化学镀镍磷合金工艺研究：提升性能，降低成本，具有广泛应用价值

化学镀镍磷合金工艺研究：提升性能，降低成本，具有广泛应用价值

化学镀镍磷合金工艺研究

王晓荣顾伟忠

摘要 化学镍磷合金由于其优异的性能而在工业上得到广泛的应用。

为了克服本发明的不足，采用乳酸-柠檬酸混合络合剂体系，研究了络合剂、温度、pH值、稳定剂对沉积速度的影响。

选取最佳工艺，工艺稳定，沉积速率高，成本低，所得涂层平整、光亮，

其孔隙率低，硬度高，有很好的应用价值。

关键词：化学镀 镍磷合金

访问

鄰

:-

.问题，

.t，

,.化

，，，它是，

。

:,-

1 简介

化学镀镍磷金具有优良的耐磨性、耐腐蚀性、磁屏蔽性，适用于各种材料（包括非金属

采用优质材料制成的形状复杂零件的电镀已广泛应用于航空、航天、电子、石油、化工等工业。

我国化学镀起步较晚，在工业化应用上还存在很多问题，如：镀液不够稳定，沉积速度慢，

速度慢、使用寿命短、成本高等。

就沉积速度而言，影响化学镀镍沉积速度的因素很多，除了镍离子浓度、温度、pH值等因素外，还有：

除该值外，络合剂的种类和用量对沉积速率也有明显的影响。

它除了能增加镍离子的缓冲能力和镀液的稳定性外，还能降低镍离子还原的活化能，提高自催化能力。

增加沉积

速度和维持镀液的稳定性。特别是采用两种配体同时与镍离子形成混合配体配合物，具有

以次磷酸钠为还原剂、乳酸为络合剂的酸性镀镍体系具有成本低、

其具有电镀速度快、使用寿命长的特点，是目前国际上应用最为广泛的体系。

[1]

本文正是基于此体系,

采用适量的柠檬酸钠组成混合配体，再加入适当的稳定剂，开发出一种低组分化学镀镍方法。

磷合金工艺，该工艺具有镀液稳定、沉积速度快、成本低的特点，有很好的应用前景。

2 实验部分

2.1 工艺流程

该过程如下：

溶剂脱脂→水洗→化学脱脂→水洗→酸洗→水洗→热水洗→化学镀镍→水洗→热水洗

→ 吹干

2.2 镀液组成及操作条件

硫酸镍

/升

/升

/升

乳酸（85%）4ml/L

柠檬酸钠 2g/L

复合稳定剂4mg/L

润湿剂 10mg/L

pH4.5～5.0

温度85～92℃

承载能力1.0dm

／大

2.3镀液及镀层性能测试

[2, 3]

2.3.1 沉积速率的测量

采用重量法。用分析天平准确称量镀前、镀后试件的重量，按下式计算沉积速度：

式中，W1、W0分别为镀前、镀后试样重量（g）；ρ为镀层密度（g/cm

),A为试件面积(cm

),

t为电镀时间（h）。本实验中，ρ取为7.8g/cm

。

2.3.2镀液稳定性试验

采用氯化钯加速试验法，取镀液25mL，放入50mL试管中，浸入恒温水浴中（60±1℃）

向试管中注入/L氯化钯溶液，记录从加入氯化钯开始至开始出现浑浊的时间。

2.3.3 孔隙度测试

采用滤纸法。将滤纸用含有10g/L亚铁氰化钾和20g/L氯化钠的溶液浸湿，贴在擦净的

5分钟后将样品表面清洗干净取下，用蒸馏水冲洗干净后放置于玻璃上，干燥后计算孔隙率。

孔隙率 = (细胞/cm

）

其中n为孔洞斑点总数（个），s为受检涂层面积（cm

）。

2.3.4 硬度试验

采用71型显微硬度计测量镍镀层的显微硬度。

3 结果与讨论

3.1 沉积速率

3.1.1络合剂的影响

化学镀镍配方中，络合剂的种类和用量对镀液的沉积速度有明显的影响。

性质的差异体现在对沉积速率的影响上，柠檬酸是常用的络合剂，对镍离子有很强的络合作用。

但当浓度超过一定范围时，镍离子的有效性就会降低。

浓度明显降低，导致沉积速度下降，沉积速度一般在10~13μm/h左右。

[2]

. 下沉

积累速率可以使镀层更加致密，有利于耐腐蚀性能的提高。

(lgk=2.2)，这样既会增加镀液中游离镍离子的浓度，同时也使已经络合的镍离子容易游离出来。

因此，增加该类络合剂的浓度，会加快沉积速度，乳酸可以抑制化学镀镍过程中的副反应。

该反应的发生有利于防止亚磷酸镍沉淀的形成

[4]

但沉积速度越快，涂层的质量越低。

因此采用复合络合剂可以结合单一络合剂的优点，使电镀速度保持在一定的水平。

通过试验比较，本工艺选定乳酸和柠檬酸为复合络合剂。

在2g/L柠檬酸钠条件下，研究了乳酸对沉降速度的影响，结果如图1所示。

图1 乳酸添加量对沉降速度的影响

由图1可知，沉降速度随乳酸含量的增加而增大，在乳酸含量约4 mg/L时达到最大值。

随着乳酸含量的继续增加，沉降速度降低，因此，乳酸含量应控制在4mg/L。

3.1.2 温度的影响

沉积速率与温度的关系如图2所示。

图2 温度对沉积速率的影响

如图2所示，当温度低于70℃时，沉积速度很慢，当温度升高时，沉积速度明显加快。

当温度升至约90℃时，沉积速率达到最大，若温度继续升高，沉积速率会降低，此时槽液的稳定性

温度下降时溶液变浑浊，因此温度应控制在90±1℃，此时沉积速率可达19μm/h。

3.1.3 pH值对沉降速度的影响

沉降速度与pH值关系如图3所示。

图3 pH值对沉积速率的影响

如图3所示，当pH<3时，沉积速度很慢；当pH=4.5~5.0时，沉积速度最快；当pH

当pH值大于5.5时，沉降速度迅速下降，因此pH值应控制在4.5～5.0之间。

3.2 稳定剂对镀液稳定性的影响

由于化学镀镍本身处于热力学不稳定状态，一旦镀液中存在有催化作用的金属颗粒，

特别是镍粒子的存在，会使溶液发生剧烈的自分解反应，使电镀液失效。

溶液反应中经常加入一定量的稳定剂。许多重金属离子（如Pb

2+

）有良好的稳定作用，添加少许

添加量过多可以提高镀液的稳定性，但添加量过多又会使镀液中毒。碘化合物的添加范围很广，效果也

更好的

[1]

因此，本实验采用KIO3和醋酸铅的混合物作为稳定剂。由于添加稳定剂会降低镀液的

在此添加4mg/L的稳定剂，可以稳定镀液，并保持

试验发现，不含稳定剂的镀液从加入PdCl2到出现浑浊的时间为

加入稳定剂后，3600s时出现浑浊。

3.3 涂层孔隙率

测量样品涂层厚度为14μm，孔隙率为0.8/cm

，表明涂层的孔隙率非常低。

图4 稳定剂浓度对沉积速率的影响

3.4 涂层硬度

涂层厚度为8~10μm的试样经500℃×1h热处理后显微硬度为450(Hv)。

硬度达到1200，达到国外同类化学镀镍层的硬度

[5]

。

4 总结

该工艺镀液稳定、沉积速度快，得到的镀层平整、光亮、孔隙率低、硬度高，且电镀成本低。

低，具有一定的应用价值。

作者单位： 王晓蓉 烟台师范大学化学系 邮政编码： 顾伟忠 昌潍师范学院化学系

邮政编码：

参考

1 孙克宁, 张义林. 电镀与环保, 1998, 18(3): 18-20

2 黄月山，孟吉龙，李毅。电镀与环境保护, 1998, 18(2): 18-20

3 表面处理工艺手册编辑委员会.表面处理工艺手册.上海:上海科学技术出版社,

1991：409

4 刘以涵.表面技术,1998,27(3):37-38

5 胡新国.电镀与涂饰,1998,20(2):30-32