低磷化学镀镍磷合金工艺分析

低磷化学镀镍磷合金工艺分析

作者：关钰鑫周群

来源：《中国化工贸易·上旬刊》2020年第06期

摘要：随着科技的不断发展，化学镀镍技术在表面处理行业中得到了非常广泛的应用。无论是航空航天还是机械电子领域，化学镀镍技术都有涉猎。本文通过对化学镀镍技术展开分析，并对低磷化学镀镍磷合金工艺展开研究，希望为关注低磷化学镀镍磷合金工艺的人群带来参考。

关键词：低磷;化学镀镍;磷合金工艺

低磷化学镀镍技术因为其具有可钎焊性、脱模性等特性，所以低磷化学镀镍技术有着非常大的发展空间，然而低磷化学镀镍技术在应用过程中，因为成本、镀液稳定性等原因，所以该技术并未实现大批量生产。因此，有必要对低磷化学镀镍磷合金工艺展开分析。

1 化学镀概述

化学镀指的是在没有外接电源的情况下，在自催化作用下主盐与还原剂在材料表面产生氧化还原反应，此时金属离子会在材料表面进行沉积，所以化学镀就是金属离子遇到电子后进行氧化还原的过程，在整个施镀过程中，化学镀并没有外加电源的参与。而电镀则不同于化学镀，电镀是在外加电源的影响下，将电镀液中的金属离子进行还原并沉积在金属板上。

1.1 化学镀的优点、特点

相较于电镀而言，化学镀具备以下优势：第一，可操作性强，电镀过程中需要额外连接其他电源设备，而化学镀在使用时只需要加热便可以进行施镀作业，因此化学镀具有非常高的可操作性。第二，应用范围广，电镀只能对导体开展施镀作业，而化学镀在前处理结束后则可以对半导体、塑料等材料进行施镀。而且电镀只能对平整的材料进行施镀，无法完成复杂工件的施镀，化学镀则因为深镀、均镀能力强，所以能够完成对深孔件、圆管件等材料进行施镀。第三，结合力好，电镀镀层具有较大的孔隙率且耐蚀性较差，所以电镀镀层更加容易脱皮，而化学镀则是通过氧化还原将金属沉积在材料表面，所以化学镀与材料表面的结合更加密切，实际应用时更加不容易脱落。第四，硬度高，低磷化学镀镍层经过热处理之后其整体硬度会显著提升，并增加镀层的耐磨性。第五，性能可调整，化学镀镍在实际使用过程中可以通过控制磷的含量来改变镀镍层的各项性能指标。比如将镀层磷含量控制在5mass%以下时能够让镀层发挥出非常好的钎焊性与磁性。而镀层磷含量超过10mass%时，则镀层的耐酸性以及介质腐蚀性则会得到大幅度提升。

1.2 不同磷含量下的化学镀镍镀层性能

对于化学镀镍的镀层而言，镀层中磷含量的变化能够直接改变镀层的实际性能，镀层结构以及性能的优劣均会通过磷含量来得到体现。通常情况下，磷含量的增加会导致化学镀镍镀层结构从晶态转化成为微晶态与非晶态。这种转变会导致镀层结构、性能发生以下几种变化：第一，低磷、中磷镀层属于微晶态、非晶态的混合阶段，高磷镀层属于非晶态。中、高磷镀层产生的衍射峰属于“馒头峰”镀层此时结晶度非常差，低磷镀层的衍射峰相对比较尖锐。第二，镀层中的磷含量能够影响到镀层的密度。磷含量提升的同时，化学镀镍镀层的密度会不断缩小。处于常温状态下的纯镍其密度为8.91g/cm3，而低磷镀层的密度则是8.5g/cm3，中磷密度为8.1g/cm3，高磷密度为7.9g/cm3。第三，磷含量对镀层硬度的影响，低磷镀层其硬度最高可以达到700HV，而经过热处理之后可以使硬度达到1000HV，高磷镀层其硬度最高可以达到

500HV，经过热处理后其硬度能够达到1050HV。第四，磷含量对镀层耐蚀性的影响。对于化学镀镍镀层而言，其磷含量越低，则镀层在碱性环境中的耐蚀性越高，而高磷镀层则在酸性环境中具备优异的耐蚀性。

2 基础试验操作

低磷化学镀镍磷合金的基础试验操作主要包括四个方面，分别是前处理、镀液配制、施镀、镀液镀层检测，通过络合滴定法能够完成对镀液浓度的分析，而磷钼钒黄分光光度法则能对镀层中磷的质量进行测定，采用纤维维氏硬度计可以进行镀态硬度测量，扫描电子显微镜可以观察到镀层的形貌特征，而且配合能谱仪还能测出镀层中的元素含量。

2.1 前处理

在基础试验中，前处理工艺是最为重要的环节之一，因为体系反应只能在具备自催化活性中心的材料表面出现。然而试验样品则会因为加工、储存等原因出现氧化层、油脂等杂质，影响试验结构，前处理就是为了去除杂质，促进试验的顺利进行。

2.2 配制镀液

镀液配置可以选用单独配置的浓缩液，并根据镀液配方量取所需组分的数量，按照先后顺利添加络合剂、主盐以及其他添加剂。添加结束后需要对pH值进行调节后方可以定容。需要注意的是，配置镀液时尽量不要采用单独称量药品加水溶解的配置方式，因为这种配置方式容易出现相对较大的试验误差。

2.3 入槽施镀

经过前处理的镀件需要及时进行入槽施镀，因为前处理后的镀件非常容易出现氧化膜，影响试验效果。而且镀液经过长时间加热搅拌还有可能分解出其他价态的化合物，影响镀液质量以及施镀效果。另外，因为化学镀镍体系中的各种反应非常复杂，所以在施镀时对镀液质量有着非常严苛的要求，施镀期间每间隔一段时间都要调节镀液的pH值，如有必要还需补加组

分。施镀期间需要注意的是，开始施镀后需要在烧杯顶部施加盖板，降低镀液的蒸发速度，防止灰尘、杂质对镀液造成污染。

2.4 退镀

在试验过程中，如果要对磷的质量百分数进行测量，就必须采取退镀工艺，因为磷含量与镀层硬度、耐蚀性有着非常紧密的联系。而且想要确定镀层中的磷含量，退镀也是必不可少的步骤之一。采用浓硝酸可以对试样进行退镀处理，当试样退镀完成之后，试验人员需要将试样取出后进行清洗、称重，并对退镀液进行加热处理，当退镀液沸腾之后则要缓慢添加1%浓度的高锰酸钾，此时退镀液中的磷会发生氧化形成黄烟后消失。然后通过加入浓度2%的亚硝酸钠可以还原出多余的氧化剂高锰酸钾，并使镀液中的磷元素全部转变为正磷酸盐，将镀液放入至容量瓶中进行定容便可以得到试液，镀液成分分析包括镍离子浓度分析以及次亚磷酸根离子浓度分析。在试验过程中，如果需要补加镀液，则试验人员必须按照规定的补加顺序来进行镀液补加。

3 试验总结

随着试验的进行，高磷、低磷镀液的镀速会不断降低，直到镀液pH值达到正常波动，而镀层中的磷含量则会提升，4MTO之后磷含量便会接近5%，而通过中性盐雾试验则会发现高磷、低磷镀层会在72h后出现锈迹，对极化曲线进行分析之后能够发现低磷镀层的中的自腐蚀电流高于高磷镀层。此外，低磷镀层经过热处理之后其腐蚀电流会大幅度下降，此时的腐蚀电位则会明显提升，而镀层的耐腐蚀性也会大幅度提升。低磷镀层热处理后2θ在36°～55°时会产生多个衍射峰，可以证明热处理能够改变低磷镀层原有的结构组织，低磷镀层中稳定态的NI3P含量也会提升。此物质能够在过饱和固溶体中离析出来并形成分散弥散相在镍固溶体中分散，提升低磷镀层的硬度。

在乳酸+丙酸的双络合体系中，化学镀镍低磷镀层的镀态硬度无法达到550HV、700HV，而在镀液加入第三项纳米颗粒之后，并采用适当辅助络合剂与活性剂能够使镀态硬度达到561.4HV。若低磷镀层采用400℃热处理1h并进行随炉冷却，则镀层的镀态硬度可以达到692.6HV，此时的腐蚀电流会大幅度缩小，腐蚀电位以耐蚀性大幅度提升。若将低磷配方与高磷配方分别进行中性盐雾对比，则可以发现两种镀层都会在72h后产生红色锈迹，96h后锈迹可以达到镀层总面积的5%左右，因此二者的耐蚀性基本相同。而采用周期试验则能判断出二者镀液寿命都可以超过4MTO，但是因为低磷镀液镍磷较高，所以4MTO之后出现的会出现较大的波动。

综上所述，低磷化學镀镍磷合金工艺的发展能够为表面处理行业带来极大的帮助，而且此工艺具有非常高的发展前景。相信随着更多人对低磷化学镀镍磷合金工艺的深入研究，低磷化学镀镍磷合金工艺一定会变得更加完善。