技巧：镀黑镍工艺及其故障排除
01 简介
黑镍镀层是金属相与非金属相混合沉积的镀层，并不是镍和锌形成的合金固溶体。
不同镀液配方所形成的镀层成分略有不同，但镍盐、锌盐、硫氰酸盐镀液所获得的黑镍镀层基本含镍40%~60%，锌20%~30%，硫10%~15%，有机物约10%。
镀液中的金属离子并不是单独放电沉积在阴极上，而是与阴极上硫氰酸盐还原的硫离子发生反应，生成NiS和ZnS，这些非金属硫化物随镍离子的放电沉积在阴极上沉积下来，从而形成黑色镀镍层。
黑镍镀层厚度一般在2μm左右，由于镀层性能及组织原因，其耐蚀性、耐磨性较差；黑镍镀层在钢基体上的结合强度较差。
因此，在钢上镀黑镍时，需先镀铜或镍作为打底层，以改善其与基体的结合力，增强其耐腐蚀性能和耐磨性能。
黑镍电镀主要应用于光学工业、武器制造业、建筑材料、装饰日用品及铭牌加工等行业。
黑镍对太阳辐射的吸收率很高，目前被广泛应用于太阳能集热器中，为节约能源做出了应有的贡献。
01黑镍电镀液配方、工艺流程及工艺规范
1 流程
钢铁件：化学除油─电解除油─清洗─活化─清洗─镀紫铜─清洗─稀酸浸泡─清洗─酸性镀铜─清洗─镀黑镍。
黄铜件：化学除油─清洗─活化─氰化物镀铜─清洗─稀酸浸泡─清洗─镀黑镍。
2.电镀液配方及工艺规范
02 黑镍电镀液配方中各组分的作用
1 硫酸镍（或氯化镍）
它们是镀液中的主要盐类，在镀液中起双重作用：一方面与硫氰酸盐还原的硫离子反应生成NiS；另一方面利用自身的沉积作用与NiS、ZnS及一些有机物混合沉积在阴极上，形成黑色镀镍层。
2 硫酸锌（或氯化锌）
它们在镀液中还起着双重作用：一方面，在含有硫氰酸根的镀液中，Zn2+的存在可使阴极电位变负，使硫氰酸根在阴极被还原为硫离子；另一方面，镀液中的Zn2+与游离的硫离子发生反应，生成的ZnS混入到Ni2+在阴极放电生成的沉积物中，从而形成黑色镀镍层。
另外，Zn2+在镀黑镍中也是发黑添加剂，因此锌盐是镀黑镍溶液中不可缺少的组分。
3.硫氰酸铵（或硫氰酸钾）
它们在镀液中提供硫离子，是镀层黑度的调节剂，因此，黑镍镀液中应有足够的硫氰酸盐，使其在电化学机理作用下释放出足够的硫离子与Ni2+、Zn2+发生反应，生成足够的硫化物与Ni2+一起在阴极上沉淀，形成合格的黑镍镀层。
如果镀液中硫氰酸根含量较低，会造成低电流密度区镀层不够黑或出现不规则的黑色条纹。
4 硫酸镍铵
能提高镀液的导电性，并提供备份镍离子，有利于镀层致密。
5.硼酸
它充当缓冲剂来调节电镀溶液的pH值。
03常见故障及排除方法
1 沉积时间长，镀层不呈黑色，而是呈灰色或黄褐色，甚至出现条纹
此故障是由于镀液温度过高或电解分解太大而引起的，但主要是由于镀液中锌含量太少造成的。
当镀液中ZnSO4过少时，Zn2+影响阴极电位转负的作用较小，硫氰酸盐在阴极不能还原足够的硫离子与Ni2+、Zn2+反应生成NiS和ZnS，也没有足够的非金属硫化物与Ni2+一起沉积在阴极上，导致镀层不是黑色，而是灰色或黄褐色。
出现此故障时，应按工艺要求调整镀液温度、电流密度，如仍不行，则应分析镀液中ZnSO4(或ZnCl2)的含量，然后按工艺规定进行补充。
2.涂层脱落。
此类失效一般是由于零件除油不彻底，或pH值过高所致；但当镀液中硫氰酸盐过多、ZnSO4过少时，也会导致镀层起皮、脱落。
由于ZnSO4含量过少，会影响阴极的负化作用，造成大量硫氰酸根浮在镀件表面，镀液中的Ni2+需要穿过薄而又不均匀的硫氰酸根浮层才能排出并沉积在阴极上，造成镀层起皮、脱落。
解决方法是加强镀前处理，调节pH值至工艺规定，若故障仍然存在，需对镀液中ZnSO4和含量进行分析。
若硫氰酸根过多，应采用电解法除去过量的硫氰酸根；若ZnSO4过少，应按工艺规定进行补充。
3.涂层颜色不规则
此类故障多是由于电流密度太低或导电性差，或沉积时间太短造成的。
当硫氰酸根含量较低时，即使阴极变为负极，也不可能放出大量的S2+与Ni2+、Zn2+反应生成硫化物。
不含硫化物夹杂的镀层不够黑，只能产生深浅不均匀的有色镀层。
消除此故障的方法是检查导电系统的导电性能，调整电流密度至工艺规定，延长沉积时间。若镀层仍带色，则应分析镀液中硫氰酸盐的含量，然后按工艺配方的要求进行调整。
4.涂层粗糙、不平整、有花斑。
镀液温度过低或电流密度过大，都会降低镀液中金属离子的转移功能，非金属硫化物难以包覆在Ni镀层中。
由于电流过大，电流迫使夹杂少量硫化物的少量金属离子沉积在阴极上。根据尖端放电原理，零件边缘处沉积量大，镀层厚而粗糙，颜色较深；零件中心处电流小，镀层较薄，颜色浅。
如果这种情况发生在同一个部件表面，就会形成粗糙、不平整、花斑的镀层。这个问题可以通过提高镀液温度和降低电流密度到工艺范围内来解决。
5 涂层有不规则黑色条纹
原因：镀液中锌盐、硫氰酸盐含量太少，由于电化学机理，镀液中非金属硫化物含量低，少量硫化物混入Ni2+中放电沉积在阴极上。电化学沉积优先在高电位区进行，低电位区沉积层薄；因此在同一零件表面沉积出不同规则、不同厚度的黑镍镀层。
出现此故障时应根据镀液分析报告按工艺规定补充锌盐和硫氰酸盐。
6 同一镀架上，靠近镀槽底部的部位镀层出现白点
镀液pH值过低、镀液中有机杂质过多造成镀液粘度过大、前道镀镍液中润湿剂太少、氢气泡吸附在底镀件表面无法逸出等，都会使底镀件出现白点。
可通过调节pH值至工艺规定、用活性炭处理有机杂质、补充原镀镍液中的润湿剂含量、加强阴极运动或空气搅拌使氢气泡不能停留在镀件表面等措施来消除此故障。
防范措施
（1）黑镍镀层为金属相、非金属相及有机物的混合镀层，沉积层的导电性比纯金属差，因此，挂具在镀槽中使用3～4次后，应将其浸入盐酸中，除去其表面的黑镍层，以提高挂具的导电性。
（2）黑镍层由于其性能和结构原因，电镀后需进行防锈处理。
（3）设备进罐前应通电，防止断电。
04 结论
黑镍镀层是由金属镍、锌、硫化镍、硫化锌、有机物等组成的沉积层。因此，在电镀过程中，应严格控制镀液中Ni2+与Zn2+、S2–与Zn2+的比例，促使它们在一定条件下相互转化或化合。
另外，必须遵循操作规范（如电流密度、镀液温度及pH值等都应控制在工艺范围内），为反应创造良好的条件，才能获得合格的黑镍镀层。