电镀工艺 电镀镍

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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 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 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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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。
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2．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。
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类型 硫酸盐－
氯化物
硬镍
表8-1 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 /℃
Dk /A·dm-2
主要用途
NiSO4·6H2O NiCl2·6H2O H3BO3
NiSO4·6H2O NH4Cl H3BO3
330
多数镍电解液的基
45 1.5～4.5 45～65 2.5～10 础，可用于预镀，
3~5
钢铁
配方 强酸性冲击预镀液
240~260 120~130
10~35 5~20 2~4
不锈钢
中性预镀液 120~180
10~20 15~230 10~20 6.6~7.0 35~40 0.5~1.2
4~6
锌合金及铝合 金 经 浸 锌 处 理 10 的表面
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
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滚镀，镀厚镍等
180
25 30
5.6~5.9
43~60
2.0~10
硬 度 可 达 HV350~ 500用作耐磨镀镍
氯化物 硫酸盐
NiCl2·6H2O H3BO3
NiSO4·6H2O H3BO3
氨磺酸盐
Ni(NH2S03)2 H3BO3
300 28 2.0
300 40 3～5
450 30 3～5
50～70 2.5～10
暗镍镀液的组成及操作条件
成分及操作条件
硫酸镍NiSO4·6H2O 氯化钠NaCl
/g·L-1 /g·L-1
氯化镍NiCl2·6H2O
/g·L-1
硼酸H3BO3
/g·L-1
硫酸钠Na2SO4
/g·L-1
硫酸镁MgSO4·7H2O
/g·L-1
十二烷基硫酸钠C12H25SO4Na /g·L-1 pH值
温度
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
弱酸性预镀液
硫 1 酸镍NiSO4·6H2O
/g·L-
氯化钠NaCl
1
/g·L-
硼酸H3BO3 /g·L-1
硫酸钠Na2SO4 /g·L-1
十二烷基硫酸钠C12H25SO4Na 氯 1 化镍NiCl2·6H2O
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2.5~10
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）
40～60 2～30
用于镀厚镍和电铸 镍，镀层内应力低
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类型 氟硼酸盐 焦磷酸盐
表8-1 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/℃
Ni(BF4)2 HBF H3BO3
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 ↑
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4．暗镍镀液的配制(以瓦特镍为例)
(1)在预备槽中放入所需1/2的水量，加入计算过的硫 酸镍、氯化镍等，边加温、边搅拌至全部溶解。
(2)在另一容器中溶解计算所需的硼酸，可适当提高 液温，至硼酸全部溶解后倒入已溶解好的镍盐溶液中。
硼酸含量过低，缓冲作用太弱，pH值不稳定 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。
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(5) 润湿剂
在电镀过程中，阴极上往往发生着析氢副反应。氢的析 出，不仅降低了阴极电流效率，而且由于氢气泡在电极表 面上的滞留，会使镀层出现针孔。为了防止针孔产生，应 向镀液中加入少量润湿剂，如十二烷基硫酸钠。它是一种 阴离子型的表面活性剂，能吸附在阴极表面上，降低了电 极与溶液间界面的张力，从而使气泡容易离开电极表面， 防止镀层产生针孔。对使用压缩空气搅拌镀液的体系，为 了减少泡沫，也可加入如辛基硫酸钠或2-乙基已烷基硫酸 钠等低泡润湿剂。
镀液呈微碱性，主要 用于锌压铸件上直接 镀镍
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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 镀液。
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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。
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。
/g·L-1 /g·L-
盐酸HCl(38%) 柠 1 檬酸钠Na3C6H5O7·2H2O
/mL·L-1 /g·L-
硫 1 酸镁MgS04·7H2O
/g·L -
pH值 温度 阴极电流密度 时间
/℃ /A·dm-1
/min
适用的基体材料
120~150 7~12 30~45 60~80 0.05~1
5.0~5.6 25~35 0.8~1.5
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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，可用铸造 镍，也可将电解镍与铸造镍搭配使用。为了防止阳极泥进入 镀液，产生毛刺，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 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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➢ 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。 ➢ 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 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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(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。
/℃
阴极电流密度
/A·dm-2
常温镍液 150~250
8~1030~35 60Fra bibliotek80 50~80