化学镍配方分析技术
化学镀镍又称化学镀镍，是在含有特定的金属盐和还原剂的溶液中，发生自催化反应，使金属析出并沉积在基体表面，形成表面金属镀层的优良的成膜技术。
化学镀镍工艺简单、成本低廉、镀层厚度均匀，可大面积镀层，焊接性好，若结合适当的前处理技术，可在高强度铝合金、超细晶粒铝合金等材料上获得性能良好的镀层，因此在表面工程、精细加工领域得到广泛的应用。
1.化学镀工艺
化学镀工艺流程为：样品研磨—清洗—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—热水封孔—吹干。
图1 化学镀工艺流程图
2、化学镀镍的分类
化学镀镍的分类方法有很多种，不同的分类规则导致不同的分类方法。
3、化学镀镍的原理
目前，对于以次磷酸盐为还原剂的化学镀镍自催化沉积反应，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，其中原子氢态理论得到最广泛认可。
该理论认为还原镍的物质本质上是氢原子，当以次磷酸盐为还原剂还原Ni2+时，总反应可表示如下：
+3H2O+NiSO4→+H2SO4+2H2+Ni（1）
也可以表示为：
Ni2++H2PO2-+H2O→H2PO3-+2H++Ni（2）
其过程可分为以下四个步骤：首先，将化学沉积的镍磷合金镀液加热，此时镀液还不立即发生反应，而是由金属首先催化，H2PO2-在水溶液中还原生成H2PO3-，同时放出原子活性氢。
H2PO2-+H2O→H2PO3-+2H吸附+H+（3）
然后原子活性氧吸附在催化金属表面，使其活化，同时水溶液中Ni2+还原生成的金属镍沉积在催化金属表面。
Ni2++2H吸附→2H++Ni（4）
然后，催化金属表面的原子活性配合物与H2PO2-发生反应，将其还原为P，同时，由于金属的催化作用，二次H2PO2-分解生成亚磷酸盐，而氧分子脱附析出。
H2PO2-+H→P+H2O+OH-（5）
H2PO2-+H2O→H2PO3-+H2（6）
2H→H2↑（7）
最后镍原子和磷原子共沉积并形成镍磷合金层。
P+3Ni→Ni3P（8）
以上反应均需较高的温度（一般为60℃）才能生成H+和PO3-。反应过程中生成的H+使镀液的pH值降低，呈酸性。反应速度与镀液的成分、pH值、温度等因素有关。
由式（4）、式（5）、式（8）可知，反应生成的镍与磷结合形成镀层合金，因此，若采用次磷酸盐作为还原剂，反应生成的镀层为镍磷合金，其磷含量大约在3-15%之间。
同时，我们可以看到反应过程（2）（5）（6）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，在温度不变的情况下，如果提高镀液pH值，则有利于反应（2），即提高镍的还原速度，而磷的还原速度则降低，从而得到磷含量降低的镀层。反之，降低镀液pH值，则十分有利于反应（5）（6）的进行，此时镍离子的还原速度会降低，磷的还原速度会进一步提高，析出的H2量也会增加。
4、化学镀镍溶液的组成
镀液的组成包括主盐（镍盐）、络合剂、缓冲剂、促进剂、还原剂、稳定剂、润湿剂、光亮剂、应力消除剂、pH调节剂等。
1）主盐（镍盐）
主盐是含有镀层金属离子的盐。镍盐是化学镀镍溶液中的主盐，主要有NiCl2、醋酸镍、磺酸镍等，其主要作用是提供Ni2+。目前应用最为广泛的是硫酸镍。从影响化学反应速度的因素可以看出，主盐浓度越小，沉积速度越慢，生产效率越低。反之，主盐含量越高，沉积速度越快，生产效率越高。但主盐浓度过高时，会造成反应速度过快，容易使表面沉积的金属镀层粗糙，镀液稳定性降低，容易发生自分解，降低镀液稳定性。
2）还原剂
还原剂是提供电子使主盐离子还原的试剂，主要有NaBH4、二甲胺硼烷、肼、二乙胺硼烷等。
若用NaBH4、氨基硼烷或其它硼化物作镀液还原剂，可得到Ni-B合金；若用N2H4作还原剂，则所得金属镀层纯度较高。酸性镀镍液中常采用的还原剂，此时所得镀层为Ni-P合金。其优点是采购价格低、易溶于水、镀液容易控制、镀层性能优良等。一般来说，用量与主盐用量的关系为：
溶液中主盐与还原剂的反应速度受还原剂浓度影响较大，还原剂浓度越高，其还原能力越强，反应速度越快。但还原剂浓度过高，溶液会发生自分解反应，使工艺控制更加困难，所得金属沉积涂层的外观也难以达到理想要求。
3）络合剂
络合剂起着重要作用，其在化学镀镍工艺中的地位仅次于主盐和还原剂。如果化学镀镍液中不加入络合剂，由于氧化镍的溶解度比较小，当镀液为酸性溶液时，很容易因水解而生成淡绿色絮状水性氧化镍沉淀，因此在镀液中往往要加入络合剂。
化学镀镍溶液中常用的络合剂有：柠檬酸、苹果酸、丙二酸、琥珀酸、丁二酸、乙醇酸、氨基乙酸、乳酸、酒石酸、EDTA(乙二胺四乙酸)、HEDP(羟乙基二膦酸)、ATMP(氨基三亚甲基膦酸)、乙醇酸等。
络合剂的主要作用是络合剂能与金属离子反应生成络合物，从而降低游离金属离子的浓度，减少金属离子的水解反应和阻止镀液的自然分解，从而增强镀液的稳定性。当然络合剂的浓度也不能太高，因为浓度过高容易导致游离金属离子浓度过低，使反应变慢从而减慢金属的沉积速度，所以选择合适的络合剂用量也是非常关键的。不同的络合剂在电镀过程中对镀层反应都会产生一定的影响，无论是反应速度还是镀层成分和特性。有时为了获得性能优异的镀层同时又能保持合适的反应沉积速度，往往要将多种络合剂联合使用，以取长补短，取得较好的综合效果。
另外，碱性化学镀镍溶液中还可采用焦磷酸盐、柠檬酸盐和铵盐等，如用柠檬酸钠和氯化铵作络合剂时，加入量最好为镍盐总量的1.5倍。
4）稳定剂
稳定剂的作用是增加镀液的稳定性，其原理是固体颗粒表面存在一些催化点，稳定剂的离子会吸附在这些催化点上，从而阻止或减少镍离子的还原。化学镀镍液是热力学不稳定体系，在电镀过程中，镀液容易受到污染，也可能因局部过热、pH值变化、有催化活性的固体颗粒存在等异常情况而失效。由于稳定剂也是一种毒剂，所以加入量不能过多，否则镀液会因中毒而失去活性，电镀速度会降低，甚至出现镀层失效。因此，只需加入少量即可。
化学镀镍的稳定剂主要有四类：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、四唑基丙烷磺酸盐、羟基苯并噻唑、黄原酸盐、硫代硫酸盐、硫代邻苯二甲酸酐等；④有机酸衍生物，如甲基四羟基邻苯二甲酸酐、六氯甲醛四羟基邻苯二甲酸酐等。稳定剂除能稳定镀液外，还有增光、加速、提高镀层耐蚀性等作用。特别要注意的是，稳定剂的用量即使微量，也会对镀层的性能产生影响。 如果使用不合理，容易造成镀层缺陷（如疏松、小孔、耐蚀性差等），所以它的选择和使用必须慎重。一般在酸性化学镀镍溶液中用Pd2+作稳定剂时，其用量只有几毫克/升，而在碱性镀液中的用量则相对较大。
5）缓冲区
缓冲液是一些弱酸（或弱碱）及其相应的盐的混合物，它们的溶液能抵抗少量外界强碱（或强酸）或适当的稀释，而pH值几乎保持不变，这些弱酸（或弱碱）及其相应的盐称为缓冲液。
酸性化学镀镍溶液中最有效的缓冲剂是有机一元酸和二元酸的钾盐和钠盐，因为相对分子量较大的酸会形成不溶性镍盐。最常用的一元酸是乙酸和丙酸或它们的盐。二元酸（如丙二酸和琥珀酸）是更有效的缓冲剂，但丙二酸价格昂贵，不适合工业应用。有些配方同时含有一元酸和二元酸。此外，硼酸也是一种有效的缓冲剂。
6）加速器
促进剂是指加入镀液中能明显提高沉积速度的物质。在配位力强的镀液中，Ni2+离子配位力强，其还原速度受到抑制。在镀液中加入第二种配位体，削弱镍酸根离子的配位状态，或改变镍配位体离子的结构，可达到加快沉积速度的目的。其中，丙酸、琥珀酸、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，表面活性剂又称润湿剂，其主要作用是改善镀件表面的润湿性，有利于气体的逸出，提高镀层的孔隙率。常用的是阴离子或非离子表面活性剂。
一般表面活性剂加入量最合适为镀液总质量的0.1%-0.15%。目前化学镀镍工艺常用的有烷基苯磺酸钠、烷基磺酸钠、十二烷基脂肪酸钠等，它们都是阴离子表面活性剂；非离子表面活性剂有6501清洗剂、TX-9、TX-10等。
8）增白剂
光亮剂的作用是增强化学镍层的光亮度，使镀件具有一定的装饰效果。化学镍层初镀时一般为半光亮。为提高镀层的光亮度，可加入一些光亮剂，如萘二磺酸钠、对甲苯磺酰胺、硫脲等。在酸性化学镀镍液中可生成光亮的镀层。硒酸、镉离子、碲、铅离子也是有效的光亮剂，这些物质的加入量与有机化合物一样严格。
另外，化学镀镍液中有时还可加入适量的应力剂(以降低镀层内应力，提高镀层与基体的结合强度)和pH值调节剂(如H2SO4、HCl、NaOH、氨水等)来改善镀层效果。