化学镀镍溶液的各种成分

日期: 2024-04-10 17:09:03|浏览: 96|编号: 45674

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化学镀镍溶液的各种成分

优良的化学镀镍溶液对于产生优良的化学镀镍层至关重要。 化学镀镍液应包括:镍盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、光亮剂、润湿剂等。

主盐

化学镀镍液中的主要盐是镍盐,如硫酸镍、氯化镍、醋酸镍等,它们提供化学镀反应过程中所需的镍离子。 早期使用氯化镍作为主要盐,但由于氯离子的存在不仅降低镀层的耐腐蚀性,而且会产生拉应力,所以现在已经很少使用。 与硫酸镍相比,以醋酸镍为主盐有利于镀层性能。 但由于价格昂贵,没有人使用。 事实上,最理想的镍离子来源应该是次磷酸镍。 使用它不会在镀液中积聚大量的硫酸盐,也不会在使用过程中添加次磷酸钠而带入大量的钠离子。 也因其用途,由于价格因素,无法工业化应用。 目前应用最广泛的是硫酸镍。 由于制造工艺略有不同,有两种带结晶水的硫酸镍。 由于硫酸镍是主要盐类且用量较大,因此电镀时必须不断添加。 其中所含的杂质元素会在电镀液中积聚,导致电镀速度下降,使用寿命缩短。 它还会影响涂层的性能,特别是耐腐蚀性能。 因此,供应商在采购硫酸镍时,应争取提供可靠的成分检测单,以确保每批产品质量稳定。 特别要注意杂质的控制,特别是对镀液有害的重金属元素。

还原剂

最常用的还原剂是次磷酸钠,因为其价格低廉,镀液易于控制,合金镀层性能良好。 次磷酸钠易溶于水,水溶液pH值为6。它是将白磷溶解在NaOH中,加热而得的产品。 目前国内次磷酸钠制造水平很高,除满足国内需求外,还大量出口。

络合剂

化学镀镍液中除主盐和还原剂外,最重要的成分是络合剂。 镀液性能和使用寿命的差异主要取决于络合剂的选择及其匹配关系。

络合剂的首要作用是防止镀液析出、析出,增加镀液的稳定性,延长其使用寿命。 如果镀液中没有络合剂,由于氢氧化镍的溶解度较低,在酸性镀液中会析出浅绿色絮状氢氧化镍水溶液沉淀。 硫酸镍溶于水时,形成六水镍离子,有水解倾向,水解后呈酸性。 此时,氢氧化物沉淀。 如果六水镍离子中含有一些络合剂,则其抗水解能力可显着提高,甚至在碱性环境中可能以镍离子的形式存在。 但随着pH值的升高,六水镍离子中的水分子会被OH自由基取代,促使水解加剧。 为了完全抑制水解反应,所有镍离子必须被螯合以获得抑制水解的最大稳定性。 镀液中仍有不少连二磷酸盐离子,但由于次磷酸镍浓度较高,一般不会沉淀。 镀液使用后期,溶液中亚磷酸盐积累,浓度升高,容易析出白色.6H2O沉淀。 添加络合剂后,溶液中游离镍离子的浓度大大降低,可以抑制镀液后期亚磷酸镍沉淀的析出。 络合剂的第二个功能是提高沉积速率。 有很多数据表明添加络合剂后沉积速率会增加。 添加络合剂会显着降低镀液中游离镍离子的浓度。 从质量作用定律来看,不可能降低反应物浓度却提高反应速度,所以这个问题只能从动力学角度来解释。 简单来说,有机添加剂吸附在工件表面后活性增强,为次磷酸盐释放活性原子氢提供更多的活化能,从而提高沉积反应速度。 此处络合剂还充当促进剂。

可用于化学镀镍的络合剂有很多,但化学镀镍液中使用的络合剂要求其具有较大的溶解度和一定的反应活性,而且价格因素也不容忽视。 目前常用的络合剂主要是脂肪族羧酸及其取代衍生物,如琥珀酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸和甘氨酸等,或它们的盐。 在碱性浴中,使用焦磷酸盐、柠檬酸盐和铵盐。 不饱和脂肪酸很少使用,因为不饱和烃饱和时会吸收氢原子,减少还原剂的利用率。 常见的一元羧酸如甲酸和乙酸很少使用。 乙酸通常用作缓冲剂,丙酸用作促进剂。

稳定剂

化学镀镍溶液是一个热力学不稳定的体系。 由于各种原因,如局部过热、pH值升高或某些杂质的影响,镀液中不可避免地会出现一些活性颗粒——催化核心,引起镀液中的剧烈事件。 各向异性自催化反应产生大量Ni-P黑色粉末,导致镀液在短时间内分解并导致大量气泡逸出,造成不可挽回的经济损失。 这些黑色粉末是高效催化剂。 它们具有巨大的比表面积和活性,加速镀液的自发分解。 电镀液在几分钟内就会变得毫无用处。 稳定剂的作用是抑制镀液的自发分解,使电镀过程在控制下有序进行。 稳定剂是一种毒化剂,即有毒的催化剂。 只需添加微量即可抑制镀液的自发分解。 不要使用过多的稳定剂。 如果太多,电镀速度就会降低,并且不再发生电镀现象。

我们把以往使用的稳定剂大致分为四类:

1、第六主族元素S、Se、Te的化合物;

2.某些含氧化合物;

3.重金属离子

4.水溶性有机物。

上述描述以次磷酸盐作为还原剂为例,但基本原理也适用于硼化胺浴。 然而,在高碱性硼氢化钠浴和 90°C 的温度下,一些稳定剂往往会分解、沉淀并变得无效。 有报道称使用铊盐是有效的。 此外,硝酸铊可以提高较低温度下镀液的沉积速率。 铊盐可以共沉积在 Ni-B 涂层中,有时含量高达 6%。

加速器

为了提高化学镀的沉积速度,在化学镀镍溶液中添加了一些化学物质。 它们具有提高电镀速度的作用,称为促进剂。 促进剂的作用机理一般认为是还原剂次磷酸根中的氧原子可以被外部酸根取代,形成配位化合物,或者是由于促进剂阴离子的催化作用所致。从而形成杂多酸。 在位阻作用下,HP键能减弱,有利于次磷酸根离子的脱氢,即增加次磷酸的活性。 实验表明,短链饱和脂肪酸的阴离子和至少一种无机阴离子可以取代氧,促进次磷酸盐脱氢,加快沉积速度。 化学镀镍中的许多络合剂也起到促进剂的作用。

缓冲

由于化学镀镍过程中会产生氢离子,溶液的pH值随着镀覆过程逐渐降低。 为了稳定电镀速度并保证镀层质量,化学镀镍系统必须具有pH缓冲能力,这意味着它可以在电镀过程中使用。 电镀过程中pH值不会发生太大变化,在一定pH范围内可维持在正常值。 某些弱酸(或碱)及其盐的混合物可以抵消少量外部酸或碱和稀释对溶液pH值变化的影响,使其在较小的范围内波动。 这种物质称为缓冲剂。 缓冲剂的缓冲性能可以通过pH值和酸浓度的变化图来表示。 酸浓度在一定范围内波动但pH值基本保持不变的体系具有良好的缓冲性能。 化学镀镍液中常用的一元或二元有机酸及其盐不仅具有络合镍离子的能力,而且还具有缓冲性能。 酸性镀液中常用的HAC-NaAC体系具有良好的缓冲性能,但醋酸盐的络合能力很小,一般不用作络合剂。

其他组件

与电镀镍一样,在化学镀镍液中添加少量表面活性剂,可以帮助气体逸出,减少镀层的孔隙率。 另外,由于所使用的表面活性剂还起到起泡剂的作用,当电镀过程中释放出大量气体时,镀液表面会形成一层白色泡沫,不仅可以保温,还可以减少电镀液的蒸发损失,并减少酸味,也使许多漂浮的污垢被困在泡沫中而易于清除,从而保持电镀件和电镀液的清洁。 表面活性剂是一种物质,当加入极少量时,可以显着降低溶剂的表面张力和界面张力,从而改变体系的状态。 在固液界面处,由于固体表面原子或分子的价键力不饱和,因此与内部原子或分子相比,能量相对较高。 特别是金属表面是高能表面之一。 当它与液体接触时,其表面能总是降低。 换句话说,金属的固气界面很容易被固液界面所取代(润湿的定义是吸附在固体表面的气体被液体取代)。

化学镀镍是一种功能性镀层,一般不用于装饰,因此对亮度没有要求。 但也有人在酸性化学镀液中使用苯基二磺酸钠等光亮剂进行镀镍,以达到一定的效果。 据报道,蛋白质、萘磺酸、脂肪醇磺酸盐和糖精在醋酸盐缓冲镀液中具有增亮作用。 一些金属离子稳定剂还起到光亮剂的作用,例如镉离子、铊离子和铜离子,它们被认为是与Ni-P共沉积的原因。 添加微量的铜离子会改变涂层的结构,使其具有镜面般明亮的外观。 但目前,由于出口欧盟国家的产品明确要求涂层不得含有铅、镉、汞、六价铬等重金属,因此在选择光亮剂时一定要慎重。

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