电镀教材- 电镀镍

次于锌镀层而居第二位，其消耗量约占镍总产量的10％左右
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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
镀液。
对预镀层不要求过厚，但结晶应细致，以保证整个镀层 体系表面平滑、光洁。
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预镀液的组成及操作条件
成分及操作条件 硫酸镍NiSO4· 2O 6H /g· -1 L 氯化钠NaCl /g· -1 L 硼酸H3BO3 /g· -1 L 硫酸钠Na2SO4 /g· -1 L 十二烷基硫酸钠C12H25SO4Na /g· -1 L 氯化镍NiCl2· 2O 6H /g· -1 L 盐酸HCl(38%) /mL· -1 L 柠檬酸钠Na3C6H5O7· 2O 2H /g· -1 L 硫酸镁MgS04· 2O 7H /g· -1 L pH值 温度 /℃ 阴极电流密度 /A· -1 dm 时间 /min 适用的基体材料 配 弱酸性预镀液 120~150 7~12 30~45 60~80 0.05~1 240~260 120~130 方 中性预镀液 120~180 强酸性冲击预镀液
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。
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镀镍的类型很多。若以镀液种类来分，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。
氟硼酸盐
2.6～3.5
30~50
焦磷酸盐
8～10
50～60
2～4
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1 普通镀镍 普通镀镍即镀暗镍。根据使用目的不同，通常又可分为
预镀镍和常规镀镍两类。即使同样是预镀液，也因基体材
料情况不同而采用不同的组分。 1．镀液的组成及操作条件 采用预镀镍的目的，主要是为了保证镀层与基体有良好 的结合力，因而，要根据基体材料的特性而选用不 同的预
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。
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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。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，就是这些研究工作 的杰出成果之一。 60年代初期在西欧（荷兰的N．V· 丽塞
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(6) 镍阳极
除硫酸盐型镀镍时使用不溶性阳极外，其他类
型镀液均采用可溶性阳极。镍阳极种类很多，常用的有电解 镍，铸造镍、含硫镍、含氧镍等。在暗镍镀液中，可用铸生毛刺，一般用阳极袋屏蔽。 (7) pH值 一般情况下，暗镍镀液的pH值可控制在4.5～5.4 范围内，对硼酸缓冲作用最好。当其他条件一定时，镀液pH 值低，溶液导电性增加，阴极极限电流密度上升，阳极效率 提高，但阴极效率降低。如瓦茨液的pH值在5以上时，镀层 的硬度、内应力、拉伸强度将迅速增加，延伸率下降。因此， 对瓦茨液来说，pH值一般应控制在3.8～4.4较适宜，通常只
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(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。
硬镍
5.6~5.9
43~60
2.0~10
氯化物
2.0
50～70
2.5～10
硫酸盐
NiSO4· 2O 6H H3BO3
Ni(NH2S03)2 H3BO3
300 40
450 30
3～5
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2.5~10
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
氨磺酸盐
3～5
40～60
有在常温条件下使用的镀液才允许使用较高的pH值。
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(8) 温度
根据暗镍镀液组成的不同，镀液的操作温度可在
15℃～60 ℃的范围内变化。添加导电盐的镀液可以在常温下电 镀。而使用瓦茨液的目的是为了加快沉积速度，因此，可采用 较高的温度。若其他条件相同，通常提高镀液温度，可使用较 大的电流密度而不致烧焦，同时镀层硬度低，韧性较好。 (9) 阴极电流密度 在瓦茨液中，通常阴极电流密度的变化，
对镀层内应力的影响不显著，从生产效率考虑，只要镀层不烧 焦，一般都希望采用较高的电流密度。
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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↑
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(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：
Plating technology
Chapter Ⅷ Nickel Plating
电镀工艺学
第八章 电镀镍
第七章
电镀镍
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。 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
过高，因硼酸的溶解度小，在室温时容易析出，
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(4) 导电盐
硫酸钠和硫酸镁是镀镍液中良好的导电盐。
它们加入后，最大的特点是使镀暗镍能在常温下进行。 另外，镁离子还能使镀层柔软、光滑、增加白度。一般 来说，镀镍液中主盐浓度较高，因此，主盐兼起着导电 盐的作用。含氯化镍的镀液，其导电率更高，因此，目 前除低浓度镀镍液外，一般不另加导电盐。
电化当量： Ni2＋ ＝ 1.095 g/(A· h) 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。
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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
NiSO4· 2O 6H NH4Cl H3BO3 NiCl2· 2O 6H H3BO3
330 45 38
180 25 30 300 28
1.5～4.5
多数镍电解液的基 础，可用于预镀， 滚镀，镀厚镍等
硬 度 可 达 HV350~ 500用作耐磨镀镍 用于镀厚镍，修复 磨损工具、电铸； 高硬力镍的基础液
0.05~0.1 3.8~4.4 45~60 1~3
4.0~4.6 45~50 1~1.5
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1916年，由O．P．Watts提出的镀镍溶液原配方为： 硫酸镍 240g/L 氯化镍20g/L 硼酸20g/L 这是现在工业上普遍采用的暗镍工艺，而且是目前许多 如半光亮镍、光亮镍、高硫镍、缎面镍等镀镍的基础电解 液。
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。
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表8-1 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 镀液组成 含量 /g· -1 L pH值 温度 /℃ 45～65 Dk /A· -2 dm 2.5～10 主要用途
NiSO4· 2O 6H NiCl2· 2O 6H H3BO3
后电势更正，镍镀层是阴极镀层。
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。在工程领域里，也 有镀50μ m以上的厚镍层来防止钢铁件的腐蚀或用来修复被
磨蚀的零部件。
在电镀中，由于镍镀层具有很多优异性能，其加工量仅
10~20 15~230 10~20 6.6~7.0 35~40 0.5~1.2 4~6
5.0~5.6 25~35 0.8~1.5 3~5
10~35 5~20 2~4
钢铁
不锈钢
锌合金及铝合 金经浸锌处理 的表面 10
镀暗镍工艺，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。常规的暗镍镀液组成及操作条件
暗镍镀液的组成及操作条件
成分及操作条件 硫酸镍NiSO4· 2O 6H /g· -1 L 氯化钠NaCl /g· -1 L 氯化镍NiCl2· 2O 6H /g· -1 L 硼酸H3BO3 /g· -1 L 硫酸钠Na2SO4 /g· -1 L 硫酸镁MgSO4· 2O 7H /g· -1 L 十二烷基硫酸钠C12H25SO4Na /g· -1 L pH值 温度 /℃ 阴极电流密度 /A· -2 dm 配 方 常温镍液 150~250 8~10 30~35 60~80 50~80 4.8~5.4 15~35 0.8~1.5 瓦特镍 250~320 40~50 35~45 滚镀镍 200~250 8~12 40~50
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