铝合金化学镀镍工艺研究与应用

铝合金化学镀镍工艺研究与应用

化学镀

电子工艺技术990507 电子工艺技术 ELECTRONICS PROCESS TECHNOLOGY 1999年第20卷第5期Vol.20 No.5 1999 铝合金化学镀镍工艺研究与应用黄昌明摘要：报道一种在铝合金元件上实施化学镀镍的工艺方法。该方法包括在改进的锌酸盐溶液中经二次浸锌处理后，以碱性化学镀镍作底层，然后进行酸性化学镀镍，能在铝合金(LY12cz、LD31等)表面获得光亮的、具有优异附着力和良好的防腐蚀性能及其综合物理、化学特性的化学镀镍(Ni-P)层。关键词：铝合金；二次浸锌；化学镀镍；附着力 Technology and Application of Electroless Nickel on Aluminum Alloys HUANG Chang-ming Electronics The 29th Research Institute of Information Industry Ministry,Chengdu 610036, China Abstract:Report technology method of electroless nickel on aluninum alloys.After being immersed in zincate solution improved two times,taking alkaline electroless nickel as the laying,then implementing acid electroless nickel,it can be got that the electroless nickel layer with bright,excellent adhesion,good corrosion prevention and synthesis physical chemistry properties. Key words:Aluminun alloys;Immersed in zincate solution two times;Electroless nickel; Adhesion 笔者从1996年开始进行铝合金化学镀镍工艺研究，经反复试验终于研制成功一种既能满足电子设备微波元件外表装饰要求又具有良好物理化学特性(可焊性、耐磨性、三防特性、高低温特性等)，而且附着力优异的铝合金化学镀镍工艺体系。

经过一年多的小槽(25L)生产考验后，已于1998年安装了一条小型手动化学镀镍生产线，该生产线具备镀液自动控温、压缩空气搅拌、循环过滤、去离子水漂洗等功能，特别是配置了镀液自动分析和补充仪(美国WALCHEM产品)，它能保证工作过程镀液成分和pH值始终保持在正常工艺范围，从而保证镀层质量可靠。该生产线已成功地应用于镀覆引进放大器铝腔体以及微波开关，振荡器和天线馈电架等，满足了设计要求，使用效果良好。本文对该工艺体系作一简要总结，重点报道二次浸锌和碱性化学镀镍工艺的确定，酸性化学镀镍工艺的优选以及镀层主要物理化学特性。

file:///E|/qk/dzgyjs/dzgy99/dzgy9905/990507.htm（第 1／8 页）2010-3-22 18:28:57 电子工艺技术990507 1 二次锌酸盐处理众所周知，铝上电镀(或化学镀)存在许多困难，由于铝化学性质活泼，电化学电位很负(E＝-1.66V)，对氧有高度亲和力、极易氧化；铝的线膨胀系数比一般金属大(24×10-6/℃)；它又是两性金属，在酸碱中均不稳定，化学反应复杂；镀层有内应力，因而铝上电镀(或化学镀)能否成功，关键是要解决附着力问题。铝表面的氧化膜经酸碱腐蚀去除后，在空气或水溶液中能迅速重新生成。为此，铝上电镀必须进行特殊前处理，其目的在于去除这些氧化膜，使其不能重新形成，并迅速赋予一层薄而均匀的金属镀层作为进一步按正常工艺电镀的底层。可见，能否置取这样一层理想的金属层乃是获得铝上电镀(化学镀)层附着力良好的工艺关键，习惯置取该金

属薄层的工艺方法有浸锌酸盐法、浸锡酸盐法、电镀锌法、磷酸阳氧化法等。浸锌酸盐法由于Zn在强碱溶液中呈络离子存在，它的电位变得比简单盐中的Fe或Ni负得多，与Al 十分接近，因而当Al 浸入锌酸盐溶液中能得到较薄的均匀Zn层，有助于与铝基体牢固结合，这正是目前应用较普遍的主要原因。两次浸锌处理比一次浸锌处理而言，它能降低Zn含量，使Zn层结晶更细致。有作者经扫描电镜(SEM)观察证明，第一次浸Zn后能看到晶粒之间仍有未变化的铝表面区域，其锌酸盐膜结构呈网状、不连续分布，尺寸为0.2～1.0μm范围。而两次浸Zn膜比第一次浸Zn膜致密得多，晶粒度分布均匀，大致相同(150～300mm)，看不到未镀覆铝表面，原因在于除去第一层Zn膜后，重新形成的氧化膜比原先的氧化膜更均匀，故随后第二次浸渍Zn层易于均匀复盖上全部铝表面。为此，我们选择配方(1)、(2)和改进配方(3)、(4)进行比较试验，见表1。并测定了在4种不同锌酸盐溶液中

所形成的锌层重量，见表2。表1 锌酸盐溶液ρ/(g．L-1) 配方1 配方2 配方3 配方4 NaOH 500 120 200 240 ZnO 100 20 ZnSO4 100 120 NiSO4 KNaC4H4O6 FeCl3 NaNO3 添加剂 50 2 1 45 1 1 60 100 60 120 10～30 10～30 表2 不同浸锌工艺的锌层质量处理浸锌配方1 配方2 配方3 配方4 规范时间 mg/dm2 mg/dm2 mg/dm2 mg/dm2 一次浸锌 1min 4.61 4.33 5.89 4.28 再次浸锌各1min 2.50 1.82 0.80 0.40

file:///E|/qk/dzgyjs/dzgy99/dzgy9905/990507.htm（第 2／8 页）2010-3-22 18:28:57 电子工艺技术990507 再次浸锌各2min 再次浸锌各3min 0.75 0.84 1.03 0.86 表2数据证明，两次浸锌得到的锌层比一次浸锌薄，配方2与配方1均是典型的浓溶液与稀溶液，锌层呈光亮，深蓝灰色，配方(1)碱浓度太高，粘度大，工件不易清洗干净，配方(2)碱浓度低，含锌量太少故需经常校正，溶液稳定性差，而改进配方(3)与 (4)碱浓度适中，特别是含有镍盐，NaOH对Zn2＋的摩尔浓度比值由10提高到13～14，将酒石酸钾钠含量升高到100～120g/L，又引进添加剂，使镍离子呈更稳定络离子形式存在，从而能使镍离子与锌离子一起缓慢而均匀地置换沉积在铝表面，得到的锌镍合金层比配方(1)、(2)更薄更均匀。有文献报导浸Zn层质量大致应在1.6～1.7mg/dm2范围(最佳＜3.1mg/dm2)，通过试验，我们发现控制Zn-Ni层质量在1～2mg/dm2范围的浸锌工艺能充分保证铝上镀层附着力良好。特别是含镍的锌层为随后的化学预镀镍沉积初期提供了充足的催化核心，这是提高随后镍镀层附着力的一个重要因素。 2 碱性化学镀镍预镀实践证明，两次浸锌工艺是铝合金获得附着力优异的化学镀镍层的前提条件，但是这层薄而致密的锌层在随后的化学镀镍溶液中会发生化学溶解作用，常规化学镀镍使用酸性溶液(pH＝4～5)，工作温度高(90℃)，显而易见如果铝合金浸锌后直接在酸性镀液中化学镀镍，锌层很快溶解掉，而且溶解的锌会污染镀液，为了减缓锌层的溶解作用，提高化学镀镍层对基体铝合金的结合力，延长化学镀镍溶液的使用寿命，必须采用碱性化学镀镍预镀工艺，这也是铝合金化学镀镍成功与否的关键所在。有人研究了化学镀镍反应初期基体铝上镍镀层的化学成分，发现大部分锌层溶解在化学镀镍溶液中，这种溶解作用的强弱取决于下列五种因素，化学镀镍液的温度、 pH值、镍离子浓度、络合配位体种类和络合物浓度。为此，碱性化学镀镍作为预镀底层必须综合考虑镀液pH值、温度、沉积速度、络合剂种类和浓度之间的平衡关系，作者选择了4种代表性配方进行比较。见表3。表3 碱性化学镀镍溶液ρ/(g．L-1) NaCl2．6H2O NiSO4．6H2O NaH2PO2．2H2O (NH4)C6H5O7 络合剂 NH4Cl NH4OH 配方1 配方2 配方3 配方4 21 12 45 30 50 21 20 45 30 25 25 10 30 25 25 45 30 50

file:///E|/qk/dzgyjs/dzgy99/dzgy9905/990507.htm（第 3／8 页）2010-3-22 18:28:57 电子工艺技术990507 为保证镀液稳定、沉积速度适中，经过试验改变还原剂和络合剂的浓度，确认配方(4)呈强碱性(pH＝8.5～9)，工作温度低(35～45℃)，由于采用复合络合剂，进一步降低镍离子有效浓度，氧化还原反应速度变得缓慢使结晶更细致均匀，从而能有效减弱浸锌层的溶解，而且在锌层被置换的同时即发生镍的自催化沉积，所以最终能在铝表面直接得到一层结晶细小、均匀、结合良好的薄镍层，而几乎不参杂有氧化物或锌层。通过近两年的生产实践，证明该配方与国外引进的ENPLATEAL-100化学闪镀镍具有相似的功能，经过预镀能在铝表面得到一层薄而均匀、活泼的镍层，是随后酸性化学镀镍的理想底层。 3 酸性化学镀镍选择3种酸性化学镀镍配方进行工艺比较见表4。首先观察镀层外观，从配方(1)得到的镍层呈半光亮黄白色，而配方(2)得到镍层色暗，不适用于铝合金，随后比较配方 (1)和配方(3)，配方(3)是商品ENPLATE Ni418，其镍离子与次亚磷酸根离子的摩尔浓度比值大约在0.3～0.4，从而能保证沉积速度适中(16～20μm/h)，由于含有适当的缓冲剂和稳定剂因而镀液十分稳定。镀液温度保持在85～90℃，温度变化严格控制在±1℃范围，一般随着温度升高，沉积速度加快，含磷量下降，温度波动大时，磷含量变化太大，会生成片状镀层影响结合力和抗腐蚀性。一般随着pH值增大，沉积速度提高，含磷量下降，本工艺控制pH在4.9±0.1范围。生产过程镍离子和次亚磷酸根离子浓度及 pH值逐渐减小，镀层含P量升高。表4 酸性化学镀镍溶液ρ/(g．L-1) NiSO4．6H2O NaH2PO4．H2O C3II6O3 C4H6O4 C2H5ONa Na3C6H5O7 ENPLATE ENPLATE 配方1 23 24 27 20 Ni-418(mL/L) Ni-418(mL/L) 配方2 配方3 25 24 15 15