目前的电镀镀镍溶液的配方是什么?

日期: 2024-07-07 02:04:20|浏览: 73|编号: 79016

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目前的电镀镀镍溶液的配方是什么?

目前广泛使用的化学镀镍溶液大致可分为酸性镀液和碱性镀液两种,虽然化学镀镍溶液的组分根据不同的用途有相应的调整,但一般都是由主盐、还原剂络合剂、缓冲剂、稳定剂、促进剂、表面活性剂等组成,下面分别讨论各组分的作用。

(1)主盐

化学镀镍液的主盐是可溶性镍盐,既能提供金属镍离子,又能在化学还原反应中起氧化剂的作用。可供使用的镍盐有硫酸镍(NiS04•7H20)、氯化镍(NiCl2•6H20)、醋酸镍[Ni()2]、氨基磺酸镍[Ni()2]、次磷酸镍[Ni(H2P02)2]等。早期以氯化镍为主盐,但因Cl-的存在会降低镀层的耐蚀性,并产生拉应力,现已不再使用。醋酸镍和次磷酸镍价格昂贵,目前使用的主盐为硫酸镍。由于制备工艺不同,含结晶水的硫酸镍又有NiS04•6H20和NiS04•7H20两种。 常用的是NiS04•7H20,相对分子质量280.88,绿色晶体,100℃时100g水中溶解度为478.5g,溶液为深绿色,pH值为4.5。

从动力学分析,镀液中Ni2+浓度增加,沉积速度应增加。但实验表明,由于络合剂的作用,主盐浓度对沉积速度影响不大(镍盐浓度特别低时除外)。一般化学镀镍溶液配方中镍盐浓度保持在20-40g/L,或Ni4-8g/L。当镍盐浓度过高,使部分游离Ni2+存在于镀液中,镀液稳定性下降,得到的镀层往往颜色较暗,色泽不均匀。在通常的主盐浓度范围内,镍盐与络合剂、镍盐与还原剂的配比对镍的沉积速度都有影响,它们都有一个合理的范围。Ni2+与H2P02-的摩尔比应在0.3~0.45之间,这样才能保证化学镀镍溶液既有最大的沉积速度,又有良好的稳定性。

(2)还原剂

化学镀镍所用的还原剂有次磷酸钠、硼氢化钠和肼等,它们的共同结构特点是含有两个或两个以上的活性氢,Ni2+的还原是靠还原剂的催化脱氢进行的。用次磷酸钠可得到Ni-P合金镀层,用硼氢化钠可得到Ni-B合金镀层,用肼可得到纯镍镀层。

在化学镀镍中,次磷酸钠因其价格低廉、镀液易控制、制备的Ni-P合金镀层性能优良等特点,多用作还原剂。次磷酸钠易溶于水,水溶液的pH值为6。次磷酸根离子的氧化还原电位为-1.065V(pH=7)和-0.882V(pH-4.5),在碱性介质中为-1.57V,所以次磷酸钠是一种强还原剂。

研究表明,只有在络合剂配比合适的情况下,次磷酸盐浓度的变化才会对沉积速度产生影响,随着次磷酸盐浓度的提高,镍的沉积速度也随之提高。但次磷酸盐的浓度也是有限制的,其与镍盐浓度的摩尔比不宜大于4,否则易造成镀层粗糙,甚至诱发镀液的瞬时分解。次磷酸钠的一般含量为20-40g/L。

研究还表明,在保证化学镀镍溶液具有足够稳定性的情况下,尽可能高的pH值有利于提高镍的沉积速度和次磷酸钠的利用率,但同时会降低镀层中的磷含量。

(3)络合剂

化学镀镍液中的络合剂除了控制可供反应的游离Ni2+浓度外,还能抑制亚磷酸镍的沉淀,提高镀液的稳定性,延长镀液寿命。有的络合剂还起缓冲剂和促进剂的作用,提高镀液的沉积速度,影响镀层的综合性能。化学镀镍用的络合剂一般含有羟基、羧基、氨基等,常用的络合剂有乳酸、乙醇酸(羟基乙酸)、苹果酸、氨基乙酸(甘氨酸)、柠檬酸等。碱性化学镀镍液中的络合剂有柠檬酸盐、焦磷酸盐、氨水等。

通常每一种镀液都有一种主络合剂,并配以其它辅助络合剂。络合剂的种类不同、络合剂用量不同对化学镀镍的沉积速度有很大的影响。合理选择络合剂及其用量,不但能在同等条件下获得较高的镀层沉积速度,而且能使镀液稳定,延长使用寿命。从根本上讲,化学镀镍液在操作过程中是否稳定,并不简单地取决于镀液中是否加入了某种稳定剂,更重要的是取决于络合剂的选择、搭配和用量是否合适。因此,络合剂的选择,不但要使镀层的沉积速度快,而且要使镀液稳定,使用寿命长,镀层质量好。

络合剂的浓度至少应能络合全部镍离子。因此,乳酸、乙醇酸、氨基乙酸的摩尔浓度至少应为Ni2+摩尔浓度的2倍,而酒石酸、柠檬酸的摩尔浓度至少应等于Ni2+摩尔浓度。如果络合剂的浓度不足以络合全部Ni2+,以致溶液中游离Ni2+浓度过高,镀液的稳定性会下降,镀层质量会变差。

(4)缓冲区

在化学镀镍反应过程中,除了有镍和磷的沉淀生成外,还会产生氢离子,使溶液的pH值不断降低。这不仅减慢了沉淀速度,而且影响镀层的质量。因此,在化学镀镍溶液中必须加入缓冲剂,使溶液具有缓冲能力,即在电镀过程中溶液的pH值不会变化太大,能保持在一定的范围内。

(5)稳定器

化学镀镍液为热力学不稳定体系,在电镀过程中,若因加热方法不当而出现局部过热,或因镀液调整、补充不当造成局部pH值过高,或因镀液污染或缺乏足够的连续过滤而引入或形成杂质,都会引发镀液中剧烈的自催化反应,生成大量的Ni-P黑色粉末,使镀液在短时间内分解。因此,应在镀液中加入稳定剂。

稳定剂的作用是抑制镀液的自发分解,使电镀过程有控制地有序进行。稳定剂能优先吸附在粒子表面,抑制催化反应,从而掩盖催化活性中心,阻止粒子表面的成核反应,但又不影响工件表面正常的化学镀过程。但必须注意的是,稳定剂是化学镀镍毒剂,也就是反催化剂,只需微量即可抑制镀液的自发分解。稳定剂不能过量使用,过量使用,好的话会降低镀速,坏的话会不再起镀,所以必须慎用。

以下是化学镀镍中常用的稳定剂。

①重金属离子,如Pb2+、Sn2+、Cd2+、Zn2+、Bi3+等。

②第ⅥA族元素S、Se、Te的化合物,如硫脲、硫代硫酸盐、硫氰酸盐等。

③某些含氧化合物,如AsO2-、M0042-、NO2-、IO3-等。

④某些不饱和有机酸,如马来酸。

(6)促进剂

化学镀镍液中能提高镍沉积速度的成分称为促进剂,其作用机理一般认为是激活次磷酸根离子,促使其释放出原子氢。化学镀镍中许多络合剂也起促进剂的作用,无机离子中F-1是常用的促进剂,但必须严格控制其浓度,用量过大不但会降低沉积速度,而且会影响镀液的稳定性。

研究表明,许多在化学镀镍溶液中起稳定剂作用的物质,当它们在镀镍溶液中微量存在时,都能起促进剂的作用。例如硫脲在加入量为5mg/L时起稳定剂作用,而当加入量降低为1mg/L时,则起促进剂作用。

(7)其他部件

除上述主要成分外,有时还加入表面活性剂以抑制镀层中的针孔,加入光亮剂以提高镀层的光亮度。但电镀镍溶液中常用的表面活性剂十二烷基硫酸钠不适用于化学镀镍溶液,因为它经常会造成镀层不完全沾污。

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