化学镀镍及化学镀工艺优点
摘要：化学镀镍和化学镀技术的优点，河北泰智达金银精炼技术网总结：化学镀在表面处理技术中占有重要地位。 化学镀是利用合适的还原剂，选择性地将溶液中的金属离子还原沉淀成经催化剂活化的表面金属镀层的化学处理方法。 金银技术：铜镀银、电极银、铁镀银提取技术、接触银提取、电池提取银、废水提取银技术、废胶片提取银、定影液提取银技术、漂白液提取银、胶片溶液提银技术、催化剂提银技术、线路板提金技术、废手机板提金技术。
化学镀在表面处理技术中占有重要地位。 化学镀是一种化学处理方法，利用合适的还原剂选择性地将溶液中的金属离子还原并沉淀成催化剂活化表面上的金属镀层。 可以用以下公式表示：
M2++2e(由还原剂提供)--->M
在化学镀中，溶液中的金属离子通过获得所需的电子而被还原成相应的金属。 例如，在酸性化学镀镍液中使用次磷酸盐作为还原剂时，其氧化还原反应过程如下：
Ni2++2e--->Ni(还原)
(H2PO2)-+H2O--->(H2PO3)-+2e+2H+(氧化)
将两个方程相加即可得到整个还原和氧化反应：
Ni2++(H2PO2)-+H2O--->(H2PO3)-+Ni+2H+
还原剂的有效性可以从其标准氧化电位推断出来。 由上可见，次磷酸盐是强还原剂，能产生正的标准氧化还原电位。 但也不宜过分依赖E°值，因为在实际应用中，由于溶液中不同离子的活度、过电位等类似因素的影响，E°值会有很大差异。 然而，氧化和还原电位的计算仍然可以帮助提前估计不同还原剂的有效性。 如果所有标准氧化还原电位都太小或为负值，则金属还原将难以发生。
化学镀液的成分及其相应的工作条件必须使反应仅限于催化工件表面，且溶液本身不能自发发生还原或氧化，以避免溶液自然分解而迅速失效。解决方案。 如果被镀金属（如镍、钯）本身就是反应的催化剂，化学镀过程就会产生自催化作用，使上述反应继续进行。 此时，涂层的厚度会逐渐增加，以获得一定的厚度。 除镍外，钴、铑、钯等均具有自催化作用。
对于不具有自催化表面的零件，如塑料、玻璃、陶瓷等非金属，通常需要进行特殊的预处理，使表面活化并具有催化作用，然后才能进行化学镀。
与电镀相比，化学镀具有以下优点：
① 无需额外直流电源。
②镀层致密，气孔少。
③不受电源线分布不均匀的影响，对于几何形状复杂的镀件也能获得厚度均匀的镀层；
④ 可电镀在金属、非金属、半导体等多种基材上。
与电镀相比，化学镀所用溶液稳定性较差，溶液的维护、调整和再生较麻烦，材料成本较高。
化学镀工艺在电子工业中发挥着重要作用。 由于所用还原剂种类的不同，化学镀所得镀层的性能有显着差异。 因此，在选择镀液配方时，必须仔细考虑镀液的经济性和所得镀层的特性。
目前，化学镀镍、铜、银、金、钴、钯、铂、锡以及化学镀合金和化学复合镀已应用于工业生产。
如何进行化学镀镍
化学镀镍是化学镀中应用最广泛的方法。 所用还原剂包括次磷酸盐、肼、硼氢化钠和二甲胺硼烷。 目前国内生产多采用次磷酸钠作为还原剂。 硼氢化钠和二甲胺硼烷仅少量使用，因为它们较昂贵。
1.电镀的目的
化学镀镍层结晶细小、孔隙率低、硬度高、镀层均匀、可焊性好、镀液深镀能力好、化学稳定性高。 已广泛应用于电子、航空、航天、机械、精密仪器等领域。 、日用五金、电器、化工等行业。
化学镀镍越来越多地应用于非金属材料，特别是塑料制品。 化学镀镍后，可按照常规电镀方法镀出所需的金属镀层，以获得与金属相同的外观。 塑料电镀产品已广泛应用于电子元件、家用电器、日用工业品等领域。
化学镀镍已用于原子能工业，例如核燃料系统中的零件和容器以及火箭、导弹和喷气发动机部件的生产。
对于化工设备中的压缩机等零件要防止腐蚀和磨损，采用化学镀镍是非常有利的。
化学镀镍层还可以改善铝、铜、不锈钢材料的焊接性能，减少旋转部件的磨损，减少不锈钢、钛合金的应力腐蚀。
对于深孔、盲孔、型腔等要求精确镀层尺寸和几何形状复杂的零件，可采用化学镀镍，获得与外表面相同厚度的镀层。
对于要求高硬度和耐磨性的零件，可以采用化学镀镍代替镀硬铬。
2、涂层的成分及特性
涂层成分
以次磷酸盐为还原剂的化学镀镍液得到的镀层含磷4%～15%，为镍磷合金。 采用硼氢化物或氨基硼烷为还原剂得到的镀层为纯镍层，镍含量可达99.5%以上。 新沉积的化学镀镍层是非晶态的并且具有非晶片状结构。
涂料中磷的含量主要取决于溶液的pH值。 随着pH值降低，磷含量增加。 常规酸性化学镀镍液中沉积的镀层磷含量为7％～12％，而碱性溶液中沉积的镍层磷含量为4％～7％。 另外，溶液的组成、各组分的含量及其相对比例，以及溶液的工作温度等都对磷含量有一定的影响。
涂层特性
①硬度
化学镀镍层比电镀镍层坚硬得多，并且更耐磨。 电镀镍层的硬度只有HV160~180，而化学镀镍层的硬度一般为HV300~500。
通过热处理可以大大提高化学镀镍层的硬度。 400℃加热1小时后，最大硬度可达100%左右。 如果热处理温度继续升高，例如升高至600℃，硬度将降低至HV700。
热处理前的化学镀镍层具有非晶结构。 热处理后转变为晶体结构，镀层中形成Ni3P相。 Ni3P相的析出量随着热处理温度的升高而增加，其最大析出量由镀层的磷含量决定。
为了提高镀层硬度，适宜的热处理要求为：温度380~400℃，时间1小时。 为了防止涂层变色，最好有保护气氛或采用真空热处理。 当没有保护气氛条件时，适当降低热处理温度（如280℃）和延长处理时间也可以提高硬度值。
当涂层达到最大硬度时，其脆性也会增加，使其不适合在高负载或冲击条件下使用。 选择合适的热处理条件可以使镀层既具有一定的硬度又具有一定的延展性。
一般钢制工件化学镀镍层可在200℃处理2小时，以提高镀层结合强度，消除应力。 对于铝制工件，在150～180℃保温1小时比较合适。
②磁性
化学镀镍层的磁性能取决于磷含量和热处理温度。 磷含量超过8%的镀层呈弱磁性； 磷含量超过11.4%的镀层完全无磁性； 磷含量低于8%的镀层有磁性，但磁性比电镀镍小。 磁性能显着提高。
例如，在未经热处理的碱性化学镀镍液中获得的镀层的磁性能为矫顽力H0＝160A/m，在350℃热处理1小时后，其磁性能为H0＝8800A/m。
③电阻率
化学镀镍层的电阻率与磷含量有关。 一般来说，磷含量越高，电阻率越大。 在碱性溶液中得到的化学镀镍层的电阻率为28～34μΩ·cm左右。 在酸性溶液中得到的化学镀镍层的电阻率约为51～58μΩ·cm，高于电镀镍的电阻率。 层高高出数倍（纯镍的电阻率为9.5μΩ·cm）。 热处理后化学镀镍层的电阻率会显着降低。 例如，磷含量为7%的化学镀镍层经600℃热处理后，电阻率由72μΩ·cm下降至20μΩ·cm。 硼含量为1.3%～4.7%的镍硼化学镀层电阻率为13～15μΩ·cm。 二甲氨基硼烷还原镍镀层在硼含量为0.6%时电阻率为5.3 μΩ·cm。 cm，电阻率比纯镍低。
④热膨胀系数和密度
化学镀镍层的热膨胀系数一般为13×10-6℃-1。
化学镀镍层的密度一般为7.9g/cm3左右。 随着磷含量的增加，化学镀镍层的密度降低。
化学镀镍层的综合性能如表4-24所示：
表4-24 化学镀镍层综合性能 化学镀镍层综合性能 镍磷合金层（磷含量8%-10%）
热处理前硬度(HV) 500
400℃热处理后1000
密度（g/cm3）7.9
熔点（℃）890
电阻率（μΩ·cm）60～75
热膨胀系数(℃-1)13×10-6
导热系数[W/(m·k)]5.02
伸长率(%) 3～6
反射系数（%）50（近似值）
3、工艺条件及镀液配制。 以次磷酸钠为还原剂的化学镀镍是目前国内外应用最广泛的工艺。 分为酸性镀液和碱性镀液两大类。 酸性化学镀镍液的成分及工艺条件见表4-25：
表4-25 酸性化学镀镍液成分及工艺条件
镀液成分（g/l）及工艺条件 1 2 3 4 5
硫酸镍 25-30 30 20 25 25
次磷酸钠 20-25 15-25 24 20 24
乙酸钠 5 15
柠檬酸钠 5 15
琥珀酸 5 16
乳酸 80% (ml/l) 25 25
甘氨酸5-15
苹果酸24
硼酸 10
氟化钠1
(Pb2+)（以乙酸铅形式添加） 0.001 0.003
pH值 4-5 3.5-5.4 4.4-4.8 4.4-4.8 5.8-6
温度（℃） 80-90 85-95 90-94 90-92 90-93
沉积速度 (μm/h)10 12-15 10-13 15-22 48
装载量（dm2/L） 1 1 1 1 1
镀层磷含量(%) 8-10 7-11 8-9 8-9 8-11
1号配方溶液的制备方法如下：
将柠檬酸钠和乙酸溶解在装有 60-70°C 热蒸馏水的容器中。 将硫酸镍放入另一个容器中，用热蒸馏水溶解。 溶解后，倒入上述溶液中，不断搅拌。 将所得混合溶液过滤至罐中。 进行化学镀时，先将预先溶解并过滤的次磷酸钠溶液加入槽中，搅拌均匀，然后加入蒸馏水至所需体积，最后用10%稀硫酸或氢氧化钠溶液调节pH值至指定范围。 上限。
式2、3、4和5的溶液可以按照上述方法制备。
然而，式3和4中的乳酸溶液在与其他组分混合之前必须预先用碳酸氢钠溶液中和至pH值约4.6。
碱性化学镀镍液的成分和工艺条件如下表4-26所示。
表4-26 碱性化学镀镍液成分及工艺条件
镀液成分（g/l）及工艺条件 1 2 3 4 5
硫酸镍 10-20 33 30 25 30
次磷酸钠 5-15 15 25 25 30
柠檬酸钠 30-60 50
焦磷酸钠 60-70 50 60
乳酸80%（ml/l）1-5
三乙醇胺 100
pH值 7.5-8.5 8 10-10.5 10-11 10
温度（℃） 40-45 90 70-75 65-75 30-35
沉积速度 (μm/h) 20-30 15 10
镀层磷含量(%) 7-8 约5 约4
配方1和5适用于塑料制品底层金属化。 一般电镀需要10分钟左右。 配方5中添加了三乙醇胺，除了络合作用外，还可以调节pH值，使镀液在低温下仍能具有较高的沉积速率。 添加镍盐时必须先与三乙醇胺络合后再加入镀槽，否则会产生沉淀。 制备时，硫酸镍与次磷酸钠或焦磷酸钠的比例应大致控制在1:2，以保证镍处于络合状态。
2 适用于铝及铝合金化学镀镍。
式4可在较宽的浓度范围内发挥作用，其pH值优选大于10，否则焦磷酸镍络合物会分解。 添加硫酸镍时，还应先将其溶解在氨水中，然后再添加到镀槽中。
4、化学镀镍液成分及工艺条件的影响
镍盐浓度对沉积速率的影响
①在酸性化学镀镍液中，镍离子浓度增加，可以提高镍的沉积速率。 特别是当镍盐浓度低于10g/L时，增加镍盐浓度会加快镍的沉积速度。 例如，当镀液含有20g/L次磷酸钠、20g/L乙酸钠，温度为82～84℃，pH为5.5，镍盐浓度由5g/L变为60g/L时，沉积速率会受到影响。 影响如表4-27所示：
表4-27 镍盐对沉积速率的影响
硫酸镍 (g/l) 5 10 20 30 40 50 60
层压速度 (μm/h) 12 19 24 21 20 20 20
当镍盐浓度达到30g/L时，如果继续提高浓度，镀层的沉积速率不再增加甚至降低。 当镍盐浓度过高时，镀液稳定性下降，容易出现镀层粗糙的现象。
②碱性化学镀镍液中，当镍盐浓度低于20g/L时，提高镍盐浓度会显着提高化学沉积速率； 但当镍盐浓度高于25g/L时，虽然镍盐浓度继续增加，但沉积速率趋于稳定。
图 4-15 次磷酸钠浓度对沉积速率的影响 次磷酸钠浓度对沉积速率的影响
提高次磷酸钠的浓度可以提高沉积速率，见图4-15。但是，提高次磷酸钠的浓度并不能无限提高镍的沉积速率。 不同镀液中次磷酸钠的浓度
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