化學(xué)鍍鎳技術(shù)入門

第二部分：化學(xué)鍍鎳技術(shù)報告內(nèi)容化學(xué)鍍鎳的基本原理化學(xué)鍍鎳層的應(yīng)用

化學(xué)鍍鎳溶液化學(xué)鍍鎳工藝化學(xué)鍍鎳的性能一、化學(xué)鍍鎳的基本原理化學(xué)鍍鎳實際上就是在水溶液中通過氧化還原反應(yīng)在具有催化活性的金屬（如鎳、鐵、鈷、銀、鈀、黃銅等）表面沉積鎳-磷或鎳-硼合金。m2

+R

Ni+mC+ONi

C以次磷酸鈉為還原劑H2PO2-

+

H2O

→

H+

+

HPO32-

+

2H吸

（1）Ni2++2H吸→Ni

+2H+（2）（3）H2PO2-

+H吸→H2O+OH-+PH2PO2-

+H2O

→H+

+HPO32-

+H2（4）以硼氫化鈉為還原劑2+42

2BH

+4Ni4Ni+BO

+6H

O+8OH

---2+42

2

22BH

+4Ni+6OH

2Ni

B+6H

O+H

--(1)(2)二、化學(xué)鍍鎳層的應(yīng)用汽車汽缸、活塞、冷卻水管、減振器、曲柄軸、火花塞、柴油機噴管、多口接頭管、壓縮機、蝶形閥、空氣調(diào)節(jié)器零件、叉節(jié)銷、變速器推桿墊片、旋轉(zhuǎn)軸類、發(fā)電機二極管、發(fā)動機主軸宇宙航空板材、機架、外殼、活塞、塞、管、套管（筒）、油噴嘴、空速管、火箭推進器管道、壓縮機葉片、發(fā)動機主軸、葉輪、推進器軸、轉(zhuǎn)子葉片、伺服系統(tǒng)外殼、花鍵襯套、定子環(huán)、汽輪機葉片計算機磁盤轉(zhuǎn)動器、滾筒、聯(lián)鎖、硬磁盤、導(dǎo)軌電子元件盒、密封電纜、微波裝置、合成控制傳動繼電器、引線框架、電阻單元、電容器,插座和插塞、陶瓷基體、插頭、插口、二極管套、壓電元件、PC板食品工業(yè)熱交換器、泵、制罐頭裝置、皮帶輪、切片支點、包裝機、巧克力成型器水利、原子能工業(yè)外殼、水輪機、儲能電路、泵、真空殼體、汽缸箱化工機械外殼、汽缸部件、泵、螺栓、高壓零件、球軸、齒輪類、彈簧夾、增壓器葉輪工業(yè)攪拌機、活塞桿、旋轉(zhuǎn)接頭、蓋、反應(yīng)釜、熱交換器、軸承鏈條塑料金屬模子、汽缸、成型螺栓、噴嘴、截斷器、塑模、滑動桿油壓機器過濾器、泵、軸、遠心分離機石油外殼、測量環(huán)、旋轉(zhuǎn)軸印刷滾筒、印刷機、打字機、汽缸、托架纖維絲道、皮帶輪、接絲板照相機，光學(xué)帶齒卷盤、齒輪、金屬模三、化學(xué)鍍鎳溶液3、1

化學(xué)鍍鎳溶液的基本組成及各組分的作用化學(xué)鍍鎳溶液按照pH值分為酸浴和堿浴兩類，酸 浴pH值一般在4～6，堿浴pH值一般大于8；如果 按溫度分類則有高溫?。?5～92℃）、中溫?。?0～70℃）及室溫??；按照鍍出鍍層中的磷含量又可以分為高磷鍍液、中磷鍍液和低磷鍍液。高磷鍍液能得到非晶結(jié)構(gòu)的鍍層，耐磨性能優(yōu)良且具非磁性，廣泛用于計算機工業(yè)中；中磷鍍液施鍍時沉積速度快、穩(wěn)定性好、壽命長，是目前用的最多的化學(xué)鍍鎳液；而低磷鍍液得到的鍍層硬度高、耐磨、耐腐蝕性好。3、2

化學(xué)鍍鎳溶液的基本組成化學(xué)鍍鎳溶液主要由鎳鹽、絡(luò)合劑、還原劑和添加劑等組成。1、鎳鹽鎳鹽是鍍液中的主鹽，作為二價鎳離子的供給源。一般使用的是硫酸鎳、次磷酸鎳、氯化鎳，其次是醋酸鎳、氨基磺酸鎳及碳酸鎳等。2、絡(luò)合劑絡(luò)合劑是鍍液最重要的組成之一，能與鎳

離子生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，具有穩(wěn)定和延長

鍍液使用壽命的作用；同時可以控制沉積

速度，改善鍍層質(zhì)量。在酸性溶液中，鎳

離子的絡(luò)合劑有檸檬酸、氨基乙酸、乳酸、羥基乙酸、蘋果酸、甘油、丁二酸、丙酸、醋酸、酒石酸等。在堿性溶液中，多用有

機酸鹽及胺類的混合物作為絡(luò)合劑，如酒

石酸鉀鈉、乙二胺四乙酸二鈉、三乙醇胺、乙二胺、檸檬酸鈉等。3、還原劑還原劑一般采用次亞磷酸鈉，它的作用是通過催化脫氫，提供活潑的氫原子，把鎳離子還原成金屬，與此同時，使鍍層中含有磷的成分。此外，用作還原劑的還有硼氫化鈉、烷基胺硼烷、肼等。4、添加劑添加劑包括加速劑、穩(wěn)定劑、pH調(diào)整劑、潤濕劑等。返回3、3

化學(xué)鍍鎳溶液的配制方法以次磷酸鹽作還原劑的一步法酸性鍍液的配制為例，具體操作步驟如下：①準確稱取計算量的鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑、緩沖劑、促進劑、穩(wěn)定劑，分別用少量蒸餾水或去離子水溶解；②將已經(jīng)完全溶解的鎳鹽溶液，在不斷攪拌下倒入含絡(luò)合劑的溶液中；③將完全溶解的還原劑溶液在不斷攪拌下，倒入按②配制好的溶液中；④分別將穩(wěn)定劑溶液、緩沖劑溶液、促進劑溶液，在充分攪拌作用下，倒入按③配制好的溶液中；⑤用蒸餾水或去離子水稀釋至計算體積；⑥用硫酸或氨水或氫氧化鈉稀液調(diào)整pH值；⑦仔細過濾溶液；⑧取樣化驗，合格后加熱試鍍、生產(chǎn)。四、化學(xué)鍍鎳工藝返回4、1

化學(xué)鍍鎳的前處理鍍層金屬的生長首先是基材原子排列的繼續(xù)，要結(jié)合力好基材就必須是清潔的，所以鍍前的除油、活化工序是影響結(jié)合力的重要因素。不恰當(dāng)?shù)那疤幚砜赡墚a(chǎn)生鍍層附著力不好，多孔，粗糙甚至漏鍍。另外，與電鍍前處理工序比較，化學(xué)鍍的前處理須更加仔細。4、1、1

前處理基本工序化學(xué)除油工藝電解除油工藝水洗工藝浸酸工藝活化工藝4、1、2

不同基底材料的前處理1、低碳鋼和低合金鋼工件的典型處理 化學(xué)除油：含清潔劑或潤濕劑的堿性溶液，65～80℃，時間視需要而定；熱水清洗：70～80℃，2min；冷水清洗：二次逆流漂洗或噴洗，室溫，2min； 電解除油：含清潔劑的堿性溶液，65～80℃，周期換向電流2--3A/dm2，陽極/陰極/陽極，共3min；熱水清洗：70～80℃，2min；冷水清洗：二次逆流漂洗或噴淋，室溫，2min；浸酸活化：在30%鹽酸中除氧化膜；冷水清洗：二次逆流漂洗或噴淋，室溫，2min；去離子水洗或預(yù)熱浸洗：70～80℃，2min； 化學(xué)鍍鎳：85～90℃，PH值=4.5～5.0，時間視需要而定；冷水清洗：二次逆流漂洗或噴淋，室溫，2min，干燥。2、高合金鋼和鎳基合金工件(1)溶劑脫脂70～80℃，10～30min電壓5V，60～120s鹽酸30%，30--60s電壓5V，30～60s鹽酸30%，30～60s化學(xué)除油熱水洗電化學(xué)除油熱水洗酸洗冷水洗電化學(xué)除油熱水洗酸洗冷水洗閃鍍鎳：NiCl2?6H2OHCl(d=1.19)200～240

g?L-1100～120

ml/l

溫度 室溫dm2

Dk0.8～1.2

A/

時間3～5

min(13)

冷水洗(14)

熱水洗70～80℃(15)

化學(xué)鍍鎳3、300或304系列不銹鋼工件70～80℃，10～30min電壓5V，60～120s鹽酸30%，60s(1)

溶劑脫脂(2)

化學(xué)除油(3)

熱水洗(4)

電化學(xué)除油(5)

熱水洗(6)

酸洗(7)

冷水洗(8)

閃鍍鎳

NiCl2?6H2OHCl(d=1.19)電流密度200～240

g/l100～120

ml/l2～5

A/dm2

時間1～2

min

陽極硫去極化鎳(9)

冷水洗(10)

熱水洗(11)

化學(xué)鍍鎳70～80℃4、銅和銅合金工件銅合金進行化學(xué)鍍鎳，前處理工藝類似于鋼的前處理工藝，

包括堿液除油和浸酸除氧化膜。不同之處在于：①銅對于化

學(xué)鍍鎳的化學(xué)還原沒有催化作用，因而對銅合金必須進行化

學(xué)或電化學(xué)活化；②為了使銅合金容易加工，經(jīng)常在銅合金

內(nèi)添加0.5～10%的鉛，如果不除去銅合金表面的鉛，鍍層的

附著力會降低，甚至剝落。黃銅或青銅中加入鉛與加入的其

他元素不一樣，鉛不可能與銅形成合金，但是鉛可呈球狀金

屬保持在銅內(nèi)。切割加工時顯出鉛粒由表面滲出或流動，可

起到潤滑作用。但在鉛上不能進行化學(xué)鍍鎳，除非除去鉛粒，不然得到的鍍層與基體結(jié)合力差和多孔。同時在零件表面留

有鉛也會污染化學(xué)鍍鎳槽液，使沉積速度和鍍層質(zhì)量明顯降

低。因此，對于含鉛銅合金，必須除去表面的鉛，才能進行

化學(xué)鍍鎳。除表面鉛的方法是把零件浸在10～30%氫氟酸中，時間30～120s，溶液溫度室溫。5、鋁和鋁合金工件鋁在水洗或暴露在空氣中時，它的表面很容易與氧反應(yīng)形成氧化膜。這層氧化膜就阻礙了鍍層與基體之間的金屬鍵合，導(dǎo)致鍍層與基體分離。為解決這一問題，對鋁基體需要進行特殊的工藝處理，包括除

油、除氧化膜和浸鋅。除油、除氧化膜基體材料工藝規(guī)范純鋁鋁合金NaOH/

g?L-15～6--Na2CO3/

g?L-120～2525Na3PO4?12H2O/

g?L-110～1530溫度/℃60～6560～70時間/min1～22～3酸蝕基體材料工藝規(guī)范純鋁鋁合金高硅鑄造鋁合金H2SO4

(d=1.84)

/ml?L-180--HNO3(d=1.41)

/ml?L-110600600HF(48%)

/

ml?L-1200溫度/℃室溫室溫室溫時間/s30～6020～30s30～60化學(xué)浸鋅鋁和鋁合金經(jīng)過上述除油、除氧化膜后 ，再浸入堿性鋅酸鹽溶液，這樣存在表 面的氧化膜就溶解；與此同時，一旦鋁 基體顯露，鋁表面也開始溶解，立即被 等當(dāng)量的鋅所置換。當(dāng)鋁表面已經(jīng)被極 薄的鋅層完全覆蓋時，浸鋅反應(yīng)停止 進行。浸鋅常用的配方和操作條件NaOHZnONaKC4H4O6.4H2OFeCl3.6H2ONaNO3溫度時間120g?L-120

g?L-150g?L-12

g?L-11

g?L-1室溫20～30s浸鋅溶液的配制方法①將需要量的NaOH用配制體積1/3量的水?dāng)嚢枞?解；②將計算量的氧化鋅用水調(diào)成糊狀，在不斷攪拌 下，緩慢加入到①液中，并繼續(xù)攪拌至氧化鋅完 全溶解；③將計算量的酒石酸鉀鈉，三氯化鐵，硝酸鈉分 別溶解于水，并混合后倒入上述溶液；④用水稀釋至規(guī)定體積；⑤除去沉積物便可使用。6、塑料件塑料一般是非導(dǎo)體，對鎳的化學(xué)還原不具有催化

性，尤其是在沉積過程中保持著一定結(jié)合力(附著

力)，如不經(jīng)處理，那么這對塑料基體是不可能實

現(xiàn)的。眾所周知，塑料與鍍層之間是不可能形成金屬鍵合，只可能是鍍層與基體表面的機械結(jié)合，為此要想改善鍍層與塑料基體的結(jié)合，一般塑料應(yīng)在酸性溶液中浸蝕或在有機溶劑中浸蝕，使表面粗化和提供更多的結(jié)合位置。在塑料上進行化學(xué)鍍鎳通常的前處理工藝包括：除油(脫脂)、浸蝕(粗化)、敏化和活化。（1）除油(脫脂)塑料除油和其他固態(tài)表面除油一樣，可在有機溶劑或含表面活性物質(zhì)的堿性水溶液中進行。有機溶劑適用于去除塑料表面上的石蠟、蜂蠟、脂肪和其他有機污垢。有機溶劑除油時，應(yīng)選用對該塑料不溶解，不膨脹和不龜裂的相應(yīng)溶劑。如聚丙烯酸脂塑料應(yīng)使用甲醇做溶劑，氟塑料應(yīng)使用丙酮做溶劑，聚甲基丙烯酸甲脂塑料應(yīng)使用甲醇，四氯化碳等作溶劑。(2)浸蝕（化學(xué)粗化）浸蝕也就是化學(xué)粗化，其實質(zhì)是一種腐蝕作用。塑料表面經(jīng)過化學(xué)腐蝕后，微觀變得粗糙，從而提高了鍍層的機械結(jié)合力。另一方面，粗化時將會改變塑料表面的微觀幾何形狀和聚合分子的化學(xué)性質(zhì)，在該表面上形成極性基，使該表面成為親水性，即能被水所濕潤?；瘜W(xué)粗化液的配方及工藝工藝規(guī)范配方1配方2配方3Cr3O/

g

?L-1150～20030～35180～200H2SO4/

ml?L-11000800～8501000HNO3/

ml?L-125～30K2Cr2O7/g?L-160～70H2O/

ml?L-1450500溫度/℃40～5040～5060時間/s1～260（3）敏化其目的是使塑料表面吸附一層氧 化的物質(zhì)(一層具有還原性的金 屬)，保證在活化時表面發(fā)生還 原反應(yīng)。復(fù)雜零件敏化處理時， 應(yīng)對敏化溶液進行攪拌，才能得 到較好的結(jié)果。敏化液配方與工藝工藝規(guī)范配方1配方2HCl

/

ml?L-14010～40SnCl2?2H2O/g?L-11010～25錫條pH值>1>1溫度/℃室溫室溫時間/min5～101～2（4）活化其目的是使塑料表面產(chǎn)生一層薄的催化表面，即通過敏化表面上吸附的Sn2+來還原金屬鈀，使其成為催化中心，鎳離子在此中心開始還

原：S

n

2+

+

P

d

2+

P

d

+ S

n

4+在化學(xué)鍍鎳中應(yīng)用最廣泛的活化液是鈀鹽溶液，組分和工藝如下:PdCl2HCl溫度(℃)時間0.1～1

g?L-15～10

ml?L-118～250.5～2

min4、2

化學(xué)鍍鎳的實施4.2.1

化學(xué)鍍鎳槽因為化學(xué)鍍鎳是通過自身催化反應(yīng)，而不是借助于外電源進行電沉積，所以只要有鍍槽和輔助設(shè)備就能保證工藝的實現(xiàn)，獲得所要求的鍍層質(zhì)量。化學(xué)鍍鎳槽必須滿足不被化學(xué)鍍鎳液浸蝕和對鎳離子無催化作用兩個條件。符合這兩個條件的材料有耐酸搪瓷、陶瓷、玻璃、不銹鋼、塑料等。4.2.2

鍍鎳槽液的加熱用來加熱化學(xué)鍍鎳槽液有槽內(nèi)電加溫和槽外水浴加熱兩種方式。槽外水浴加熱是在槽液容器不大，把它放在由控溫裝置的水浴內(nèi)，當(dāng)槽液升到所要求工藝溫度時，此時通過控溫裝置使水浴停止升溫。在這種方式中蒸汽和電加溫是最普通的熱源。4.2.3

化學(xué)鍍鎳液的維護管理（1）在正常生產(chǎn)過程中，反應(yīng)生成的亞磷酸根含量會 逐漸上升，當(dāng)亞磷酸根濃度超過120g?L-1，產(chǎn)生亞磷酸 鎳沉淀。（2）操作失誤，如鍍液溫度不均勻，循環(huán)或攪拌次數(shù) 太少，面容比不當(dāng)，也會使鍍液失去使用效力。（3）操作過程中帶入雜質(zhì)，如自來水中的各種有害物質(zhì)，工件除銹不干凈，灰塵進入，都可導(dǎo)致鍍液污染。鍍液使用后應(yīng)及時加蓋以免鐵、銅絲等金屬掉入槽中。特別是鉛和鎘，鍍液中超過5mg?L-1就會對鍍液產(chǎn)生不良影響。2（4）H2PO

-和Ni2+消耗過多，造成鍍液各成分比例失調(diào)，使鍍液失去穩(wěn)定性。4、3

化學(xué)鍍鎳層的后處理在大多數(shù)情況下，化學(xué)鍍鎳層除了清洗和干燥 外，一般不作任何后處理。但為了達到某一目 的，還得進行必要的后處理，例如:（1）烘烤：提高鍍層附著力，減少氫脆；（2）熱處理：提高鍍層硬度和耐磨性；（3）活化和表面預(yù)備：鍍金屬或有機涂層；（4）鉻酸鹽鈍化：提高耐蝕性；（5）著色：提高其裝飾性。4、4

鍍層的組成和特性<1>鍍層的組成用次磷酸鹽作還原劑的化學(xué)鍍鎳溶液中鍍得的鍍層含有4％～15％的磷，是一種鎳磷合金。以硼氫化物或胺基硼烷作還原劑得到的鍍層才是純鎳層，含鎳量可達99．5％以上。剛沉積出來的化學(xué)鍍鎳層是無定型的，呈非晶型薄片狀結(jié)構(gòu)。鍍層中磷含量主要決定于溶液的PH值，隨著PH值降低，磷含量增大。常規(guī)的酸性化學(xué)鍍鎳溶液中沉積出的鍍層含磷量為7％～12％，而堿性溶液中沉積的鎳層含磷量為4％～7％。此外，溶液的組成及各組分的含量和它們的相對比率，以及溶液的工作溫度等都對含磷量有一定的影響。<2>鍍層的特性①硬度化學(xué)鍍鎳層比電鍍鎳層的硬度高得多，而且更耐磨。電鍍鎳層的硬度僅為HV160～180，而化學(xué)鍍鎳層的硬度一般為HV300～500。用熱處理方法可大大提高化學(xué)鍍鎳層的硬度，在400℃加熱1小時后，硬度的最高值約可達HV1000。若繼續(xù)提高熱處理溫度，如提高到600℃時，則硬度反而降低為HV700。熱處理前的化學(xué)鍍鎳層是非晶型的無定型結(jié)構(gòu)，熱處理后則轉(zhuǎn)變成晶型組織，鍍層中有Ni3P相形成。Ni3P相的析出量隨著熱處理溫度的升高而增加，其最大析出量則決定于鍍層的含磷量。為了提高鍍層硬度，合適的熱處理規(guī)定是：溫度

380～400℃，時間為1小時。為防止鍍層變色，最好有保護氣氛或用真空熱處理。在不具備保護氣氛條件時，適當(dāng)降低熱處理溫度(如280℃)和延長處理時間，同樣可以提高硬度值。當(dāng)鍍層具有最大硬度時，脆性亦增大，因而不適宜在高載荷或沖擊的條件下使用。選擇恰當(dāng)?shù)臒崽幚項l件，可使鍍層既有一定的硬度又有延展性。一般鋼制工件的化學(xué)鍍鎳層在200℃溫度下處理2小時，可提高鍍層結(jié)合力和消除應(yīng)力。而鋁制工件以在150～180℃下保持1小時較為合適。②磁性能化學(xué)鍍鎳層的磁性能決定于含磷量和熱處理溫度。含磷量超過8％的鍍層是弱磁性的；含磷量在11．4％以上，完全沒有磁性；含磷量低于8％的鍍層才具有磁性，但它的磁性比電鍍鎳層小，經(jīng)熱處理后磁性能有顯著提高。例如，在堿性化學(xué)鍍鎳液中所得的鍍層，未經(jīng)熱處理時其磁性能為矯頑磁力H0＝160A／M，經(jīng)350℃熱處理1小時后為H0＝8800A／M。③電阻率化學(xué)鍍鎳層的電阻率與含磷量有關(guān)，一般含磷量越高，則電阻率越大。在堿性溶液中所獲得的化學(xué)鍍鎳層，其電阻率約為28～34ΜΩ·cm

.在酸性溶液中所獲得的化學(xué)鍍鎳層，其電阻率約為51～58ΜΩ·cm，比電鍍鎳層高數(shù)倍(純鎳的電阻率為9.5ΜΩ·cm)。化學(xué)鍍

鎳層的電阻率經(jīng)熱處理