电镀镍工艺及药水解析

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。
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。
《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。
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
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
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：
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
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。
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；
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
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
pH值
温度 /℃
Dkl2·6H2O 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
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。