学文网摘要： 本文简要介绍了化学镀镍的用途、组成及特性，以及化学镀镍溶液的组成和工艺条件的影响。
Abstract： This article mainly introduces the application， component and feature of chemical nickel-plating and the component of chemical nickel-plating solution as well as the influence of the technical condition.
关键词： 化学镀镍；镀层；工艺条件
Key words： chemical nickel-plating；cladding material；technical condition
中***分类号：TQ153.1+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）32-0320-02
作者简介：李义田（1980-），男，辽宁葫芦岛人，实践班主任，讲师，研究方向为焊接技术。
0 引言
目前在化学镀应用上最为广泛的一种方式是化学镀镍，在我国化工行业生产上使用的还原剂主要有次磷酸盐、肼、硼氢化钠和二甲基胺硼烷等。主要是因为硼氢化钠和二甲基胺硼烷的费用高，所以很多工业在选择原材料的时候大多数就会选择次磷酸钠作还原剂，但是一般使用上只会少量使用。
1 镀层的用途
由于化学镀镍的结晶细致，镀层的化学稳定性能高，强度好，和电镀层相比较来说化学镀镍层表面的缝隙周密性小，镀层要均匀，焊接性还有镀液深度都很高，所以目前在被很多行业所广泛应用。化学镀镍现如今在非金属材料上的应用是越来越广泛，尤其是按照常规的电镀方法镀上需要的金属镀层后，塑料制品经化学镀镍后就可获得和金属一样的外观了，所以很受塑料行业所认可。化学镀镍层现如今在原子能工业中的生产核燃料系统中的零件，为火箭上使用的发动机所采用。由于化学镀镍层能改善铝、铜等焊接性能，一定程度上能减少零件的磨损，减少应力的腐蚀性，所以被化工设备行业所采用。形状复杂的零件对于镀层的要求更加精确，所以对于有深孔和盲孔的一些精确度高的表面，采用化学镀镍层就能够避免出现此类现象，能够得到与外表同样厚度的镀层，还能替代镀硬铬，使其耐磨性和硬度性能更高。
2 镀层的组成和特性
2.1 镀层的组成 为了得到含有4%～5%的磷的镀层，就需要把镍磷合金用次磷酸盐作还原剂的化学镀镍溶液。如果想让含镍量为99.5%以上，就需要把硼氢化物或胺基硼烷作还原剂得到的镀层才是纯镍层。镀层中的磷含量的变化主要取决于溶液中的pH值的变化，溶液中pH值降低后，磷含量就会增大。而刚沉淀出来的化学镀镍层呈现的是非晶型薄片结构，是不定型的。常见的酸性化学镀镍溶液中沉淀出来的是含量7%～12%的磷的镀层，而在含有酸性溶液中沉淀出来的磷含量则为镀层的4%～7%。所以，溶液的组成中的含量相对个组成部分的比例而言，对溶液的工作温度等对含磷量都会有一定的影响。
2.2 镀层的特性 ①硬度。化学镀镍层的硬度要比电镀镍层的硬度高很多，而且耐磨性能更好。化学镀镍层的轻度一般为HV300～500，而电镀镍层的轻度仅仅为HV160～180。为了提高化学镀镍层的硬度，就需要在400℃的高温下进行热处理1个小时，这样就大大提高化学镀镍层的硬度，而且加热后的硬度最高值一般能达到HV1000。热处理的温度达到600℃时，如果继续提高热处理，就会导致化学镀镍层的硬度降低到HV700。由非晶体转变为晶体型组织，就需要合理进行热处理，这样镀层的含磷量就会发生Ni3P，而Ni3P的增加是随着热处理的温度的升高而改变的，在镀层还能最大的稀释出磷。为了提高镀层的硬度，就需要进行合适的热处理，其规定是：温度380～400℃，时间为1小时。为了能够保护好气氛，就要使用真空热处理的方法，能有效防治镀层变色。如果气氛不具备保护条件时，又能提高硬度值，就需要适当的降低热处理温度的时间，（如280℃）下就需要延长时间。因为镀层达到一定的硬度时，很大程度上就比较脆，所以就不适合在高载荷或冲击的条件下使用。当我们在热处理过程中，能恰当的选择好处理方式，也可降低镀层的脆性，还能达到预计的硬度又有一定的延展性。为了提高钢制工件的镀层结合力和消除能力，就需要在200℃温度下对化学镀镍层进行处理2小时。而铝制工件以在150～180℃下保持1小时较为合适。②磁性能。化学镀镍层中磁性能的强弱取决于其含磷量和热处理的温度，弱磁性的镀层含磷量是8%；完全没有磁性的含磷量则在11.4%以上；只有低于8%的含磷量的镀层才具有磁性，但是它的磁性要比电镀镍层小很多，但是经过热处理后磁性才有明显的提高。③电阻率。化学镀镍层的电阻率与含磷量有关，一般含磷量越高，则电阻率越大。在碱性溶液中所获得的化学镀镍层，其电阻率约为28～34μΩ·cm。在酸性溶液中所获得的化学镀镍层，其电阻率约为51～58μΩ·cm。化学镀镍层的电阻率经热处理后会明显下降。例如，含磷量为7%的化学镀镍层，经600℃热处理后，电阻率从72μΩ·cm降至20μΩ·cm。含硼量1.3%～4.7%的镍硼化学镀层，其电阻率为13～15μΩ·cm。用二甲胺基硼烷还原的镍镀层，含硼量为0.6%时，电阻率为5.3μΩ·cm，比纯镍的电阻率低。④热膨胀系数和密度。化学镀镍层的热膨胀系数一般为13×10-6℃-1。化学镀镍层的密度一般为7.9g/cm3左右，化学镀镍层的密度随含磷量提高而降低。化学镀镍层的综合性能见表1。
3 化学镀镍溶液的组成和工艺条件的影响
3.1 镍盐浓度对沉积速度的影响 ①在酸性化学镀镍液中镍离子浓度增加，可以提高镍的沉积速度。特别是当镍盐浓度在10g/L以下时，增加镍盐浓度，镍的沉积速度加快。例如，当镀液中含次磷酸钠20g/L、醋酸钠20g/L、温度为82～84℃、pH=5.5时，镍盐浓度从5g/L至60g/L变化时，对沉积速度的影响见表2。当镍盐浓度达到一定的度数时，如果继续增加浓度，就会使得镀层的沉淀速度不再增加，甚至下降。还会使得镀液的稳定性下降，很容易使镀层出现粗糙，不均匀。②在碱性化学镀镍液中，镍盐的浓度在20g/L以下时，提高镍盐浓度使化学沉积速度有明显的提高；但当镍盐的浓度高于25g/L以上时，虽继续提高镍盐含量，其沉积速度趋于稳定。
3.2 次磷酸钠浓度对沉积速度的影响 为了提高化学镀镍层的沉淀速度，就需要我们提高次磷酸钠的浓度。这就需要根据不同的次磷酸钠在不同镀液中的沉淀速度，每次沉淀速度超过规定后，就要继续增加次磷酸钠的浓度，但是每次沉淀都不是万无一失的确保镍的沉淀速度的，但是增加次磷酸钠的浓度过多，就会导致沉淀速度的不稳定，甚至降低速度。
3.3 络合剂的影响 加入络合剂，在酸性化学镀镍液中是为防止亚磷酸镍沉淀；而在碱性化学镀镍液中则是为防止氢氧化镍沉淀，以增加镀液的稳定性，控制沉积速度和改善镀层的外观。酸性化学镀镍液中常用的络合剂有氨基乙酸、***酸、丁二酸、苹果酸、硼酸、水杨酸、柠檬酸、醋酸等。碱性化学镀镍液中常用的络合剂有焦磷酸钠、氯化铵、醋酸铵等。络合剂的另一重要作用是提高镀液中亚磷酸镍的沉淀点。随着化学镀的进行，亚磷酸根的增加很快就达到亚磷酸镍的沉淀点而出现沉淀，使镀液不能正常使用。加入络合剂后，由于大部分镍离子与络合剂结合成络离子，不易与亚磷酸根离子反应生成亚磷酸镍沉淀，沉淀点得到提高，促使镀液稳定。络合剂还能提高镀液的工作pH值。如不加络合剂，要使镀液能有足够高的亚磷酸镍的沉淀点，必须使其pH值降至3以下，可是在这种pH值下操作不可能沉积出镀层。
3.4 抑制剂的影响 为了提高酸性化学镀镍液的稳定性，可以加入极微量的抑制剂。例如，加入1～5mg/L的硫代硫酸盐、1～2mg/L的铅离子或1～5mg/L的亚锡离子，能抑制化学镀镍液中固体微粒的催化活性，以防止镀液的自然分解。由于抑制剂均属催化毒剂，使用时要极为小心，不能加入过量，否则会对镀速有明显影响，甚至不起镀。
3.5 pH值的影响 溶液的pH值对化学镀镍过程的影响如下：①酸性化学镀镍溶液的pH值增大能使镀层沉积速度加快。当pH值小于3时，沉积速度极慢，实际上反应已不进行。但为了提高沉积速度而过分提高pH值也是不适当的，因为会使溶液中亚磷酸镍的溶解度降低，溶液容易混浊，导致溶液自然分解，缩短溶液的使用寿命。同时，当溶液混浊时，容易造成镀件向上部位或凹槽的镀层粗糙。当溶液的pH值大于6时，次磷酸盐氧化为亚磷酸，催化反应转化为自发性的反应，这时溶液会很快失效。因此，酸性化学镀镍溶液维持在一定pH值范围内是很重要的，一般控制在4.0～5.0较为合适。在使用过程中，溶液的pH值会逐步降低，因此，必须经常测定，用稀氢氧化钠溶液或氨水来调整。一般新配制的溶液pH值掌握在配方规定范围的上限，用旧了的溶液，由于亚磷酸盐的积聚量较大，为避免沉淀物析出，可掌握在配方规定范围的下限。但用控制pH值来避免亚磷酸盐沉淀的产生也有一定限度，当亚磷酸盐积聚量超过130g/L时，溶液就很难继续使用。当pH值增大时，所得镀层中的含磷量会相应降低，同时会降低次磷酸盐还原剂的利用率，此时部分还原剂消耗于析氢。②碱性化学镀镍液的沉积速度受pH值的影响不大。为使pH值维持在工艺规定范围内，用添加氨水来补充蒸发了的氨和中和沉积反应时所产生的酸。
3.6 温度的影响 温度对沉积速度影响很大，温度愈高，沉积速度愈快。镀液温度一般控制在85～90℃较合适。为防止局部过热，镀槽宜采用蒸气夹套加热。此外，在施镀过程中温度要严格控制，不使发生大幅度变化，最好维持溶液的工作温度变化在土2℃内，因为沉积层中的磷含量会随温度而变化。若施镀过程中温度波动过大，会发生片状镀层，镀层质量不好并影响镀层结合力。碱性化学镀镍液允许在室温或略高于室温下施镀。这种情况通常是用于活化过的非金属材料表面上施镀，得一薄镍层后，再用电镀法加厚镀层。
3.7 在不同基体材料上施镀 化学镀镍可以直接沉积在具有催化作用的金属材料上（如镍、钴、钯、铑）和电位比镍为负的金属材料上（如铁、铝、镁、铍、钛）。后一类金属是靠溶液中的化学置换作用，使在其表面上产生接触镍，因镍自身是催化剂，从而使沉积过程能继续进行下去。对无催化作用且电位较镍为正的金属材料（如铜、黄铜、银等），可以用引发起镀法，即用清洁的铁丝或铝丝接触镀件表面，使成短路电池，此时被镀件作为阴极，表面首先沉积出镍层，使化学镀镍反应得以进行下去；亦可瞬时地通以直流电流作为引镀。另一法是将被镀件先在酸性氯化钯稀溶液中短时间浸泡，经彻底漂洗后再进行化学镀镍。在非金属上化学镀镍，其表面需先经特殊的化学活化处理。
4 结语
化学镀镍之所以能在世界上取得可喜可贺的经济效益，是因为其实获得非晶态镍基合金材料最经济最简便的方法之一，更是世界各个国家广泛研究、开发和应用的技术之一。
参考文献：
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