电镀工艺学化学镀课件.pptx
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A photo of a platen used in the food industry that is Electroless Nickel plated.
反应机理：“原子氢理论”和“氢化物理论”
（2）化学镀镍的特点
P>8.5%,α-Ni和磷过饱 和固体，非晶态，耐蚀好
1）以次磷酸钠为还原剂时，镀层是磷呈弥散态的Ni-P
影响镀速及镀层的综合性能。
结构特征：含有羟基、羧基、氨基等， 乳酸、乙醇酸（羟基乙酸）、苹果酸、柠檬酸
氨基乙酸（甘氨酸）、焦磷酸盐和氨水等。
•乳酸: 2-羟基丙酸 CH3CH(OH)COOH
•乙醇酸:羟基乙酸 CH2(OH)COOH
•苹果酸:2－羟基丁二酸 HOOCCHOHCH2COOH
•柠檬酸:3-羟基-3-羧基戊二酸
还原剂 络合剂 缓冲剂 稳定剂 加速剂 表面活性剂
（1）主盐（氧化剂）
硫酸镍、氨基磺酸镍、 醋酸镍、次磷酸镍
由于络合剂的作用, 主盐浓度对沉积速度影响不大。
百度文库
（镍盐的浓度特别低时例外）
一般化学镀镍溶液中镍盐浓度维持在20～40g•L-1。
镍盐的浓度过高，存在游离的Ni2+，镀液的稳定性下降，
镀层颜色发暗，色泽不均匀。
入缓冲剂，使溶液pH值能维持在一定范围内。
常用的缓冲体系及其pH值范围
• 化学镀要求：
镍、钴、铑、 钯等
1）沉积反应只限制在具有催化作用的制件表面上进 行，而溶液本身不应自发地发生氧化还原作用。
2）对于不具有自动催化表面的制件，需经过特殊的预 处理，使其表面活化而具有催化作用，才能进行化 学镀。
塑料电镀
表面活化的方法：
敏化： 氯化亚锡SnCl2·H2O 10~50g/L；
（2）均镀能力好；镀层致密、孔隙率低；
（3）与基体结合力强；有光亮或半光亮的外观；
（4）某些化学镀层具有特殊的物理化学性能。
（5）溶液稳定性较差， 维护、调整和再生比较麻烦，
材料成本较高。
•常用化学镀种：化学镀镍、化学镀铜。
•化学镀可镀覆基体： 不锈钢、高强度钢、
低碳钢、铝、锌、铜、
1)金属基体
稀有金属、合金
（2）还原剂（次磷酸钠、硼氢化物、肼等）NaH2PO2·H2O
NaBH4，N2H4
• 结构特征：含有两个或多个活性氢。
• 次磷酸盐用量取决于镍盐浓度。
Ni2+：H2PO2-摩尔比＝0.3～0.45
二甲胺硼烷DMAB
七水硫酸镍分子量：280.69，
一水次磷酸钠分子量：105.99
次磷酸钠： •价格便宜11500元/吨、镀液易控制。 •易溶于水，pH=6 •氧化还原电位（-1.065V,pH=7， -0.882V,pH=4.5
铬镀层的硬度。
380~400oC
保温1h
气氛保护或真空热处理
3）化学稳定性高、镀层结合力好。
4）应用及工艺设计具有多样性和专用性。
The Electroless Nickel Family
化学镀镍种类性质和主要用途
化学镀镍种类性质和主要用途
8.2 化学镀镍 (GB/T 13913-1992)
2)整体介电质基体
塑料、陶瓷、玻璃、 纤维、金属间化合物、
天然产物、硅等
3)粒子介电质基体
玻璃球、金刚石粒子、磨 料粒子、塑料粒子
8.2 化学镀镍 (GB/T 13913-1992)
8.2.1 化学镀镍的机理和特点 （1）化学镀镍的机理
用还原剂把溶液中的镍离子还原沉积在具有催化活 性的表面上。
次磷酸钠、 硼氢化物、 肼、 胺基硼烷等
选择、搭配、用量是否合适。
选择络合剂原则： 使镀层沉积速度快； 镀液稳定性好； 镀层质量好。
络合剂用量： 络合剂浓度至少应能络合全部镍离子。
•乳酸、乙醇酸和氨基乙酸的摩尔浓度至少应为Ni2+摩 尔 浓度的两倍， •酒石酸和柠檬酸的摩尔浓度至少应与Ni2+的摩尔浓度
相 等。
（4）缓冲剂 氢离子的产生使镀液的pH值不断降低，必须加
盐酸30~50mL/L；金属锡粒适量； 室温下浸渍3min~5min。
活化： 配方一：硝酸银 5~10g/L，用氨水调至澄清，
室温浸1min。
配方二：二氯化钯 0.25g/L； 盐酸 2.5mL/L； 室温浸1min~5min
镍、钴、钯、铂、铜、金、银、二元或
• 化学镀特点：
三元合金
（1）工艺设备简单，不需电源，无导电触点；
-1.57V,碱性） 强还原剂
•含量增大，沉积速度加快，镀液稳定性下降。
次磷酸钠含量：20-40g/L 镍盐：次磷酸盐<0.25，镀层粗糙、甚至诱发镀液瞬时分解。
防止镍离子生成氢氧化物
（3）络合剂
及亚磷酸盐沉淀
作用：控制可供反应的游离Ni2+浓度；
提高镀液的稳定性，延长镀液寿命；
有些络合剂还兼有缓冲剂和促进剂的作用；
第8章 化学镀
化学沉积、非电解镀、 自催化镀(Autocalytic)
8.1化学镀概述：
•化学镀：（1946年，Electroless plating）
不依赖外加电流，在经活化处理的基体表面上， 镀液中金属离子被催化还原形成金属镀层的过程。
•化学沉积机理：
提供电子
还原剂：Rn+ - ze- → R（n+z）+ 预镀离子（氧化剂）：Mz+ + ze- －催化－表－面→ M
合金镀层，磷的质量分数为1～15%。
以硼氢化物或胺基硼烷为还原剂时，镀层是Ni-B 合金镀层，硼的含量为1～7%。
以肼为还原剂，镀层为纯镍层, 镍可达99.5%以上。
电镀镍硬度HV160-180
2）硬度高、耐蚀、耐磨性好。
化学镀镍层的硬度一般为HV400～700，
经适当热处理后还可进一步提高到接近甚至超过
•甘氨酸:氨基乙酸 NH2CH2COOH
•稳定常数随着浓度的增加而升高; •镀速存在峰值，说明也是加速剂;
•耐蚀性随乳酸含量增加有所下降.
说明： •每种镀液都有一种主络合剂，配以辅助络合剂；P210 •不同种类的络合剂及不同用量，对化学镀镍的沉积速 度影响很大； •镀液稳定性不仅取决于稳定剂，更取决于络合剂的
Primary Electroless Nickel Industry Applications
❖ 存在的问题 1.镀液使用寿命短
2.镀液稳定性差 3.稳定剂多含重金属离子，污染大 4.对多元合金化学镀和复合化学镀研究有
欠缺。
8.2.2 化学镀镍溶液的配方组成 镀液类型：酸性镀液和碱性镀液。 组成：主盐
反应机理：“原子氢理论”和“氢化物理论”
（2）化学镀镍的特点
P>8.5%,α-Ni和磷过饱 和固体，非晶态，耐蚀好
1）以次磷酸钠为还原剂时，镀层是磷呈弥散态的Ni-P
影响镀速及镀层的综合性能。
结构特征：含有羟基、羧基、氨基等， 乳酸、乙醇酸（羟基乙酸）、苹果酸、柠檬酸
氨基乙酸（甘氨酸）、焦磷酸盐和氨水等。
•乳酸: 2-羟基丙酸 CH3CH(OH)COOH
•乙醇酸:羟基乙酸 CH2(OH)COOH
•苹果酸:2－羟基丁二酸 HOOCCHOHCH2COOH
•柠檬酸:3-羟基-3-羧基戊二酸
还原剂 络合剂 缓冲剂 稳定剂 加速剂 表面活性剂
（1）主盐（氧化剂）
硫酸镍、氨基磺酸镍、 醋酸镍、次磷酸镍
由于络合剂的作用, 主盐浓度对沉积速度影响不大。
百度文库
（镍盐的浓度特别低时例外）
一般化学镀镍溶液中镍盐浓度维持在20～40g•L-1。
镍盐的浓度过高，存在游离的Ni2+，镀液的稳定性下降，
镀层颜色发暗，色泽不均匀。
入缓冲剂，使溶液pH值能维持在一定范围内。
常用的缓冲体系及其pH值范围
• 化学镀要求：
镍、钴、铑、 钯等
1）沉积反应只限制在具有催化作用的制件表面上进 行，而溶液本身不应自发地发生氧化还原作用。
2）对于不具有自动催化表面的制件，需经过特殊的预 处理，使其表面活化而具有催化作用，才能进行化 学镀。
塑料电镀
表面活化的方法：
敏化： 氯化亚锡SnCl2·H2O 10~50g/L；
（2）均镀能力好；镀层致密、孔隙率低；
（3）与基体结合力强；有光亮或半光亮的外观；
（4）某些化学镀层具有特殊的物理化学性能。
（5）溶液稳定性较差， 维护、调整和再生比较麻烦，
材料成本较高。
•常用化学镀种：化学镀镍、化学镀铜。
•化学镀可镀覆基体： 不锈钢、高强度钢、
低碳钢、铝、锌、铜、
1)金属基体
稀有金属、合金
（2）还原剂（次磷酸钠、硼氢化物、肼等）NaH2PO2·H2O
NaBH4，N2H4
• 结构特征：含有两个或多个活性氢。
• 次磷酸盐用量取决于镍盐浓度。
Ni2+：H2PO2-摩尔比＝0.3～0.45
二甲胺硼烷DMAB
七水硫酸镍分子量：280.69，
一水次磷酸钠分子量：105.99
次磷酸钠： •价格便宜11500元/吨、镀液易控制。 •易溶于水，pH=6 •氧化还原电位（-1.065V,pH=7， -0.882V,pH=4.5
铬镀层的硬度。
380~400oC
保温1h
气氛保护或真空热处理
3）化学稳定性高、镀层结合力好。
4）应用及工艺设计具有多样性和专用性。
The Electroless Nickel Family
化学镀镍种类性质和主要用途
化学镀镍种类性质和主要用途
8.2 化学镀镍 (GB/T 13913-1992)
2)整体介电质基体
塑料、陶瓷、玻璃、 纤维、金属间化合物、
天然产物、硅等
3)粒子介电质基体
玻璃球、金刚石粒子、磨 料粒子、塑料粒子
8.2 化学镀镍 (GB/T 13913-1992)
8.2.1 化学镀镍的机理和特点 （1）化学镀镍的机理
用还原剂把溶液中的镍离子还原沉积在具有催化活 性的表面上。
次磷酸钠、 硼氢化物、 肼、 胺基硼烷等
选择、搭配、用量是否合适。
选择络合剂原则： 使镀层沉积速度快； 镀液稳定性好； 镀层质量好。
络合剂用量： 络合剂浓度至少应能络合全部镍离子。
•乳酸、乙醇酸和氨基乙酸的摩尔浓度至少应为Ni2+摩 尔 浓度的两倍， •酒石酸和柠檬酸的摩尔浓度至少应与Ni2+的摩尔浓度
相 等。
（4）缓冲剂 氢离子的产生使镀液的pH值不断降低，必须加
盐酸30~50mL/L；金属锡粒适量； 室温下浸渍3min~5min。
活化： 配方一：硝酸银 5~10g/L，用氨水调至澄清，
室温浸1min。
配方二：二氯化钯 0.25g/L； 盐酸 2.5mL/L； 室温浸1min~5min
镍、钴、钯、铂、铜、金、银、二元或
• 化学镀特点：
三元合金
（1）工艺设备简单，不需电源，无导电触点；
-1.57V,碱性） 强还原剂
•含量增大，沉积速度加快，镀液稳定性下降。
次磷酸钠含量：20-40g/L 镍盐：次磷酸盐<0.25，镀层粗糙、甚至诱发镀液瞬时分解。
防止镍离子生成氢氧化物
（3）络合剂
及亚磷酸盐沉淀
作用：控制可供反应的游离Ni2+浓度；
提高镀液的稳定性，延长镀液寿命；
有些络合剂还兼有缓冲剂和促进剂的作用；
第8章 化学镀
化学沉积、非电解镀、 自催化镀(Autocalytic)
8.1化学镀概述：
•化学镀：（1946年，Electroless plating）
不依赖外加电流，在经活化处理的基体表面上， 镀液中金属离子被催化还原形成金属镀层的过程。
•化学沉积机理：
提供电子
还原剂：Rn+ - ze- → R（n+z）+ 预镀离子（氧化剂）：Mz+ + ze- －催化－表－面→ M
合金镀层，磷的质量分数为1～15%。
以硼氢化物或胺基硼烷为还原剂时，镀层是Ni-B 合金镀层，硼的含量为1～7%。
以肼为还原剂，镀层为纯镍层, 镍可达99.5%以上。
电镀镍硬度HV160-180
2）硬度高、耐蚀、耐磨性好。
化学镀镍层的硬度一般为HV400～700，
经适当热处理后还可进一步提高到接近甚至超过
•甘氨酸:氨基乙酸 NH2CH2COOH
•稳定常数随着浓度的增加而升高; •镀速存在峰值，说明也是加速剂;
•耐蚀性随乳酸含量增加有所下降.
说明： •每种镀液都有一种主络合剂，配以辅助络合剂；P210 •不同种类的络合剂及不同用量，对化学镀镍的沉积速 度影响很大； •镀液稳定性不仅取决于稳定剂，更取决于络合剂的
Primary Electroless Nickel Industry Applications
❖ 存在的问题 1.镀液使用寿命短
2.镀液稳定性差 3.稳定剂多含重金属离子，污染大 4.对多元合金化学镀和复合化学镀研究有
欠缺。
8.2.2 化学镀镍溶液的配方组成 镀液类型：酸性镀液和碱性镀液。 组成：主盐