工艺技术:化学镀镍特点及机理详解

   2020-07-18 聪慧网sxxjymy40
核心提示:发表于: 2020年07月18日 09时22分39秒

    化学镀镍技术是采用金属盐和还原剂,在材料表面上发生自催化反应获得镀层的方法。到目前为止,化学镀镍是国外发展最快的表面处理工艺之一,且应用范围也最广。化学镀镍之所以得到迅速发展,是由于其优越的工艺特点所决定。

    一、化学镀镍层的工艺特点

    1.厚度均匀性

    厚度均匀和均镀能力好是化学镀镍的一大特点,也是应用广泛的原因之一,化学镀镍避免了电镀层由于电流分布不均匀而带来的厚度不均匀,电镀层的厚度在整个零件,尤其是形状复杂的零件上差异很大,在零件的边角和离阳极近的部位,镀层较厚,而在内表面或离阳极远的地方镀层很薄,甚至镀不到,采用化学镀可避免电镀的这一不足。化学镀时,只要零件表面和镀液接触,镀液中消耗的成份能及时得到补充,任何部位的镀层厚度都基本相同,即使凹槽、缝隙、盲孔也是如此。

    2.不存在氢脆的问题

    电镀是利用电源能将镍阳离子转换成金属镍沉积到阳极上,用化学还原的方法是使镍阳离子还原成金属镍并沉积在基体金属表面上,试验表明,镀层中氢的夹入与化学还原反应无关,而与电镀条件有很大关系,通常镀层中的含氢量随电流密度的增加而上升。

    在电镀镍液中,除了一小部分氢是由NiSO4和H2PO3反应产生以外,大部分氢是由于两极通电时发生电极反应引起的水解而产生,在阳极反应中,伴随着大量氢的产生,阴极上的氢与金属Ni-P合金同时析出,形成(Ni-P)H,附着在沉积层中,由于阴极表面形成超数量的原子氢,一部分脱附生成H2,而来不及脱附的就留在镀层内,留在镀层内的一部分氢扩散到基体金属中,而另一部分氢在基体金属和镀层的缺陷处聚集形成氢气团,该气团有很高的压力,在压力作用下,缺陷处导致了裂纹,在应力作用下,形成断裂源,从而导致氢脆断裂。氢不仅渗透到基体金属中,而且也渗透到镀层中,据报道,电镀镍要在400℃×18h或230℃×48h的热处理之后才能基本上除去镀层中的氢,所以电镀镍除氢是很困难的,而化学镀镍不需要除氢。

    3.很多材料和零部件的功能如耐蚀、抗高温氧化性等均是由材料和零部件的表面层体现出来,在一般情况下可以采用某些具有特殊功能的化学镀镍层取代用其他方法制备的整体实心材料,也可以用廉价的基体材料化学镀镍代替有贵重原材料制造的零部件,因此,化学镀镍的经济效益是非常大的。

    4.可沉积在各种材料的表面上,例如:钢镍基合金、锌基合金、玻璃、陶瓷、塑料、半导体等材料的表面上,从而为提高这些材料的性能创造了条件。

    5.不需要一般电镀所需的直流电机或控制设备,热处理温度低,只要在400℃以下经不同保温时间后,可得到不同的耐蚀性和耐磨性,因此,它不存在热处理变形的问题,特别适用于加工一些形状复杂,表面要求耐磨和耐蚀的零部件等。

    二、化学镀镍与电镀镍的区别

    1.化学镀与电镀从原理上的区别就是电镀需要外加的电流和阳极,而化学镀是依靠在金属表面所发生的自催化反应。

    2.化学镀镍层是极为均匀的,只要镀液能浸泡得到,溶质交换充分,镀层就会非常均匀,几乎可以达到仿形的效果。

    3.电镀无法对一些形状复杂的工件进行全表面施镀,但化学镀过以对任何形状工件施镀。

    4.高磷的化学镀镍层为非晶态,镀层表面没有任何晶体间隙,而电镀层为典型的晶态镀层。

    5.电镀因为有外加的电流,所以镀速要比化学镀快得我,同等厚度的镀层电镀要比化学镀提前完成。

    6.化学镀层的结合力要普遍高于电镀层。

    7.化学镀由于大部分使用食品级的添加剂,不使用诸如氰化物等有害物质,所以化学镀比电镀要环保一些。

    8.化学镀目前市场上只有纯镍磷合金的一种颜色,而电镀可以实现很多色彩。

    三、化学镀镍的机理

    化学镀镍是用还原剂把溶液中的镍离子还原沉积在具有催化活性的表面上。化学镀镍可以选用多种还原剂,目前工业上应用最普遍的是以次磷酸钠为还原剂的化学镀镍工艺,其反应机理,普遍被接受的是“原子氢理论”和“氢化物理论”。

    1.原子氢理论

    原子氢理论认为,溶液中的Ni2+靠还原剂次磷酸钠(NaH2P02)放出的原子态活性氢还原为金属镍,而不是H2PO2-与Ni2+直接作用。首先是在加热条件下,次磷酸钠在催化表面上水解释放出原子氢,或由H2PO2-催化脱氢产生原子氢,然后,吸附在活性金属表面上的H原子还原Ni2+为余属Ni沉积于工件表面.同时次磷酸根被原子氢还原出磷,或发生自身氧化还原反应沉积出磷,即H2的析出既可以是由H2PO2-水解产生,也可以是由原子态的氢结合而成。

    2.氢化物理论

    氢化物理论认为,次磷酸钠分解不是放出原子态氢,而是放出还原能力更强的氢化物离子(氢的负离子H-),镍离子被氢的负离子所还原。在酸性镀液中,H2PO2-在催化表面上与水反应,在碱性镀液中,则为镍离子被氢负离子所还原,即氢负离子H-同时可与H20或H+反应放出氢气,酸性镀液和碱性镀液中同时有磷还原析出。

    四、化学镀镍层的特性

    用化学镀镍沉积的镀层,有一些不同于电沉积层的特性。

    1.以次磷酸钠为还原剂时,由于有磷析出,发生磷与镍的共沉积,所以化学镀镍层是磷呈弥散态的镍磷合金镀层,镀层中磷的质量分数为1%~l5%,控制磷含量得到的镍磷镀层致密、无孔,耐蚀性远优于电镀镍。

    2.以硼氢化物或氨基硼烷为还原剂时,化学镀镍层是镍硼合金镀层,硼的含量为1%~7%。

    3.只有以肼作还原剂得到的镀层才是纯镍层,含镍量可达到99.5%以上。

    4.硬度高、耐磨性良好。电镀镍层的硬度仅为l60~180HV,而化学镀镍层的硬度一般为400~700HV,经适当热处理后还可进一步提高到接近甚至超过铬镀层的硬度,故耐磨性良好,更难得的是化学镀镍层兼备了良好的耐蚀与耐磨性能。不锈钢ENP后,经400℃/1.5h热处理,可显著提高其硬度、降低脆性。

    5.化学稳定性高、镀层结合力好。

 
举报收藏 0打赏 0评论 0
 
更多>同类资讯
  • sxxjymy
    加关注0
  • 没有留下签名~~
推荐图文
推荐资讯
点击排行
网站首页  |  用户协议  |  关于我们  |  联系方式  |  隐私政策  |  版权隐私  |  网站地图  |  排名推广  |  积分换礼  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报  |  浙ICP备16039256号-5  |  浙公网安备 33060302000814号