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电镀镍镀液中各成分及操作条件对镀层性能影响

放大字体  缩小字体发布日期:2013-02-26  浏览次数:3616
核心提示:主盐硫酸镍(NiS04·7H20)是镀镍液的主盐,浓度范围一般在100~350g/L。硫酸镍铵[NiS04·(NH4)2S04·6H20]也可以用作产生镍离子的主盐

①主盐硫酸镍(NiS04·7H20)是镀镍液的主盐,浓度范围一般在100~350g/L。硫酸镍铵[NiS04·(NH4)2S04·6H20]也可以用作产生镍离子的主盐,但硫酸镍铵含镍量较低(15%),溶解度较小,不能得到高浓度溶液,因而该溶液不能用于高电流密度电镀,所以应用很少。但当电镀液中含有铵离子时,所得镍层坚硬,因此复盐硫酸镍铵电解液有时用来制取硬度较高的镍层。

②活化剂 由于镍阳极容易钝化,因此电镀镍镀液中必须加入阳极活化剂,保证镍阳极正常溶解。最常用的阳极活化剂是氯化物,如氯化镍、氯化钾、氯化钠及氯化铵等。在这些氯化物中,Cl一通过在镍阳极的特性吸附,驱除氧、羟基离子及其他能钝化镍阳极表面的异种粒子,从而保证镍阳极的正常溶解,同时活化剂能提高镀液电导率和阴极分散能力。考虑到价格和货源情况,通常使用氯化钠作为阳极活化剂,用量一般在7~15g/L。氯化钠含量过多,阳极溶解迅速,甚至直接使镍的金属微粒从阳极分离,沉积于槽底,或被吸附在阴极上,造成镀层堆镍,同时由于镀液中钠离子浓度增加,使镀层发脆,光泽度降低;氯化钠含量过低,阳极发生钝化,导致镀层质量低劣。氯化镍既能提供镍离子,又能提供氯离子,同时不增加其他金属离子,因此可代替NaCl及部分主盐NiS04·7H20,起到阳极活化剂作用,是较为理想的活化剂。在含镍铵复盐的电解槽中,可用氯化铵作活化剂。

③导电盐单纯从导电率来看,以硫酸钾和硫酸铵较好,硫酸镁稍差。但硫酸钾和硫酸铵一样,能与硫酸镍形成复盐(NiS04·K2SO4·6H2O),此复盐溶解度不大,容易结晶析出,因此生产中常用硫酸钠和硫酸镁作导电盐。

加入硫酸钠(Na2S04·10H20)和硫酸镁(MgS04·7H20)能提高镀液导电性和分散能力,降低施镀温度,硫酸镁还能使镀镍层白而柔软(不能消除其他因素引起镍层发暗的弊病)。Na2S04·10H20用量一般为80~100g/L,MgS04·7H20用量一般为20~40g/L。

④缓冲剂 由于电镀镍液中阴、阳极电流效率不等,为防止生产中镀液酸度的急剧变化,常加入硼酸作缓冲剂,控制pH=5~6。硼酸浓度一般控制在40~50g/L,光亮镀镍中稍高。但硼酸含量过高,镀液温度较低时会结晶析出(硼酸在常温下的溶解度仅为40g/L)。硼酸具有缓冲作用的同时,还能改善镀镍层与基体金属的结合力,提高阴极极化和镀液的导电性,使烧焦电流密度提高。

⑤防针孔剂电镀镍过程中,由于阴极表面析出的氢气在电极表面滞留,极易在镀层中形成肉眼可见的微小针孔和麻点(严格来说针孔是肉眼可见的深入基体的微小孔洞;而麻点则为肉眼可见的不深入到基体的微小孔洞)。为减少针孔的形成,需向镀液中加入防针孔剂。普通镀镍可采用双氧水、过硼酸钠等氧化剂作防针孔剂,降低或消除阴极上析出的氢量,从而消除针孔。双氧水分解产物是水和氧气,无副产物生成,各厂普遍使用,一般每班用量在0.1~O.2ml/L(30%的双氧水)。

⑥润湿剂在镀镍液中,常采用阴离子型有机表面活性剂降低电极与镀液界面张力,使形成的氢气难以在电极表面滞留,以防止产生针孔和麻点。生产中常用润湿剂为十二烷基硫酸钠等,其用量约在0.025~0.10g/L之间。用量过低,效果不显著;用量过高,泡沫多,不易清洗。十二烷基硫酸钠缺点是易起泡,因此在有空气搅拌时,可采用2一乙基己基硫酸钠或辛基硫酸钠等低泡表面活性剂。

⑦酸度(pH值)正常生产情况下,镀镍液pH值是缓慢上升的,如果pH值反复不定或不断下降,说明电镀液工作不正常。

pH值低时,阴极上大量析出氢气,电流效率降低。当pH值低于3时,会猛烈放出氢气,甚至电流效率为0。但当pH值超过6或者接近于中性时,又会生成氢氧化镍沉淀,夹杂于镍层中使镀层剥落、发脆、深孔难于沉积等。

pH值发生变化应及时调整。pH值高时,用3%硫酸溶液调整;pH值低时,可加入3%氢氧化钠调整。添加氢氧化钠时,易产生沉淀,应在不断搅拌下缓慢加入,用碳酸镍代替氢氧化钠效果更好。调整时,先做小槽试验,而后大槽调整。若调整pH值的数值较小,如在0.2~0.4范围内,可采用通电处理,但时间较长。如果需降低pH值,可采用小面积阳极,大面积阴极;提高pH值时,应采用大面积阳极,小面积阴极。两种处理方法,都采用低电压、小电流。

⑧搅拌通过搅拌可增大电流密度,提高光亮度,减小毛刺,并使阴极表面的氢气易于逸出,减少针孔和麻点。

搅拌方式有阴极移动、压缩空气搅拌、连续循环过滤搅拌或三者相结合。阴极移动的速度,常采用15~20次/min左右,行程100mm左右;随着过滤设备性能的提高,连续循环过滤、搅拌方式使用量在扩大,尤其对高质量电镀,该方式对保证镀液洁净度、减少镀层弊病有重要作用。过滤机可以采用滤芯式或滤袋式,过滤速度一般2~8次/h,过滤精度5~10μm。

⑨电流密度 施镀电流密度与镀液的温度、镍离子浓度、酸度及添加剂等有密切关系。常规镀镍都是在常温和稀溶液条件下进行,其电流密度可取0.5~1.5A/dm2;光亮、快速镀镍是在加温和浓溶液的条件下操作,所采用的电流密度为2~3A/dm2,甚至更高。

⑩温度温度对镀层内应力影响很大,当温度由l0℃升至35℃时,镍层内应力迅速降低,而温度由35℃升到60℃内应力降低较慢。当温度进一步升高,内应力则几乎不变。加温还可以使电镀液中各成分的溶解度增大,进而可以采用浓镀镍液;同时,温度升高,镀液的电导率增加,电流效率提高,但阴极与阳极的极化作用均降低;温度升高使盐类的水解及生成氢氧化物沉淀的趋势增加,特别是铁杂质的水解,易形成针孔;镀液的分散能力降低。目前生产中常规镀镍液的温度控制在20~40℃之间;光亮、快速镀镍k般控制在40~60℃之间。

⑥阳极 常规镀镍均采用可溶性镍阳极,为保证阳极均匀溶解,不产生杂质,不形成任何残渣,阳极材料的成分及结构都有严格的要求。常用的有电解镍、铸造镍、含硫镍等,含硫镍是一种活性镍阳极,在精炼过程中加入少量的硫,即使在没有氯化物的镀液中,阳极效率也接近100%。从形状上看,阳极材料有(200~250)mm×(200~250)mmX l5mm镍板、≯6~12mm镍球、声l0~30mm纽扣状镍饼等。使用时通常将镍球、镍饼等装入钛篮,以保证足够大且稳定的电极表面积,为防止阳极泥进入镀液,钛篮应包在双层聚丙烯材料织成的袋内。

使用时应注意:钛篮网目一般为l0mm×3mm,钛篮底部应高出槽底50~70mm,钛篮长度应略低于挂具长度,以避免阴极边缘因电力线过于集中而使镀镍层烧焦;生产中应定期向钛篮中补充阳极材料并防止“架空”;镍球装载密度一般为5.4~6.0kg/dm3,镍饼为4.6kg/dm3;阳极袋口应高出液面30~40mm,内袋要紧,外袋要松。

 

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