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中温酸性化学镀镍的研究

绪论

研究背景及意义

化学镀镍正在我国的各个工业领域发展和使用，研究合乎工业需要的化学镀镍的工艺及配方是十分必要的，低磷化学镀镍是化学镀镍近年来的一个研究方向，发展和完善低磷酸性中温化学镀镍工艺是十分有价值的。化学镀镍是上世纪50年代实现工业化的。化学镀镍层具有良好的耐蚀性和耐磨性、硬度高、厚度均匀、可焊性好等优点，广泛应用于化工、石油、纺织、电子、航空航天等领域。化学镀镍层是一种Ni-P合金镀层。工业应用镀层含磷量一般都6%~9%之间，镀层同时具有良好的硬度和化学稳定性。低磷和高磷镀层只用在一些特殊的工业条件中。

化学镀的发展史主要就是化学镀镍的发展史。虽然早在1844年A.Wurtz就发现次磷酸盐在水溶液中还原出金属镍，但化学镀镍技术的奠基人是美国国家标准局的A.Brenner和G..Ridell。他们在1947年提出了沉积非粉末状镍的方法，弄清楚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性。所以，化学镀镍技术的历史还很短暂，真正大规模工业还是70年代末期的事。早期只有含磷5%-8%(重量)的中磷镀层，80年代初发展出磷含量为9%-12%的高磷非晶结构镀层，使化学镀镍向前迈进一步。80年代末到90年代初又发展了磷含量为1%-4%的低磷镀层。含磷量不同的镀层物理化学镀性能也不同。化学镀镍的最早工业应用是二战后在美国通用运输公司(GATC)。他们在系统研究该技术后于1955年建立的第一条生产线，发展出的化学镀镍溶液商品名称为Kanigen(是CatalyticNickelGeneRation的缩写)。70年代又发展出仍以次磷酸钠还原剂的Durnicoat工艺、用硼氢化钠做还原剂Ni-B层的Nibodur工艺，以后又出现了用肼做还原剂的化学镀镍方法[1-3]。

化学镀镍的迅速发展和应用是由于其突出的性能，与电镀相比[4]：

镀层厚度非常均匀，化学镀液的分散力接近100%，无明显的边缘效应，几

乎是基材形状的复制，因此特别适合形状复杂工件，腔体件，深孔件等表面施镀。电镀法因受电力线分布不均匀的限制是很难做到的。

结合力一般优于电镀，镀层致密、孔隙率低。某些化学镀层还具有特殊的物理化学性能。如低磷镀层经热处理后，硬度可达镀硬铬的水平，完全可以取代镀硬铬。

化学镀镍层为Ni-P合金，具有优良的耐蚀性和耐磨性。

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。

化学镀镍按PH值分为酸浴和碱浴工艺。酸浴pH值一般在4~6，碱浴pH值一般大于8。目前化学镀镍80%都是酸浴。酸浴按温度分类则有高温浴(80~95℃)、中温浴(50~70℃)、低温浴(50℃以下)。另一种分类方法将1~5%(重量)P的镀层称为低磷、5~9%(重量)P的镀层称为中磷、9~12%(重量)P的镀层称为高磷镀层。酸性镀液中镀层磷含量较高，一般为8~13.5%。70年代只有含磷5~8%(重量)的中磷镀层，80年代初发展出P%(重量)为9~12%的高磷非晶结构镀层，到90年代初又发展了P%(重量)为1~4%的低磷镀层。含磷量不同的镀层物理化学性能也不同。酸性镀液中镀层磷含量较高，一般为8~13.5%。低磷镀层大都从低温碱浴中得到，也有采用酸性高温工艺的。

低磷镀层在碱性条件下有特殊的耐蚀性，镀层热处理后具有很高的硬度，在许多场合下可用来代替硬铬镀层，特别适合于要求耐磨性而不能经受高温热处理的材料，如铝及铝合金；并有良好的钎焊性能和延展性。在化学工业、航空工业、机械工业、电子工业中有广泛的应用。

在我国，对化学镀镍的研究进入90年代以来飞速发展，关于低磷化学镀镍的研究和应用也越来越广泛，但总体而言水平有待于进一步提高和完善。低磷化学镀镍的生产工艺中还存在着许多问题，其中表现为[5]：

低磷碱性化学镀镍工艺采用了较高的pH值(通常在6~9或更高)，操作温度在50~85℃。由于高pH值使得镀液的稳定性较差，寿命周期较短。同时采用较低的操作温度也使得镀层的结合力较差，镀层粗糙，目前也未广泛应用。

低磷酸性高温化学镀镍工艺的操作温度在80~85℃，pH值为6.0~6.5。由于同时采用了较高的温度和pH值，较容易造成镍的析出，使得镀液分解失效，寿

命短。同时能耗大，操作不便，易局部过热，降低镀液的稳定性。

因此研究镀层质量好，镀液寿命较长的低磷化学镀镍工艺是一个十分有价值的课题，本论文拟采用酸性中温环境，开发镀层质量好，镀液寿命较长的化学镀镍工艺，沉积低磷镀层，改善目前低磷化学镀镍工艺的缺点。采用中温化学镀镍工艺可以有效克服高温化学镀镍存在的问题。由于操作温度的下降，可使能耗下降、镀液蒸发减少、镀液的稳定性得到提高，