢进行的。用次磷酸就是靠还原剂的催化脱氢进行的。用次磷酸钠得到钠得到Ni-PNi-P，硼化物得到，硼化物得到Ni-BNi-B合金镀层；用合金镀层；用肼得到纯镍镀层。用的最多的还原剂式次磷肼得到纯镍镀层。用的最多的还原剂式次磷酸钠，原因在于它的价格低、镀液容易控制，酸钠，原因在于它的价格低、镀液容易控制，而且而且Ni-PNi-P合金镀层性能优良。合金镀层性能优良。n n次磷酸盐浓度对沉积速度的影响比镍盐明显。次磷酸盐浓度对沉积速度的影响比镍盐明显。研究发现，只有在络合剂比例适当条件下，研究发现，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明显影响。次磷酸盐浓度变化对沉积速度才有明显影响。影响沉积速度的因素不单是主盐或者还原剂影响沉积速度的因素不单是主盐或者还原剂各自的浓度，最主要的是它们的浓度比。各自的浓度，最主要的是它们的浓度比。络合剂络合剂 n n化学镀镍溶液中除了主盐与还原剂以外，最化学镀镍溶液中除了主盐与还原剂以外，最重要的组成部分就是络合剂。镀液性能的差重要的组成部分就是络合剂。镀液性能的差异、寿命长短主要决定于络合剂的选用及其异、寿命长短主要决定于络合剂的选用及其搭配关系。镀液中络合剂的作用表现如下。搭配关系。镀液中络合剂的作用表现如下。1 1、防止镀液析出沉淀，增加镀液稳定性并、防止镀液析出沉淀，增加镀液稳定性并延长使用寿命；延长使用寿命；2 2、提高沉积速度；、提高沉积速度；3 3、提高镀浴工作的、提高镀浴工作的pHpH范围；范围；4 4、改善镀层质量。、改善镀层质量。n n化学镀镍溶液配制的核心问题是络合剂的选化学镀镍溶液配制的核心问题是络合剂的选用（种类及用量）及其搭配关系，使之既稳用（种类及用量）及其搭配关系，使之既稳定又能保持一定的镀镍和较长的循环周期，定又能保持一定的镀镍和较长的循环周期，进一步还涉及到镀层的性能。进一步还涉及到镀层的性能。稳定剂稳定剂 n n1 1、稳定剂的作用：稳定剂的作用就在于抑、稳定剂的作用：稳定剂的作用就在于抑制镀液的自发分解，使施镀过程在控制下有制镀液的自发分解，使施镀过程在控制下有序进行。稳定剂是一种毒化级，即反催化剂，序进行。稳定剂是一种毒化级，即反催化剂，只需加入少量就可以抑制镀液的分解。稳定只需加入少量就可以抑制镀液的分解。稳定剂不能使用过量，过量后轻则减低镀速，重剂不能使用过量，过量后轻则减低镀速，重则不再起镀。稳定剂吸收固体表面抑制次磷则不再起镀。稳定剂吸收固体表面抑制次磷酸根的脱氢反应，但不阻止次磷酸盐的氧化酸根的脱氢反应，但不阻止次磷酸盐的氧化作用。也可以说稳定剂掩蔽了活性中心，阻作用。也可以说稳定剂掩蔽了活性中心，阻止了成核反应，但并不影响表面正常的化学止了成核反应，但并不影响表面正常的化学镀过程。镀过程。n n2 2、稳定剂的分类、稳定剂的分类 第第A A族元素族元素S S、SeSe、TeTe的化合物的化合物 某些含氧化合物某些含氧化合物 重金属离子重金属离子 水溶性有机物水溶性有机物加速剂加速剂n n为了增加化学镀液在施镀过程中的沉积速度，为了增加化学镀液在施镀过程中的沉积速度，在镀液中加入一些化学药品，它们有提高镀在镀液中加入一些化学药品，它们有提高镀速的作用而被称为加速剂。加速剂的作用机速的作用而被称为加速剂。加速剂的作用机理被认为是还原剂理被认为是还原剂 中的氧原子可以被一中的氧原子可以被一种外来的酸根取代形成配位化合物，或者说种外来的酸根取代形成配位化合物，或者说加速剂的阴离子的粗话作用是由于形成了杂加速剂的阴离子的粗话作用是由于形成了杂多酸所致。在空间位阻作用下使多酸所致。在空间位阻作用下使HPHP键能减键能减弱，有利于次磷酸根离子脱氢，或者说增加弱，有利于次磷酸根离子脱氢，或者说增加了了 的活性。的活性。n n化学镀镍中许多络合剂兼有加速剂的作用，化学镀镍中许多络合剂兼有加速剂的作用，常用的加速剂有：常用的加速剂有：1 1、未被取代的短链饱和脂肪族二羧酸跟阴离、未被取代的短链饱和脂肪族二羧酸跟阴离子；子；2 2、短链饱和氨基酸；、短链饱和氨基酸；3 3、短链饱和脂肪酸；、短链饱和脂肪酸；4 4、无机离子加速剂。、无机离子加速剂。缓冲剂及镀液的缓冲剂及镀液的pH值值 n n化学镀镍过程中由于有化学镀镍过程中由于有 产生，使溶液产生，使溶液pHpH值随施镀进程而逐渐降低，为了稳定镀速及值随施镀进程而逐渐降低，为了稳定镀速及保证镀层质量，化学镀镍体系必须具备缓冲保证镀层质量，化学镀镍体系必须具备缓冲能力，也就是说使之在施镀过程中能力，也就是说使之在施镀过程中pHpH值不至值不至于变化太大，能维持在一定于变化太大，能维持在一定pHpH值范围内的正值范围内的正常值。某些弱酸（或碱）与其盐组成的混合常值。某些弱酸（或碱）与其盐组成的混合物就能抵消外来少许酸或碱以及稀释对溶液物就能抵消外来少许酸或碱以及稀释对溶液pHpH值变化的影响，使之在一个较小范围内波值变化的影响，使之在一个较小范围内波动，这种物质称为缓冲剂。动，这种物质称为缓冲剂。n n化学镀镍溶液中常用的一元或二元有机酸及化学镀镍溶液中常用的一元或二元有机酸及其盐类不仅具备络合其盐类不仅具备络合 能力，而且具有缓能力，而且具有缓冲性能。在酸性镀浴中常用的冲性能。在酸性镀浴中常用的HAc-NaAcHAc-NaAc体体系就有良好的缓冲性能，但络合能力却很小，系就有良好的缓冲性能，但络合能力却很小，它一般不做络合剂用。在碱性镀浴中则常用它一般不做络合剂用。在碱性镀浴中则常用铵盐或硼砂体系。镀液使用后期铵盐或硼砂体系。镀液使用后期pHpH变化很小变化很小，聚集也可能具有一定缓冲作用。聚集也可能具有一定缓冲作用。n npHpH值影响：值影响：pHpH高、镀速快、镀层中磷低、高、镀速快、镀层中磷低、镀层结合力降低、张应力大，易析出镀层结合力降低、张应力大，易析出 沉淀，镀液易分解，但沉淀，镀液易分解，但 得利用率高。得利用率高。反之，反之，pHpH低则镀速慢、镀层中磷高、结合力低则镀速慢、镀层中磷高、结合力好、应力往压应力方向移动，镀液不易混浊、好、应力往压应力方向移动，镀液不易混浊、稳定性好，但稳定性好，但 利用率低。利用率低。其他组分其他组分 n n在化学镀镍溶液加入少许表面活性剂，它有在化学镀镍溶液加入少许表面活性剂，它有助于气体（助于气体（H H2）的逸出、降低镀层的孔隙率。）的逸出、降低镀层的孔隙率。另外，表面活性剂兼有发泡剂的作用，施镀另外，表面活性剂兼有发泡剂的作用，施镀过程中在逸出大量气体搅拌情况下，镀液过程中在逸出大量气体搅拌情况下，镀液 形形成一层白色泡沫，它不仅可以保温、降低镀成一层白色泡沫，它不仅可以保温、降低镀液的蒸发损失、减少酸味，还使许多悬浮的液的蒸发损失、减少酸味，还使许多悬浮的赃物夹在泡沫中而易于清除，以保持镀件的赃物夹在泡沫中而易于清除，以保持镀件的镀液的清洁。镀液的清洁。n n某些金属离子的稳定剂还具有光亮剂的作用，某些金属离子的稳定剂还具有光亮剂的作用，加痕量加痕量 因改变镀层结构而呈现镜面光亮因改变镀层结构而呈现镜面光亮的外观。要使镀层光亮，最好是采用预先抛的外观。要使镀层光亮，最好是采用预先抛光基材或预镀光亮铜或镍。光基材或预镀光亮铜或镍。