HN-3010化學鍍鎳工藝

摘要：本文簡要介紹了HN-3010化學鍍鎳工藝的操作維護要點及各成分作用。詳細討論了工藝參數(shù)對化學鍍鎳的影響，介紹了鎳離子含量的分析方法及常見故障的處理方法。

關鍵詞：化學鍍鎳 鎳-磷合金

1.前言：

化學鍍鎳工藝是通過金屬離子自催化還原，在金屬表面沉積出厚度均勻的鎳及鎳合金鍍層的一種表面處理方法。化學鍍鎳真正大規(guī)模工業(yè)應用是在上個世紀七十年代末期，最初是用次亞磷酸鈉為還原劑得到的含磷5~8%(重量)的中磷鍍層，而后又發(fā)展出含磷9~12%(重量)的高磷非晶態(tài)鍍層，和含磷1~4%(重量)的低磷鍍層。后來又開發(fā)出了以硼氫化鈉為還原劑的Ni-B合金鍍層，和以肼為還原劑的純鎳鍍層。

目前化學鍍鎳的還原劑仍以次亞磷酸鈉為主。Ni-P合金鍍層以其優(yōu)異的耐蝕性、耐磨性、可焊接性以及鍍層厚度均勻，在表面處理行業(yè)得到廣泛地應用。

我公司經(jīng)多年精心研制的HN-3010化學鍍鎳工藝，鍍層為磷含量7~10%(重量) 的中磷鍍層，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、可焊接性以及鍍層厚度均勻等優(yōu)點。工藝穩(wěn)定可靠，適用于電子元件及其它工業(yè)領域的應用。

2. HN-3010化學鍍鎳工藝基本特點：

2.1

HN-3010化學鍍鎳溶液以三種濃縮液A、B、C的方式供應給用戶。

2.2

鍍層磷含量7~10%(重量) 屬中磷，比重7.80~7.90g/cm3，電阻率60~90µΩ/cm，硬度：鍍態(tài)500~600HV，400℃保溫1~2h熱處理后900~1000HV，色澤全光亮。

2.3

有高的沉積速度：15~22µm/h。

2.4

可在操作溫度下調整鍍液pH值和鍍液成分，連續(xù)操作，使用方便，生產效率高。

2.5

鍍液金屬雜質容忍量高。鍍液穩(wěn)定性高，使用壽命長。可掛鍍、滾鍍，適應性強。

2.6

鍍層光亮度高，可焊性優(yōu)良。

3. HN-3010化學鍍鎳工藝流程：

化學除油→清洗→酸洗→水洗→蒸餾水洗→化學鍍鎳→水洗→鈍化→干燥→檢驗

HN-3010化學鍍鎳溶液偏酸性，本身無除油能力，因此對于前處理的要求比普通的電鍍生產要嚴格。除油、酸洗更應干凈徹底。入槽前應用蒸餾水浸洗工件，減少雜質的帶入。大型工件應在熱的蒸餾水中預浸，可減少鍍液溫度的波動。

在常用的金屬材料中，鎳、鉑等金屬屬于本征催化活性材料[1]，可在HN-3010化學鍍鎳溶液中直接化學鍍鎳。而銅、鐵、鋁等屬于無催化活性材料，在HN-3010化學鍍鎳溶液中，鐵件可在溶液中先通過置換反應，把鎳離子還原成金屬鎳，成為化學鍍的成核中心，從而化學鍍鎳反應得以持續(xù)進行;鋁件表面因為有氧化膜的存在，所以必須經(jīng)浸鋅處理才能得到結合力滿意的化學鎳鍍層;單獨將銅件浸于HN-3010化學鍍鎳溶液中是不會有鎳沉積的，因為銅在HN-3010化學鍍鎳體系中不屬于本征催化活性金屬材料，而銅又比鎳穩(wěn)定，不能置換溶液中的鎳離子，在鍍銅件時，可用比鎳活潑的金屬(如鐵)來引發(fā)化學鍍反應。有些金屬材料中含鉛、鎘、硫、錫、砷等金屬離子，是可能在HN-3010化學鍍鎳體系有毒化作用的金屬離子，在實施化學鍍之前應采用電鍍鎳等方式預處理，防止重金屬離子毒化鍍液，使鍍液失效。

4. HN-3010化學鍍鎳溶液配制：

4.1

將50%(體積)的蒸餾水或去離子水注入鍍槽，加入HN3010 A 9%(體積)，攪拌均勻;加入HN3010 B 15%(體積)，攪拌均勻;加蒸餾水或去離子水至體積，攪拌均勻，即可升溫使用。

4.2

正常情況下，按上述比例配制成的溶液pH值即達到最佳值(pH=4.8)，必要時可用10%的氨水(NH3·H2O)或10%硫酸(H2SO4)調整。所用試劑必須用分析純或化學純。

5. 鍍液中各成分的作用：

5.1

HN-3010 A為深綠色透明液體，主要成分是硫酸鎳，向溶液中提供Ni2+，在施鍍過程中需不斷補加。有些用戶自己配制鍍液時，由于所選用的材料不當，所含雜質過多，在鍍液中不斷積累濃縮，逐漸影響鍍液性能，造成鍍速下降，鍍液使用壽命下降，甚至使鍍液報廢，所鍍的鍍層的外觀、耐蝕性也不佳。所以說對于原料的選擇較為重要。

5.2

HN-3010 B為淡黃色透明液體，主要成分為還原劑、絡合劑、pH調節(jié)劑、pH緩沖劑、穩(wěn)定劑及光亮劑等等。

還原劑為次亞磷酸鈉。以次磷酸鹽還原鎳離子的分部反應為[2]：

H2PO2—+H2O催化供給能量——→H2PO3—+H++2H吸附

Ni2++2H吸附→Ni0+2H+

2H吸附→H2

H2PO2—+H2O催化供給能量——→H2PO3—+H2

H2PO2—+ H吸附→H2O+OH-+2P

3H2PO2—催化供給能量——→H2PO3—+H2O+2OH-+2P

次亞磷酸在受熱時會發(fā)生歧化反應，生成磷的最高價和最低價磷化物，

反應式：4H3PO2 2PH3 +2H3PO4，

同時還生成H3PO3、P、P2H4等磷化物。說明在鍍液達到工作溫度后不論有沒有催化金屬的存在次亞磷酸鈉都將發(fā)生反應，所以應避免鍍液長期空載，造成不必要的損失。

絡合劑種類繁多，鍍液中也往往不止一種絡合劑，通常是兩種或兩種以上的絡合劑協(xié)同作用。絡合劑主要作用為防止鎳鹽析出，增加鍍速，提高穩(wěn)定性，延長鍍液使用壽命，并改善鍍層質量。

穩(wěn)定劑的作用非常重要，它的性質、含量將直接關系到鍍液的穩(wěn)定性、鍍液使用壽命及鍍層質量。早期的配方中常常用一些重金屬鹽如Pb2+、Sn2+、Sb3+及含硫的有機物或無機物，它們有一定的穩(wěn)定作用，但效果不持久，消耗量大，鍍層也有發(fā)暗的現(xiàn)象。我們采用的是一類水溶性的有機物作為鍍液的穩(wěn)定劑，大大提高了鍍液的穩(wěn)定性和使用壽命。

PH調節(jié)劑一般用氨水，而很少用NaOH，因為使用NaOH會使鍍液中Na+離子積累，從而加快了NaSO4的積累速度，降低了鍍液的使用壽命。

早期的光亮劑多使用重金屬鹽如Cd2+、Ti+甚至是Cu2+，這些金屬離子不但具有光亮作用而且還可以兼作穩(wěn)定劑，但其光亮效果不太明顯，對鍍層的物理性能也有影響。我們采用的有機物光亮劑不

僅光亮度高，出光快，且有一定的微觀整平能力，所得鍍層的光亮度更好。但化學鎳畢竟不能象普通電鍍鎳一樣能得到鏡面光亮的鍍層，它的光亮度主要還是取決于底層基體的光亮度，底層越平整，其表面的化學鎳層光亮度越好。所以若對加工面有較高亮度要求的工件，可以采用拋光、電鍍光亮鎳(銅)等方法使其表面達到一定的光亮度后再進行化學鍍。

5.3

HN-3010 C為淡黃色透明液體，為B劑的補加液，其主要成分和B劑一樣。只是在工作時和A劑按1︰1補加。

6.工藝條件：

范 圍 最 佳 值

溫度 85℃～91℃ 88℃

pH 4.6～5.1 4.8

裝載量 0.5～1.7dm2/L 1.0dm2/L

過濾連續(xù)循環(huán)過濾1~5µm過濾芯

攪拌工件移動、槽液流動或空氣攪拌

7.工藝條件的控制：

7.1

溫度：化學鍍鎳工作溫度是影響鍍層質量的一個重要指標，一般鍍液溫度波動應控制在2℃以內。在較高的溫度下，鎳的沉積速度快，鍍層中含磷量偏低，鍍層的孔隙較多，耐蝕性差，鍍液也容易分解。HN-3010化學鍍鎳工藝，在65℃以上才有可見的反應出現(xiàn)，有少量的析氫，溫度在80℃時才有約8~10µm/h的沉積速度，在85~95℃的范圍內，鍍速為15~22µm/h。溫度上升10℃鍍速幾乎提高了一倍。HN-3010化學鍍鎳工藝的溫度范圍在85℃～91℃。更高的溫度使次亞磷酸鈉自分解加劇，縮短鍍液的使用壽命。一般新開缸的鍍液工作溫度控制在86~88℃，工作一段時間后可調至88~90℃工作。對于大型工件應在入槽前預后再下槽，以免降低了鍍浴溫度，影響鍍層質量。

7.2

pH值：pH值的高低將影響鍍液和鍍層的各項性能指標。PH值高，沉積速度快，鍍層中含磷低，鍍液穩(wěn)定性差，易分解。反之pH值低，鍍速慢，鍍層含磷高，鍍液穩(wěn)定。鍍液在工作過程中，氫離子作為化學鍍反應的產物進入鍍液中，鍍液的pH值將不斷下降。即便是有大量緩沖劑存在的條件下，也必須按時用稀氨水(NH3·H2O)調整pH值。HN-3010化學鍍鎳工藝要求的pH值范圍是4.6～5.1，新開缸的鍍液pH值可略低一點4.6~4.8，老鍍液可適當調高至4.8～5.0。

8. 鍍液成分的補充和調整：

8.1在最佳施鍍工藝參數(shù)條件下，鍍液補充添加量如下：

HN3010 A：鍍液總體積×0.020(L/h); HN3010 C：鍍液總體積×0.020(L/h)。

8.2 通過分析確定A劑的添加量：在氨性溶液中，以紫脲酸胺為指示劑，用EDTA標準溶液滴定鍍液中鎳離子百分含量。

8.2.1試劑：

(1)氨水 分析純

(2)紫脲酸胺指示劑

(3)標準0.05M EDTA溶液

8.2.2分析方法：

用10ml胖肚移液管吸取10ml鍍液于250ml錐形瓶中，先加100ml蒸餾水，再加10ml氨水，最后加入紫脲酸胺指示劑少許，以0.05M EDTA溶液滴定至由棕黃色變?yōu)樽仙珵榻K點。近終點時，滴定速度應放慢。

8.2.3計算方法：

W=MV×0.9795×100%

式中： W——鍍液中鎳離子的百分含量 M——標準EDTA溶液的摩爾濃度

V——消耗標準EDTA溶液的毫升數(shù) 0.9795——常數(shù)

鎳離子百分含量于A劑、C劑添加量對照表

如Ni分析百分數(shù)W不在表內標準點上，可按如下公式計算：

HN3010 A(ml/L)：(100-W)×0.90;

HN3010 C(ml/L)：(100-W)×0.90

8.3考慮到工件帶出的損失，應在每個循環(huán)周期結束時加入HN3010 A 和HN3010 B，加入量為開缸量的5%～15%，或通過分析確定添加。

8.4補充添加方法：可以在工作溫度下直接分別添加濃縮液A、濃縮液C。不得將濃縮液直接倒在工件上，添加應在攪拌條件下緩慢進行。當鎳離子消耗了開缸量的10%即應補加A劑和C劑，否則溶液中鎳離子濃度太低，將得不到鍍層。

9.常見故障分析：(見下表)