Ni-Sn-P合金化学镀的工艺参数研究

Ni-Sn-P合金化学镀的工艺参数研究

卞清泉 1 李学洪 1 张强华2

（1.江苏省特种设备安全监督检验研究院淮安分院,江苏淮安223001；2.淮阴工学院生命

科学与化学工程学院）

摘要：普通碳钢进行Ni-Sn-P合金化学镀，分别考察了施镀温度、主盐与还原剂浓度比（Ni/P）、主盐浓度、pH值等工艺参数对镀层厚度、硬度、孔隙率、耐腐蚀性的影响，得出最佳镀液配方和工艺:主盐硫酸镍25g/L，SnCl4 8.34g/L，还原剂次亚磷酸钠37.5g/L，选用复合配体酒石酸钾钠7.5g/L，柠檬酸三钠17.5g/L，乳酸32.5g/L，加速剂丁二酸16g/L。镀液温度为85℃，pH为4.6。

关键词：Ni-Sn-P合金；化学镀；工艺参数

Study on Technological Parameters of Electroless

Ni-Sn-P Alloy Plating

BIAN Qingquan1 LI Xuehong1 ZHANG Qiang-hua 2

（1.Jiangsu Special Equipment Inspection Institute of Huaian Branch, Huaian 223001；

2. Huaiyin Institute of Technology）

Abstract：The effects of the temperature, concentration of Main Salts and Reductant, pH value of the plating bath on the Plating Thickness, Hardness and corrosion resistance of electroless Ni-Sn-P alloy coating were studied so as to improve the quality of the electroless Ni-Sn-P alloy coating. The optimized bath composition and plating parameters were established. As a result, the optimized plating was suggested:NiSO4 25g/L, SnCl4 8.34g/L, Sodium Hypophosphite 37.5g/L,potassium sodium tartrate 7.5g/L, Sodium Citrate 17.5g/L, lactic acid 32.5g/L, succinic acid 16g/L, T=85℃, pH=4.6

Key words：Ni-Sn-P alloy；Electroless plating；Technological Parameters

化学镀是指不使用外电源，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。化学镀溶液的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-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进行下去。化学镀技术的核心是镀液的组成及性能，所以化学镀发展史中最值得注意的是镀液本身的进步。

1 化学镀Ni-Sn-P技术的现状

化学镀镍发展到今天已有160多年的历史了，国内外关于Ni-P合金的研究已极为普遍，在工业化生产中也得以大量应用。随着表面技术的发展，二元镍系合金已不能满足科学生产的某些要求，所以从20世纪90年代就有人开始了化学镀镍系三元合金的研究，用化学镀的方法获得Ni-Sn-P非晶态蜂窝状结构，是一种全新的合金镀层，Sn2+的加入使镀层的抗蚀性能、抗氧化性、延展性、焊接性都有了很大的提高，颜色更接近不锈钢，由于Sn2+的加入镀液变的十分稳定，工作可达20个周期,装载量也提高了60%。锡具有阳极保护作用，因而Ni-Sn-P镀层耐蚀性优于Ni-P。近年来，国内外学者先后研究了以复合配位剂的化学镀Ni-Sn-P合金镀液、镀液组分和操作条件对镀层质量的影响。

本文对普通碳钢在Ni-Sn-P合金镀液中施镀，通过调整镀液温度、主盐与还原剂浓度比（Ni/P）、主盐浓度、pH值等因素，来确定化学镀Ni-Sn-P合金的镀液最佳组成和工艺条件。

2 实验方法

试样材质为普通碳钢，规格为45±2mm×15±2mm×1±0.2mm。称取计量的镍盐、锡盐、还原剂、络合剂、添加剂、调节剂，分别用蒸馏水溶解；将已完全溶解的镍盐与锡盐在不断搅拌下，加入到含络合剂的溶液中；将已完全溶解的还原剂，在剧烈地搅拌下，缓慢地加入到配制好的溶液中；将已溶解好的pH调节剂（氨水等）一点一点地在搅拌条件下倒入配制的溶液中；测试pH值直至其合乎工艺要求后，加入加速剂溶液，并稀释至计算体积；再次测试pH值，调整pH 值至合格；过滤溶液；加温施镀。

前期实验确定了两主盐之间的比例为1∶3，选用复合配体酒石酸钾钠7.5g/L，柠檬酸三钠17.5g/L，乳酸32.5g/L，并加入加速剂丁二酸16g/L，对几个关联性较大的因素：温度、硫酸镍与次亚磷酸钠的用量比例、硫酸镍的用量、pH 值进行正交实验，然后对所得的镀层进行检测，并进行打分。

正交实验分析表见下表，以施镀温度、主盐与还原剂浓度比（Ni/P）、主盐浓度、pH值为水平。

表1 因素-水平表

水平施镀温度(A：℃)

主盐与还原剂

浓度比

主盐浓度PH值

1 80 1∶1 20 4.2

2 85 1∶1.5 25 4.6

3 90 1∶2 32 4.8

表2 化学镀Ni-Sn-P 正交实验计划表

因素温度主盐与还原

剂用量的比

主盐浓度

（g/L)

pH 实验结果

实验1 80 1∶1 20 4.2

实验2 80 1∶1.5 25 4.6

实验3 80 1∶2 32 4.8

实验4 85 1∶1 25 4.8

实验5 85 1∶1.5 32 4.2

实验6 85 1∶2 20 4.6

实验7 90 1∶1 32 4.6

实验8 90 1∶1.5 20 4.8

实验9 90 1∶2 25 4.2

其中：实验结果为所得镀层的综合评分。评分依据是镀层的耐腐蚀性能、硬度、增重以及孔隙率。评分标准：总分为100分，其中耐腐蚀性能占50﹪，硬度占15﹪，增重占20﹪，孔隙率占15﹪。测定以下参数：

（1）采用采用重量法测量沉积速度。

（2）根据GB9790-88中的方法测量表面硬度。

（3）10% NaOH溶液中温度20℃时间浸泡72h测得镀层减轻重量的方法。

（4）将浸有特定检验试液的滤纸贴置在受检零件的表面上，根据有色斑点数的多少确定其孔隙率。

3 结果分析

表3 Ni-Sn-P镀层检测结果

增重量失重量＊

mg

硬度

孔隙

率个

数

耐腐蚀

性

硬度镀速

表面孔

隙率

综合评

分

v1=0.2762g 0. 0092 450 6 38 11 14 12 75 v2=0.2123g 0.0017 600 0 43 14 15 15 87 v3=0.2416g 0.0071 567 1 42 13 13 14 82