镀镍技术：电镀镍与化学镀镍的应用及发展

镀镍技术：电镀镍与化学镀镍的应用及发展

用电解或化学的方法在金属或某些非金属上镀上一层镍的方法称为镀镍。镀镍分为电镀和化学镀镍。电镀镍是在由镍盐（称主盐）、导电盐、pH缓冲剂、润湿剂等组成的电解液中，阳极为镍金属，阴极为被镀件，通入直流电流，在阴极（板）上沉积一层均匀致密的镍镀层。在镀液中加光亮剂可得到光亮镍，在电解液中不加光亮剂则可得到暗镍。化学镀镍是在加金属盐和还原剂的溶液中，通过自催化反应，在材料表面获得镍镀层的方法。经过多年的不断探索和研究，化学镀镍近年来已极为成熟。 如：钢铁镀镍、不锈钢镀镍、铝镀镍、铜镀镍等。还适合非金属表面镀镍，如：陶瓷镀镍、玻璃镀镍、钻石镀镍、碳片镀镍、塑料镀镍、树脂镀镍等，使用范围非常广泛。

1.化学镀镍基本原理

化学镀镍的基本原理是利用亚磷酸盐作为还原剂，将镍盐还原为镍，同时使金属层中含有一定量的磷。析出的镍膜具有催化性质，可使反应持续进行。具体反应机理尚无统一认识，一般人接受的原子氢态理论为：

1、化学镀镍溶液加热后，次磷酸盐在水溶液中脱氢生成亚磷酸盐，在催化作用下，次磷酸盐脱氢生成亚磷酸盐，同时析出初生生态原子氢，即：

H₂PO₂⁻+H₂O→H₂PO₃²⁻+H⁺+2[H]

2、初生原子氢吸附在催化金属表面，使其活化，还原溶液中的镍阳离子，并在催化金属表面沉积金属镍：

Ni₂++2[H]-→Ni+2H↑

3、催化金属表面初生的原子氢将次磷酸盐还原为磷；同时，由于催化作用，次磷酸盐分解生成亚磷酸；原子氢也合成氢气并释放出：

H⁺+H-→H2+

总体反应是：

4、镍原子与磷原子共同沉积，形成镍磷合金层：

Ni+P→NI-P合金（固溶体或非晶态）

2、化学镀镍工艺特点

1、该工艺从原料到操作都对环境无毒、无污染，是一种环保型表面处理工艺。

2、它是一种热化学镀方法，依靠化学反应在零件表面形成镀层。

3、工艺独特，对于任何形状复杂的零件，只要浸入镀液中，便可在各个部位获得完全均匀的镀层（完全弥补了电镀工艺的漏镀缺陷）。

4、镀层非常光滑均匀，厚度可精确控制，镀后无需任何加工。

3.涂层性能特点

1、镀层成分：镀层合金（镍磷合金），其中镍含量为86-97%，合金成分为3-14%。

2、结合力：镀层合金与基体采用金属结合剂结合，结合力强，具有超强结合力。钢或铝合金300-，铜140-，是电镀的6-8倍，并能承受较大的剪切应力而不剥落。

3、镀层硬度：300-500HV，经热处理（350-400℃1h）后可达800-，接近电镀硬铬硬度，但综合性能优于硬铬镀层，是替代硬铬镀层的理想镀层。

4、耐腐蚀：涂层针孔率低，为非晶态结构，无晶界，腐蚀介质无法穿透涂层，化学稳定性高，耐腐蚀性能优良，特别是高磷涂层能抵抗多种介质的腐蚀，在许多行业中可以替代不锈钢。

5、耐磨损：非晶态合金组织能发挥固体自润滑作用，经适当的热处理（350-400℃1h）后，镀层组织松弛现象得到强化，镀层的延展性和韧性大大提高，硬度大大提高，且表面致密、均匀、光滑，因而具有优良的耐磨性，性能优于镀硬铬。

此外，化学镀镍还具有耐高（低）温（-50-890℃）、无磁性、钎焊性能好、电阻率小、电（热）导率好、膨胀系数小、抗变色能力强等特殊的物理化学性能，使得该工艺在电子、石油化工、机械制造等各个工业部门得到广泛的应用。

4、化学镀镍关键技术

（1）化学镀镍溶液可回收重复利用，节省大量镍盐等组分，而且连续使用可大大减少镀镍废水的排放量，对于提高经济效益和保护环境具有重要意义。

（2）旧镀液在施镀过程中pH值的下降幅度小于新镀液，镀层中P含量也随之下降。这可能是由于随着pH值的调整，镀液的缓冲能力增强。随着施镀次数的增加，旧镀液中镍盐的利用率逐渐提高，施镀速度加快，劳动生产率也随之提高。所得镀层外观优于同等条件下的新镀液。

（3）镀液离子浓度。首先遇到的问题是镀层面积大，所需镀液量太大。镀槽内不同位置镀液中Ni离子浓度不均匀：靠近镀件表面处，由于Ni已发生化学反应生成镍磷合金镀层，附着在设备表面，因此镀件周围镀液离子浓度较低；而其他地方镀液离子浓度较高，生产中不易检测和控制。为此曾做过一些实验。实验开始时，将镀件平放在镀槽底部。镀液在换热器管内的流动是强制性的，换热器一端用封头封住，接上循环水泵，利用循环水泵的吸力带动镀液在管内流动。 但由于镀管内镀液流速过快，形成的NiP合金颗粒来不及沉积在镀件表面，最后导致镀件两端镀层不良。后来发现，化学镀镍反应过程中会产生大量的氢气，这些气体会自然浮到水面，从而带动镀液循环。因此，将换热器一端抬高，形成一定的倾斜角度。反应过程中产生的气体受浮力面积较大，反应剧烈，因此产生的气体量巨大。大量气泡的流动带动镀液的流动，使镀液从换热管的一端流向另一端，再从换热管外部循环到这一端，形成对流；这样，镀液浓度就均匀了。

5、化学镀镍应注意的问题

化学镀镍与电镀相比，有以下缺点：所用溶液稳定性较差，溶液的维护、调整和再生较麻烦，材料成本较高。但化学镀镍所得镀层为非晶态的镍磷合金，具有晶体细小、孔隙率低、硬度高、镀层厚度均匀、焊接性好、镀液深镀能力好、化学稳定性高等特点。

1、镀镍液离子浓度要均匀。

由于粒子浓度的差异，会造成镀件两端镀层不好，因此应加强镀液的整体对流，用循环水泵将镀液从镀槽的一端抽出，流入另一端，其方向与化学镀反应自动形成的对流循环方向一致，加强了镀槽内镀液的整体流动性，使镀液中离子浓度分布更加均匀一致。

2镀镍面积问题

由于镀件较大，液量多，化学反应难以控制，使镀件易形成阴阳面。这就意味着镀件上下表面镀层亮度、致密性、孔隙率不一致：上表面镀层粗糙，金属颗粒大，孔隙率高，易生锈；下表面手感光滑，孔隙率低，致密性好。造成这种现象的原因是多方面的，在后续生产中也采取了各种措施进行改进。改进后将配制镀液的水改为加热到90℃沉淀后的自来水。由于采用的自来水沉淀。 若该类粒子在镀液中生成，随着它的生成，粒子表面具有很大的表面活性和能量，能起到高效的催化作用，使Ni与(H2PO2)在其表面发生化学反应，生成细小的NiP合金粒子，产生沉积，小颗粒在镀液中漂浮、生长，进而沉积在镀件上表面。

3、镀槽内衬材料应及时更换

原电镀槽内衬为橡胶，使用一段时间后会自然老化。考虑到橡胶成本较高，实验室用电镀液对涂有847漆的部件进行了水煮试验，连续煮沸36小时后，847涂层并未溶解。基于此，将847漆涂装到电镀槽内部，以取代橡胶内衬。但用847漆做内衬需要高温烘烤固化，工序复杂麻烦。所以经过进一步试验，最终使用901漆代替。

6.化学镀镍的具体应用

化学镀镍工艺可在钢铁、铜、铝等基体上沉积，因其良好的加工性能和优异的镀层性能而被广泛应用于电子及计算机、航空航天、化工、石油天然气、机械、汽车摩托车、精密仪器、食品机械、医药、纺织、市政路政等行业。

1.电子及计算机行业

铝镁合金硬盘、电路板、薄膜电阻、金属构件等，采用化学镀镍可提高其耐磨性、耐腐蚀性及特殊的物理化学性能。

2.机械制造业

凡是需要耐磨、耐腐蚀的零部件一般都可以采用化学镀镍合金来增加其寿命，如液压轴、曲轴、传动链、齿轮、工装量具等。

3.模具行业

镍合金镀层具有耐磨、耐腐蚀、结合力强、自润滑性能牢固、工艺均匀、厚度可控等优点，能对模具起到理想的强化作用，大大提高模具的耐磨、抗划伤、抗咬合性能，脱模方便，不仅延长了模具的寿命，而且提高了成型件的表面质量。模具经ENP工艺处理后，表面厚度均匀，无变形，当模具表面尺寸超差时，可以非常精确地修复。

4.石油和化工行业

化学镍合金对含有硫化氢的石油、天然气，以及酸、碱、盐等化学腐蚀介质具有优良的耐腐蚀性能，因此在采油设备和油气管道上得到广泛的应用。在普通碳钢、低合金钢上镀一层50-70μm的合金，其寿命可提高3-6倍。化工行业的容器、阀门、管道、泵等均可用此工艺处理，以取代不锈钢和纯镍。由于其优异的耐腐蚀性、耐磨性，以及精密的制件性能，构成了ENP工艺的独特优势。

5.汽车、摩托车行业

主要利用化学镀镍合金层的耐蚀性、耐磨性，如形状复杂的散热器、齿轮、喷油器、刹车片、减震器等。

6. 其他行业