铝合金化学镀镍

铝合金化学镀镍

前言：所谓化学镀就是指不使用外电源，而是依靠金属的催化作用，通过可控制的氧化—还原反应，使镀液中的金属离子沉积到镀件上去的方法，因而化学镀也被称为自催化镀或无电镀。化学镀液组成一般包括金属盐、还原剂、络合剂、pH缓冲剂、稳定剂、润湿剂和光亮剂等。当镀件进入化学镀溶液时，镀件表面被镀层金属覆盖以后，镀层本身对上述氧化和还原反应的催化作用保证了金属离子的还原沉积得以在镀件上继续进行下去。目前已能用化学镀方法得到镍、铜、钴、钯、铂、金、银、锡等金属或合金的镀层。化学镀既可以作为单独的加工工艺，用来改善材料的表面性能，也可以用来获得非金属材料电镀前的导电层。化学镀在电子、石油化工、航空航天、汽车制造、机械等领域有着广泛的应用。化学镀具有以下优点：表面硬度高，耐磨性能好；硬化层的厚度及其均匀，处理部件不受形状限制，不变形，特别是适用于形状复杂，深盲孔及精度要求高的细小及大型部件的表面强化处理；具有优良的抗耐蚀性能，在许多酸、碱、盐、氨和海水中具有良好的耐蚀性，其耐蚀性要比不锈钢优越的多；处理后的部件，表面光洁度高，表面光亮，不需要重新的机械加工和抛光，可直接装机使用；镀层与基体的结合力高，不易剥落，其结合力比电镀硬铬和离子镀要高；可处理的基体材料广泛。〔1〕

化学镀分类（广义分类）：

1.置换镀（离子交换或电荷交换沉积）：一种金属浸在第二种金属的金属盐溶液中，第一种金属的表面上发生局部溶解，同时在其表面自发沉积上第二种金属上。在离子交换的情况下，基体金属本身就是还原剂。

2.接触镀：将欲镀的金属与另一种或另一块相同的金属接触，并沉浸在沉积金属的盐溶液中的沉积法。当欲镀的导电基体底表面与比溶液中待沉积的金属更为活泼的金属接触时，便构成接触沉积。

3.真正的化学镀：从含有还原剂的溶液中沉积金属〔1〕。

日前工业上应用最多的是化学镀镍和化学镀铜。可以使用化学镀进行表面加工的金属及合金有很多，下面以铝合金镀镍为例进行说明，而铝合金化学镀镍属于化学镀的第三种即真正的化学镀。

铝合金简介

铝合金具有机械强度高、密度小、导热导电性好、韧性好、易加工等特点，因而在工业部门，特别是航空航天、国防工业，乃至人们的日常生活中，都有较广泛的应用。铝合金表面覆盖一层致密的氧化膜，它可将铝合金与周围环境隔离开来，避免被氧化。但是这层氧化膜易受到强酸和强碱的腐蚀，同时铝合金易产生晶间腐蚀，表面硬度低，不耐磨。化学镀是赋予铝合金表面良好性能的新型工艺手段之一，它不仅是其抗蚀性、耐磨性、可焊性、和电接触能得到提高，镀层与铝合金机体间结合力好，镀层外观漂亮，而且通过镀覆不同的镍基合金，可以赋予铝合金各种新性能，如磁性能、润滑性等。〔2〕

铝合金化学镀镍原理：

化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂次亚磷酸钠的作用下，使镍离子还原成金属镍，同时次磷酸钠分解析出磷，因而在具有催化表面的镀件上，获得镍磷合金镀层。

对于次磷酸钠还原镍离子的总反应可以写成：

3NaH2PO2+3H2O+NiSO4-----3 NaH2PO3+H2SO4+2H2+Ni

同样的反应可写成如下离子式：

2 H2PO2-+ Ni2++2H2O-----2 H2PO3-+ H2+2H++ Ni

或写成另一种形式：Ni2+＋H2PO2-＋H2O------H2PO3-＋Ni＋2H+

所有这些反应都发生在催化活性表面上，需要外界提供能量，即在较高温度（60≤T≤

95℃）下，除了金属镍之外，还形成分子氢。此外，形成的氢离子使镀液变得更加酸性，同时还生成亚磷酸离子H2PO3-。〔1〕

化学镀镍溶液的组成及作用：

(1)镍盐通常采用的镍盐为硫酸镍，但也可以是氯化镍、碳酸镍等。提高镀液中镍盐的浓度可以提高沉积速度，但镀液的稳定性下降。

(2)还原剂次亚磷酸钠，镀液中次磷酸钠的用量主要取决于镍盐浓度，镍盐与次磷酸钠含量比过低时，镀层发暗，镀液稳定性下降，比值过高时沉积速度很慢。这一比值还直接影响镀层中的磷含量，比值越低，磷含量越高。

(3)络合剂络合剂通过和镍产生成稳定的络合物，阻止氢氧化镍和亚磷酸镍沉淀的生成，从而避免镀液的自然分且有利于得到结晶细致光亮的镀层。镀液中常用的络合剂有柠檬酸、乳酸、乙醋酸、苹果酸、琥珀酸、焦磷酸钠、氯化铵等。

(4)pH缓冲剂出于化学镀镍溶液的稳定性、沉积速度及镀层质量受镀液pH的影响很大，需加入pH缓冲剂以稳定镀液的pH。常用的pH缓冲剂有醋酸钠、硼酸、氯化铵和柠檬酸钠等。

(5)稳定剂化学镀镍溶液中常有一些胶粒和固体微粒存在，它们作为催化中心将加速镀液的自分解。为此，常在镀液中加入微量稳定剂，它们优先吸附在胶粒和固体微粒表面，阻碍了镍在这些粒子上的还原，从而提高了镀液的稳定性。常用的稳定剂有硫代硫酸盐、硫脲、磺原酸乙酯、钼酸盐、铅离子、镉离子等。

(6)光亮剂化学镀镍是一种功能性镀层，通常为半光亮外观，然而近年来人们对化学镀银的光亮性的要求越来超高。由于化学镀镍体系操作温度一般较高，而且位于镀液中工件的表面要大量不断地析出氢气，特别是与电镀不同，工件不被阴极极化，因而无论酸性镀液还是碱性镀液，其光亮剂的选择都是十分困难和重要的。

7)促进剂化学镀镍溶液中的配位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，即所谓促进剂，也称为加速剂。促进剂的加入，能促使次磷酸盐分子中氢和磷原子之间键变弱，使氢在被催化表面上更容易移动和吸附。也可以说促进剂能起活化次磷酸根离子的作用。可用作促进剂的物质有氨基羧酸、可溶性氟化物和某些溶剂等。

（8）镀液的pH值

（9）温度

化学镀液的配制：

(1)称取计算量的镍盐、还原剂、络合剂、pH缓冲剂和添加剂，将它们分别用蒸馏水溶解。

(2)将络合剂和缓冲剂溶液相互混合，然后将镍盐溶液加入并充分搅拌。

(3)在搅拌状态下将除还原剂以外的其他溶液依次加入并搅拌均匀。

(4)在强搅拌下加人还原剂溶液。

(5)用蒸馏水稀释至规定体积，再用酸或碱调溶液pH至规定体积。

(6)过滤溶液。

铝合金化学镀镍工艺流程（浸锌预镀层法）：

铝合金零件—除油—浸蚀—第一次浸锌—硝酸退除—第二次浸锌—碱性化学欲镀镍—烘烤—成品〔3〕

铝合金化学镀镍配方（碱性）：

硫酸镍 33g∕L；次磷酸钠15 g∕L；柠檬酸钠 50 g∕L；pH为8；温度90℃〔5〕

铝合金化学镀镍主要工艺过程：

由于铝合金是一种难镀的金属基体，其表面极易生成氧化膜，这种氧化膜与镀层的结合