化学镀镍技术：工艺特点与耐蚀性研究，发展前景广阔

化学镀镍技术：工艺特点与耐蚀性研究，发展前景广阔

介绍了化学镀镍的工艺特点及二元、三元化学镍合金层耐蚀性的研究现状，阐述了化学镀镍技术良好的发展前景。

化学镀镍技术是利用金属盐与还原剂在材料表面发生自催化反应而获得镀层的方法。到目前为止，化学镀镍是国外发展最快、应用范围最广的表面处理工艺之一。化学镀镍的快速发展得益于其优越的工艺特点。

1、化学镀镍的工艺特点

1. 厚度均匀性

厚度均匀、均镀能力好是化学镀镍的主要特点，也是其得到广泛应用的原因之一。化学镀镍避免了由于电流分布不均匀而造成镀层厚度不均。整个零件上镀层厚度变化很大，特别是形状复杂的零件，在零件的边角处和靠近阳极的部位镀层较厚，而在内表面或远离阳极的地方镀层就很薄，甚至没有镀层。化学镀可以避免电镀的这一缺点。化学镀时，只要零件表面与镀液接触，镀液中消耗的成分能得到及时补充，任何部位的镀层厚度都基本相同，即使是凹槽、缝隙、盲孔等也是如此。

2.无氢脆问题

电镀是利用电能使镍阳离子转化成金属镍并沉积在阳极上。化学还原法是将镍阳离子还原为金属镍并沉积在基体金属表面。实验证明，镀层中氢的夹杂与化学还原反应无关，而与电镀条件有很大关系。通常镀层中氢含量随电流密度的增加而增加。

在镍电镀液中，除少部分由NiSO4与H2PO3反应产生的氢气外，绝大部分氢气是在两极通电时​​，电极反应引起水解而产生的。在阳极反应中，伴随着大量氢气的产生，阴极上的氢与金属Ni-P合金上的氢同时析出，形成（Ni-P）H，附着在沉积层上。由于阴极表面形成了过多的原子氢，一部分脱附生成H2，来不及脱附的部分则残留在镀层中。残留在镀层中的氢，一部分向基体金属中扩散，另一部分则聚集在基体金属和镀层的缺陷处，形成氢气团。氢气团具有较高的压力，在压力作用下，缺陷处产生裂纹，在应力作用下，形成断裂源，导致氢脆断裂。氢气不仅渗入基体金属，而且渗入镀层中。 据报道，电镀镍经过400℃×18h或230℃×48h热处理后才能基本除去镀层中的氢，因此电镀镍除氢十分困难，而化学镀镍不需要除氢。

3、许多材料和零件的功能如耐腐蚀、抗高温氧化等都体现在材料和零件的表面层上。一般情况下可用一些具有特殊功能的化学镀镍层来代替用其它方法制备的整体固体材料，也可以用廉价的基体材料进行化学镀镍来代替用贵重原材料制成的零件。因此，化学镀镍的经济效益非常大。

4、可沉积在各种材料的表面，如钢镍基合金、锌基合金、玻璃、陶瓷、塑料、半导体等材料的表面，为改善这些材料的性能创造了条件。

5、不需要一般电镀所需的直流电机或控制设备，热处理温度低，只要在400℃以下保温不同的时间，就可得到不同的耐蚀性和耐磨性，因此不存在热处理变形的问题，特别适合加工一些形状复杂、表面要求耐磨、耐蚀的零件。

6、化学沉积层厚度可控，工艺简单，操作方便，温度低，成本较其它表面处理防护低，适合中、小工厂或小批量生产。

2、化学镀镍的耐腐蚀性能

化学镀镍与电镀铬一样，是一种将基体金属与外界腐蚀环境隔离开来的屏障镀层，达到保护的目的。铬具有良好的耐腐蚀性能，但电镀铬层因应力较大而产生裂纹，不能保护基体金属免受腐蚀。化学镀镍的耐腐蚀性能优于电镀铬，这是因为化学镀镍层为非晶态组织。非晶态为均匀的单相组织，无晶界、位错、堆垛层错等缺陷，因此在腐蚀介质中不易形成腐蚀微电池。同时化学镀镍层与基体结合均匀致密，腐蚀介质很难渗透镀层而腐蚀基体，具有优异的耐腐蚀性能。化学镍磷非晶态合金镀层几乎不受碱溶液、中性盐溶液、水和海水的腐蚀。化学镀镍层在HCl和H2SO4中的耐腐蚀性能比不锈钢好得多。 能抵抗多种化学介质的侵蚀。例如非氧化性盐、高温高浓度烧碱、硫化氢、乳酸等。

化学镀Ni-P二元合金镀层均匀致密，耐蚀性好，但不能满足用户的要求。为了提高二元化学镀镍的耐蚀性，人们在原有二元体系的基础上引入新的金属组分，形成三元合金镀层，具有更好的耐蚀性。在10%H2SO4溶液中，Ni-Cu-P合金镀层的耐蚀性大大优于Ni-P合金镀层。在磷含量相近的条件下，镀层中铜含量越高，耐蚀性越好。在腐蚀体系中，加入适量的铜，可以促进阴极钝化，形成稳定的钝化膜。研究结果表明，Cr是易钝化的金属，因此Ni-Cr-P合金镀层的耐蚀性明显提高。在3.5%NaCl腐蚀介质中，镀层中Cr除形成富磷的磷酸盐保护膜外，Cr的腐蚀溶解还能生成Cr2O3，强化了保护膜的作用。 因此表现出比Ni-P合金层更高的耐蚀性能；Ni-WP合金镀层与基体结合牢固，组织致密，在液/固两相流腐蚀介质中具有优异的耐冲刷腐蚀性能；此外，Ni-WP合金镀层比Ni-P合金镀层具有更高的稳定性；实验表明，Ni-Mo-P合金镀层为非晶态结构，对有机溶剂、有机酸及盐类均有良好的抵抗作用。

3. 结论

高科技产业的快速发展为化学镀镍技术提供了巨大的市场，近二十年是化学镀镍技术研究、开发和应用的快速发展时期，我国化学镀镍市场与国际市场相比还有一定的差距，相信在未来的几年内，该技术将得到越来越广泛的应用，并逐渐趋于稳定和成熟。