电流密度对氨基磺酸镍电镀镍镀层的影响

电流密度对氨基磺酸镍电镀镍镀层的影响

邹森，李亚明，杨凤梅

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024) 摘要:为了解不同电流密度对氨基磺酸镍镀层的影响，分析了电流密度在0.1～20A/dm2时，氨基磺酸镍镀镍层的外观、硬度、应力和沉积速率。在工艺范围内，随电流密度的增加沉积速率增加、镀层硬度降低、孔隙率变大、表面出现针孔缺陷、应力变大，随后讨论了出现各种情况的原因。

关键词:氨基磺酸镍;电镀;电流密度

中图分类号:TQ153.1+2文献标识码:A文章编号:1008-021X(2011)08-0055-02

近年来随着全球电子行业的迅猛发展、电子产品的品质要求更是精益求精。越来越多的厂家对电镀金属层的品质要求也越来越高，镀层内应力低，延展性良好，极限强度高、硬度高、均匀性佳的镀液正被众多的厂家大力倡导和推广。氨基磺酸镍镀液能获得比传统的硫酸镍镀液机械性能更优良的金属镀层，它的镀层内应力低、极限强度高、沉积速度快、孔隙率低、再配合添加剂的使用能得到更佳的外观，适用于印制电路板或电铸。氨基磺酸盐镀液是一种多用途的镀液，在较低的温度和较小的电流密度操作时，能够得到应力较小甚至无应力的镀层，在一般条件下操作应力也较瓦特型溶液小。氨基磺酸镍镀液只要添加少量的应力减少剂，就能够明显地降低镀层应力。所谓的高速镀镍实际上就是一种高浓度的氨基磺酸镍溶液，它不含有机物或其他添加剂，镀层应力主要通过温度和电流调节，其最大的优点是可在大电流密度下操作[1]。氨基磺酸镍镀镍主要是功能性电镀，所以镀层的机械性能就非常重要。影响镀层机械性能的因素很多，一般有温度、电流密度、pH值、溶液 Ni2+的浓度等等。

1·实验部分

1.1工艺流程

镀镍工艺流程如下：碱性活化→三联水洗→酸洗→水洗→电镀镍→水洗→纯水洗→热纯水洗→检验

1.2氨基磺酸盐镀镍工艺参数

镀镍工艺参数见表1。

1.3前处理主要工序参数

(1)碱性活化工序[2]

氢氧化钠20～30g/L，乳化剂1～3g/L，磷酸三钠20～30g/L，温度50～55℃，3～5min。

(2)酸洗工序

氢氟酸(HF 40%)74mL/L，硝酸(HNO3，65%)70mL/L，3～5s。

1.4实验过程

(1)准备10mm×10mm，厚度1 mm不锈钢片为基材，一面用胶带贴膜，采用单面实验。

(2)将样本进行碱洗、水洗、酸洗、水洗处理好表面。

(3) 调整镀槽镀液，氨基磺酸镍400g/L、氯化镍15g/L、硼酸30g/L、添加剂2g/L、温度在55℃，pH值在4.0～4.2不断过滤搅拌 (20～25r/min)的情况下进行电镀镍，分别做电流密度为0.1，0.5，1，2，4，8，16，20A/dm2时的8个样本，使得样本镀层厚度为16μm。

同时测得不同电流密度下沉积速率与电流密度的关系如图1。

1.5样品的检测

1.5.1外观

SEW电子显微镜1000倍下观察:

(1)当电流密度小于4A/dm2时，样品镀镍层色泽均匀、亚光金属色、无针孔缺陷和毛刺现象。

(2)当电流密度达到8A/dm2时，样品镀层表面色泽发亮、表面有风暴漩涡状的针孔缺陷，随着镀层厚度增加缺陷越明显也越多，针孔直径在10～20μm范围内。

(3)当电流密度到20A/dm2时，样品镀层表面凹凸不平、白亮金属色表面有风暴漩涡状的针孔缺陷，针孔直径在10～50μm范围内。

1.5.2结合力

按GB1230515-90标准和去氢工艺，用热震法检测，将不锈钢片上镀16μm厚的镀镍样品，放在240℃电炉中加热4h，然后放入室温冷水速冷，结果全部不起皮、不开裂。

1.5.3硬度

按GB9790-88标准，对粗造度Ra<0.02μm的钢板，镀层16μm的镀层，用显微硬度计，HX-1000检测结果。得电流密度对硬度的影响结果见图2。

2·结果与讨论

(1) 如图1所示氨基磺酸镍电镀镍，镍的沉积速率随电流密度的提高而提高，在不断过滤的镀液中，沉积速率随着电流密度增加而加快，但是随着电流密度的增加阴极极化增大，同时阴极析氢也越来越严重，因此电流效率也逐渐降低。8 A/dm2为95%，20A/dm2时大概为90%。当电流密度低时，影响镀层的表面外观。电流密度小于1A/dm2时，镀层光亮度差，色泽不光亮;当电流密度大时，析氢严重，镀层孔隙率也增大，所以电流过大过小都不利于电镀镍。

(2) 当电流密度小于4A/dm2时，镀层质量较好，色泽均匀、无针孔缺陷和毛刺现象。大于8 A/dm2时，镀层表面会出现缺陷。主要原因是电流密度增大，铁的氢氧化物杂质会沉淀夹杂在镀层中而使镀层发脆，氢氧化铁的碱式盐有利于氢气泡在阴极上的停留而引起镀层

针孔，增加了镀层孔隙率，所以电流密度大时，镀层孔隙率也增大，表面风暴漩涡状的针孔缺陷增大。

(3)如图2所示随着电流密度的提高，镀镍层的硬度逐渐降低。本来硬度应该随电流密度增加，pH值变大而增加的，然而在氨基磺酸镍镀镍中杂质Ni2+、氯化物的含量也随电流密度的增加而增加，从而导致了硬度的降低。

(4)内应力在温度不变的情况下是随电流密度的提高而增高，电流密度提高阴极的氢离子浓度就会提高，会析出大量氢气，pH值就会变大，pH值在4.0～4.2时应力达到最小值，要想镀得快还要应力小，需要增加少量的消除应力添加剂，可以做到无应力镀层。

3·结论

在不同电流密度下得到不同的氨基磺酸镍镀层，对镀层的分析可以得出以下结论。

(1)电流密度和沉积速率成正比，在工艺范围内随电流密度的增加而增加;

(2)电流密度增大镀层硬度降低，孔隙率变大，表面出现针孔缺陷;

(3)电流密度增高应力变大，必须加应力消除添加剂才能使得应力变小;

(4)电流密度变大硬度降低。

参考文献

[1]周荣廷.化学镀镍的原理和工艺[M].北京:国防工业出版社，1975:50-51.

[2]张允诚.电镀手册:上册[M].2版.北京:国防工业出版社，1997:337-356.

(本文文献格式:邹森，李亚明，杨凤梅.电流密度对氨基磺酸镍电镀镍镀层的影响[J].山东化工，2011，40(8):55-56，60.)