技能贴/ 化学镍配方分析技能

化学镀镍工艺简便，本钱低廉，镀层厚度均匀，可大面积涂覆，镀层可焊姓良好，若合营适当的前处理工艺，可以在高强铝合金和超细晶铝合金等材料上得到性能良好的镀层，因此在表面工程和风雅加工领域得到了广泛运用。

01、化学镀工艺

化学镀工艺流程为：试样打磨-洗濯-封孔-布轮抛光-化学除油-水洗-硝酸除锈-水洗-活化-化学镀-水洗-钝化-水洗-热水封闭-吹干。

图1 化学镀的工艺流程图

02、化学镀镍分类

化学镀镍的分类方法种类多种多样，采取不同的分类规则就有不同的分类法。

03、化学镀镍事理

目前以次亚磷酸盐为还原剂的化学镀镍的自催化沉积反应，已经提出的理论有羟基-镍离子配位理论、氢化物理论、电化学理论和原子氢态理论等，个中以原子氢态理论得到最为广泛的认同。

该理论认为还原镍的物质本色上便是原子氢。
在以次亚磷酸盐为还原剂还原Ni2+时，可以以下式子表示其总反应：

3NaH2PO2+3H2O+NiSO4→3NaH2PO3+H2SO4+2H2+Ni（1）

也可表达为：

Ni2++H2PO2-+H2O→H2PO3-+2H++Ni（2）

其过程可分为以下四步：首先，加热化学沉积镍-磷合金镀液，此时镀液并未立时反应，而是金属首先进行催化，H2PO2-在水溶液中发生脱氧天生了H2PO3-，同时开释出原子态活性氢。

H2PO2-+H2O→H2PO3-+2H吸附+H+（3）

然后，原子态活性氧被吸附在催化金属表面上而使其活化，把水溶液中的Ni2+还原天生的金属镍同时在催化金属表面上进行沉积。

Ni2++2H吸附→2H++Ni（4）

再后，在催化金属表面上的原子态活性复与H2PO2-反应将其还原为P。
与此同时，由于金属的催化浸染使次H2PO2-发生了分解，天生了亚磷酸根，并脱附析出氧气分子。

H2PO2-+H→P+H2O+OH-（5）

H2PO2-+H2O→H2PO3-+H2（6）

2H→H2↑（7）

末了，镍原子和磷原子共沉积，并形成镍-磷合金层。

P+3Ni→Ni3P（8）

以上反应全部都须要在较高的温度(一样平常为602PO3-和H2，反应过程中天生的H+使镀液pH低落，酸性更强。
反应速率与镀液身分、pH和温度以及其他成分都有关系。

从方程(4)(5)(8)可以创造，反应天生的镍与磷结合天生镀层合金。
以是实际上若还原剂利用次亚磷酸盐则反应形成的镀层是镍-磷合金，其含磷量约在3-15%之间。

同时可以看到(2)(5)(6)反应过程相互竞争：

Ni2++H2PO2-+H2O→H2PO3-+2H++Ni（2）

H2PO2-+H→P+H2O+OH-（5）

H2PO2-+H2O→H2PO3-+H2（6）

(2)(5)(6)反应过程表明，若在温度不变，镀液pH值升高，则有利于反应式(2)的进行，即会提高镍的还原速率，同时磷的还原速率反而会低落，因而此时得到了磷含量低落的镀层；反之，降落镀液pH值，对反应(5)、(6)两过程的进行非常有利，此时镍离子被还原的速率会低落，磷被还原的速率会进一步提高，H2的析出量也升高。

04、化学镀镍液的组成

镀液的组成包括主盐(镍盐)，络合剂、缓冲剂、加速剂、还原剂、稳定剂、湿润剂、光亮剂、去应力剂、pH调度剂等。

1）主盐（镍盐）

主盐即含镀层金属离子的盐，镍盐是化学镀镍溶液中的主盐，紧张有Ni2SO4、NiCl2、醋酸镍、磺酸镍等，其紧张浸染是供应Ni2+。
目前运用最多的便是硫酸镍。
由化学反应速率影响成分可知，主盐浓度越小时沉积速率就越慢，生产效率就越低，反之，主盐含量越高时沉积速率越快，生产效率越高，但主盐浓度过大时会导致反应速度过快，就随意马虎使表面沉积的金属镀层比较粗糙，而且镀液稳定性降落，随意马虎发生自分解征象，降落镀液稳定性。

2）还原剂

还原剂是供应电子以还原主盐离子的试剂。
紧张有NaH2PO2、NaBH4、二甲基氨硼烷、肼、二乙基氨硼烷等。

镀液还原剂若利用NaBH4、氨基硼烷等硼化物时可得Ni-B合金；若采取N2H4作还原剂，得到的金属镀层的纯度相对较高。
在酸性镀镍液中采取的还原剂常采取NaH2PO2，此时得到的镀层为Ni-P合金。
NaH2PO2的优点是采购价格便宜、易溶于水、镀液较易掌握、镀层性能优秀等。
一样平常情形下，NaH2PO2利用量与主盐量的关系为：

溶液中的主盐和还原剂的反应速率受还原剂浓度的影响很大，还原剂浓度越大，其还原能力越强，反应速率就会加快；但是还原剂浓度过高则导致溶液发生自分解反应，工艺掌握难度加大，得到的金属沉积镀层的外不雅观也难以达到空想哀求。

3）络合剂

络合剂具有主要的浸染，在化学镀镍工艺中的地位仅次于主盐和还原剂。
如果化学镀镍镀液中未添加络合剂，由于镍的氧氧化物的溶解度比较小，当镀液为酸性溶液时，发生水解非常随意马虎天生浅绿色絮状的含水氧氧化镍沉淀以是常在镀液中添加络合剂。

化学镀镍镀液常用的络合剂有：柠檬酸、苹果酸、丙二酸、丁二酸、琥珀酸、羟基乙酸、氨基乙酸、乳酸、酒石酸、EDTA（乙二胺四乙酸）、HEDP（羟基乙叉二膦酸）、ATMP（氨基三甲叉膦酸）、乙二醇酸。

络合剂的紧张浸染是：络合剂能够与金属离子发生络合反应，天生络合物，从而降落了游离态的金属离子的浓度，能够减少金属离子的水解反应而防止镀液因而产生的自然分解，使镀液的稳定性增强。
当然，络合剂浓度也不能太高，由于其浓度过高随意马虎导致游离态的金属离子浓度过低，使反应变慢进而导致金属沉积速率变慢，以是选择得当的络合剂用量也非常关键。
不同络合剂在施镀过程中会对施镀反应有一定影响，无论是反应速率还是镀层组成及特色。
有时为了得到性能优秀的镀层同时保持得当的反应沉积速率，常常将多种络合剂复合利用以期取长补短、相辅相成，从而取得更好的综合效果。

其余，焦磷酸盐、柠檬酸盐和铵盐等可在碱性化学镀镍溶液利用，比如利用柠檬酸钠和氯化铵做络合剂时，以镍盐总量的1.5倍添加较好。

4）稳定剂

稳定剂其浸染是升高镀液的稳定性。
其事理是在固体微粒表面有一些催化点，在这些催化点上会有稳定剂的离子进行吸附，从而防止或者减少了镍离子的还原。
化学镀镍镀液属于热力学不稳定体系，在施镀过程中镀液随意马虎受到污染，还可能局部过热、pH值变革、存在有催化活性的固体颗粒等非常情形的影响而导致镀液失落效。
由于稳定剂同时也是毒化剂，以是加入量不能过大，否则将会由于中毒而使镀液失落去活性，镀速降落乃至导致施镀失落败，因此只需少量添加即可。

化学镀镍的稳定剂紧张有四类：①重金属离子如铅、铋、锌、镉、锡、锑、铊、等；②含氧酸盐，如钼酸盐、碘酸盐；③含硫化合物，如硫脲、异硫脲、四氮唑丙烷磺酸盐、羟基苯并噻唑、黄原酸酯、硫代硫酸盐、硫代邻苯二甲酸酐等；④有机酸衍生物，如甲基四羟邻苯二甲酸酐、六氯内亚甲醛四羟邻苯二甲酸酐等。
稳定剂除了能使镀液稳定外有的还有光亮浸染加速浸染和提高镀层耐蚀性等浸染。

要特殊把稳，纵然稳定剂的利用量是微量的，也会影响镀层的各项性子，若利用不合理随意马虎导致镀层涌现毛病(如疏松、小孔、耐蚀性差等)，以是其选择和利用必须慎重。
一样平常用Pd2+作为酸性化学镀镍溶液的稳定剂时，其利用量只有数毫克/升，而在碱性镀液中它的利用量反而相对较大。

5）缓冲剂

缓冲剂是由一些弱酸(或弱碱)和它们对应的盐稠浊而成，其溶液能够抵抗少量外来的强碱(或强酸)或者适当的稀释而保持pH值险些不变，那么这些弱酸(或弱碱)和它们对应的盐就叫做缓冲剂。

在酸性化学镀镍液中最有效的缓冲剂是有机一元和二元酸的钾盐和钠盐，由于较高相对分子质量的酸会形成不溶性的镍盐，最常用的一元酸是醋酸和丙酸或它们的盐类，二元酸（如丙二酸和丁二酸）是更有效的缓冲剂，但丙二酸价格贵不适于工业运用，有些配方既含有一元酸也含有二元酸。
此外硼酸也是有效的缓冲剂。

6）促进剂

促进剂是指加入镀液中能显著提高沉积速率的物质，在加入强配位剂的镀液中Ni2+离子受到强的配位，其还原速率受到抑制，在这种镀液中加入第二种配位剂以减弱镍酸离子的配位状态或改变镍配离子的构造，就可达到加快沉积速率的目的。
个中丙酸、丁二酸、氨基乙酸、氟化物、硼酸盐等都是常用的促进剂。

7）表面活性剂

在镀液中表面活性剂也被称作湿润剂，其紧张浸染是提高镀件表面的浸润性，有利于赌气体逸出，改进镀层的孔隙率，常采取阴离子或非离子表面活性剂。

一样平常情形下，表面活性剂的添加较适宜的数量为镀液总质量的0.1%-0.15%。
目前化学镀镍工艺中常采取烷基苯磺酸钠、烷基磺酸钠和十二烷基脂肪酸钠等，它们都属于阴离子型表面活性剂；非离子表面活性剂有6501净洗剂、TX-9和TX-10等。

8）光亮剂

光亮剂的浸染是增强化学镍层的光亮度，使镀件具有一定装饰效果。
化学镀镍层刚镀出时常日便是半光亮的，可以添加一些光亮剂来提高镀层的光亮度，如萘二磺酸钠、对甲苯磺酰胺、硫脲等。
在酸性化学镀镍液中均能产生光亮沉积层，硒酸、镉离子、碲和铅离子也都是有效的光亮剂，而且这些物质的加入量也有像有机化合物那样严格。

除此之外，化学镀镍镀液有时还可添加适量的应力剂(降落镀层的内应力，提高镀层与基体的结合力)和pH值调度剂(如H2SO4、HCl、NaOH、氨水等)，以提高施镀效果。