化学镀镍磷

• 2．氢化物理论
• H2PO2－+H2O→催化表面HPO32—十2H++H— • Ni2++2H—→Ni+H2↑ • H＋+H—→H2↑ • 2PO22—+6H—十4H2O→2P十3H2↑十+8OH— • Ni2++H2PO22－+H2O－→HPO32－+3H＋+Ni
• 3．电化学理论
• H2PO2－+H2O→H2PO3－+2H＋+2e— • Ni2++2e—→Ni
• 化学镀过程中，镀液中的亚磷酸根浓度会不断 升高，达到一定浓度后便会形成亚磷酸镍沉淀。 它将破坏镀液的化学平衡，而且会触发镀液自 发分解。
• 缓冲剂：常用的缓冲剂有醋酸钠、硼酸等，有 的络合剂同时也是缓冲剂。缓冲剂是为了防止 pH明显变化的。镀液使用过程中pH值将降低， 必须定期进行调整，用碱中和调节。
• 次亚磷酸纳浓度高，镀速增大，同时镀液的稳定性降低。消 耗的还原剂按比例补充，以维持镀速和镀层的稳定性。
• 次磷酸根的氧化物为亚磷酸根，是对镀液有害的杂质离子， 可生成亚磷酸镍沉淀，使镀层粗糙，可诱发镀液的分解。
• 络合剂（配合剂）：常用的配合剂有乳酸、苹 果酸、琥珀酸等。为了避免化学镀槽液自然分 解和控制镍只能在催化表面上进行沉积反应及 反应速率，镀液中必须加入络合剂。络合剂与 镍离子形成稳定的络合物后，用来控制可供反 应的游离镍离子量（降低溶液中游离镍离子浓 度），可以稳定槽液和抑制亚磷酸镍或氢氧化 钠沉淀的作用。
• 2H＋+2e—→H2↑ • H2PO2－十e—→P+2OH— • Ni2++H2PO2－十H2O→H2PO3－+2H＋+Ni
• 阳极： H2PO2－十H2O―2e—→H2PO3－ +2H＋
• 阴极： Ni2++2e—→Ni • 2H＋+2e—→H2↑ • H2PO2－十e—→P+2OH—
• 4．热力学和动力学分析 • 从热力学分析，还原剂次亚磷酸钠氧化
释放电子的可逆电位为： • E=-0.504-0.06pH(V)(酸性槽液) • E=-0.504-0.09pH(V)(碱性槽液)
• Ni2+离子的还原可逆电位为：
• E=-0.25(V)
Hale Waihona Puke • （2） 化学镀镍的成分和条件
• 化学镀液一般包含金属盐、还原剂、络合剂（配合剂）、缓 冲剂、pH调节剂、稳定剂润滑剂和光亮剂等。
• 按金属离子获得还原所需电子的方法不 同，分为电沉积和无外电源沉积两类。 前者我们称电镀，后者我们称化学镀或 无电镀。
• （1）金属电沉积：在直流电的作用下，电解 液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成 具有一定性能的金属镀层的过程，其电解液主 要是水溶液。
• （2）化学镀：化学镀也称无电解镀，是一种 不使用外电源，而是利用还原剂使溶液中的金 属离子在基体表面还原沉积的化学处理方法， 既
• （4）化学镀的条件
• 1.电镀中还原剂的还原电位要显著低于沉积金 属的电位，使金属有可能在基材上被还原而沉 积出来。
• 2.配好的镀液不产生自发分解，当与催化表面 接触时，才发生金属沉积过程。
• 3.调节溶液的pH值、温度时，可以控制金属的 还原速率，从而调节镀覆速率。
• 4.被还原析出的金属也具有催化活性，这样氧 化还原沉积过程才能持续进行，镀层连续增厚。
• 镍盐：是镀液的主盐、是镀层的金属供体；常采用硫酸镍或 氯化镍，前者价格便宜。
• 镀液的镍盐浓度高（但不能太高），沉淀速率快，稳定性 下降。镀覆时，应及时补充镍盐以保持镀速的稳定。
• 还原剂：最常用的是次亚磷酸盐，所得镀层是Ni-P合金。 硼 氢化物、胺基硼烷等镀层为Ni-B合金。
• 次亚磷酸纳的用量与镍盐浓度相匹配，其最佳摩尔比为 0.3~0.45。
化学镀镍磷层的制备、结构与 性能
一、实验目的
• 1.利用化学镀镍技术在钢铁表面制备镍磷 合金层
• 2.掌握化学镀的基本原理及工艺 • 3.了解分析材料表面结构与性能的手段 • 4.提高学生的综合实验能力
二、化学镀的基本原理
• 水溶液中金属离子的沉积，一般按 M2++2e—→M（金属离子还原）还原反应 进行。
• Men++还原剂→Me↓+氧化剂
• 化学镀是一个自催化的还原过程，也就是基体 表面及在其上析出的金属都具有自催化能力， 使镀层能够不断增厚。
• （3）化学镀离子还原的电子来源
• 通淀方过金式属电存的荷在电交。位换工更进程负行中；沉常金积称属：为M被浸2镀镀在金；电属镀解M层液1薄中必、须以无比离沉子使 用性，常作为其它镀种的辅助工艺。
• 5.反应生成物不妨碍镀覆过程的正常进行，即 溶液有足够的使用寿命。
• （5）化学镀的特点：
• 1.镀覆过程不需外电源，前期处理工艺较为简 单，金属和非金属材料上都能进行镀覆。
• 2.由于不存在电流分布的问题，均镀能力好对 于形状复杂有内孔内腔的镀件镀层均匀。
• 3.其自催化的特点可是镀件表面形成任意厚度 的镀层。
• 4.空隙率低，致密性好，硬度高，耐蚀性和耐 磨性好。
• 5.镀液通过维护调整能反复使用，但使用周期 是有限的。
• 6.其不足是由于化学镀中氧化剂（金属离子） 与还原剂同时存在，处于热力学不稳定状态， 镀液的稳定性差；沉积速度慢，工作温度高。
三 化学镀镍磷的理论和工艺
• （1）、化学镀镍磷的三种理论 • 镍具有自催化还原的性质即自催化还原过程。 • 化学镀镍的原理有有原子氢态理论； • 氢化物理论 • 电化学理论等。 • 这三种理论都不能完全解释化学镀镍的整个过
• 接还将向电M有触1位第沉与低三积M的种：3两M金除金1，属了属使M被连M3镀。接2金在还，属原含电M沉有子1积M和从在2沉电离M积位子1上金高的。属的溶MM液23中外流， • 还原沉积：这是由还原剂被氧化（催化条件下
Rn+→2e—+R(n+2)）而释放自由电子，把金属离 子还原为金属原子(M2++2e—→M)的过程。工程 讲的化学镀，主要是指还原沉积的化学镀。
程，但氢态理论得到较广泛的承认。
• 1．原子氢态理论
• NaH2PO2⇌Na++H2PO2• H2PO2-+H2O→催化表面HPO32－十H＋+2H☉abs • Ni2＋十2 H☉abs →Ni＋2H＋
• H2PO2-十2 H☉abs→ H2O十OH－＋P • 2H☉→H2 ↑ • Ni2＋+H2PO2-+H2O→HPO32－+2H＋+Ni