化学镀镍工艺

化学镀镍工艺
化学镀镍机理：
1)原子氢析出机理。

原子氢析出机理是1946年提出的，核心是还原镍的物质是原子氢，其反应过程如下：
H2P02-+H20→HP032-+H++2H
Ni2++2H→Ni+2H+
H2P02-+H++H→2H20+P
2H→H2
水和次磷酸根反应产生了吸附在催化表面上的原子氢，吸附氢在催化表面上还原镍离子。

同时，吸附氢在催化表面上也产生磷的还原过程。

原子态的氢相互结合也析出氢气。

2）电子还原机理(电化学理论)电子还原机理反应过程如下：
H2P02-+H20→HP032-+H++2e
Ni2++2e→Ni
H2P02-+2H++e→2H20+P
2H++2e→H2
酸性溶液中，次磷酸根与水反应产生的电子使镍离子还原成金属镍。

在此过程中电子也同时使少部分磷得到还原。

3）正负氢离子机理。

该理论最大特点在于，次磷酸根离子与磷相连的氢离解产生还原性非常强的负氢离子，还原镍离子、次磷酸根后自身分解为氢气。

H2P02-+H20→HP032-+H++H-
Ni2++2H-→Ni+H2
H2P02-+2H++H-→2H20+P +1/2H2
H-+H+→H2
分析上述机理，可以发现核心在于次磷酸根的P-H键。

次磷酸根的空间结构是以磷为中心的空间四面体。

空间四面体的4个角顶分别被氧原子和氢原子占据，其分子结构式为：
各种化学镀镍反应机理中共同点是P-H键的断裂。

P-H键吸附在金属镍表面的活性点上，在镍的催化作用下，P-H键发生断裂。

如果次磷酸根的两个P-H键同时被吸附在镍表面的活性点上，键的断裂难以发生，只会造成亚磷酸盐缓慢生成。

对于P-H键断裂后，P-H间共用电子对的去向，各种理论具有不同的解释。

如电子在磷、氢之间平均分配，这就是原子氢析出理论；如果电子都转移至氢，则属于正负氢理论；而电子还原机理则认为电子自由游离出来参与还原反应。

因此，可以根据化学镀镍机理的核心对各种宏观工艺问题进行分析解释。

化学镀镍工艺过程
化学镀镍前处理工艺
一：除油：
（1）有机溶剂除油常用溶剂有：三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷
（2）碱性除油常用的碱：氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、乳化剂和表面活性剂
（3）电化学除油阴极除油、阳极除油、交替电解除油
二：酸洗
（1）化学酸洗盐酸、硫酸、硝酸、磷酸
（2）电解酸洗在酸的溶液中采用阴极、阳极，阳极阴极联合（PR）电解酸洗比单纯得浸蚀酸洗速率快，特别是溶液除去那些附着紧密的氧化皮，而且允许酸的浓度有较大变化三：镀液组成
以次磷酸盐为还原剂的酸性化学镀镍液
溶液组成及其作用
1:镍盐
最常用的镍盐有硫酸镍和氯化镍，硫酸镍价格低廉，容易制成纯度较高的产品，别人为是镍盐的最佳选择
次磷酸镍是镍离子的最理想的来源
镀液中镍离子浓度不宜过高，镍液中镍离子过多会降低镀液的稳定性，容易形成粗糙的镀层镍离子浓度较低时，速率随浓度升高而上升，达到一定浓度后速度不再改变。

2：还原剂
还原剂是化学镀镍的主要成分，它能提供还原镍离子所需的电子，在酸性镀液中采用的还原剂主要为磷酸盐，还可以作为还原剂的有，硼氢化物、联氨（肼）
在一定范围内镍沉积的反应速度与次磷酸的浓度成正比，因而次磷酸的浓度直接影响反应的沉积速率。

3：缓冲剂
缓冲剂的主要用处是维持镀液的PH值，防止化学镀镍是由于大量析出氢离子所引起的PH 下降
当PH<3.8时，反应将会终止，这是由于氢离子与镍离子发生竞争放电的结果，使得离子无法被还原，当PH>6.0时，在镍离子未被络合的条件下，镍离子将发生水解，自发的生成氢氧化镍，因此PH应控制在3.8-6.0之间。

4：络合剂
当PH值大于6的时候，假如溶液中不存在与镍离子络合的络合剂，镍离子不可避免要发生水解，生成氢氧化镍沉淀，为了使镀液稳定，在化学镀镍溶液中通常选用有机酸及其络合剂络合剂的作用主要是镍离子进行络合降低游离镍离子的浓度，提高镀液稳定性。

化学镀液常用的络合剂有：乙醇酸，柠檬酸，乳酸，苹果酸，丙酸，甘氨酸，琥珀酸，氨基乙酸
络合剂中羟基、羧基、氨基是配位体，因为氨基中氮原子和羟基、羧基中的氧原子都有孤对电子，可以占据镍离子的空轨道，形成螯合物
5：稳定剂
稳定剂阻止或推迟了化学镀镍液的自发分解，稳定镀液有时还能加快反应，影响化学镀镍层的磷含量及内用力。

各种稳定剂：铅离子，硫脲，碘酸钾，不饱和有机酸
6：促进剂
化学镀镍溶液中的络合剂和稳定剂往往会使沉积速率下降，因此，常常在镀液中添加少量的能提高沉积速率的物质，即促进剂
促进剂促使次磷酸盐分子中氢和磷原子之间键变弱，是氢在被催化表面上更容易移动和吸附各种促进剂：ɑ-氨基丙酸，ɑ-氨基丁酸，天冬氨酸
7：光亮剂
二：影响工艺的条件：温度、PH、杂质
可用于化学镀镍的基本材料
金属材料：钢铁、铝及铝合金、镁及镁合金、钛合金、铜及铜合金
铜及铜合金上化学镀镍需注意的问题：
1：铜及铜合金不具有自催化性能，即本身不能诱发次磷酸钠的氧化释放电子去还原镍离子，因此黄铜件在实施化学镀镍前必须进行特殊的前处理来诱导镍的沉积，可以采用的方法有：铁引发法，闪镀镍法，以及化学活化法
2：铜在氨性溶液以及许多有机络合剂溶液中能迅速发生腐蚀，特别是黄铜容易在酸性溶液中发生选择性脱锌腐蚀
3：铜的前处理与钢铁件有很大不同
（1）表面采用强还原剂处理：二甲氨基硼烷
（2）采用电镀镍诱导的化学镀镍工艺
溶剂除油→碱性除油→水洗→阴极除油→水洗→弱浸蚀→水洗→预镀镍活化→水洗→化学镀镍
非金属上化学镀镍
非金属一般不具备导电性，特别是在化学镀镍中不具备催化活性，因而要获得与非金属基体结合力良好的化学镀镍层，最重要的是这些材料的镀前处理工作
非金属导电化处理方法有三种
1：粗化、敏化、活化发
2：采用非金属无机导电膜法（石墨、金属硫化物）
3：采用涂覆有机导电高分子膜层的方法
方法2对于塑料件的导电化处理非常有使用
如铜和硫反应生成非整比硫化物的分子式为Cu2-x S（0<1）
具体方法：采用两种溶液浸渍塑料
第一种溶液含有二价铜和二价钴离子，第二中溶液里含有硫或聚硫离子，工件在第一种溶液浸渍的时候由于铜的歧化反应，使其表面吸附了一价铜离子和二价铜离子，在第二种溶液浸渍时，生成了非整比的硫化物。

可用化学镀镍的非金属材料有：
ABS塑料、陶瓷、硅、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维
化学镀镍层的性能表征
1：外观镍层外观质量不仅包括镀层表面缺陷，如针孔、麻点、起皮、起泡、剥落、斑点，还包括镀层表面粗糙度，光泽度
2：厚度及其均匀性
厚度直接影响到工件的耐蚀性，耐磨性，孔隙率，导电性等性能，由于沉积速度，沉积时间，镀液的老化程度
3：结合力表示镀层与基体金属的结合强度
4：密度镀层中磷与硼的含量
5：热性能
6：硬度
7：耐蚀性化学腐蚀高温腐蚀
8：电性能接触电阻磁性质。