1鍍鎳

通過電解或化學方法在金屬或某些非金屬上鍍上一層鎳的方法,稱為鍍鎳。鍍鎳分電鍍鎳和化學鍍鎳。電鍍鎳是在由鎳鹽(稱主鹽)、導電鹽、pH緩衝劑、潤濕劑組成的電解液中,陽極用金屬鎳,陰極為鍍件,通以直流電,在陰極(鍍件)上沉積上一層均勻、緻密的鎳鍍層。從加有光亮劑的鍍液中獲得的是亮鎳,而在沒有加入光亮劑的電解液中獲得的是暗鎳。
化學鍍又稱為無電解鍍(Electroless plating),也可以稱為自催化電鍍(Autocatalytic plating)[1]。具體過程是指:在一定條件下,水溶液中的金屬離子被還原劑還原,並且沉澱到固態基體表面上的過程。ASTM B374(ASTM,美國材料與試驗協會)中定義為Autocatalytic plating is 「deposition of a metallic coating by a controlled chemical reduction that is catalyzed by the metal or alloy being deposited」。這一過程與置換鍍不同,其鍍層是可以不斷增厚的[2],且施鍍金屬本身也具有催化能力。

2特點

(一)電鍍鎳的特點、性能、用途:
1、 電鍍鎳層在空氣中的穩定性很高,由於金屬鎳具有很強的鈍化能力,在表面能迅速生成一層極薄的鈍化
膜,能抵抗大氣、鹼和某些酸的腐蝕。
2、電鍍鎳結晶極其細小,並且具有優良的拋光性能。經拋光的鎳鍍層可得到鏡面般的光澤外表,同時在大
氣中可長期保持其光澤。所以,電鍍層常用於裝飾。
3、 鎳鍍層的硬度比較高,可以提高製品表面的耐磨性,在印刷工業中常用鍍鎳層來提高鉛表面的硬度。
由於金屬鎳具有較高的化學穩定性,有些化工設備也常用較厚的鎮鍍層,以防止被介質腐蝕。 鍍鎳層
還廣泛的應用在功能性方面,如修復被磨損、被腐蝕的零件,採用刷鍍技術進行局部電鍍。採用電鑄
工藝,用來製造印刷行業的電鑄版、唱片模以及其它模具。厚的鍍鎳層具有良好的耐磨性,可作為耐
磨鍍層。尤其是近幾年來發展了複合電鍍,可沉積出夾有耐磨微粒的複合鎳鍍層,其硬度和耐磨性比鍍
鎳層更高。若以石墨或氟化石墨作為分散微粒,則獲得的鎳-石墨或鎳-氟化石墨複合鍍層就具有很好的
自潤滑性,可用作為潤滑鍍層。黑鎳鍍層作為光學儀器的鍍覆或裝飾鍍覆層亦都有著廣泛的應用。
4、 鍍鎳的應用面很廣,可作為防護裝飾性鍍層,在鋼鐵、鋅壓鑄件、鋁合金及銅合金表面上,保護基體材
料不受腐蝕或起光亮裝飾作用;也常作為其他鍍層的中間鍍層,在其上再鍍一薄層鉻,或鍍一層仿金層,
其抗蝕性更好,外觀更美。在功能性應用方面,在特殊行業的零件上鍍鎳約1~3mm厚,可達到修複目
的。特別是在連續鑄造結晶器、電子元件表面的模具、合金的壓鑄模具、形狀複雜的宇航發動機
部件和微型電子元件的製造等方應用越來越廣泛。
5、 在電鍍中,由於電鍍鎳具有很多優異性能,其加工量僅次於電鍍鋅而居第二位,其消耗量佔到鎳總產量
的10%左右。
(二)化學鍍鎳的特點、性能、用途
1、 厚度均勻性  厚度均勻和均鍍能力好是化學鍍鎳的一大特點,也是應用廣泛的原因之一,化學鍍鎳避
免了電鍍層由於電流分佈不均勻而帶來的厚度不均勻。化學鍍時,只要零件表面和鍍液接觸,鍍液中消
耗的成份能及時得到補充,鍍件部位的鍍層厚度都基本相同,即使凹槽、縫隙、盲孔也是如此。
2、 鍍件不會滲氫,沒有氫脆,化學鍍鎳后不需要除氫。
3、 很多材料和零部件的功能如耐蝕、抗高溫氧化性等比電鍍鎳好。
4、 可沉積在各種材料的表面上,例如:鋼鎳基合金、鋅基合金、鋁合金、玻璃、陶瓷、塑料、半導體等材
料的表面上,從而為提高這些材料的性能創造了條件。
5、 不需要一般電鍍所需的直流電機或控制設備。
6、 熱處理溫度低,只要在400℃以下經不同保溫時間后,可得到不同的耐蝕性和耐磨性,因此,特別適用
於形狀複雜,表面要求耐磨和耐蝕的零部件的功能性鍍層等

3鍍鎳類型

鍍鎳液的類型主要有硫酸鹽型、氯化物型、氨基磺酸鹽型、檸檬酸鹽型、氟硼酸鹽型等。其中以硫酸鹽型(低氯化物)即稱之謂Watts(瓦特)鍍鎳液在工業上的應用最為普遍。幾種不同鍍鎳溶液中所獲得的鍍鎳層的物理性質,如表2-3-45所列。氨基磺酸鹽型、氟硼酸鹽型適用於鍍厚鎳或電鑄。檸檬酸鹽型適用於在鋅壓鑄件上直接鍍鎳。這幾種鍍液的成本比較高。
◆ 普通鍍鎳(暗鍍)
1.普通電鍍又稱暗鎳工藝﹐根據鍍液的性能和用途﹐普通鍍鎳可以分為低濃度的預液﹐普通鍍液﹐瓦特液和滾鍍液等。
預鍍液﹕經預鍍可保證層與銅鐵基體和隨後的鍍銅層結合力良好。
普通液﹕該鍍液的導電性好﹐可在較低溫度下電鍍﹐節省能源﹐使用比較方便。
瓦特液﹕滿足小零件的電鍍﹐但鍍液必須要有良好的導電性和覆蓋能力。
2.鍍液配製方法
根據容積計算好所需要的化學藥品﹐分別用熱水溶解﹐混合在一個容器中﹐加蒸餾水稀釋到需體積﹐靜置到所需體積﹐靜置澄清﹐用虹汲法或過濾法把鍍液引入鍍槽﹐再加入已經溶解的十二基硫酸鈉溶液﹐攪拌均勻﹐取樣分析﹐經調整試鍍合格后﹐即可生產。
3.鍍鎳用陽極
鎳陽極材料的純度是電鍍中最重要的條件﹐鎳的含量>99%﹐不純的陽極導致鍍液污染﹐使鍍層的物理性能變壞。在鍍鎳中比較適宜的鎳陽極有以下幾種﹕1.含碳鎳陽極﹐2.含氧鎳陽極﹐3.含硫鎳陽極。
◆ 光亮鎳
鍍光亮鎳有很多優點﹐不僅可以省去繁重的拋光工序﹐改善操作條件﹐節約電鍍和拋光材料﹐還能提高鍍層的硬度﹐便於實現自動化生產﹐但是光亮鍍鎳層中含硫﹐內應力和脆性較大﹐耐蝕性不如鍍暗鎳層﹐為了克服這些缺點﹐可採用多層鍍鎳工藝﹐使鍍層的機械性能和耐蝕性得到顯著的改善。
◆ 高硫鎳
高硫鎳一般含量為0.12~~0.25%。這種鎳具有比銅﹐銅錫合﹐暗鎳﹐光亮鎳﹐半光亮鎳﹐鉻等都高的電化學活性。高硫鎳鍍層主要用於鋼﹐鋅合金基體的防保-裝飾性組合鍍層的中間層﹐其原理是上層光亮鎳比下層半亮鎳含硫量高﹐因而使兩層間的電位差到100~~140mV﹐這樣使雙層鎳由單層鎳的縱向腐蝕轉變為橫向腐蝕﹐構成對鋼鐵基體的電化學保護作用。
◆ 鎳封
鎳封是在一般光亮鎳液中加入直徑在0.01~~1um之間的不溶性固體微粒(Sio2等)﹐在適當的共沉積促進劑幫助下﹐使這些微粒與鎳共沉積而形成複合鍍鎳層。當在這種複合鍍鎳層表上沉積鉻層時﹐由於複合鍍鎳層表面上的固體微粒不導電﹐鉻不能沉積在微粒表面上﹐因而在整個鍍鉻層上的形成大量微孔﹐即形成微孔鉻層。表面存大的大量微孔﹐可在很大程度上消除普通鉻層中存的巨大內應力﹐因而減少了鍍層的應力腐蝕﹐尤為重要的是鉻層上的大量微孔﹐將鉻層下面的鎳層大面積地暴露出來﹐在腐蝕介質的作用下﹐鉻與鎳組成腐蝕電池﹐鉻層為陰極﹐微孔處暴露的鎳層為陽極而遭腐蝕﹐從而改變了大陰極小陽極的腐蝕模式﹐使得腐蝕電流幾乎被分散到整個鍍鎳層上﹐從而防止了產生大而深的直貫基體金屬的少量腐蝕溝紋和凹坑﹐並使鍍層的腐蝕速度減小﹐且向橫向發展﹐因而保護了基體金屬﹐顯著的提高了鍍層的耐腐蝕性能。
◆ 緞面鎳
緞面鎳又叫緞狀鎳。緞面鎳與鎳封工藝沒有本質的區別。它具綢緞狀的外觀﹐鍍絡后不會像光亮鎳鍍層鍍鉻那樣有閃光﹐因而人眼注視后不會覺得疲勞﹐可以作為避免光線反射的防眩鍍層。這類鍍層在汽車反光鏡﹐車輛內部注視零件﹐醫療手術器械﹐機床零件﹐眼鏡鏡框等表面已得到廣泛應用。
◆ 高應力鎳
在特定的鍍鎳液中加入適量的添加劑﹐能獲得應力較大的容易龜裂成微裂紋的鎳層﹐這種鎳層﹐叫做高應力鎳。
高應力鎳是在光亮鎳的表面上再鍍一層1um左右的鎳層。由於高應力鎳的內應力大﹐所以在它的表面按常規再鍍0.2~~0.3um的普通鉻層后﹐在鉻層與高應力鎳應力的相互作用處﹐高應力鎳層即產生大量微裂紋﹐並導致鉻層表面也形成均勻的微裂紋。與鎳封一樣﹐鉻層成為微間斷鉻﹐只是由高應力得到的是微間斷鉻﹐在腐蝕介質的作用下﹐這些裂紋部位殂成無數個微電池﹐使腐蝕電流分散在微裂紋處﹐從而使整個鍍層的耐蝕性能得到明顯的提高。
◆ 鍍多層鎳
鍍多層鎳是在同一基體上﹐選用不同的鍍液成分及工藝條件﹐獲得二層或三層的鍍鎳層﹐目的是在不增加鎳層厚度或減低鎳層的基礎上﹐增加鎳層的耐蝕能力。在生產上應用較多的多層鎳/鉻組合層休系有
雙層鎳 半光亮鎳/光亮鎳/鉻
三層鎳 半光亮鎳/高硫鎳/光亮鎳/鉻
半光亮鎳/光亮鎳/鎳封/鉻(微孔鉻)
半光亮鎳/光亮鎳/高應力鎳/鉻(微裂紋鉻)
◆ 氨基磺酸鹽鍍鎳
氨基磺酸鹽鍍鎳的主要優點是所得到的電鍍層應力低﹐鍍液沉積速度快﹐但價格較貴﹐用於電鑄和印刷電路板鍍金前鍍鎳。
◆ 檸檬酸鹽鍍鎳
檸檬酸鹽鍍鎳工藝主要用於鋅壓鑄件的電鍍。主要的維護措施是﹕控制硫酸鎳與檸檬酸鹽之比在1﹕1.1~~1.2﹐溫度不可過高﹐以防止檸檬酸鹽分解﹐嚴格控制﹐pH值﹐零件入槽進採用衝擊電流(2~3A/dm2)以保證結合力良好。檸檬酸鹽鍍鎳應用還不廣,成功生產的廠家不多。

4白斑對策

解決辦法
(1)改進前處理清洗工序,採用超聲波清洗的方法,使滲碳后附著力差的顆粒在清洗中脫落下來。
(2)及時對鍍液進行過濾。
(3)改進酸洗工藝:主要是降低酸洗液的濃度、加入合適的緩蝕劑並適當控制酸洗的時間,避免過腐蝕。
通過採取上述措施,使該產品電鍍白斑問題得到了根本性的解決。

5發展簡史

鍍鎳溶液的歷史與電鍍相比,比較短暫,在國外其真正應用到工業僅僅是70年代末80年代初的事。 1844年,A.Wurtz發現金屬鎳可以從金屬鎳鹽的水溶液中被次磷酸鹽還原而沉積出來。化學鍍鎳技術的真正發現並使它應用至今是在1944年,美國國家標準局的A.Brenner和G.Riddell的發現,弄清楚了形成塗層的催化特性,發現了沉積非粉末狀鎳的方法,使化學鍍鎳技術工業應用有了可能性。但那時的化學鍍鎳溶液極不穩定,因此嚴格意義上講沒有實際價值。 化學鍍鎳工藝的應用比實驗室研究成果晚了近十年。第二次世界大戰以後,美國通用運輸公司對這種工藝發生了興趣,他們想在運輸燒鹼筒的內表面鍍鎳,而普通的電鍍方法無法實現,五年後他們研究了發展了化學鍍鎳磷合金的技術、公布了許多專利。1955年造成了他們的第一條試驗生產線,並製成了商業性有用的化學鍍鎳溶液,這種化學鍍鎳溶液的商業名稱為「Kanigen」。 國外,特別是美國、日本、德國化學鍍鎳已經成為十分成熟的高新技術,在各個工業部門得到了廣泛的應用。  中國的化學鍍鎳工業化生產起步較晚,但近幾年的發展十分迅速,不僅有大量的論文發表,還舉行了全國性的化學鍍會議,據第五屆化學鍍年會發表文章的統計就已經有300多家廠家,但這一數字在當時應是極為保守的。據推測國內每年的化學鍍鎳市場總規模應在300億元左右,並且以每年10%~15%的速度發展。
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