电镀工艺课件 镀镍.ppt
电镀四层镍：铜/半光亮镍/高硫镍/光亮镍/镍封/微孔铬高硫镍镍封高应力镍 （3）多层镍中不同镍层的电镀工艺 高硫镍（硫含量0.1%-0.3%，其厚度0.25-lμm） 在普通镀镍槽中加入适当的含硫添加剂，即得高硫镍溶液的组成及操作条件 高硫镍 硫酸镍/（g/L） 280-320 氯化镍/（g/L） 40-50 硼酸/（g/L） 35-45 苯亚磺酸钠/（g/L） 0.5-1.0 糖精/（g/L） 0.8-1.0 1，4-丁炔二醇/（g/L） 0.3-0.5 十二烷基硫酸钠/（g/L） 0.05-0.15 高硫镍的工艺规范：P135 溶液成分及操作条件 高硫镍 PH值 3-3.5 温度/℃ 40-50 阴极电流密度/(A/dm2) 3-4 电镀时间/min 2-3 搅拌方式 空气搅拌或阴极移动过滤方式 连续镍层总厚度 25微米 高硫镍 0.25-1微米 半光亮镍层占总厚度50%以上 高硫镍的工艺流程 前处理（除油、除锈）→阴极电解除油→阳极电解除油→二次水洗→稀酸活化→半光亮镍镀层→高硫镍镀层→光亮镍镀层→水洗换挂具→镀铬→二次水洗→烘干 高硫镍注意事项： 电镀三层镍时，应防止高硫镍镀液与光亮镍镀液进入半光亮镍槽，否则会污染镀层。镀层的耐腐蚀性能会降低，并且失去了镀三层镍的意义。
添加剂要使镀层有足够的延展性，内应力要小，添加剂不被活性炭吸附。镀液要有足够的稳定性，镀层表面要保持一定的活性。高硫镍不能镀得太厚，否则表面镀光亮镍时容易产生雾化现象，又称复合镀镍。镍封孔工艺是将固体非金属微粒（直径0.5微米）加入一般光亮镀镍电解液中，在强烈搅拌下使其悬浮于溶液中，使固相微粒与镍离子共同沉积，均匀分布于金属组织中，在产品表面形成一层由金属镍与非金属固体微粒组成的致密镀层。在此镀层上镀铬时，由于微粒不导电，所以在微粒上不会沉积铬层，从而得到微孔状的铬层。 镍封孔 镍封孔： 镍封孔工艺条件： P134 溶液组成及操作条件 镍封孔 硫酸镍/(g/L) 300-350 氯化钠/(g/L) 10-15 硼酸/(g/L) 35-40 糖精/(g/L) 0.8-1.0 1,4-丁炔二醇/(g/L) 0.3-0.4 硅粉/(g/L) 10-25 促进剂/(g/L) 适量 溶液组成及操作条件 镍封孔pH值 3.8-4.4 温度/℃ 50-55 阴极电流密度/(A/dm2) 2-5 电镀时间/min 1-5 搅拌方式 强搅拌 镍封孔层厚度 0.2-2微米 镍封孔可降低镍镀层的孔隙率和内应力，形成微孔铬镍封孔层 颗粒类型 Ni-SiO2 Ni-Al2O3 Ni-BaSO4 Ni-高岭土 Ni-膨润土 Ni-玻璃 Ni-石英 Ni-金刚石 Ni-滑石 颗粒厚度0.02-0.5μm 压缩空气搅拌 常用的颗粒有硫酸盐、硅酸盐、氧化物、氮化物和碳化物。
镍封层共沉积促进剂EDTA Al2(SO4)3 LB-5 （1）镍封采用空气搅拌，应合理布置送气孔，控制气流强度。 （2）镍封层厚度为0.2-2μm，过厚易产生“反光”。 （3）pH值通常控制在3-5之间，pH过高，涂层内嵌入的颗粒数量会明显减少，pH过低，涂层内嵌入的颗粒过多，会造成涂层“反光”，影响外观。 镍封层注意事项： 反光是指漆膜干燥后有光泽，但光泽在极短的时间内（几小时至数周）就变淡、消失的现象。 失光是指有光泽的漆固化成漆膜后，无光泽或光泽不足的现象。 反光和失光现象虽然有区别，但产生的原因大致相同。 （4）镍封层上沉积的普通光亮铬层厚度为0.25～0.5μm，如果铬层过厚，超过粒子粒径，会使铬层重新连成片，称为“搭桥”，降低微孔密度，影响点蚀效果。生产、维修用阳极最好采用溶解性好的碳化镍或含硫镍板，应使用阳极袋、阳极架。零件必须紧紧扣在挂具上，其挂具方法和位置应根据其几何形状确定。镀件入槽沉积镍封层前，必须先启动搅拌设备，镀后出槽时必须将电镀件上的粒子和镀液冲走。 两层镍： 基体半光亮镍层 光亮镍层 铬层 ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ 铜层 S含量：0.003~0.005%；稳定电位-60mV S含量：0.04~0.08%；稳定电位-220mV 注：镀层中硫含量越高，稳定电位(腐蚀电位)越低，或者说：“镍层的稳定电位随硫含量的增加而变负”。
对于铁基体，半光亮镍与光亮镍的厚度比为4：1； 对于锌铸件基体，半光亮镍与光亮镍的厚度比为3：2； 实际生产中，双层镍总厚度一般为20-40微米，半光亮镍厚度通常为总镍层厚度的60%-80%，双层镍表面镀的光亮铬层一般控制在0.25微米左右； 防护性能取决于半光亮镍与光亮镍层之间的层间电位差，125毫伏的电位差可使腐蚀集中在光亮镍层上并向水平方向发展，起到保护钢基体的作用，一般通过降低半光亮镍层的硫含量来增加层间电位差； 电镀双层镍注意事项： 为保证两层镍之间的结合强度，生产时应注意以下几点： （1）镀液应定期净化处理。 这是因为镀液中添加剂不均匀，有有机杂质、金属杂质等因素会促使镀层表面钝化或增加内应力，使镀层结合强度变差。（2）镀镍层表面在空气中及水洗过程中易钝化，降低双层镍层间的结合强度。因此，在两次电镀之间应尽量减少镀件在空气中的停留时间，简化中间水洗工序，零件可直接从半光亮镍槽进入光亮镍槽。（3）零件在空气中转运时，应尽可能防止镍层表面钝化，周围操作环境应尽可能净化。（4）在自动线上镀双层镍时，半光亮镍进入光亮镍槽时应带电，防止出现双极电极现象。 手动操作时，吊具进出罐体时应减小电流，可减少双极电极现象。
（5）含硫镀镍初级光亮剂绝对不能带入半光亮镍槽中，否则会降低镍层间的电位差。+电镀三层镍：铜/半光亮镍/高硫镍/光亮镍/铬铜/半光亮镍/光亮镍/镍封/微孔铬铜/半光亮镍/光亮镍/高应力镍/微裂纹铬铜/半光亮镍/高硫镍/光亮镍/铬：基体半光亮镍层光亮镍层铬层高硫镍层#############铜层S含量0.003~0.005%；稳定电位-60mV S含量0.04~0.08%；稳定电位-220mV S含量0.1~0.2%； 稳定电位 -300mV 注：腐蚀首先集中在高硫镍层上 半光亮镍层：光亮镍层=1：1 浸泡时间对瓦特型镀镍与光亮镍镀层开路电极电位的影响 条件：空气搅拌，pH=2 的硫酸盐电解液 类型 硫含量 稳定电位 半光亮镍 0.003~0.005% -60mV 光亮镍 0.04~0.08% -220mV 高硫镍 0.1~0.3% -300mV 半光亮镍、光亮镍、高硫镍硫含量与稳定电位对比 50-80mV 220-240mV -60mV -220mV -300mV 电位差 厚度调整 （2）多层镍的耐腐蚀性 牺牲阳极类型 腐蚀弥散类型 双层镍 高硫镍组合 镍封 高应力镍是指利用牺牲通过在多层镍组合镀层中增加镀层电位较负的部分，来延缓电位较正的部分的腐蚀，从而提高整个镀层的耐腐蚀性能。
牺牲阳极类型：S、Br、Ni→半光亮镍Br、Ni→全光亮镍Tri、Ni→高硫镍双层镍、层状柱状光亮镍、三层镍耐蚀机理示意图腐蚀弥散型耐蚀机理示意图：微不连续铬利用适当的技术，在铬层上形成大量的微孔或微裂纹，使腐蚀电流大大分散，从而达到延缓腐蚀，提高整个涂层体系耐蚀性能的作用。 微孔铬 微裂纹铬 MCCr MPCr 获得微孔铬的方法 镍封孔-微孔数稳定、控制可靠、操作简单 镍封孔后镀铬 微孔铬 获得微裂纹铬的方法 在镀铬液中添加硒化合物（SeO42-） 镀铬后热水处理 双层镀铬：第一层为普通镀铬 0.25-0.35微米 第二层为复合镀铬 0.8-1.2微米 在光亮镍层上闪镀一层高应力的薄镍层后，再镀普通光亮铬 微裂纹铬 单层型 双层型 PNS型 改变镀铬工艺 高应力镍（冲击镍） 普通光亮铬层上有1-20条裂纹/cm2 微裂纹铬层上有300-800条裂纹/cm2 镀液类型 孔隙率 腐蚀电流 渗透速率 常规铬少，粗浓度快微裂纹铬常规铬与微孔铬对比微孔铬微裂纹铬多，细小分散慢全半高硫铜加速醋酸喷淋试验TT三层镍-微孔铬三层镍-微裂纹铬双层镍铬单层镍铬三层镍-微裂纹铬三层镍-微孔铬双层镍铬单层镍铬§6.3.2瓦特镀镍工艺特点电极反应工艺规范溶液配制工艺维护1、工艺特点瓦特镀镍采用以硫酸镍、少量氯化物及硼酸为主要成分的溶液，用此溶液镀出的镍镀层结晶细小，易抛光，韧性好，耐蚀性比光亮镍好，沉积速度高，镀层脆性小，与钢基体的结合好。
该镀液维护方便，操作简单，对厂房及设备的腐蚀小，在此镀液中添加添加剂可直接镀半光亮或光亮镍，整平性较好，工序间粗磨抛光少。 2、电极反应 阴极 阳极 Ni2++2e-Ni Ni-2e-Ni2+ 2H++2e-H2 2H2O-4e-4H++O2 阳极材料 阳极 可溶性镍阳极，防止镍阳极钝化 添加一定量的氯化物 铸造镍阳极 压延镍阳极 普通电解镍板 含硫电解镍阳极溶液组成及操作条件 瓦型硫酸镍/(g/L) 250-300 氯化镍/(g/L) 30-60 氯化钠/(g/L) 硼酸/(g/L) 35-40 硫酸钠/(g/L) 硫酸镁/(g/L) 十二烷基硫酸钠/(g/L) 0.05-0.1 pH值 3-4 温度/℃ 45-60 阴极电流密度/(A/dm2) 1-2.5 3、工艺规范：P120预镀180-220 10-12 30-35 20-30 30-40 5-5.5 20-35 0.8-1.5 硫酸镍主盐 氯化镍或氯化钠 阳极活化剂 硼酸 pH缓冲剂 硫酸钠、硫酸镁 导电盐 十二烷基硫酸钠 防针孔剂 Ni(OH)2胶体 IV. 溶液配制 氰化钠 溶于温水 1 + 温度 60 度 2 硫酸镍 氯化镍或氯化钠 溶于热水 溶于近沸水 硼酸 加水至所需体积，保持溶液温度在 40-50℃ 3 0.1~1ml/L 30%双氧水 1~3g/L 活性炭 60-65℃ 搅拌 2 小时 静置 过滤 稀氢氧化钠或稀硫酸调节 pH 值 添加剂 添加剂的溶解方法 12-烷基硫酸钠 用少量水配成糊状，然后加入约 100 倍的沸水溶解，煮沸 15-30 分钟，澄清过滤，在不断搅拌下加入镀液中 香豆素溶于冰醋酸或 10 倍质量的酒精中，然后用热水（80℃）稀释 10 倍质量的乙醇，在不断搅拌下加入镀液中 V.工艺维护类型溶解度残留物铸造镍阳极溶解度好，但溶解不均匀压延镍阳极溶解困难，且溶解不太均匀电解镍板溶解度中等，纯度较高较大的阳极可选用铸造后电解镍板或压延后的镍板，也可以使用电解镍块或活化镍块。 使用镍块时需用钛蓝，且必须使用阳极套镍阳极 普通镀镍 光亮镀镍 半光亮镀镍 多层镍工艺及其耐蚀性 §6.3.3 几种典型的镀镍工艺规范 硫酸镍 氯化镍或氯化钠 硼酸 硫酸钠、硫酸镁 十二烷基硫酸钠 1、普通镀镍：P122 2、光亮镀镍（硫含量0.04~0.08%）：P130 添加剂 光亮剂 整平剂 润湿剂 应力消除剂* 杂质去除剂 软化剂 移动剂 溶液组成及操作条件 光亮镍1 硫酸镍/（g/L） 250-300 氯化镍/（g/L） 30-50 硼酸/（g/L） 35-40 糖精/（g/L） 0.8-1.0 1，4-丁炔二醇/（g/L） 0.4-0.5 香豆素/（g/L）十二烷基硫酸钠/(g/L) 0.8～0.12 pH 4.0～4.6 温度/℃ 40～50 阴极电流密度/(A/dm2) 1.5～3.0 光亮镀镍工艺规范 光亮镍2 250～300 30～50 35～40 0.6～1.0 0.3～0.5 0.1～0.2 0.08～0.12 3.8～4.5 45～55 2-4 镀镍光亮剂的分类 （1）第1类光亮剂（初级光亮剂） C SO2 结构特征 - 含有磺酰基，且磺酰基相邻处有一个不饱和碳键 代表化合物：糖精、苯磺酸、萘磺酸、对甲苯磺酰胺、磺酰亚胺、苯亚磺酸 作用：吸附于金属生长点上通过不饱和碳链渗透到阴极，增大了阴极极化；明显减小了晶粒尺寸，使镀层具有一定的光亮，但并不能使镀层完全光亮。
提高延展性。单独使用时在大电流密度区光亮，在低电流密度区光亮性差。与第二类光亮剂配合使用，效果更好，用量较大，1~10 g/L。电解过程中，它们在阴极表面被还原成硫化物进入镀层中，使镀层含硫0.03~0.04%。 （2）第2类光亮剂（辅助光亮剂、发光剂） NO 结构特征—含有不饱和键 氯乙醛 吡啶或喹啉的季铵盐 可以单独使用 不能单独使用 整平作用 添加甲醛 代表：香豆素1,4-丁炔二醇及其衍生物 甲醛的作用：第2类光亮剂可获得充分光亮的镀层，明显改善阴极极化，使阴极电位明显负移，提高镀液的分散性和整平能力； 但镀层变脆，光亮范围窄。只有与1类光亮剂配合使用，才可明显扩大光亮范围 阴极分解使含碳镀层脆性增大，浓度高时镀层易产生针孔 1类+2类 光亮、整平 内应力低 延展性高 光亮、整平电流密度范围宽 （3）辅助光亮剂的结构特点 -既含有主光亮剂的CS基团，又含有辅助光亮剂的CC基团。 代表有：烯丙基磺酸钠、烯丙基磺酰铵、乙烯基磺酸钠、炔丙基磺酸钠、苯亚磺酸钠硫脲衍生物、吡啶羟基丙烷磺酸盐、ATP（由硫脲与磺内酯反应生成的白色或淡黄色固体，是一种含硫、氮化合物，是镀镍溶液的深镀剂和杂质掩盖剂）、ATPN（S-羧乙基异硫脲甜菜碱）、LCDA（淡黄色含硫化合物，在低电流区有极强的移动作用和增亮作用）等。
作用：加速光亮整平效果，防止或减少针孔的形成，减少二次光亮剂的消耗，增大光亮镍层与半光亮镍层的电位差，提高耐蚀性。注意一次光亮剂和二次光亮剂均能使镀层变脆。第四代光亮剂以醛类、香豆素类、对甲苯磺酰胺类为代表。以丁炔二醇、萘二磺酸、糖精为代表。以丁炔二醇与环氧乙烷、环氧丙烷或环氧氯丙烷的缩合物与糖精的结合物为代表。还加入一些辅助光亮剂如苯亚磺酸钠、烯丙基磺酸钠等。以炔丙醇衍生物、吡啶衍生物为代表。 初级光亮剂除糖精外，还有性能较好的含硫化合物1、2、3、4、3、半光亮镍镀层（硫含量0.003~0.005%）：P131半光亮镍几乎都用作二层镍或三层镍的底层。 半光亮镍稳定电位 半光亮镍稳定电位** 溶液组成及操作条件 半光亮镍1 硫酸镍/(g/L) 240-280 氯化镍/(g/L) 45-60 硼酸/(g/L) 30-40 冰醋酸/(mL/L) 1-3 1,4-丁炔二醇/(g/L) 0.2-0.3 香豆素/(g/L) 甲醛/(mL/L) 十二烷基硫酸钠/(g/L) 0.01-0.02 pH 4.0-4.5 温度/℃ 45-50 阴极电流密度/(A/dm2) 3-4 半光亮镍电镀工艺规范 半光亮镍2 280-300 30-40 35-40 0.6-1.0 0.3-0.5 0.15-0.30 0.15-0.20 0.1 3.8-4.2 55-60 3-4 冰醋酸的主要作用是抑制零件表面的点蚀，使表面光泽均匀、细腻。
单层镍： 基体铜层 镍层 铬层＊＊4 多层镍技术及其耐蚀性 孔隙率高 内应力大 阴极小 阳极小 普通组合镀层易产生黄锈并延伸至基体金属 多层镍的组合形式 多层镍的耐蚀性 多层镍中不同镍层的电镀工艺 (1)多层镍的组合形式 两层镍的电镀：铜/半光亮镍/光亮镍/铬 * * * * * 镀镍§6.3.1概述§6.3.2瓦特型镀镍§6.3.3几种典型的镀镍工艺规范§6.3.4镀镍溶液中杂质的去除方法§6.3.5不合格镀镍层的去除§6.3.1概述电镀镍及瓦特型镀镍溶液的历史镀镍层的性能与用途镀镍溶液的类型1. 镍电镀的历史及瓦特型镀镍溶液1843年班特格镀镍1861年瓦特镀镍二战后光亮和半光亮镀镍双层镀镍三层镀镍复杂镀镍及镀铬2. 镍镀层性质及用途颜色：银白色略带米色密度：8.9g/cm3原子量：58.71熔点：1453℃晶体结构：面心立方铁磁性耐腐蚀性镍与空气中的氧发生反应，生成一层保护性钝化膜，这使镍具有良好的耐大气腐蚀性能镍易钝化，钝化后的化学稳定性较高常温下与空气或水不反应，耐稀酸、稀碱、有机酸，但会被浓盐酸、稀硝酸、氨水、铵盐、氰化物腐蚀电化学性能标准电极电位：-0.25V与铁基金属相比，镍镀层往往具有多孔性，常用作中间层或底层。40-50微米可降低孔隙率，提高硬度。提高耐磨、耐腐蚀性能。 镍镀层作为保护-装饰镀层的底层或中间层的用途。镍镀层具有良好的抛光性能和高硬度。它们用于需要硬度和耐磨性的场合。它们还用于电铸塑料成型模具。热辐射镀层 (i) 黑镍：常用于相机部件、配件和建筑五金。镀层含有硫化镍，镀后涂漆 (ii) 缎面绒面处理，用于中间和底层镀层 (iii) 用于电阻器制造。 电阻器常用在陶瓷基片上化学镀镍而得（iv）用于金属镜制造（v）用于电子、半导体元器件的表面处理（vi）电铸镍：例如制造记录模板（凸版印刷）（vii）耐磨复合电镀：分散粒子有氧化物（氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、三氧化钨）碳化物（碳化硅、碳化铬、碳化钨、碳化硼） （viii）其它用途的复合电镀。自润滑性分散粒子有二硫化铝、石墨、氮化硼、氟化石墨、高分子量氟化合物等，不粘附性分散粒子有氟化石墨、聚四氟乙烯等。镀镍溶液种类很多，以瓦特镍电解液最多，多为弱酸性电解液，碱性电解液主要有焦磷酸盐体系。 碱性含氨镀镍溶液。III.镀镍溶液的种类。 按镀液种类分为： 瓦特型（硫酸盐-氯化物型） 氯化物型 氯化铵型 氨基磺酸型-成本高 氟硼酸盐镀镍-厚镀镍 中性柠檬酸盐镀镍-锌压铸件镀镍溶液分类 焦磷酸盐镀镍 碱性含氨镀镍 黑镍闪光镀镍型 醋酸镍型 全硫酸盐镀镍 按镀液酸碱性分类： 酸性镀液 碱性镀液 按镀镍层的装饰性分类： 普通镀镍（暗镍） 半光亮镀镍 全光亮镀镍 按结构特征分类： 单层镍 双层镍 多层镍 按电镀工艺分类： 一般镀镍 复合镀镍 高硫镍 高应力镍 按用途分类： 一般装饰镀镍 硬质镍 黑镍 哑光镀镍 按镀镍沉积速度分类： 一般镀镍 快速镀镍 镍与其他金属合金 Ni-Co Ni-Sn Ni-P Ni-Au Ni-Ag Ni-Pd 光亮半光亮镀镍 光亮镀镍 镍封闭（复合镀镍） 高应力镍 高硫镍 黑镍 电铸镍 常见镍电镀液类型 普通镀镍（暗镍） 缎面镍 * * * * *