化学镀镍的原理及配方构成

6. NiOH+ ads + 2e
Ni + OH-
在这些反应中产生的电子参与将H+离子还原成氢气和吸附 的NiOH 离子还原成镍的反应
反应Leabharlann 5. Ni2+ + H2O 6. NiOH+ ads + 2e
NiOH+ ads + H+ Ni + OH-
经过两步反应机制，镍被还原。
反应
4. H + H
H2
反应
1. H2PO2- ads + OH– ads 2. H2PO2- + H2O ads H2PO3- ads + H ads + e H2PO3- ads + H ads + H+ + e
在催化表面和充分能量的情况下，次亚磷酸盐离子被氢 氧根离子与水氧化，生成亚磷酸盐。
反应
3. H+ + e H
溶液的酸碱度很关键。随pH值减少，7-8步的反应速率增加（同时增加 镀层中磷的含量）
从这些反应中可以清楚地看出：
1. 在生产中某些物质被消耗的同时也必须被补充，如：镍和次亚磷 酸盐 2. 氢是在生产中产生的，因此镀液在操作过程中酸碱度也会下降 3. 亚磷酸根离子作为副产品也在溶液中产生和累积 4. 产生的镀层是一种合金 5. 反应中要求有催化剂的存在。
反应速度
镍的化学还原反应速度取决于下列变量：
溶液温度 酸碱度 溶液的搅拌 表面积与体积比 镍离子的浓度 次磷酸盐的浓度 配位剂的特性 稳定剂 其它添加剂
反应速度
镍的化学还原反应速度也受下列因素影响：
槽寿命
污染物的种类及浓度
槽寿命
• 最好跟踪测量加入槽中的镍组分的含量 • 1MTO是指初始的镍含量被加入槽中时 • 寿命与槽液比重的增加成比例 • 也与亚磷酸盐的浓度相关 • 由于带出量的存在，MTO数会被低估。
污染物
类别 举例 来源
微量金属 其它金属
铅 锌 铝 铜 油
含铅的钢、黄铜 锌酸盐、黄铜 铝工件 铜合金 来源于空气 不清洁的工件
有机物
阳离子
阴离子
K,NH4 Ca, Mg
亚磷酸盐 硫酸盐 硝酸盐 硫化物
酸碱调节剂 硬水
镍反应 硝酸 加速剂
硝酸盐污染物
• 会减少镀速，起镀差、减少磷含量（在高磷沉积时）及暗的或条斑纹路的 沉积，或无沉积。 • 大部分时是从退镀槽中带出来的残余的硝酸 • 治疗很简单—将溶液倒掉，彻底漂洗槽、设备，再开新缸 • 防范永远好过治疗
3. H+ + e 4. H + H 5. Ni2+ + H2O 6. NiOH+ ads + 2e 7. H2PO2- ads 8. H2PO2- ads + 2H+ + e
H2PO3- ads + H ads + H+ + e
H H2 NiOH+ ads + H+ Ni + OHP + 2 OHP + 2H2O
铜 银 金 碳
-
Cu Ag Au C
非催化金属（有毒的）
铜 铅 锌 铬 砷 锑 铋 镉 锡 Cu Pb Zn Cr As Sb Bi Cd Sn
及其它重金属
即使很少量的这些金属含量会导致没有沉积
设计一个系统
硫酸镍 还原剂 镍离子的来源 提供电化学能给镍还原
络合剂 络合镍离子、有利于溶液稳定性、控制镍的还原速率。络合溶液中亚磷酸盐，作为酸 碱缓冲剂
反应速度
镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 溶液温度 酸碱度 溶液的搅拌 表面积与体积比 镍离子的浓度 次磷酸盐的浓度 配位剂的特性 稳定剂
反应速度
稳定剂的影响
稳定剂通过吸附在悬浮颗粒表面防止镍的自 发分解，从而防止阴极过程的产生。在低的 稳定剂水平下，镍沉积的速度较快。
当稳定剂的吸附速率超出了镍的沉积速率， 则中毒会发生。最终会导致边缘上漏镀。
稳定剂 使还原过程到达一个可控点。屏蔽催化活性核区和粒子。对个别浓度低于1ppm的有 合成效应。
加速器
缓冲剂 调节剂 湿润剂
活化次亚磷酸根，沉积速率提高。抵消稳定剂和络合剂的作用。
使pH 值长期保持稳定 使pH值修正的具有短期效果的试剂。如：硫酸、氨水、碳酸盐等 减少表面张力，增加湿润性
反应速度
镍的化学还原反应速度取决于下列变量：
电镀定律
欧姆定律 解释了有多少电流实际到达待镀的工件 E= i x R i = E / R
电镀定律
墨菲定律
任何可能出错的事情，在绝大多数不应该的 时候会终将出错！
溶液化学
如何工作的呢？
自催化化学
还原过程 而非
电化学置换
或 浸没反应
自催化化学
还原过程
定义
在催化表面通过化学还原反应，金属或合金的沉积不 需要使用连续的电流
催化剂
传统的定义 “某种激发化学反应但本身却并不参与的物质”
本身具有催化活性的金属
（这些金属具有独立的自催化特点）
钯
-
Pd
铑
镍 钌 铂
-
Rh
Ni Ru Pt
本身不具有催化活性的金属
这些金属的表面本身并没有催化活性， 但具有催 化活性的金属形核沉积在表面后诱发了催化活性
他们能被分成两类
本身不具有催化活性的金属
氢气被释放出来
反应
除了次亚磷酸盐使镍还原之外，同时还有副反应产生。 由于H2PO2-的分解，会产生磷。
7. H2PO2- ads
P + 2 OH-
8. H2PO2- ads + 2H+ + e
P + 2H2O
反应
1. H2PO2- ads + OH– ads H2PO3- ads + H ads + e
2H2PO3- + H2 + 2H+ + Nio
碱镍—磷体系 Ni2+ + 2H2PO2- + 4OH-* *催化反应
Ni + 2HPO3- + 2H2O + H2
反应
1. H2PO2- ads + OH– ads H2PO3- ads + H ads + e
2. H2PO2- + H2O ads
• 加入预混合料前用硝酸盐试纸测试开缸水，如果试纸变成粉红色则表明该 水含有硝酸。
2. H2PO2- + H2O ads
3. H+ + e 4. H + H 5. Ni2+ + H2O 6. NiOH+ ads + 2e 7. H2PO2- ads 8. H2PO2- ads + 2H+ + e
H2PO3- ads + H ads + H+ + e
H H2 NiOH+ ads + H+ Ni + OHP + 2 OHP + 2H2O
关键点
•合金沉积 •化学还原 •要求表面有催化性质 •不需要连续电流
化学镀工艺
铜 钴 金 镍 钯
化学镀工艺
铜 钴 金 镍 钯
还原剂
次亚磷酸盐 甲醛 硼胺 硼氢化物 肼，联氨
最重要的工艺
铜 镍 甲醛 次亚磷酸盐 硼胺 硼氢化物 肼 次亚磷酸盐
钴
次亚磷酸盐还原系统
酸镍—磷体系 Ni2+ + 2H2PO2- + 2H20*
化学沉镍 溶液
电解镍电镀
阳极反应: Ni --> Ni+2 + 2 e 阴极反应: Ni+2 + 2 e --> Nio
镍沉积的量与时间、电流（法拉第定律）相关。每安培小时沉积1.095克的镍
电镀定律
法拉第定律 说明了在给定数量的安培小 时下有多少金属能沉积下来
电解镍电镀
法拉第定律
说明了沉积多少，但是并非说明沉积在哪儿
比镍更具有活性的金属 镍金属由于置换反应首先沉积在表面。 一旦镍沉积上后，自催化沉积就同时产生了。 这些包括；
铁 铝 铍 钛
-
Fe Al Be Ti
本身不具有催化活性的金属
比镍更具有惰性的金属 在这些金属表面没有置换反应发生，以产生具催化活性的 镍核。为了发动自催化过程，需要通过阴极电流或接触活 性金属的方式。这些金属包括：
反应速度
镍的化学还原反应速度取决于下列变量：
溶液的温度 酸碱度 溶液的搅拌
反应速度
镍的化学还原反应速度取决于下列变量：
溶液的温度 酸碱度 溶液的搅拌 表面积与体积比
反应速度
槽负载的影响
待镀工件的表面积与溶液体积的比 率会极大地影响镍的沉积，低负载 会产生“漏”镀. As the load factor increases deposition rate increases。 负载系数增加时沉积速率也增加。
溶液的温度
反应速度
温度的影响
化学反应需要能量，这里是以热能的形 式提供的。 温度增加时，沉积的速率也上升。 温度也会影响到镀层的特性。因为温度 增加，磷的含量会减少。
反应速度
镍的化学还原反应速度取决于下列变量：
溶液的温度 酸碱度
反应速度
酸碱度pH值的影响
溶液的酸碱度既影响反应速度又影 响镀层中磷的含量。 pH值增加，镀速增加，镀层中磷的 含量减少。
反应速度
镍的化学还原反应速度取决于下列变量：
溶液的温度 酸碱度 溶液的搅拌 表面积与体积比 镍离子的浓度
反应速度
镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 溶液的温度 酸碱度 溶液的搅拌 表面积与体积比 镍离子浓度 次亚磷酸盐浓度
反应速度
镍的化学还原反应速度取决于下列变量：
溶液温度 酸碱度 溶液的搅拌 表面积与体积比 镍离子的浓度 次磷酸盐的浓度 配位剂的特性