[00071931]镁合金化学镀镍原理及操作要点

技术投资分析： AZ91型镁合金化学镀镍的原理及操作要点 刘庚元 镁合金化学镀镍一般分三步进行,一、预处理,二、化学处理,三、镀后处理。 一、预处理 镁合金化学镀镍预处理的目的就是使镁合金经过除油.酸洗.活化等工序后表面符合化学镀镍的要求。因此除油必须根据工件表面状况选用适当的除油方法,以除尽表面油污。酸洗的目的是除去镁合金表面的氧化膜，最好选择对镁合金不产生腐蚀又能除去工件表面氧化膜的方法—选用铬酐和铬酐与硝酸混合液，分两次浸蚀来达到除去氧化膜的目的。但是镁合金的标准电位仅为-2.37V，洗净的镁合金无论在水中或在空气中均极易产生新的镁氧化膜，破坏化学镀镍层与镁合金的结合力，产生疏松、起泡等现象。所以工件经酸洗后立即在含氢氟酸的溶液中进行活化处理。活化处理的目的一方面能把新生成的氧化镁薄膜除去（MgO+2HF→MgF2↓+H2O）,另一方面又能在洁净的镁合金表面生成一层氟化镁薄膜（Mg+2HF→MgF2↓+H2↑）。由于氟化镁在水溶液中溶解度很小，可以抑制镁合金的起始沉积速度，获得均匀、致密、结合良好的置换镀层，为自催化沉积镍提供良好的底镀层，另外镁在酸性溶液中极易溶解，而氟化薄膜可以有效防止镁的腐蚀。 预处理的目的就是要获取均匀致密的氟化镁薄膜，能使工件表面具有活性。而薄膜作为催化活性的介质存在时，在不加外电流的情况下利用还原剂（次亚磷酸根离子）在这层氟化镁薄膜上脱氢，而形成亚磷酸根离子，就能自催化还原溶液中镍离子为镍原子，使氟化膜表面上沉积第一层镍。由于镍具有自催化能力，它的还原过程还会继续进行，直到工件从镀槽中取出为止，这就是化学镀镍的过程。 二、化学镀镍 化学镀镍溶液加热时不起反应，而当具有活化表面（氟化镁薄膜）的工件浸入镀镍溶液中时，工件表面的氟化物薄膜产生的催化作用，使次亚磷酸根在水溶液中脱氢而形成亚磷酸根离子，同时释放出初生态原子氢： H2PO2ˉ催化—→PO2ˉ+2[H] (1) PO2ˉ+H2O—→HPO32ˉ+H+ (2) 初生态原子氢被吸附在具有活性的氟化镁薄膜上，能使镀液中的镍阳离子还原成镍原子，并沉积在氟化物薄膜上： Ni2++2[H]—→Ni (3) 另一部分初生态原子氢把次亚磷酸根离子还原成元素磷： H2PO2ˉ+[H] = P + OHˉ+ H2O (4) 同时由于催化作用使次亚磷酸根离子还原成元素磷： 3 H2PO2ˉ催化—→H2PO3ˉ+ H2O+ OHˉ+2P 元素磷与元素镍反应生成磷化镍： 3P + Ni = NiP3 (镍磷合金镀层) 但反应（1）和反应（2）的速度超过反应（3）和反应（4）的速度，因此有部分原子态氢形成氢分子逸出： 2 [H] = H2↑ 上述反应机理中应当注意： 一、次亚磷酸钠还原镍离子为镍原子，其本身则被氧化为亚磷酸钠，亚磷酸是十分有害的反应物，它会与镀液中的镍离子形成溶解度很小的亚磷酸镍沉淀，致使镀液浑浊，镀层粗糙无光，甚至使镀液瞬时分解而报废，因此必须在化学镀镍溶液中加入适量的铬合剂，使镀液中不存有游离的镍离子，保证镀液的稳定。 二、一般的镀液都是选择硫酸镍或氯化镍，，但这些镍盐对镁合金化学镀镍却不适用，因为它们都是强酸性的盐，它们在水中溶解所形成的溶液酸性较强，极易破坏氟化镁薄膜和腐蚀镁合金，使镀层粗糙、疏松，结合力下降。所以应当选用弱酸性的盐---如碳酸镍，但碳酸镍在水中不能完全溶解，可考虑在酸置槽液中加入氢氟酸促使溶解得到澄清透明的镀镍溶液，同时氟离子又可以有效的防止镁的腐蚀。 三、PH值的影响 1、反应式（3）中沉积1mol的镍同时产生2mol氢离子，高PH值有利于镍的沉积，镁合金在酸性溶液中极易溶解。但PH值不能大于7，因为镍离子此时易与氢氧根离子生成灰黑色海绵壮镍，应选用PH值为6.5左右。 2、镀层的含磷量主要取决镀液的PH值，PH值越高镀层含磷量越低，选用PH值为6.5左右镀层含磷量不会太高，估计为3—5%，不考虑内应力问题。工件如不是在变形状态下使用，更可不必考虑内应力的问题。 3、镀液PH值高时镍的沉积速度极快，但镀液不稳定，易浑浊，（形成了亚磷酸镍的沉淀），镀层粗糙，结合力下降，甚至引起镀液瞬时分解的原因是：反应式（1）（2）中次亚磷酸根离子在氟化镁表面脱氢形成亚磷酸根离子，亚磷酸根离子在水溶液中分两步电离: H2(HPO3) ≒ H+ + H(HPO3)ˉ (5) H(HPO3)ˉ≒ H+ + HPO32ˉ (6) 低PH值时溶液中以酸式亚磷酸盐为主Ni(HPO3)2?6H2O—反应式（5），高PH值时溶液中以亚磷酸正盐为主Ni(HPO3)2?7H2O—反应式（6）。酸式亚磷酸镍在100克水中可溶解37。6480克（低PH值时），而亚磷酸镍在同量的水中只能溶解0。2875克（高PH值时），由于选用的PH值为6。5左右，这对稳定镀液、延长镀液的使用寿命是一个矛盾，镀液易浑浊。可以从三方面着手： （1）在设计镀液镍盐浓度时加以控制，镍离子浓度与次亚磷酸盐的浓度的摩尔比应为0.4左右，既可以使镀液较稳定，又可以有适当的沉积速度。 （2）选择适当的铬合剂，使游离的镍离子的浓度与亚磷酸根离子的浓度乘积低于亚磷酸镍的浓度积，可以提高亚磷酸根离子的上限，提高镀液的稳定性。 （3）正确维护镀液。化学镀镍开始时就进行氧化还原反应，即溶液中的镍离子还原成镍原子而沉积在工件上，次亚磷酸根离子氧化成亚磷酸根离子，一直进行到工件从化学镀镍溶液中取出为止。这个氧化还原反应的本质是使溶液中的镍离子逐渐减少，而亚磷酸根离子逐渐增多。尽管在100克水中亚磷酸镍只能溶解0.2875克，但溶液不会生成亚磷酸镍沉淀，即溶液是不会因此浑浊。理论上化学镀镍溶液中铬合剂是不会损耗的（工件带出的除外）。镍离子逐渐减少，游离的镍离子几乎为佳，尽管亚磷酸根离子增多，但两这两者浓度乘积决不会大于0.2875，所以不会产生亚磷酸镍沉淀，溶液不会浑浊。（还有非常简单的办法从溶液中取出大部分亚磷酸根离子），另一方面由于溶液是 70多度温度下工作的，溶液中的NH3会挥发一些，PH值会下降一些，也就是实际操作时PH值小于6.5，也会对镀液稳定产生作用。随着镀液的镍离子减少，次亚磷酸钠的消耗，亚磷酸根离子的增多，必将导致镀液寿命终止。为了延长镀液的工作寿命必须适时地对镀液进行正确维护。 三、镀后处理 一般来讲镀后处理分三种情况： 1、化学镀镍完成后洗净烘干即可。 2、化学镀镍完成后，在铬酐或重铬钠溶液中进行化学封闭，对改善其耐蚀性能有好处。而在200度烘烤1小时对提高结合强度有益。 3、化学镀镍完成后需要继续电镀。不允许在空气中或水中停留太久，否则会在表层产生一层钝膜，时间久钝化膜较厚，电镀前浸盐酸和硫酸溶液（活化）不易除尽钝化膜，从而使电镀层起泡脱皮（被误认为化学镀镍不良）。化学镀镍后假如电镀生产不正常，化学镀镍的零件可以浸泡在一种很稀的溶液中保持活性，但最多只能保持一两天时间。 化学镀镍后电镀工序按传统电镀尬工艺进行即可。 技术的应用领域前景分析： 广泛运用到航天,手机,等外表光洁度高的部件。 效益分析： 有很好的经济效益. 厂房条件建议： 无 备注： 本人从事电镀行业三十余年，积累了丰富的实践经验，欢迎对此技术感兴趣的同行探讨。