化学镀镍工艺及镀层性能：电子工业中的广泛应用与优势

化学镀镍工艺及镀层性能：电子工业中的广泛应用与优势

1 简介

化学镀镍以其良好的耐磨、耐腐蚀、易钎焊等性能，在电子工业中得到广泛的应用。在连接器表面处理中也常用到：在铝基材上进行化学镀镍，可使铝表面可钎焊，改善外观，增强耐腐蚀性能；在塑料外壳上先化学镀铜再化学镀镍，这样的双金属结构镀层是公认的最有效的屏蔽方法之一；在插头插座的表面处理中，用化学镀镍作为镀金层的底层，可以防止扩散，提高整个镀层的耐腐蚀性能。在保证镀层质量要求的前提下，可以适当减小金层厚度，以节省金耗。

2.化学镀镍工艺及镀层性能

2.1 流程描述

化学镀镍是在不经过电化学镀的情况下获得的镀层，又称化学镀镍。其主要成分有主盐、还原剂、络合剂、稳定剂、缓冲剂、促进剂等。主盐一般为硫酸镍或氯化镍，它是镀层中镍的来源；还原剂的作用是通过催化脱氢提供活性新生态氢原子，使镍离子具有自催化能力，在基体表面被还原而获得镍镀层，镀层中含有P、B等，形成Ni-P、Ni-B等合金镀层（本文主要讨论Ni-P合金镀层）。

常见的还原剂有：次磷酸钠、氨基硼烷、硼氢化物等；络合剂能与镍形成稳定的络合物，控制可供反应的游离镍量，防止形成氢氧化物或亚磷酸盐沉淀；稳定剂的加入，可阻止镍在胶体粒子或其他粒子上的还原，从而抑制溶液的自发分解；另外，为提高沉积速度，还常在镀液中加入少量有机酸，以补偿络合剂对沉积速度的负面影响。现代化学镀镍技术发展很快，在溶液中加入适量的光亮剂、润湿剂等，可得到充分光亮的化学镀镍层。

2.2化学镀镍层的主要性能

（1）硬度：化学镀镍的显微硬度约为500-600HV，与许多淬硬合金钢的硬度相近，经一定温度热处理后，硬度值可达500-600HV以上，与常用的镀硬铬硬度相当。

（2）耐腐蚀性：由于镀层为非晶态、非晶体结构，不存在晶界、位错或成分偏析，而且P（磷）的引入使其稳定电位为正，镀层本身易钝化，钝化膜能自动修复。这三个因素决定了化学镀镍层具有优良的耐腐蚀性能，在某些环境下，其耐腐蚀性能甚至超过不锈钢。一般来说，磷含量在10%以上的高磷化学镀镍层耐腐蚀性能最好。

（3）电阻率：化学镀镍层的电阻率通常随镀层中磷含量的增加而增大，而热处理后电阻率会明显降低。

（4）电磁波屏蔽性能：化学镀镍层中磷含量越低，镀层的导电性越好，电磁波屏蔽效果越好。

（5）其他性能：化学镀镍层还具有良好的钎焊性能，其耐磨性与镀硬铬相当，与基体有很强的结合强度。

3、化学镀镍工艺在连接器表面处理中的应用

连接器外壳的电磁屏蔽性能、插针、孔的耐磨耐插拔性能、镀层的耐腐蚀性能很大程度上取决于表面处理的质量。选择合适的表面处理工艺可以更好地保证产品的外观、屏蔽、耐腐蚀等质量要求。化学镀镍技术以其良好的镀层均匀性和致密性在连接器表面处理中得到越来越广泛的应用。

3.1铝及铝合金材料化学镀镍

铝及铝合金因密度小、易于压力加工等特点，在连接器行业中被广泛用于制作壳体等零部件。但与钢相比，铝对氧的亲和力更强，电极电位也更负，这为其电镀工艺带来了困难。通常铝壳体的表面处理多采用电化学氧化处理，并辅以着色、封孔等工艺，以满足各种颜色的表面处理要求，但该工艺一般不能满足电子设备日益严格的电磁波屏蔽要求。化学镀镍因其非电解、镀层方便、耐腐蚀性能好、导电性好、易于钎焊等特点，越来越多地应用于铝壳体的表面处理。

由于铝的表面活性较大，直接电镀易导致结合不牢，甚至起皮。应采用特殊的前处理工艺，一般采用碱性锌酸盐处理或镍、锌镍合金等重金属盐溶液，在铝表面沉积一层锌、镍等，防止铝表面自然氧化膜的再生成。对于含硅较高的铸造铝合金，在酸蚀浸锌处理时应加入适量的HF，如压铸铝浸锌工艺可采用ZnSO4·7H2O 700g/L、HF（48%）35mL/L，20～25℃，2min。当采用酸性化学镀镍溶液时，应在浸锌处理后在碱性化学镀镍溶液中进行镀前镍处理，防止浸锌层在酸性溶液中被腐蚀。 这样既保证了镀层的结合强度要求，又避免了溶解的锌层对镀液的污染和毒性。

3.2 可伐合金材料化学镀镍

由于可伐合金具有与玻璃相似的热膨胀特性曲线，因此能与相应硬度的玻璃牢固封接，广泛应用于一些高压连接器、密封连接器等对密封性能要求严格的场合。一般情况下，引出端子(一般为连接器内的插针或插座)与外壳之间有玻璃绝缘，不能接通导通，用专门的挂具挂镀(电镀)不方便，质量不易保证，使用滚镀易造成接触件变形。相比较而言，化学镀工艺有很多优点，它能保证任何金属构件(不管是否连续导电)镀层均匀一致，无论孔内孔外都能镀出合格的镀层。 由于可伐合金材料与玻璃（或陶瓷）共同成为表面处理对象，要求在整个处理过程中不能使用对玻璃有腐蚀倾向的强腐蚀性酸（如HF等），以保证产品的密封性和绝缘性。对于有孔的零件，在化学镀镍时，要采用搅拌溶液、翻动零件等方法，及时排除孔内产生的气泡，以保证孔内、外镀层均匀。（可伐合金：该合金在20~450℃范围内，线膨胀系数接近硬质玻璃，能与相应的硬质玻璃进行有效的封接，且居里点高，低温组织稳定性好。该合金氧化膜致密，易焊接熔接，塑性好，可进行切削加工，广泛应用于电真空元件、发射管、显像管、开关管、晶体管、密封插头及继电器外壳等制作。）

3.3 钢基体化学镀镍

由于化学镀镍层特别是高磷Ni-P层具有优良的耐蚀性，化学镀镍工艺能对钢基体起到很好的保护作用。碳素薄钢板价格低廉、强度高、加工性能好，多用于对电磁性能要求不高的插接件外壳；而不锈钢具有优良的耐蚀性和较高的机械强度，常用于对耐蚀性要求较高的场合。由于不锈钢中含有镍、铬等合金元素，因此在化学镀镍前需进行镀前镍活化处理。镀前镍溶液可为NiCl2：200~400g/L，HCl：80~200mL/L，室温，阴极电流密度DK：2~3Adm^2，2~6min。

3.4 铜及铜合金化学镀镍

由于铜及铜合金具有优良的导电性和较高的强度，因此在各种接插件中用于制作壳体、接触件等。但铜及铜合金对化学镀镍的还原过程无催化作用，因此铜合金化学镀镍必须经过化学或电化学活化：用预先处理好的铁丝（或铝丝，电极电位比Ni负）接触待镀铜合金表面，组成短路电池，以铜合金件为阴极，表面先沉积一层镍层，然后才能连续沉积镍，或将镍阳极加入溶液中，在待镀铜合金件（作为阴极）与镍阳极之间施加约1V的电压，保持几秒钟，待铜合金表面沉积一层镍后，将镍阳极从溶液中移开，即可自发连续沉积后续工序。 其中，铍青铜铜件前处理需先去除氧化膜，推荐工艺为：HCl：H2SO4：H2O=1：1：3（体积比），100～120℃。

3.5非金属材料化学镀镍

主要有塑料、陶瓷等。用于连接器外壳的塑料主要有ABS塑料、尼龙及少量的聚碳酸酯。非金属材料在化学镀镍前必须经过活化处理。阻燃塑料中一般含有三氧化二锑，为防止其污染钯活化液，可在活化前增加预活化工序。为防止塑料在高温溶液中变形，塑料件化学镀镍一般采用温度较低的溶液。另外对镀件的清洗要求很严格，应防止活化后的金属离子带入化学镀镍溶液中引起镀液的自发分解；化学镀时还应选择稳定性较好的溶液。

4 化学镀镍的发展趋势及其在连接器表面处理中的应用前景

4.1 发展趋势

化学镀镍具有良好的综合物理化学性能，因此是一种很有前途的表面强化技术。自20世纪50年代末应用于工业生产以来，发展很快，现已广泛应用于航空、航天、汽车、电子等各类工业生产中。其发展趋势有以下特点：

（1）浓度低：降低罐体准备成本，减少清罐过程中的损失，减轻污水处理的负荷。

（2）能耗低：降低化学镀镍溶液的操作温度，特别是50℃以下的化学镀镍工艺必然会发展得更快。

（3）速度：化学镀镍与电镀镍相比，沉积速度较慢，在保证溶液稳定性的前提下，应选择合适的促进剂和络合剂，以提高其沉积速度。

（4）全光亮：选择适当的光亮剂，可获得全光亮的化学镀镍层。

（5）稳定性高（寿命长）：在溶液中添加适当的稳定剂（如催化抑制剂、表面活性剂等），可明显提高化学镀镍溶液的稳定性。随着计算机技术的飞速发展，计算机已成功地用于化学镀镍溶液的管理和维护，并可利用在线分析系统进行实时监控，控制溶液性能和生产条件达到最佳状态，从而明显提高化学镀镍溶液的稳定性，延长溶液的使用寿命。

此外，化学镀镍溶液、工艺和设备的商品化、系列化将促进化学镀镍应用的可持续发展。

4.2 应用前景

4.2.1化学镀镍后处理

通过对化学镀镍层氧化膜或转化膜进行化学镀镍后处理，可获得特殊的外观或性能。例如采用KMnO4 20g/L、H2SO4 5~20g/L，室温下处理3~5min，可生成均匀的黑色膜层，既能保证其耐蚀性、耐磨性、导电性，又能满足某些产品的装饰性或光学性能要求。

4.2.2 双层化学镀镍

与电镀半光亮镍、光亮镍的双层镍工艺原理类似，采用双层化学镀镍，利用镀层的电位差，可明显提高镀层的电化学耐腐蚀性能。底层是在酸性镀液中获得的Ni-P层，其电位相对较正；表层是在碱性镀液中获得的Ni-P层或化学镀的Co-Ni-P、Co-B等合金层，其电位相对较负。这种双层化学镀镍层的总厚度与单层镍层厚度相比可减少一半，而耐腐蚀性能相当甚至更高。双层化学镀镍的某些组合镍层除了能提高耐腐蚀性能外，还能提高耐磨性。

4.2.3 Ni-B合金的应用

Ni-B合金的耐高温、粘结、电接触等性能十分优越，可用作接触件和印刷电路板的镀金层。含1%～3%硼的Ni-B合金外观类似铑，可用作铑替代层。在双列直插插座中，Ni-B合金已成功地用作镀金层，其在连接器表面处理中的应用将越来越广泛。

4.2.4复合化学镀镍的应用

为了满足某些零件的高耐磨、自润滑等特殊性能要求，在镀镍液中添加人造金刚石、氟塑料等细小颗粒，形成复合化学镀镍层。特别是在海底、航空、航天等设备上，不方便经常润滑，采用这种耐蚀、耐磨、自润滑性能好的复合化学镀镍层，更能发挥其优点。应用于接触零件的表面处理，可减少插拔或接触过程中的磨损，延长使用寿命。

4.2.5用作屏蔽涂层

从导电性和屏蔽效果上看，化学镀铜优于化学镀镍，但单层铜易氧化，耐腐蚀性差。一般采用先化学镀铜再化学镀镍作为电磁屏蔽层。目前国外已有商品化的专门用于电磁屏蔽的化学镀液出售。随着电子设备屏蔽要求越来越严格，化学镀镍必将在这一领域得到越来越广泛的应用。

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