细长管内孔均匀化学镀镍的研究
2008年5月 材料保护 V01.41第5期 2008年5月 细长管内孔均匀化学镀镍研究 （1.北京有色金属研究总院，北京 ；2.北京宇研粉体新材料有限公司，北京 ） [摘要]采用镀液流量和反应温度控制相结合的化学镀新工艺，实现厚度3 mm～3000 mm长铝管内孔均匀镀镍。采用镀液流量和反应温度控制相结合的化学镀新工艺，通过SEM研究了镀液流量对镍镀层厚度及组织的影响。结果表明：在流量160～990 mL/h范围内，镍镀层厚度和组织均匀，可在长管内孔沉积均匀、致密、光亮的镍层； 在0～/h范围内，随着流量的增加，沉积速度先增大后减小，镀层结构由致密到致密再变为疏松多孔。在374ml/h时，最大沉积速度为141ml/h，分别为镀液流量0ml/h和/h的2.9倍和8.8倍。[关键词]化学镀；细长管；内孔；镀液流量；镀层厚度；结构；形貌[中图分类号]TQ153.1[文献标识码]A[文章号]1001-1560(2008)05-0039-030引言化学镀镍具有优良的耐蚀、耐磨、可焊接等特性，广泛应用于航空航天、兵器、电子、石油、化工、机械、电力、制药、食品等行业......
长管在石油、化工等领域应用十分广泛，其中很大一部分要求内孔具有良好的耐腐蚀性能，内孔化学镀镍是一种很好的解决方案。传统的化学镀方法难以保证镀液在长管内的循环，影响内孔镀层的质量和均匀性。日本专利报道了对长管内孔镀层的研究，主要利用循环泵使镀液在管内朝一个方向流动，在内孔表面镀上一层金属。但在长管内，随着化学镀液的反应和沉积，镀液组分在管内形成梯度，容易导致镀层厚度不均匀。我国研究人员对此进行了改进，通过调整镀液的流向，原则上可以将均匀镀层的长度增加1倍，但不能保证较长管内孔镀层的均匀性。目前，对细长管内孔化学镀的文章很少。 要从根本上解决镀层均匀性问题，一个必要条件就是保证化学镀液成分的均匀性。基于这一指导思想，采用一种细长管内孔均匀化学镀镍的新方法，即镀液流量与反应温度控制相结合的方法，研究了镀液流量对镀层厚度及微观结构的影响，此方法已申请专利。1.实验以直径3mm～的纯铝管为镀层对象，以自制的[收稿日期]2007-12-28管式电阻炉为加热设备，工件与电阻炉以10～/min的速度作连续相对运动，采用100～1L蠕动泵控制液体流量。
工艺步骤为碱性除油、酸洗、二次浸锌处理后再进行碱性化学预镀镍、酸性镀镍。每道工序后都用去离子水清洗，每道单独的液流都通过独立的管道与工件接口相连。碱洗溶液为4%~5%的NaOH溶液，60~65℃碱洗3~5分钟，用去离子水冲洗两次，先用热水，再用冷水。用1：1的HNO，溶液在室温下酸洗1分钟，再用去离子水冲洗两次。 第一次浸锌所用的碱溶液配方及工艺为：90-100L ZnO、500-600g/L NaOH、10-15L酒石酸钠、1g/L FeCl，室温下浸泡1分钟，再用去离子水冲洗，再用1：1的HNO，溶液除锌，再用去离子水冲洗，然后用上述碱性浸锌溶液在室温下浸泡30-50s，再用去离子水冲洗。 ６Ｈ２０，１０—１５g／ＬＮａＨ２Ｐ０２Ｈ２０，９０—１００g／ＬＮａtor ，４０一５０g／ＬＮａmonicａ，ＰＨ值８．５—９．５，温度４０—４５，时间５min。然后进行酸性化学镀镍，其配方及工艺为：２５—３０g／ＬＮｉＳ０４６Ｈ２０，２５—３０g／ＬＮａＨ２Ｐ０２Ｈ２０，２０—２５ｍＬ／Ｌ，２０—２５g／Ｌ，ＰＨ值４．５－５．０，温度８４２，时间30min，镀液剂量为０—１４０００ｍＬ／h。
采用LEO 1450扫描电镜测量观察镀层厚度及微观组织，采用KEVEX-sigma能谱仪进行成分分析。 一３９—细长管内孔均匀化学镀镍研究样品的工艺参数及镀层厚度如表1所示。 表1 样品的工艺参数及镀层厚度镀层厚度/盖2.44.17.05.54.03.22.51.20.8 注：AI为对500 mm长铝管进行试验，取中间部分进行测厚。 2 试验结果与讨论 2.1铝管内孔镀层均匀性图1为样品A2的分割示意图。 将3m长管A2截成10等长，以镀液流入的一端定义为头，流出的一端定义为尾。从头到尾分别记为A2-1…A2-10。其它样品的标记方法类似。3m长纯铝管用手握住中间时，铝管两端下垂。但化学镀镍完成后，用手握住中间时两端不下垂，说明有镀层，铝管刚性增强。图1长管A2的分段示意图。用线切割将整根铝管切开，发现镀层均匀光亮，线切割处无镀层剥落。 在长管中段两端及尾部（A2-1、A2.5、A2-10）处取样，用SEM测得涂层厚度分别为4.0、4.1、4.1μm。因此，涂层平均厚度为（4.10.1）1xm。图2为样品A2.1和A2.5涂层横截面的SEM形貌。
图3为样品A2-5镀层的能谱分析，通过镀层成分分析发现，Ni为87.54%、P为12.46%（原子分数），未发现Al，说明镀层致密。 “a)A2-1(h)A2-5E/keV图3样品A2.5镀层形貌及能谱分析结果2.2镀液流速对镀层厚度及表面形貌的影响研究了0～/h范围内化学镀液流速对镀层厚度的影响，根据表1得到化学镀液流速与镀层厚度关系曲线（见图4）。从图4可以看出，随着流速的增加，镀层厚度急剧增加，最大值出现在374mL/h附近，随后急剧下降，在/h以后下降缓慢。374mL/h时镀层厚度最大值为7μm，分别是镀液流速为0mL/h和/h时的2.9倍和8.8倍，说明合适的流速有利于获得最大的沉积厚度。 镀液流量/(mL 图4 化学镀液流量与镀层厚度关系肉眼观察切割好的长管内孔镀层，发现样品A1~A4镀层光亮，A5镀层颜色开始变暗，出现浅黑色条纹；随着流速的增加，A6~A9镀层颜色慢慢变暗，浅黑色条纹由浅黑色变为黑色。图5为样品表面形貌，从图5可以看出，A1.5镀层比较致密，存在一些孔隙(见图5a)，A3-5和A4-5镀层致密(见图5b、图5c)，A95镀层变得不那么致密，出现条纹(见图5d)，白色区域为疏松多孔的镀层(见图5e)，黑色区域为较为致密的镀层(见图5f)。
A3-5表面形貌为何不呈“颗粒状”而与其他条件下镀层形貌不同，有待进一步研究。影响长管内孔化学镀层沉积的主要因素有两个，即铝与镀液界面处镀液浓度和镀液对沉积的NiP颗粒的冲刷作用。当镀液静止时，界面镀液浓度逐渐降低，得不到充分补充，产生的气体无法排出，形成针孔（镀层孔隙），故沉积速度慢，镀层不致密。当镀液流速增大时，界面镀液浓度增加缓慢，可以带走产生的气体，但同时也增大了镀液对析出的NiP颗粒的冲刷作用。在沉积速率达到最大值之前，前者的影响远大于后者。增大流速有利于提高沉积速率，并获得更致密的镀层（见图5b）； 随着流速的进一步增大，界面镀液浓度基本稳定，因此其对沉积速率的影响基本保持不变，而镀液对析出的NiP颗粒的冲刷作用增强，使部分颗粒无法沉积在内孔表面，甚至镀层变得疏松多孔(见图5e)，沉积速率急剧下降。结论图5 部分镀层表面形貌(1)在镀液流速为160～990mL/h，温度为(842)条件下，采用结合镀液流量、控制反应温度的化学镀方法，可以在长铝管内孔镀上均匀致密的镍层。(2)在0～14000 mL/h范围内，随着流速的增大，沉积速率先增大后减小。
在374 mL/h时,最大沉积速率为14 100 mL/h,分别是流量0 mL/h和14 000 mL/h时的2.9倍和8.8倍。(3)在0～14 000 mL/h范围内,随着流量的增加,镀层结构由致密到致密再变为疏松多孔。李宁.化学镀实用技术[M].北京:化学工业出版社,2004:1-28。李宁,王宏建,杨银娥.细长管内壁化学镀镍[J].电镀与环保,1994,14(5):9-11。 S.一种清洗液清洁的方法[P].JP Pat:,1988-08-12。吴杰,高继东,陈松。 一种罐外化学镀方法及设备[P].中国专利：.0，1996-12-18。 张秀玲，王树伟.细长管内壁减压化学镀Ni.P合金的研究[J].材料保护，1996，29（1）：21-22。 王林山，张小勇，褚建新，等.长管表面局部化学镀方法[P].中国专利：2.8，2007-01-24。 [编辑：段金娣] 西安华兆电子石油科技有限公司-新型环保电接触面润滑防护材料 西安华兆电子石油科技有限公司是一家专业从事电接触面三防、润滑、防护材料研究、销售的高新技术企业。
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润滑性好。降低电接触表面间的摩擦系数，减小作用分离力，从而抑制磨损，提高电接触表面的可靠性和使用寿命。是减少金、银、锡等贵重金属消耗的有效方法。当镀层特别是镀金层减薄到一定厚度并在其表面涂敷相应的润滑保护涂层时，可获得与减薄前相同的效果。甚至更好。 产品列表 分类 油性 水溶性 溶剂型 Z-9203 YJ-9201 金 SJ-2004 金 TL-1589 金、镀层 I. X-9206 锡 型号 SY-9805 银 LX-2006 锡 类型 镀层 YX-9202 Z-9203-1 锡 台湾金 ST-2003 铜 U-9204 金层 I. N-9402 镍 多种 镀层 YT-2002 铜 SX-2002 锡 LY-9205 银 锡 台湾金 SN-2006 LY-9308-1 银 TI-7 多种 C-310 多种 LY-9808 银镀层 镀层合金 LT-9307-1 铜 T-9907 铜 J、三元合金 温度 -60-100℃ -60～120℃ -55-260℃ 单价 200～2000元、镀层 200-2000V/kg公司名称：西安华兆电子石油技术有限公司电话： ）