化学镀镍及其原理
化学镀镍及其原理 标题：化学镀 化学镀镍 化学镀镍的化学反应 化学镀镍的热力学 化学镀镍的关键技术 化学镀镍应注意的问题 化学镀镍应用概述： 化学镀是一种新型的金属表面处理技术，因其工艺简单、节能环保而日益受到人们的青睐。它是在不外加电流的条件下，利用适当的还原剂将镀液中的金属离子还原为金的镀覆方法。化学镀技术是在金属的催化作用下，通过可控的氧化还原反应产生的金属沉积过程。它既有沉积的特点，又有一定的特殊性能。另外，由于化学镀技术废液排放少、环境污染小、成本低，已在很多领域逐渐取代电镀，成为一种环保的表面处理工艺。目前，化学镀技术已广泛应用于电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等行业。 原理（简称：化学镀是利用强还原剂在含有金属离子的溶液中形成致密镀层的一种方法。化学镀的常用溶液：化学镀银、镀镍、镀铜、镀钴、镍磷镀液、镍磷硼镀液等。目前，化学镀镍多采用以次磷酸盐为还原剂的自催化沉积反应态理论。概念：用电解或化学的方法在金属或某些非金属上镀上一层镍的方法叫镀镍。镀镍层用主盐酸称PH值。镀件上沉积一层均匀的暗镍层。化学镀镍是在有金属盐和还原剂的溶液中，通过自催化反应，在材料表面获得镍层的方法。
经过多年的不断探索和探讨，化学镀镍在近几年已经极为成熟，例如Q/YS.602（益顺）化学镀镍水几乎适用于所有金属表面镀镍。如：钢镀镍、不锈钢镀镍、铝镀镍、铜镀镍等。也适用于非金属表面镀镍。例如：陶瓷镀镍、玻璃镀镍、金刚石镀镍、碳片镀镍、塑料镀镍、树脂镀镍等。适用范围极为广泛。 发展历史 发展历史 化学镀镍与电镀的历史发生在20世纪70、80年代初，1844年A.沃茨发现用次磷酸盐可以从金属镍盐的水溶液中还原金属镍并沉积下来。化学镀镍技术真正发现并应用至今，是1944年美国国家标准局的A.和G.，他们搞清了镀层的催化性质，发现了沉积。 无粉镀镍法使得化学镀镍法成为第二次世界大战电镀法，1955年创制商品名为“化学镀镍法”。在国外，特别是美国、日本、德国，化学镀镍已成为一门非常成熟的高新技术，广泛应用于各工业部门。我国化学镀镍工业生产起步较晚，但近几年进展很快，不仅发表了大量论文，参加全国化学镀会议的厂家多达300多家，但这个数字在当时应该是极为保守的，预计2008年我国化学镀镍市场规模将达到300亿元，并且每年以10%～15%的速度在增长。目前，化学镀镍（镍-磷合金）的沉积机理主要有四种，即原子氢理论、氢化物输运理论、电化学理论和羟基-镍离子配位理论。
目前最为接受的理论是原子氢理论： 金属镍沉积在亚氢表面： Ni2++2[H]-→Ni+2H↑ 自由基分解生成磷酸；原子氢也会合成氢气并放出： H++H-→H2+ 总反应为： Ni2++H2PO2-+H2O→HPO32-+3H++Ni 镍原子与磷原子共沉积形成镍磷合金层： Ni+P→NI-P〔固溶体或非晶态〕四、化学镀镍的热力学 化学镀起源于化学镀镍，化学镀镍已有66年的历史，但作为一门高新技术，已成为国内外争论的热点。化学镀镍溶液的基本组成由主盐（镍盐）、还原剂、络合剂、缓冲剂和稳定剂等组成。 化学镀反应进行的必要条件是镀液中还原剂的氧化电位必须低于氧化剂（Ni2+）的氧化电位，常用的符合这一条件的还原剂有次磷酸钠、肼、氨基硼烷和硼氢化钠等。络合剂是镀液中除主盐和还原剂外最重要的成分，其主要作用是在镀液中形成镍络合物，降低游离镍离子浓度，稳定镀液，抑制氢氧化镍和亚磷酸镍的沉淀，维持整个化学镀过程的稳定性。因此，络合反应的热力学探讨对化学镀镍工艺的理论和实践具有重要意义。有关化学镀镍中多元有机酸络合反应的热力学模型及分析仅见于文献[8]。 一是缺少针对不同酸根数(n=1,2,3)的有机酸络合反应的热力学模型,而没有一个通用的模型,造成模型繁多,使用不便；二是模型计算时没有考虑反应物和产物浓度对平衡时吉布斯自由能G值及镀液pH值(G>0时)的影响,计算误差较大；三是没有系统地计算分析模型中相关参数对G值的影响。
针对上述不足，本文以热力学函数吉布斯自由能（G）为准则，以次磷酸钠为还原剂，琥珀酸、三元酸硼酸和四元酸焦磷酸四种络合剂为例，建立了n-酸与镍盐络合反应的通用热力学模型，研究了pH值、温度、络合率及络合剂类型对化学镀镍络合反应热力学过程的影响。热模型的建立在化学镀镍过程中，n-酸络合剂与镍盐的总量[HL]及热力学配位平衡中的G值不仅与化学镀镍的工艺条件（如硫酸镍盐和络合剂的初始摩尔浓度[Ni2+]、施镀温度T、n-酸的络合率xpH值等）有关，还与络合剂的类型有关（不同的络合剂有不同的电离常数Kn）。 在任何镀镍化学反应中，必定有以下步骤：反应物在表面浓缩；反应物在催化表面吸附；在催化表面发生化学反应；产物从表面层解吸；产物浓缩离开表面。这些步骤都是化学控制的。根据动力学基本原理，反应最慢的一步是整个沉积反应的控制步骤。化学镀镍的五大关键技术（1）化学镀镍溶液可回收再利用，连续使用可大大减少镀镍废水的排放，对提高经济效益和保护环境具有重要意义。（2）与镀液相比，pH值的降低幅度减小。镀层中pH值的降低是由于调节pH值，镀液的缓冲能力增加所致。随着镀层次数的增多，旧镀液中镍盐的利用率逐渐提高，镀速提高较快，劳动生产率也会相应提高。所得镀层外观优于同等条件下的镀液。
〔3〕镀液离子浓度。首先遇到的问题是镀件面积大，所需镀液量太大。镀槽内不同位置镀液中Ni离子浓度不均匀：靠近镀件表面处，由于Ni已发生化学反应生成镍磷合金镀层，附着在设备表面，因此镀件周围镀液离子浓度较低；而其他地方镀液离子浓度较高，生产中不易检测和控制。为此，进行了些实验。初期实验中，镀件平放于镀槽底部，镀液在换热器管内流动是强制性的，换热器一端用封头封住，并接上循环水泵，使用循环水泵，导致镀件表面形成NiP合金颗粒，无法沉积，最终导致镀件两端镀层不良。 后来发现化学镀镍在反应过程中会产生大量的氢气，这些气体会自然浮到水面，从而带动镀液循环。因此，将热交换器一端抬高，形成一定的倾斜角度，反应过程中产生的气体在浮力作用下有一定的倾斜角度，浮力面积大，反应剧烈，产生的气体量巨大。大量气泡的流动带动镀液的流动，使镀液从热交换管的一端流到另一端，然后再从热交换管外循环到这一端，形成对流；这样镀液浓度均匀。与电镀相比，化学镀镍有以下缺点：所用溶液的稳定性较差，溶液的维护、调整和再生都比较困难。镀液硬度高，镀层厚度均匀，焊接性好，深镀强度好，化学稳定性高。
加强镀液整体对流，接受循环水泵抽吸的方式，将镀液从镀槽一端抽吸，流入另一端，方向与化学镀反应自动形成的对流循环方向一致，加强镀槽内镀液整体流动性，使镀液中离子浓度分布更加均匀。镀镍面积问题由于镀件较大，液量大，化学反应不易控制，导致镀件生产中镀件易形成阴阳面，即镀件上下表面镀层亮度、致密性、孔隙率不均匀：上表面镀层粗糙，金属颗粒大，孔隙率高，易生锈；下表面手感光滑，孔隙率低，致密性好。造成这种现象的原因有多种，在后续生产中也实施了多种措施进行改善。 改进配制镀液所用的水。用加热到90℃沉淀的水代替自来水。由于所用的自来水沉淀物。假设在镀液中生成此类粒子，随着它们的生成，粒子表面具有很大的表面活性和能量，能起到高效的催化作用，使Ni及（合金）小粒子沉积下来。小粒子在镀液中漂移、生长，然后沉积在镀件上表面。渡槽的内衬材料要按时更换。原来镀槽是橡胶内衬，使用一段时间后会自然老化。考虑到橡胶成本较高，将涂有847漆的部件在实验室进行煮沸试验，连续煮沸36小时，将漆涂在镀槽内侧，代替橡胶内衬。但用847漆作内衬，需高温烘烤固化，工艺简单，麻烦。
于是又经过试验，901镀层。化学镀镍的七大应用航空航天工业航空工业是化学镀的主要用户之一，比较突出的应用有：文献区价格介绍美国俄克拉荷马航天中心和美国西北航空公司自1979年和1983年取得的空前进展，镀层厚度平均净增27～75%。化学镀镍表面耐腐蚀、耐磨，可切割、焊接。化学镀镍在航空航天中起着重要作用。汽车工业中乙醇、汽油等混合燃料的使用，提高了燃油系统的腐蚀可靠性和使用寿命。化学工业化学工业采用化学镀镍技术代替昂贵的耐腐蚀合金解决问题，提高操作安全性和生产运输可靠性，取得良好的技术经济竞争力。石油天然气提高油泵质量，降低生产成本。食品加工工业目前，食品包装机械中不直接与食品接触的零部件是化学镀镍在食品加工中的重要应用。 采矿业在一些露天采矿生产中，使用高压泵和喷射泵喷嘴来防止机械零件过早损坏。