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化学镀低磷镍一磷合金工艺的研究

放大字体  缩小字体发布日期:2013-02-20  浏览次数:1250
核心提示:使用丙酸一乳酸体系化学镀低磷Ni一P合金,研究了镀液中镍与磷的浓度比、乳酸、丙酸、pH对镀速和磷含量的影响,并得到了最佳低磷化学镀Ni一P合金工艺。

刘琼 李宁 吴永明

(哈尔滨工业大学应用化学系,黑龙江哈尔滨150001)

摘要:使用丙酸一乳酸体系化学镀低磷Ni一P合金,研究了镀液中镍与磷的浓度比、乳酸、丙酸、pH对镀速和磷含量的影响,并得到了最佳低磷化学镀Ni一P合金工艺。实验结果表明,提高硫酸镍与次磷酸钠的质量浓度比和pH,降低乳酸和丙酸的质量浓度,有利于得到低磷化学镀Ni一P合金层。

关键词:低磷;化学镀;磷含量;Ni一P合金

中图分类号:TQ153.2 文献标识码:A

引言

化学镀镍一磷合金是一种新型的表面处理技术,控制镀层中的含磷量可以获得诸多性能的镀层。因此化学镀镍一磷合金广泛应用在电子、计算机、航天航空、汽车、印刷、医疗器械等各个领域。美国的ASTM标准中B733一以对化学镀镍一磷合金镀层的磷含量和应用领域进行了相应规定,低磷化学镀Ni一P合金的磷质量分数为2%一4%,镀层结构为微晶态,硬度在620一75OHv,通常用作耐磨的表面。磷的质量分数为1%一3%的Ni一P合金镀层结构也是微晶结构,用作电子元件的可焊性和粘合性处理,增加导电性和对强碱溶液的防腐蚀性能。

低磷化学镀Ni一P合金与中磷和高磷Ni一P合金相比具有一些优势:1)硬度高,可达70HV,热处理后可达10 HV;2)具有优异的耐磨性,其耐磨性能与硬铬和镍一硼合金很相似;3)耐蚀性好;4)电磁性能优越;5)应力均匀,而且它可以替代与之性能相近的镍一硼合金。

此外,工艺操作范围宽是低磷化学镀Ni一P合金的显著优点,pH一般在5一8,温度为60一90℃。

低磷化学镀镍的硬度高、耐磨性好的优点使其有可能替代电镀硬铬。仅就化工原材料的成本看,得到同样厚度的镀层,镀硬铬比化学镀镍一磷合金要便宜60%一50%。但综合考虑各种因素,例如镀层的均匀性、物理化学性质等,化学镀镍一磷合金具有更好的经济效益和社会效益。从设备成本来说,两者接近。因此,低磷化学镀镍一磷合金诸多优异性能使得开发低磷化学镀镍一磷合金工艺成为一种需求。

1 实验方法及仪器

试样 为 Z cmx3cm的紫铜片。

1.1 镀速及镀层磷含量测试方法

1) 用称量法测定镍层沉积速度。

2) 镀层中磷含量采用弘一ExPforer能量色散型的X一射线荧光光谱仪(XRF)测试。

1.2 实验仪器

HH 恒 温 水浴锅、78一1型磁力加热搅拌器(江苏金坛市中大仪器厂);pH检测计(梅特勒托利多上海有限公司);电子天平(梅特勒托利多上海有限公司);X一射线荧光光谱仪(德国Brukeraxs公司)。

2.结果与讨论

本实验选取NISO;·6H200.lmoFL,NaHZPoZ·H20、乳酸、丙酸(浓度待定),其它辅助添加剂分别为:十二烷基磺酸钠sm扩L,UPS(稳定剂)30m岁L,施镀温度为85一8℃。

2.1 镍与磷的浓度比对镀速和磷含量的影响

镀液中镍盐的质量浓度不变,通过改变次磷酸钠的质量浓度得到不同的硫酸镍与次磷酸钠的质量浓度比(以下用k表示),考察其对镀速和镀层磷含量的影响,如图1和图2所示。从图中可以看出,随着k值增大,镀速和磷的质量分数呈下降趋势。这是由于镍的质量浓度不变时,k值增大意味着次磷酸钠的质量浓度减少,造成反应速率下降,高的k值有利于获得低磷镀层。

 镍与磷的浓度比对镀速和磷含量的影响

  镍与磷的浓度比对镀速和磷含量的影响

2.2 乳酸对镀速和磷含量的影响

通过改变乳酸的质量浓度,测得不同乳酸质量浓度对镀速和镀层磷含量的影响,如图3和图4所示。从图中可以看出,乳酸作为络合剂也是影响镀速和磷含量的一个重要因素,而且镀速有一个最高点。随乳酸质量浓度的增加,磷的质量分数呈上升局势,减小乳酸浓度有利于获得低磷镀层。

 乳酸对镀速和磷含量的影响

 2.3 丙酸对镀速和磷含量的影响

图5和图6是丙酸的质量浓度与镀速和磷含量的关系曲线。

 

 在图 5中 随着丙酸质量浓度的变化,镀速也有一个最高点,与乳酸类似,这一规律与每一种络合剂用量与沉积速率关系有一个最高点的结论是相吻合的。随丙酸质量浓度的加大,丙酸对磷质量分数的影响不是很明显,但也呈上升趋势。因此减小丙酸质量浓度有利于获得低磷镀层。

 丙酸的质量浓度与镀速和磷含量的关系曲线

 2.4 pH对镀速和磷含里的影响

pH 也是化学镀镍一磷合金中的一个重要因素,图7和图8分别表示pH对镀速和镀层磷含量的影响。从图中可以看出pH增大,镀速升高,而磷的质量分数降低,因此高的pH有利于得到低磷镀层。

  pH对镀速和磷含里的影响

2.5 配方优化

通过实验,最后所得的最佳溶液组成及工艺条件如下:

硫酸镍 0.lmol/L

次磷酸钠 0.15一0.25mol/L

乳酸 19一21g/L

丙酸 8.5~9.5g/L

十二烷基磺酸钠 8mg/L

UIS 30mg/L

PH 6.0士0.3

温度 85~88℃

3 结论

1)硫酸镍与次磷酸钠质量浓度比的增大会使镀液镀速和镀层磷含量均下降。

2) 乳酸质量浓度的增加,镀速达到某一峰值后开始下降,同时乳酸质量浓度的增加使得镀层磷含量降低。同样丙酸也具有这一趋势。

3)高pH有利于得到低磷化学镀Ni一P合金,且提高了沉积速度。

4) 经过优选确定的配方,具有高速低磷的工艺特点。

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