电镀镍工艺及药水解析

类型 硫酸盐－
氯化物
硬镍
表7-1 部分镀镍电解液的成分，操作条件及主要用途
镀液组成
含量 /g·L-1
wk.baidu.compH值
温度 /℃
Dk /A·dm-2
主要用途
NiSO4·6H2O NiCl2·6H2O H3BO3
330
45 1.5～ 38 4.5
45～65 2.5～10
多数镍电解液的 基础，可用于预 镀，滚镀，镀厚 镍等
NiSO4·6H2O NH4Cl H3BO3
180 25
5.6~5.9 43~60 2.0~10 30
硬度可达HV350~ 500用作耐磨镀镍
氯化物
NiCl2·6H2O H3BO3
硫酸盐
NiSO4·6H2O H3BO3
氨磺酸盐
Ni(NH2S03)2 H3BO3
300 28 2.0
300 40 3～5
1.4 镀镍工艺发展历史：
自1843年R．班特格尔（R．Bottger）发明镀镍以来，至今已有一百 多年的历史，随着生产的发展和科学技术的进步，各种镀镍电解液不断 出现和完善。1916年O．P．Watts提出了著名的瓦特型镀镍电解液，镀 镍工艺进入工业化阶段，瓦特型镀镍电解液至今仍是光亮镀镍、封闭镍 等电解液的基础。
2.3 镀镍的电极反应
(1)阴极反应 镀镍时，阴极上的主反应是镍离子还原
Ni2++2e=Ni
由于暗镍镀液为微酸性，因此，阴极上还有H+离子还原为H2↑的副反
应发生
2 H+ +2e= H2↑
(2) 阳极反应
镀镍时，阳极上的主反应为金属镍的电化学溶解：
Ni－2e=Ni2+
当阳极电流密度过高，镀液中又缺乏阳极活化剂时，将会发生阳极钝 化，并有析出氧气的副反应：
第二次世界大战以后（1945），随着汽车工业的迅速发展，半光亮 镀镍和光亮镀镍工艺发展很快，然而，光亮镍经镀络后，其耐腐蚀性能 远不如暗镍抛光和半光亮镍的好，所以促进了人们从镀层体系，耐腐蚀 机理、快速腐蚀试验方法和镀层质量评价标准等方面从事研究。
研究工作的主要成果:(1) 美国哈夏诺（Har-shaw）化学公司的双层镀 镍工艺和美国尤迪莱特（Udylite）公司三层镀镍工艺的问世；(2) 60年代初 期在西欧（荷兰的N．V·丽塞奇公司）及美国的尤迪莱特公司几乎同时开发 出一种弥散镀层（复合镀层－镍封闭）。在镍的复合镀层上再镀铬，形成 微孔铬以提高镀层的耐腐蚀性能。
1.5 镀镍的类型
以镀液种类来分，有硫酸盐、硫酸盐一氯化物、全氯化物、氨磺酸盐、 柠檬酸盐、焦磷酸盐和氟硼性盐等镀镍。由于镍在电化学反应中的交换 电流密度(i0)比较小，在单盐镀液中，就有较大的电化学极化。
以镀层外观来分，有无光泽镍(暗镍)、半光亮镍、全光亮镍、缎面镍、 黑镍等。
以镀层功能来分，有保护性镍、装饰性镍、耐磨性镍、电铸(低应力) 镍、高应力镍、镍封等。
2H2O － 4e = O2↑+4H+ 加入C1-离子可以防止阳极钝化，但也可能发生析出氯气的副反应：
2C1- － 2e = Cl2 ↑
2.4 镀液中主要成分的作用及操作条件对镀层性能的影响
(1)硫酸镍 是镀液的主要成分，是镍离子的来源，在暗镍镀液中，一 般含量是150g/L～300g/L。硫酸镍含量低，镀液分散能力好，镀层结晶细 致，易抛光，但阴极电流效率和极限电流密度低，沉积速度慢，硫酸镍
4~10
可用于镀厚镍和电铸 镍镀层内应力低，排 出物对环境有污染
50～60
2～4
镀液呈微碱性，主要 用于锌压铸件上直接 镀镍
第二节 普通镀镍
普通镀镍又叫镀暗镍，主要用于电镀某些只要求保持本色的零件， 或仅考虑防腐蚀作用而不需考虑外观装饰的零件。暗镍镀液也用于电铸 等方面。
2.1 工艺特点：
镀镍层结晶细致，易于抛光，韧性好，耐蚀性比亮镍好，溶液具有 相当好的整平能力，可以减少毛坯磨光和省去工序之间抛光，有利于自 动化生产，加入添加剂(光亮剂)可以直接镀出半光亮和全光亮镀层，镀 液主要使用硫酸镍、少量氯化物和硼酸为基础。
1.3 镀镍层的性能
镍镀层孔隙率较高，只有当镀层厚度超过25μm时，才是无孔的，所 以，一般不单独作为钢铁的防护性镀层，而是作为防护装饰性镀层体系 的中间层和底层。镍的硬度很高，镀镍层可提高制品表面硬度，表面耐 磨性。
与镀锌、铜不同之处在于：镍不需要特殊的络合剂和添加剂，主要 由于镍是具备较强的极化作用，在强酸性介质中不可能把它沉积出来， 只能使用弱酸性镀液；
含量高，允许使用的电流密度大，沉积速度快，但镀液分散能力稍差。 (2) 氯化镍或氯化钠
只有硫酸镍的镀液，通电后镍阳极的表面很易钝化，影响镍阳极的 正常溶解，镀液中镍离子含量迅速减少，导致镀液性能恶化。加入氯离 子，能显著改善阳极的溶解性，还能提高镀液的导电率，改善镀液的分 散能力，因而氯离子是镀镍液中不可缺少的成分。但氯离子含量不能过 高，否则会引起阳极过腐蚀或不规则溶解，产生大量阳极泥，悬浮于镀 液中，使镀层粗糙或形成毛刺。因此，氯离子含量应严格控制。在常温 暗镍镀液中，可用氯化钠提供氯离子。但有人对镀镍层结构的研究表明， 镀液中钠离子影响镍镀层的结构，使镀层硬而脆，内应力高，因此，在 其他镀镍液中为避免钠离子的影响，一般用氯化镍为宜。
镀液组成
含量/g·L-1
Ni(BF4)2 HBF H3BO3
Ni2P2O7 Na4P2O7·10H2 O KCl (NH4)3C6H5O7
300～450 5～40 30～40
70～80 200～250
10～15 15～20
pH值 2.6～
3.5
8～10
温度/℃ 30~50
Dk /A·dm-2
主要用途
《电镀与电解工程》
授课教师：葛 文 职称：副教授
2009年9月
第七章 电镀镍
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
概述 普通镀镍 光亮镀镍 镀镍工艺的新发展 镀黑镍 不合格镀镍层的退除
第一节 概述
镍是一种带微黄的银白色金属，具有良好的导电性能和导热性能。 1.1 基本物理特性：
密度：8.9 g/cm3； 原子量：58.70 熔点：1452 ℃ 电极电位为: φ0 Ni2＋＝ －0.250 V 电化当量： Ni2＋ ＝ 1.095 g/(A·h) 1.2 基本化学特性： 镍在有机酸中很稳定，在硫酸、盐酸中溶解很慢，在浓硝酸中处于钝 化状态，但在稀硝酸中则不稳定。镍在空气中或在潮湿空气中比铁稳 定，在空气中形成透明的钝化膜而不再继续氧化，耐蚀性好。对钢铁 基体来说，由于镍的标准电极电势比铁正，钝化后电势更正，镍镀层 是阴极镀层。
450 30 3～5
50～70 2.5～10
46
2.5~10
40～60 2～30
用于镀厚镍，修 复磨损工具、电 铸；高硬力镍的 基础液
主要用于印刷线 路镀金前的底层 电镀（采用不溶 性阳极）
用于镀厚镍和电 铸镍，镀层内应 力低
类型 氟硼酸盐
焦磷酸盐
续表7-1 部分镀镍电解液的成分，操作条件及主要用途