钢的化学镀镍例析.doc

材料工程综合 设计 题 目 专 业 学 号 姓 名 所在学院 生物与环境工程学院 2014年月 性能优于目前使用的有机涂料，而且适用于碳钢、铸铁、有色金属等不同基材 第一章 绪论 1.1 化学镀的研究现状 1.1.1 化学镀的发展历史 化学镀也称为自催化镀，是指在没有外加电流通过的情况下，利用还原剂将溶液中的金属离子，在呈催化活性的物体表面进行有选择地还原沉积，使之形成金属镀层。它是提高金属等材料表面的耐磨性、耐腐蚀性、抗高温氧化性以及其它性能的一种表面强化方法[1]。 化学镀的发展史可以说是化学镀镍的发展史。早在1844年，A.Wurtz发表了以次亚磷酸盐作还原剂用于镀液的论述。1916年，Roux用次亚磷酸盐进行了化学镀镍，但此时的镀液极不稳定，自发分解倾向大，只能在制件表面获得黑色粉末附着物。但化学镀镍技术的奠基人是美国国家标准局的A.Brenner和G.Riddell。他们在1944年进行了第一次实验室试验，并获得了较为稳定的化学镀镍溶液，直到1947年提出了沉积非粉末状镍的方法，弄清了形成涂层的催化特性，使化学镀镍技术工业应用有了可能[2]。所以，化学镀镍技术的历史比较短暂。到了二十世纪七十年代，随着科学技术的进步和工业的发展，化学镀镍的应用和研究发展较快。到了八十年代后期，化学镀镍技术有了很大突破，一些长期困扰着人们的问题如镀液的稳定性和寿命等得到了初步解决，基本上实现了镀液的自动控制，使连续化的大型生产有了可能。因此化学镀镍的应用范围和规模越来越大。据估计，八十年代中期化学镀镍的年产量为1500t，按厚度为25μm计，面积达到7.5×106m2。其中美国占40%，远东地区占20%，其余为南非和南美洲。在美国大约有900个化学镀镍的工厂，其中40%加工本厂的产品，总产值约为2亿美元。化学镀镍在计算机和电子行业的应用份额最大，在美国约占化学镀镍总产值的20%，另外，阀门制造占15%，飞机和汽车制造占10%。由于市场和应用领域的不同，美国和欧洲化学镀镍的发展不同。美国化学镀镍最早源于通用运输公司的kanigen工艺的商品化。此工艺得到8w%-10w%含磷量的镍磷合金镀层，适用于大的槽容量操作，开始用于生产核工厂的贮槽和槽车内衬，后用于航天、食品、化工、钢铁等行业。60-70年代研究人员主要致力于改善镀液性能，而不是镀层性能。80年代高磷化学镀镍应用增加，这是因为其耐蚀性较好的缘故。还出现低磷化学镀镍和其它化学镀镍工艺[3]。在欧洲，早期的化学镀镍直接针对工程应用的需要，特别是耐蚀性的需要，所以在德国主要使用镍硼合金而不是镍磷合金。Dupont公司引入的含铭镍硼合金具有很高的耐磨和耐蚀性，用于航天、汽车、纺织工业，并用于代替硬铬[4]。化学镀层作为功能性镀层，未来将向两方面发展。一方面在已有的基础上进一步完善和提高。另一方面，发展功能多样化和与其他先进的辅助技术相互融合，包括印刷电路板的计算机的辅助设计、激光、紫外光、红外线、超声波的诱导化学镀、纳米颗粒的掺杂和特殊性能的LCR元件的织造等先进技术。 1.1.2 化学镀的技术特点 化学镀与电镀相比，虽然具有一定的不足，如所用的溶液稳定性较差，溶 液的维护、调整和再生都比较复杂；但亦具有更多的优势[5]，如下： ① 镀层厚度非常均匀，化学镀液的分散力接近，无明显的边缘效应，无论工件如何复杂，只要采取适当的技术措施，就可在工件上得到均一的镀层。因此特别适合形状复杂工件、腔体件、深孔件、盲孔件、管件内壁等表面施镀。电镀法因受电力线分布不均匀的限制是很难做到的。由于化学镀层厚度均匀、又易于控制，表面光洁平整，一般均不需要镀后再加工，适合做加工件超差的修复及特殊选择性施镀。 ② 通过敏化、活化等前处理，化学镀可以在非金属如塑料、玻璃、木材、叶、纤维、复合材料陶瓷及半导体材料表面上进行，并且由于化学镀具有自动催化功能，因此可获得任意厚度的镀层。而电镀法只能在导体表面上施镀，所以化学镀工艺是非金属表面金属化的常用方法。 ③ 由于化学镀具有自动催化功能，因此可获得任意厚度的镀层。 ④ 工艺设备简单，不需要电源、输电系统及辅助电极，操作时只需把工件正确悬挂在镀液中即可化学镀是靠基材的自催化活性才能起镀，其结合力一般均优于电镀。 ⑤ 镀层有光亮或半光亮的外观、晶粒细、致密、孔隙率低，某些化学镀层还具有特殊的物理化学性能。 ⑥ 化学镀层具有良好的化学、机械和磁学性能。同时化学镀层和基体结合致密均匀，腐蚀介质不易透过镀层达到基体材质，起到了良好的防腐层的作用。 化学镀镍由于镀层的结晶细致、孔隙率低、硬度高、镀层均匀、化学稳定性好