化学镀镍配方精华
化学镀镍配方
化学镀镍已成为国际上表面处理领域中发展最快的工业技术之一，以其优良的性能，在几乎所有的工业部门都得到了广泛应用，每年总产值达10亿美元，而且每年还以5%～7%的速度递增。
一、性质和用途
用次磷酸钠作还原剂获得的镀层实际上是镍磷合金。依含磷量不同可分为低磷（1%～4%）、中磷（4%～10%）和高磷（10%～12%）。从不同pH值的镀液中可获得不同含磷量的镀层，在弱酸性液（pH=4～5）中可获得中磷和高磷合金；从弱碱性液（pH=8～10）中可获得低磷和中磷合金。含磷为8%以上的Ni-P合金是一种非晶态镀层。因无晶界所以抗腐性能特别优良。经过热处理（300～400℃）变成非晶态与晶态的混合物时硬度可高达HV=1155；化学复合镀层硬度更高，如Ni-P-SiC，镀态HV=700，350℃热处理后可达到HV=1300。非晶态合金是开发新材料的方向，现已成为工程学科的一大热门。
近年低磷化学镀镍是研究开发的又一热点，含磷1%～4%的Ni-P合金，镀态的HV=700，热处理后接近硬铬的硬度，是替代硬铬层的理想镀层，又是可在铝上施镀的好镀种。
化学镀层的种类、性质和主要用途，列于表3-1-2。
化学镀镍层与电镀镍层的性能比较，列于表3-1-3。
表3-1-2 化学镀镍种类性质和主要用途
镀种 | 主要性质 | 主要用途 |
Ni-P | 耐蚀性 | 酸性（7%～12%P）工程上用； 碱性（1%～4%P）电子行业，代硬铬 |
Ni-B | 高耐热、硬度高耐磨，良好的导电性、焊接性 | 酸性（＜3%B）电子工业； 碱性（约5%B）航空工业。 |
Ni-M-P（M=Cu、W、Cr、Fe、Zn、Nb、W、Mo） | 耐蚀、耐热、磁性能和电阻性能 | 非磁性应用、薄膜电阻器、金属电阻器、医疗及制药装置、厨房设施 |
Ni-P/SiC、Al2O3、人造金刚石、CFx、PTFE、TiO2、ZrO2、Ni-B/TiO2、ZrO2 | 耐磨性、自润滑性 | 化工、机械、纺织、造纸等工业部门，如模具、泵、阀门、液压轴、内燃机汽化部件 |
表3-1-3 化学镀镍与电镀镍的性能比较
比较项目 | 电镀镍层 | 化学镀镍层 |
组成 | 99%以上Ni | 92%Ni、8%P（平均值） |
外观 | 暗至光亮 | 半光亮至光亮 |
结构 | 晶态 | 非晶态 |
密度 | 8.9 | 7.9（平均） |
厚度均匀性 | 差 | 好 |
硬度（镀态） | HV=200～400 | HV=500～700 |
加热硬化 | 无变化 | HV=900～1300 |
耐磨性 | 相当好 | 极好 |
耐蚀性 | 好（多孔隙） | 优良（孔隙少） |
相对磁化率（%） | 36 | 4 |
电阻率/μΩ·cm-1 | 7 | 60～100 |
热导率/J·cm-1·s-1·℃-1 | 0.16 | 0.01～0.02 |
无润滑油 | 磨损 | 0.38 |
有润滑油 | 0.2 | 0.2 |
化学镀镍的脆性较大，在钢上仅能经受2.2%的塑性变形而不出现裂纹。在620℃下退火后，塑性变形能力可提高到6%；当热处理温度达840℃时，其塑性还可进一步改善。
化学镀镍层同钢铁、铜及其合金、镍和钴等基体金属有良好的结合力。在铁上镀覆10～12μm的化学镀镍层，经反复弯曲180°后未出现任何裂纹和脱落现象。但与高碳钢、不锈钢的结合力比上述金属差；同非金属材料的结合力会更差些，重要的是取决于非金属材料镀前预处理质量。
化学镀镍层的化学稳定性在大多数介质中都比电镀镍高，在大气中曝晒试验、盐雾加速试验中，其耐蚀性显著地优于镍；在海水、氨和染料等介质中相当稳定。
化学镀镍层以其高耐蚀、高耐磨、高均匀性、兼有防腐、装饰及机能方面的作用，故用途十分广泛，诸如电子和计算机、化学和化工、机械、航空航天、石油和天然气、汽车、食品加工、医药和纺织等工业部门。
具体应用举例：
1.计算机工业主要用于数量巨大的硬盘片铝镁合金上化学镀镍，使其具有足够的硬度以保护铝合金基体不变形和磨损，同时防止基体氧化腐蚀。
2.电子工业除需要耐磨耐蚀的化学镀层外，还大量需要低电阻温度系数、扩散阻挡层及良好的焊接性能的化学镀层。Ni-Cr-P、Ni-W-P等多元合金化学镀层具有低电阻温度系数，在薄膜电阻器的制造中很有用。Ni-B、Ni-P-B、Ni-P等化学镀层的钎焊性接近于金镀层。
3.机器制造工业凡需要耐磨或耐蚀的零部件一般都可用化学镀镍来提高其寿命，如液压轴、曲轴、传动链带、齿轮和离合器、工、卡、模具等。
4.石油和天然气、化学工业化学镍层对含硫化氢的石油和天然气环境，对酸、碱、盐等化工腐蚀介质有优良的抗蚀性，所以在采油设备、输油管道中有广泛用途。在普通钢或低合金钢上镀一层50～70μm的Ni-P合金，其寿命可提高3～6倍。化学工业的容器、阀、管道、泵等的化学镀镍可替代不锈钢和纯镍。
5.汽车工业汽车工业中使用化学镀镍是利用其耐蚀、耐磨性能，如形状复杂的齿轮、散热器和喷油嘴、制动瓦片、减震器等等。
6.其它航空业中的喷气发动机的一些零件，陶瓷、轴瓦合金、不锈钢在还原气氛中的结合材料，铝、镁、铍材料制成的航空零部件和电子元件等。
二、以次磷酸钠为还原剂的化学镀镍
1.酸性化学镀镍的工艺规范（见表3-1-4）。
2.碱性化学镀镍的工艺规范（见表3-1-5）。
表3-1-4 酸性化学镀镍的工艺规范
配方 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
工艺规范 | 含量/g·L-1 | ||||||
硫酸（NiSO4·7H2O） | 25～30 | 25 | 26 | 30 | 25 | 30～35 | |
氯化镍（NiCl2·6H2O） | 30 | ||||||
次磷酸钠（NaH2PO2·H2O） | 20～25 | 30 | 24 | 10 | 10 | 25 | 18～22 |
醋酸钠（NaC2H3O2） | 15 | 20 | 10 | 10 | 12～17 | ||
柠檬酸钠（Na3C6H5O7·2H2O） | 10 | 10 | 3～5 | ||||
葡萄糖酸钠 | 30 | ||||||
乳酸（C3H6O3）80%/mL·L-1 | 27 | ||||||
丙酸（CH3CH2COOH） | 2.2 | ||||||
硫酸肼 | 10 | ||||||
铅离子（ppm） | 2 | 2 | |||||
硫脲（ppm） | 2 | ||||||
pH值 | 4.5～5 | 5 | 4.5 | 4～6 | 4～6 | 4～5 | 4.6～5 |
温度/℃ | 85～90 | 90 | 90～95 | 90 | 90 | 30～40 | 85～90 |
沉积速度/μm·h-1 | 12～15 | 20 | 20 | 5～10 | 25 | 10～15 | |
适用基体材料 | 钢铁 | 钢铁 | 钢铁 | 钢铁 | 陶瓷 | 玻璃 | 钢铁 |
3.化学镀镍液的配制方法
化学镀镍配方多，使用成分多，且有弱酸性和弱碱性两种，特别要根据选用的配方采用正确的配制方法，防止因配制不当产生镍的氢氧化物沉淀。这里介绍配制应遵循的顺序：
（1）用不锈钢、搪瓷、塑料作镀槽。
（2）用配槽总体积的1/3水量加热溶解镍盐。
（3）用另外1/3的水量溶解络合剂、缓冲剂及其它化合物，然后将镍盐溶液在搅拌下倒入其中，澄清过滤。
（4）用余下1/3水量溶解次磷酸钠，过滤，在将要使用前在搅拌下倒入上述混和液中，稀至总体积，用1：10的H2SO4或1：4的氨水调pH值。
注：表3-1-5 碱性化学镀镍工艺规范中配方4为BLE-1光亮低温化学镀镍新工艺，溶液较酸性液稳定、节能、外观光亮平滑。pH=9～10时获含P2%～4%低磷合金，pH=8～8.5时为含P7%～8%的普通化学镍层
表3-1-5 碱性化学镀镍工艺规范
配方 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
工艺规范 | 含量/g·L-1 | ||||
硫酸镍（NiSO4·7H2O） | 25 | 30 | 40 | 20 | |
氯化镍（NiCl2·6H2O） | 30 | ||||
次磷酸钠（NaH2PO2·H2O） | 10 | 25 | 20 | 35 | 30 |
氯化铵（NH4Cl） | 50 | 30 | |||
焦磷酸钾（K4P2O7） | 50 | ||||
柠檬酸铵（(NH4)3C6H5O7） | 50 | ||||
氢氧化铵（NH4OH）/mL·L-1 | 10～20 | 25 | 30 | ||
光亮剂ND-1/ mL·L-1 | 20 | ||||
络合剂ND-2/ mL·L-1 | 40 | ||||
柠檬酸钠（Na3C6H5O7） | 10 | ||||
pH值 | 8～9.5 | 10～11 | 8～10 | 9～10或8～8.5 | 9～10 |
温度/℃ | 30～40 | 65～75 | 90 | 40 | 35～45 |
时间/min | 5～10 | 5～10 | 60 | ||
厚度/μm | 0.2～0.5 | 1～2.5 | 8 | ||
适用基体材料 | 塑料 | 塑料 | 金属 | 金属 | 塑料 |
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