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电镀黑镍工艺

一、配方和工作规范

硫酸镍70～100g/l

硫酸锌40～50g/l

硼酸25～35g/l

硫氰酸钾25～35g/l

硫酸镍铵40～60g/l

PH 4.5～5.5

时间根据需要

电流密度Dk0.1～0.4A/dm2

温度30～36℃

阴极镍板

阴极移动需要

二、溶液配制

1. 往槽中加入所需体积约1/2 的去离子水或纯净水, 加热至40～50℃, 加入硫酸镍使其溶解,搅拌。

2. 在另外的小容器中, 用少量热纯净水搅拌溶解硫酸锌, 溶解后搅拌加入槽内。

3. 用近沸的少量纯净水在另外的小容器中搅拌加入所需量的硼酸, 溶解后搅拌加入槽内。

4. 在另外的小容器中盛入少量热纯净水, 加入所需量的硫酸镍铵, 搅拌溶解后, 在搅拌下加入槽内。

5. 加双氧水1～2ml/l, 搅拌后加热至50℃, 保温2h, 使双氧水分解。

6. 加入1～2g/l的活性炭, 搅拌15min, 静置8h, 然后过滤。

7. 在另一容器内用少量纯净水将计算量的硫氰酸钾, 搅拌溶解后, 在搅拌下加入槽内。

8. 补充纯净水至所需体积, 并将槽内溶液搅拌均匀。

9. 测定pH值, 用氨水调高, 用10%稀硫酸或盐酸调低。至pH =4.5 。必要时进行化学分析。

10. 试镀成功后, 即可投入生产。

三、生产注意事项

1. 镀黑镍时, 工件要带电入槽, 中途不能断电。

2. 挂具使用2～3次后, 应用盐酸退去镀层后再使用, 以免电接触不良, 造成脱皮。

3. 钢铁工件镀黑镍之前, 应先镀铜、黄铜或锌、要有一定的厚度, 以便提高工件抗蚀性和避免拉丝漏

底, 至少镀5μm,延长黑镍不变色时间。

4. 阴极要不断移动, 防止泛白点。

5. 当溶液的PH过低, 黑镍层结合不牢, 有白色斑点, PH值过高时镀层易于脱落。所以应严格控制PH值。

6. 电流控制要适当, 如电流密度过高, 镀层烧焦粗糙丧失光亮度, 易于发脆剥落；当电流密度较小时,

镀层呈彩虹色, 有时呈黄褐色有条纹的镀层。

7. 保持镍离子与锌离子之比: Ni2+:Zn2+=(4.5～5.5):1的范围, 以便获得外观质量良好的黑镍镀层。锌

高时镀层呈灰色；锌低时, 镀层呈浅黄色, 不易变黑, 并且有条纹, 结合力也差。

8. 硫氰酸盐含量低时, 镀层发灰粗糙, 有时呈彩色；硫氰酸盐含量过高时, 镀层发花, 结合力降低。

9. 保持氮离子与铵离子有足够的含量(上限), 以保持导电性能和络合性能正常。

10. 当工件表面易形成气流或白色斑点时, 可加入适量的润湿剂, 如十二烷基硫酸钠O.1g/l, 可使镀层细

致和提高镀层结合力。但滚镀不宜加或加低泡润湿剂。

11. 黑镍溶液操作温度应低于35℃, 以免硫氰化物和铵离子受热分解, 使镀层粗糙。

12. 镀黑镍前的铜、镍、锌等中间镀层要光亮, 才能使所获得的黑镍层黑而光亮。

四、各成分及工艺条件对黑镍的影响

1. 金属盐，镍和锌是溶液主盐

①镍和锌的共沉积

镍和锌之间电极电位相差悬殊, 镍电极电位为+O.23V, 锌电极电位为-0.76V, 似乎难在阴极共析,

实际电解过程中, 锌和镍可共析, 但还需满足镀层色黑, 细致、均匀和平整光或消光的装饰效果。镍沉积时, 有强极化作用, 以细晶参与沉积, 而锌还原极化作用小, 以粗晶出现。如何改变这不和谐的过程, 选用弱配位络合剂NH3与镍离子形成弱络合离子, 使两者络合但电极电位负移值不等的方式, 提高阴极极化, 从而达到降低Ni2+的超极化和Zn2+的去极化现象, 创造其共析平衡。虽然主盐浓度低, 仍可采用大Dk, 电流效率较高, 深镀、均镀能力强, 在短时间内获得一定厚度的装饰性黑镍的效果。

②主盐浓度比值

在镍:锌比值在(4.5:1)～(5.5:1)的范围内, 都能获得外观质量较好的镀层, 不会因Dk大

(0.2～2A/dm2 ) 、温度低而烧焦剥落；Dk小、温度低。出现镀层呈彩虹色。若比值>5:1 以上, 溶液中

镍浓度高、锌含量相对低, 镀液不稳定,镀层色调由深转浅, 甚者出现金属光泽的灰黄色, 且有彩虹和气

流条纹出现。若比值<3.5:1, 情况相反, 只能得到黑色、粗糙、疏松镀层。

③硫酸镍含量

硫酸镍含量低于60g/l, 镀层带微黄色, 而且镀层结合不牢, 易擦掉。硫酸镍含量大于 120g/l, 镀层显粗糙。

④硫酸锌含量

硫酸锌含量低于10g/l时, 镀层呈金属灰色；在15g/l时, 镀层从灰逐步转黑；在35～40g/l时, 则得到满意的均匀黑色。当达到45g/l时, 镀层恶化, 并有条纹。硫酸锌最高含量控制在40g/l为宜。实际生产中, 硫酸镍与硫酸锌比例控制在2:1为最佳。

2. 导电盐兼络合剂氯离子和钱离子

氯离子和铵离子分别与镍离子(Ni2+) 和锌离子(Zn2+)形成K稳很低的络合离子, 如1中所叙, 适量提高两者的阴极极化, 克服超极化和去极化现象, Ni-Zn共沉积的阴极极化曲线为Ni2+和Zn2+相辅相成地共析提供平衡。氯离子和铵离子含量可在较大范围内浮动, 加得得当, 可调节镀层中镍、锌含量, 提高氢氧化物沉淀的临界值。含量过高, 锌阴极极化过大, 使镍、锌离子共析带来困难, 镀层合金比例随着镍含量的增加显灰黄色；含量低时, 镀层粗糙易脱落, 有条痕, 结合力差, 不易发色。氯离子和铵离子对阴、阳极有明显活化作用, 使阳极正常溶解, 改善阴极镀层的结合力。

3. 发黑剂硫氰化物

溶液中硫氰化物参与阴极过程反应, 分解出硫化物, 能与镍和锌离子生成硫化物, 使镀层呈黑色。

发黑剂不与金属离子形成稳定络合物, 并协同酒石酸根离子与镍和锌离子形成络合物, 起到有效控制金

属离子浓度, 保持溶液稳定性, 尤其是锌离子有效浓度的同时, 共同在阴极还原起发黑剂作用。所以控

制硫氰化物含量对镀层黑度有直接关系。其含量低时, 镀层发灰、粗糙, 呈彩虹色；含量高时, 镀层

发花, 结合力差, 有脆性, 这同含硫和有机物夹杂改变镀层结构有关。由于硫氰离子受热易分解, 操作

时应密切注意温度对其含量的变化。

硫氰酸钾含量低于5g/l时, 镀层是无光灰色；提高到10g/l, 镀层形成灰黑色, 最佳含量为20g/l。若超过20g/l时，则镀层发花、不牢并有条纹。

4. 缓冲剂硼酸

伴随金属离子阴极还原的同时, 还有大量氢气生成, 降低了电流效率, 并使PH值波动。为保持电解液PH值在一定范围, 使Dk在较宽幅度变化, 避免PH值的偏差导致镀层结合力差、有白色斑点、氢氧化物沉淀而产生毛刺等不良影响, 抑制PH值变动的缓冲剂是必要的。加入硼酸可稳定镀液的PH值在一定工作范围以获得良好的镀层。铵离子的存在, 对缓解溶液和金属两相界面双电层中PH值急骤变化起缓冲作用。

经试验证明: 硫酸镍铵含量低于10g/L, 所得镀层无光、粗糙；在30g/l时, 获得良好沉积黑色；在40g/l时, 黑色均匀, 光亮平滑；当提高到45g/l时, 发现有不均匀现象。在实际生产中, 控制硫酸镍铵

在30～40g/l为宜。

5. 润湿剂

在阴极还原过程中, 由于使用的阴极电流密度比较小, 如Dk=0.1～0.2A/dm2, 一般不会产生大量氢气, 加之液中有一定浓度的铵离子起活化阴极表面作用, 并配有阴极移动, 可防止氢气泡吸附在阴极表面, 避免形成气流条纹或白色斑点, 大多数电解液配方中都有未加润湿剂, 然而因溶液黏度较大和析氢量较大, 适量加入润湿剂可提高阴极亲水性、驱赶氢气泡。如添加十二烷基硫酸钠0.1g/l。