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化学镀镍原理
2016/4/1 15:51:00    点击:

化学镀镍镀液主要由金属盐、还原剂、pH缓冲剂、稳定剂或络合剂等组成。镍盐用得最多的是硫酸盐,还有氯化物或者醋酸盐。还原剂主要是亚磷酸盐、硼氢化物等。pH缓冲剂和络合剂通常采用的是氨或氯化铵等。

 

以次亚磷酸钠作还原剂的化学镀镍是目前使用最多的一种。其反应机理如下。在酸性环境:

 

Ni2++H2PO2+H20—Ni+H2P03-+2H+

 

  在碱性环境:

 

[NiXn]2++H2PO3-+30H一一Ni+HP032-+nX+2H20

 

磷的析出反应如下:

 

H2PO2-+2H+P+2H2O

 

2H2PO2-—P+HPO32-+H++H2O

 

H2PO2-+4H+H+PH3+2H2O

 

化学镀镍的沉积速度受温度、pH值、镀液组成和添加剂的影响。通常温度上升,沉积速度也上升。每上升l0℃,速度约提高2倍。

 

pH值是最重要的因素,对反应速度、还原剂的利用率、镀层的性质都有很大的影响。

 

镍盐浓度的影响不是很主要的,次亚磷酸钠的浓度提高,速度也会相应提高,但是到了一定限度以后反而会使速率下降。每还原lmol的镍,需消耗3mol的次磷酸盐(即1g镀层消耗5.4g的次亚磷酸钠)。同时,一部分次亚磷酸盐在镍表面催化分解。常常以利用系数来评定次亚磷酸盐的消耗效率,它等于消耗在还原金属上的次亚磷酸盐与整个反应中消耗的次亚磷酸盐总量的比:

 


 

次亚磷酸盐的利用系数与溶液成分如缓冲剂和配位体的性质和浓度有关。当其他条件相同时,在镍还原速度高的溶液里,利用系数也高。利用系数随着装载密度的加大而提高。

 

在酸性环境里,可以用只含镍离子和次亚磷酸盐的溶液化学镀镍,但是为了使工艺稳定,必须加入缓冲剂和络合剂。因为化学镀镍过程中生成的氢离子使反应速度下降乃至停止。常用的有醋酸盐缓冲体系,也有用柠檬酸盐、羟基乙酸盐、乳酸盐等。络合物可以在镀液pH值增高时也保持其还原能力。当调整多次使用的镀液时,这一点很重要,因为在陈化的镀液里,亚磷酸的积累会增加,如果没有足够的络合剂,镀液的稳定性会急剧下降。

 

酸性体系里的络合剂多数采用的是乳酸、柠檬酸、羟基乙酸及其盐。有机添加剂对镍的还原速度有很大影响。其中许多都是反应的加速剂。如丙二酸、丁二酸、氨基乙酸、丙酸以及氟离子,但是添加剂也会使沉积速度下降,特别是稳定剂,会明显下降沉积速度。

 

在碱性化学镀镍溶液里,镍离子配位体是必需的成分,以防止氢氧化物和亚磷酸盐沉淀。一般用柠檬酸盐或铵盐的混合物作为络合剂。也有用磺酸盐、焦磷酸盐、乙二胺盐的镀液。

 

提高温度可以加速镍的还原。在60~90℃,还原速度可以达到2030μmh,相当于在中等电流密度(2~3A/dm2)电镀镍的速度。

 

采用硼氢化物为还原剂的反应机理如下:

 

2NiCl2+NaBH4+4NaOH2Ni+NaB02+4NaCl+2H20+4H+

 

4NiCl2+2NaBH4+6NaOH2Ni2B+8NaCI+6H20+H2

 

由上可见,析出物就是镍硼合金。与用次亚磷酸盐做还原剂相比,还原剂的消耗量较少,并且可以在较低温度下操作,但是由于硼氢化物价格高,在加温时易分解,使镀液管理存在困难,一般只用在有特别要求的电子产品上。镍磷和镍硼化学镀的特点见表。

 

化学镀镍磷和化学镀镍硼的性能比较

 


各项指标

化学镀镍磷

化学镀镍硼

镀层的性质

合金成分(质量分数)/%

Ni 8798

P 213

Ni 9999.7

B 0.31

结构

非晶体

微结晶体

电阻率/μΩ·cm

30200

57

密度/(gcm3)

7.68.6

8.6

硬度(HV)

500700

700800

磁性

非磁性

强磁性

内应力

弱压应力至拉应力

强拉应力

熔点/℃

8801300

10931450

焊接性

较差

较好

耐腐蚀性

较好

比镍磷差

镀液特性

沉积速度/(μmh)

325

38

温度/℃

3090

3070

稳定性

比较稳定

较不稳定

寿命

310MT0

35MT0

成本比

1

68

   

    MT0是化学镀循环周期的缩写。