电镀镍故障的影响与原因分析1

电镀镍故障的影响与原因分析2009-8-121．镀镍层表面针孔镀镍层(包括电镀镍和化学镀镍)表面出现针孔是镀镍中最常见的故障之一，对于镀镍层来说，有针孔就不能有效的防护基体材料，环境中的水分子或其他腐蚀介质就会通过镀层针孔发生腐蚀(图4-1)。

针孔大多是镀镍过程中气体(氢气)在镀件表面上停留造成的。

针孔既属于麻点，但又不同于麻点，它像流星一样，往往带有向上的"尾巴"，而麻点仅仅是镀层上微小的凹坑，一般没有向上的"尾巴"，针孔有深有浅，有人把针孔分为三种类型：①基体缺陷型(非圆形凹孔)，与基体材料表面缺陷状态有关；②氢气析出型(蝌蚪式针孔)，是零件表面析氢痕迹造成的；③氢气停留型(针孔较大，像无柄的梨)，是阴极析出氢气停留造成的，一般是镀镍液中表面活性剂太少的原因。

图4-1镀镍层表面出现的针孔造成镀镍层表面针孔原因主要有：零件镀前处理不良，镀液中有油或有机杂质过多，镀液中含有固体微粒，镀液中没有加防针孔剂或防针孔剂太少，镀液中铁等杂质过多，镀液的pH 值太高或阴极电流密度过大，镀液中硼酸含量太少和镀液温度太低等。

这些因素都有可能导致镀镍层表面产生针孔缺陷。

由于不同原因引起的针孔现象略有不同，所以在分析故障时，首先要观察故障现象。

如镀前处理不良，它仅仅使镀件局部表面上的油或锈未彻底除去，造成这些部位上气体容易停留而产生针孔，所以这种因素造成的针孔现象是局部密集的，无规则的；镀液中有油或有机杂质过多引起的针孔往往出现在零件的向下面和挂具上部的零件上；镀液中固体微粒产生的镀镍层针孔较多出现在零件的向上面；镀液中防针孔剂太少造成的针孔在零件的各个部位都有；镀液中铁杂质过多、pH值过高和阴极电流密度较大引起的针孔较多地出现在零件的尖端和边缘(即高电流密度处)，硼酸含量太少产生的针孔较多地出现在零件的下部，镪液温度过低造成的针孔是稀少的，在零件的各个部位都有可能出现。

硼酸作为镀镍液中的缓冲剂，含量过低时pH值容易升高，导致形成金属氢氧化物或碱式盐夹杂于镀镍层内，从而使镀层产生针孔、粗糙和发雾等故障，所以镀镍液中硼酸含量，一般不应低于309／L。

通过观察镀镍故障现象，初步判断造成镀镍层针孔的部分原因，然后再进一步试验验证。

如零件的局部表面上有密集的针孔，从现象来看，好像是前处理不良造成的，那么究竟是不是这个原因，可以取一些零件，进行专门的、良好的前处理，然后直接镀镍，假使经这样处理后所得的镀层上没有针孔，那么原来的针孔就是镀前处理不良造成的，否则就是其他方面的原因。

镀液的温度、pH值和阴极电流密度，比较容易检查，所以可首先进行检查和纠正。

镀液中是否缺少防针孔剂(如十二烷基硫酸钠)，可以向镀镍液中加入0．059／L十二烷基硫酸钠后进行试验，若加入后所得的镀镍层表面针孔现象没有改善，．那就不是缺少十二烷基硫酸钠，可能是镀液中的杂质或硼酸太少引起的。

总之可以通过小试验进行故障原因的分析和排除，然后按小试验所得结果进行故障纠正。

用一个电镀镍针孔故障排除的实际例子看故障分析，一条光亮电镀生产线，技术要求很高，除常规镜面外观之外，基本上不能有明显的、肉眼可见的针孔。

其电镀工艺流程为：超声波除蜡→化学除油→电解除油→氰化镀铜→光亮镀镍→镀金钴合金。

有一段时间，该生产线光亮镍槽出现了较为严重的针孔，零件平面和其他部位出现了明显的针孔，前后持续了近2个月，造成待镀零件大量积压，经过分析，可能产生的原因包括：①可能是镀液中金属杂质Cu2+、Fe2+等过多；②镀液中有机杂质可能过多或镀液中混入油污；③镀液或者清洗水质存在问题；④压缩空气搅拌可能受到污染；⑤镀液过滤机滤芯中带有杂质；⑥镍阳极中杂质含量高的影响；⑦镀液中硫酸镍、氯化镍和硼酸等成分中含有杂质；⑧镀液使用的光亮剂有问题等。

针对上述可能产生针孔的原因，逐一进行试验，如采取小电流电解处理和加双氧水氧化后调高镀液的pH值，使形成Fe(OH)3沉淀除去杂质。

加人"除杂水"、"除铁粉"和"除铜粉"等去除镀液杂质。

采用"双氧水+活性炭"、"高锰酸钾+活性炭"和"单宁酸+活性炭"的处理方法去除镀液中的有机杂质和油污。

严格控制镀液用去离子水水质和清洗用水水质。

采用阴极移动，清理压缩空气泵的油水分离器，换用过滤机滤芯、更换镍阳极、用分析纯试剂配置镀液、改换镀镍光亮剂等。

尽管采取了一一排除试验，但均未奏效，试验结果表明零件仍然出现针孔。

实际上对于光亮镍镀层表面针孔出现的原因，可以采取的措施很多，但忽略了引起镀层针孔故障的最大原因--镀液中的湿润剂(防针孔剂)是否合适，因为镀镍液中湿润剂的效果不好或是用量不足，都有可能引起镀镍层表面出现针孔，检查发现原来所用的湿润剂是比较好的产品，在发生针孔故障前改用了其他新产品，结果出现了湿润剂引起的针孔问题。

当重新加入原湿润剂后，镀层表面的针孔马上好转。

所以保持镀液中湿润剂的质量和含量是光亮镀镍零件是否出现针孔的一个重要因素。

通常十二烷基硫酸钠是早期常用的润湿剂，泡沫较多，不适合空气搅拌。

目前市场上提供的低泡润湿剂--防针孔剂，是结构中有支链的异辛醇磺化产物，润湿性能较好。

除了溶液中润湿剂成分引起镀镍层针孔故障之外，镀液中铁杂质离子在零件电镀时析氢造成局部pH值升高出现氢氧化物沉淀而造成针孔故障。

其特点表现为在低电流密度时没有出现针孔，针孔大多出现在高电流密度区。

这主要是因为：Fe3++3H2O→Fe（OH）3↓+3H+Fe2++2H2O→Fe（OH）2↓+2H+而且在阴极零件上存在：Ni2++2e→NiF e2++2e→Fe2H2O+2e→H2↑+2OH-在高电流密度区会出现由上述反应较快引起局部表面pH值升高，使形成Fe(OH)3，此产物有助于电镀过程中氢气泡在零件表面的停留，为表面针孔的出现提供了较多的机会。

那么一个长期进行铜件电镀的镀镍槽哪来的铁离子杂质呢?后来检查发现是镀槽内加热管的材料更改所至，原来一周前电加热的钛管被烧坏了，用不锈钢加热管来代替，且此不锈钢管与原加热管尺寸不符，电工将之固定在阳极杆上，在电镀时不锈钢加热管就出现了铁的溶解：Fe-2e→Fe2+Fe-3e→Fe3+即使不通电仍有可能发生如下反应：2Fe+6H+→2Fe3++3H2↑这就是pH值会略有上升的原因。

经过几天的生产，溶液中铁离子自然会大量升高了。

问题找出后，立即将不锈钢加热管更换掉，并且对污染镀镍液采取：将镀液pH值调至5．5后搅拌30min，趁热过滤，除去镀液中的Fe3+；再在镀液中加入29／L柠檬酸钠和0．59／L甘露醇，将镀液按镍铁合金电镀的方法进行电镀处理，使得镀镍层表面针孔故障消失。

2．镀层结合力不好引发的镀镍层起泡和脱落镀镍层出现起泡和脱皮也是镀镍常见的故障之一，产生镀镍层与基体结合力不好的原因主要有：镀前处理不良(零件表面有油、氧化物等)；清洗水中有油或有六价铬污染；酸活化液中有铜、铅杂质；镀镍过程中产生双性电极或断电时间过长；镀液中硼酸含量少、铁杂质多、镀液pH值高、或油、有机夹杂或光亮剂过多等。

这些都会影响到镀镍层与基体的结合强度。

实际分析镀镍故障时，要先观察电镀故障的现象特征。

如前处理不良造成的镀镍层结合力差，这种情况是时有时无，无规则出现在电镀零件的局部位置上；酸活化液中有铜、铅杂质时，在钢铁零件表面上，容易形成疏松的置换层，这样造成的结合不良多是发生在整个零件表面；双性电极造成的结合力差总是有规则地发生在某个确定的位置上，而且总是一个部位的结合力不好，另一个部位的结合力好；镀镍过程中断电时间过长也会引起镀镍层的结合力下降，虽然也是出现在整个零件的表面上，但它是发生在镍层与镍层之间(图4-2)；镀液中硼酸少、铁杂质多、有机杂质多，光亮剂多或pH值高造成的结合力不好较多地发生在零件的尖端和边缘；镀液中有油较多地发生在挂具上部的零件上。

从观察故障现象特征中可以得出初步结论，再根据这个结论有意识地去做试验。

若认为故障的原因可能是镀前处理不良造成的，那就用加强镀前处理的方法进行对比试验；若认为可能是酸活化液中有铜、铅杂质的影响，就用新的酸活化液进行对比试验；如果认为是双性电极造成的结合故障，可在带电出槽、带电人槽方面进行试验，并使所有零件导电接触方面进行试验；若怀疑镀液中的硼酸含量不正常，可以分析镀液成分，通过霍耳槽等方法检查镀液中铁杂质、光亮剂、有机夹杂等是否影响到镀镍层的结合。

当这些故障一一试验，并且在确定了电镀镍结合差的故障原因后，就可以采取相应的方法进行调整，恢复镀镍层达到正常质量要求。

3．镀镍层表面粗糙和起毛刺某车圈厂零件电镀光亮镍层(使用891镀镍光亮剂)表面出现毛刺，造成车圈表面粗糙度增加。

粗糙就是镀层表面细小的"凸粒"，大而尖锐的"凸粒"图4-2半光亮Ni与光亮Ni层间剥离断面照片就是毛刺。

分析发现这种故障与以下几个因素有关：①镀前零件表面就比较粗糙；②前处理不良，零件入槽前表面有固体颗粒吸附；③镀镍液由于化工原．料不纯、过滤系统发生故障、零件落人槽内没有及时捞出而溶解等含有机无机杂质，造成镀液浑浊；④溶液中氯离子含量过高，镍阳极溶解太快产生大量阳极泥渣；⑤阴极电流密度太大；⑥镀液pH值过高，引起镀镍层表面毛刺，包括出现碱式镍盐沉淀引起和溶液中十二烷基硫酸钠与Ni2+反应生成不溶性的化合物沉淀引起。

根据上述可能发生这种故障的原因，逐条进行分析和试验，再进行溶液杂质分析，处理镀液，调整阴极电流密度等措施后，均没有消除这种镀层表面毛刺的故障，检查镀液的pH值发现，pH值过高造成的镀层粗糙和毛刺。

因为在镀镍过程中，在零件上除了沉积镍离子外，还有氢的析出，使零件附近溶液的氢离子浓度降低，从而导致阴极扩散层的pH值比镀液主体高，就容易析出碱式镍盐，使得镀层出现毛刺。

调整镀液的pH值到3．5～4后，镀镍层的粗糙和毛刺现象就消除了。

镀层粗糙有的时候是外部环境因素造成的，如空气中的灰尘，抛光、磨光中的微粒带入溶液等；有的时候是从溶液内部产生的，如阳极袋破裂使阳极泥渣进入溶液；溶液中氯化物过多使阳极溶解过快，也会有小颗粒的镍从阳极转入溶液；掉入溶液中的铁零件发生溶解，铁离子进入溶液，并在较高的pH值下形成氢氧化物沉淀夹附到镀层中；补充原料时未充分溶解，也会带进一些微粒；镀液中镍含量太高，也会导致镀层粗糙等。

因此，在镀镍工艺中要非常注意镀液的过滤镀液，而且要在过滤除去固体微粒的同时，还应注意消除固体微粒的来源，否则固体颗粒会重新进入镀液，再度引起电镀层粗糙、毛刺等故障。

另外，镀液中氯化物含量过高会使镀镍层产生毛刺。