化学镀镍配方分化学镀镍配方分析技术及生产工艺.pdf
文档来源：收集整理自网络。word版本可编辑。欢迎下载支持。化学镀镍配方成分分析、镀镍原理及工艺技术简介：本文详细介绍了化学镍的研究背景、分类、原理及工艺流程。本文配方数据有所修改，如需更详细信息，可咨询我司技术工程师。合川化工引进国外配方破译技术，专业从事化学镍成分分析、配方还原、研发外包服务，为化学镍相关企业提供整套配方技术解决方案。1、背景化学镀镍又称化学镀镍，是在含有特定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、镀层可焊性好。 若结合适当的前处理工艺，可以在高强度铝合金、超细晶粒铝合金等材料上获得性能良好的涂层，因此在表面工程、精细加工等领域得到广泛的应用。合川化工技术团队拥有丰富的分析研发经验，经过多年的技术积累，能够利用前沿的科学仪器、齐全的标准谱库、强大的原料库彻底解决众多化工企业在生产研发过程中遇到的难题，并利用自身的八大服务优势，最终实现企业产品性能提升和新产品研发。样品分析测试流程：样品确认—物理表征前处理—大型仪器分析—工程师谱图解释—分析结果验证—后续技术服务。
如果您有任何配方技术问题，可以立即联系合川化工技术团队，我们将为企业提供一站式配方技术解决方案！2.化学镀工艺文档来源：从网上收集整理，word版可编辑，欢迎下载支持。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3.化学镀镍分类化学镀镍分类方法种类繁多，不同的分类规则有不同的分类方法。4.化学镀镍原理目前已提出以次磷酸盐为还原剂的化学镀镍自催化沉积反应，其理论有羟基-镍离子配位理论、氢化物理论、电化学理论和原子氢态理论，其中以原子氢态理论最为广泛认可。 该理论认为，还原镍的物质本质上是原子氢，以次磷酸盐为还原剂还原Ni时，总反应可用下式表示： 2+ +3HO+NiSO → +HSO +2H +Ni（1）2 2242 3 2 42 也可表示为： 文献来源：从网上收集整理，Word版可编辑，欢迎下载支持。 Ni +HPO +HO→HPO+2H +Ni （2 ）2+-- +2 2 22 3 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，此时镀液并不立即发生反应，而是先在金属的催化下，HPO-在水溶液中被还原生成2 2 HPO-，同时放出原子活性氢。
2 3H PO - +HO→H PO - +2H+H+ （3 ）2 2 22 3 吸附 接着，原子活性氧吸附在催化金属表面，使催化金属表面活化，将水溶液中的Ni2+还原生成金属镍，同时沉积在催化金属表面。 Ni +2H→2H +Ni （4 ）2++ 吸附后，催化金属表面的原子活性氧与H PO 发生反应，将其还原为P，同时由于金属的催化作用，H PO 分解生成亚磷酸盐，并脱附、析出氧分子。 H PO - +H→P+H O+OH- （5 ）2 22H PO - +HO→H PO - +H（6 ）2 2 22 3 22H→H ↑（7 ）2 最后镍原子和磷原子共同沉积，形成镍磷合金层。 P+3Ni→Ni P （8）3 以上反应都需要能量，需要在较高的温度下（一般60-95℃）进行，并在具有催化活性的表面进行。反应除了生成金属Ni外，还生成P、H-H2。反应2PO3和过程中生成的H+使镀液的pH值降低，使其变酸。反应速度与镀液成分、pH值、温度等因素有关。
文档来自：收集整理自网络，word版本可编辑，欢迎下载支持。由公式（4）、（5）、（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，其磷含量约为3-15%。 同时可以看出，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，若温度不变，镀液pH值升高，则有利于反应（2）的进行，即会使镍的还原速度加快，而磷的还原速度会下降，这样此时就得到磷含量降低的镀层；反之，降低镀液pH值，则非常有利于反应（5）、（6）的进行，此时镍离子的还原速度会下降，磷的还原速度会进一步提高，析出的H2量也会增多。 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。通过对化学产品配方的分析还原，有利于企业了解现有技术的发展水平，知己知彼；有利于对现有产品进行自主创新，取得知识产权；有利于发现和解决生产过程中的问题。
通过改进化工产品配方，开发配方，可以加快企业产品更新换代的速度，提高市场竞争力，因此对化工产品的分析开发已经刻不容缓！1）主盐（镍盐）文档来源：从网上收集整理，word版可编辑，欢迎下载支持。主盐就是含有镀层金属离子的盐，镍盐是化学镀镍液中的主要盐，主盐有NiCl2、醋酸镍、磺酸镍等，其主要作用是提供Ni2+。目前以硫酸镍应用最为广泛。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，反应速度过快，易使表面沉积的金属镀层粗糙，而且镀液稳定性降低，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、氨基硼烷等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还原剂，此时得到的镀层为Ni-P合金。优点是采购价格低、易溶于水、镀液容易控制，镀层性能优良。
一般来说，其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的影响很大，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，增加工艺控制的难度，所得金属沉积镀层外观也难以达到理想要求。 3)络合剂 络合剂起着重要作用，在化学镀镍工艺中的地位仅次于主盐和还原剂。如果化学镀镍溶液中不加络合剂，由于氧化镍溶解度较小，当镀液为酸性溶液时，就会发生水解，极易生成淡绿色絮状水性氧化镍沉淀，因此镀液中往往要加入络合剂。 化学镀镍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（羟乙基亚乙基二膦酸）、ATMP（氨基三亚甲基膦酸）、乙醇酸。络合剂的主要作用是络合剂能与金属离子发生反应，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。当然络合剂的浓度不能过高，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，无论是反应速度，还是镀层成分和特性，都会对镀层反应产生一定的影响。有时，为了在保持合适的反应沉积速度的同时，获得性能优异的镀层，往往将多种络合剂联合使用，以取长补短，取得较好的综合效果。此外，碱性化学镀镍液中还可以使用焦磷酸盐、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，其原理是在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，从而阻止或减轻镍离子的还原。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，还可能受到局部过热、pH值变化、有催化活性的固体颗粒存在等异常情况的影响。文档来源：从网上收集整理。word版可编辑，欢迎下载支持。导致镀液失效。由于稳定剂也是一种毒化剂，所以加入的量不能过多，否则镀液会因中毒而失去活性，镀速降低，甚至镀层失败。因此，只需加入少量即可。化学镀镍用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、六氯苯四羟基邻苯二甲酸酐等。
稳定剂除了能稳定镀液外，还具有光亮、加速和提高镀层耐蚀性等作用。特别要注意的是，稳定剂即使用量微量，也会对镀层的性能产生影响，如使用不当，易使镀层产生缺陷（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，而在碱性镀液中用量则较大。 5）缓冲剂 缓冲剂是一些弱酸（或弱碱）及其相应的盐的混合物，溶液能抵抗少量的外界强碱（或强酸）或适当的稀释，使pH值几乎不变，那么这些弱酸（或弱碱）及其相应的盐就称为缓冲剂。 酸性化学镀镍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，因为相对分子质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，硼酸也是有效的缓冲剂。6）促进剂 文档来源：从互联网收集整理。word版本可编辑。欢迎下载支持。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+离子得到强烈的配位，其还原速度受到抑制。 在该镀液中添加第二配体，削弱镍酸根离子的配位状态或改变镍配体离子的结构，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 镀液中的表面活性剂又称润湿剂，它的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。常采用阴离子或非离子表面活性剂。一般情况下，表面活性剂最适宜的加入量为镀液总质量的0.1%-0.15%。目前化学镀镍工艺中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净洗剂、TX-9、TX-10等。 8）光亮剂 光亮剂的作用是增强化学镍层的光亮度，赋予镀件一定的装饰效果。 化学镍层初镀时一般为半光亮。为提高镀层光亮可加入一些光亮剂，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、碲和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调节剂(如H2SO4、HCl、NaOH、氨水等)，以改善电镀效果。