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培训学习资料之七
一.化学镀镍磷合金的技术原理
化学镀是一种不需要通电，仅仅依据氧化还原反映之原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。 化学镀镍磷合金就是利用次亚磷酸钠还原镍离子为金属镍，即在水溶液中镍离子和次亚磷酸阴离子碰撞时，由于镍触媒作用析出原子态氢，而原子态氢又被催化金属吸附并使之活化，把水溶液中的镍离子还原为金属镍，形成镀层；另外次亚磷酸阴离子由于在催化表面析出原子态氢的作用，被还原成活性磷，与镍结合形成镍磷合金镀层。
导电泡棉的作用二.化学镀镍磷合金的沉积机理
化学镀镍磷合金的沉积机理为原子氢理论：
1.化学镀镍溶液加温后，在催化作用下，次亚磷酸根脱氢形成亚磷酸根，同时析出初生态原子氢；
2.初生态原子氢被吸附在催化金属表面上使其活化，使溶液中的镍阳离子还原，在催化金属表面上沉积金属镍；
3.催化金属表面上的初生态原子氢使次亚磷酸根还原成磷；同时，由于催化作用使次亚磷酸根分解，形成亚磷酸；原子态的氢还会合成氢气放出；
4.镍原子和磷原子共沉积，形成镍磷-合金层（固溶体或非晶态）。
次亚磷酸盐在催化剂作用下，可生成活性氢原子，它将镍离子还原为金属镍，与此同时，活性氢原子还将次亚磷酸根还原生成单质磷，因而所得的镀层为镍磷合金固溶体。所沉积的镍具有自催化作用，使氧化还原反应不断进行，从而使镍磷层不断增厚，理论上，镀层厚度与反应时间成正比。从反应可知，伴随反应产生活性氢原子吸附在催化剂表面上并有大量氢气析出（副反应），故在镀层中夹杂有氢，因此镀层有较大的内应力和氢脆，镀层表现出较大的脆性；另一方面，当含磷量较高时，镀态组织形成非晶态，更增加了镀层的脆性，削弱了镀层与基体的结合力，正是由于这些原因，才出现了化学镀镍磷合金和热处理的复合处理技术。
化学镀镍磷合金层根据磷含量不同可分为低磷2％～5％，中磷6％～9％，高磷10％～l3％。低磷镀层硬度高、耐磨，特别是在碱性介质中的耐蚀性明显优于中磷和高磷镀层，若经热处理后可接近硬铬的硬度，是替代硬铬层的理想镀层，又是可在铝上施镀；中磷镀液沉积速率快，稳定性好，寿命长，镀
层既耐蚀又耐磨，工业中应用最为广泛；高磷镀层呈非晶
态、非磁性，在酸性介质中有很高的耐蚀性。
三.化学镀镍磷合金的溶液
优异的镀液配方对于产生最优质的化学镀镍层是必不可少的，化学镀镍溶液应包括：镍盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、光亮剂、润湿剂等。
1.镀液的组成及其作用
① 主盐：
化学镀镍溶液中的主盐就是镍盐，一般采用氯化镍或硫酸镍，有时也采用氨基磺酸镍、醋酸镍、次磷酸镍等无机盐，用于提供被沉积的金属离子，早期酸性镀镍液中多采用氯化镍，但氯化镍会增加镀层的应力，现大多采用硫酸镍。
② 还原剂：
其作用是还原金属离子，是化学镀的驱动力。化学镀镍的反应过程是一个自催化的氧化还原过程，镀
液中可应用的还原剂有次亚磷酸钠、硼氢化钠、烷基胺及肼等。在这些还原剂中以次亚磷酸钠用的最多，这是因为其价格便宜，且镀液容易控制，镀层抗腐蚀性能好等优点。
③ 络合剂：
化学镀镍溶液中的络合剂除了能控制可供反应的游离镍离子的浓度外，还能抑制亚磷酸镍的沉淀，提高镀液的稳定性，延长镀液的使用寿命。有的络合剂还能起到缓冲剂和促进剂的作用，提高镀液的沉积速度。化学镀镍的络合剂有丁二酸或盐、柠檬酸或盐、乳酸或盐、苹果酸或盐、甘氨酸或盐等。
不同络合剂对镀层沉积速率、表面形状、磷含量、耐腐蚀性等均有影响，因此选择络合剂不仅要使镀液沉积速率快，而且要使镀液稳定性好，使用寿命长，镀层质量好。
④ 缓冲剂：
由于在化学镀镍反应过程中，副产物氢离子的产生，导致镀液PH值会下降，为了稳定镀速和保证镀层质量，镀液必须具备缓冲能力，缓冲剂能有效的稳定镀液的PH值，使镀液的PH值维持在正常范围内。一般能够用作PH值缓冲剂的为强碱弱酸盐，如醋酸钠、硼砂、焦磷酸钾等。
⑤ 稳定剂：
手指假肢化学镀镍液是一个热力学不稳定体系，常常在镀件表面以外的地方发生还原反应，当镀液中产生一些有催化效应的活性微粒——催化核心时，镀液容易产生激烈的自催化反应，即自分解反应而产生大量镍-磷黑粉末，导致镀液寿命终止，造成经济损失。
在镀液中加入一定量的吸附性强的无机或有机化合物，它们能优先吸附在微粒表面抑制催化反应从而稳定镀液，使镍离子的还原只发生在被镀表面上，但必须注意的是，稳定剂是一种化学镀镍毒化剂，即负催化剂，稳定剂不能使用过量，过量后轻则降低镀速，重则不再起镀，因此使用必须慎重。
合同比对所有稳定剂都具有一定的催化毒性作用，并且会因过量使用而阻止沉积反应，同时也会影响镀层的韧性和颜，导致镀层变脆而降低其防腐蚀性能。试验证明，稀土也可以作为稳定剂，而且复合稀土的稳定性比单一稀土要好。硫脲是最常用的稳定剂。
⑥ 加速剂：
在化学镀溶液中加入一些加速催化剂，能提高化学镀镍的沉积速率。加速剂的使用机理可以认为是还原剂次磷酸根中氧原子被外来的酸根取代形成配位化合物，导致分子中H和P 原子之间键合变弱，使氢在被催化表面上更容易移动和吸附，也可以说促进剂能起活化次磷酸根离子的作用。常用的加速剂有丙二酸、丁二酸、戌二酸、乙二酸、氨基乙酸、丙酸、氟化钠等。
⑦ 润湿剂
能够防止产生针孔现象及降低表面张力、减少镀层斑痕和雾层现象
⑧ PH值调节剂
可调节PH值，控制反应速度。常用PH值调节剂有NH
OH、KOH、NaOH、无机酸、有机酸
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等。
⑨ 其它添加剂
在化学镀镍溶液中，有时镀件表面上连续产生的氢气泡会使底层产生条纹或麻点，加入 一些表面活性剂有助于工件表面气体的逸出，降低镀层的孔隙率。常用的表面活性剂有十二 烷基硫酸盐、十二烷基磺酸盐和正辛基硫酸钠等。
稀土元素在电镀液中可以改善镀液的深镀能力、分散能力和电流效率，研究表明，稀 土元素在化学镀中同样对镀液的镀层性能有显著改善，少量的稀土元素能加快化学沉积速 率，提高镀液稳定性，镀层耐磨性和搞腐蚀性能
另外，为了提高镀层的光亮度和致密性，还需要添加适量的光亮剂和润湿剂。
2.镀液的配方及参数
① 硫酸镍：25 g/L
② 次亚磷酸钠：20 g/L线圈耳机
③ 乳酸：25 g/L
④ 硼酸：10 g/L
⑤ 稳定剂：4 mg/L
⑥ 润湿剂：10 mg/L
⑦ PH：4.4～5.8
⑧ T：85～92℃
3.镀液的配制
化学镀镍溶液必须用蒸馏水或去离子水配制，配制程序一般为：
① 按配制镀液的体积分别称量出计算量的各种制剂；
② 将各种制剂分别预先溶解好，并过滤，由于镍盐在室温水中溶解速度很慢，所以需用热水并在不断搅拌下溶解；
③ 在镀槽中注入约1/2计算量的蒸馏水，依次加入预先溶解好并经过滤的络合剂、金属主盐；
④ 加入缓冲剂、加速剂等组分；
⑤ 在搅拌条件下加入预先溶解好并过滤的还原剂；
⑥ 测量PH值，并在搅拌下调整到工艺规定范围；
⑦ 补充蒸馏水到计算量；
⑧ 加入稳定剂。
配制溶液时应注意不能将主盐及还原剂的浓溶液混合，以避免分解。
四.化学镀镍磷合金的工艺流程
1.化学镀镍磷合金通常应用如下工艺流程（以钢铁件为例）：
镀件表面化学除油→热水→化学除锈→水清洗→活化→水清洗→化学镀Ni-P合金 →回收→冷水→钝化或封闭→冷水→吹干
2.化学镀镍磷合金的工艺流程简介：
化学镀镍磷合金的工艺流程主要包括预处理、化学镀镍磷合金和后处理三大部分，每一部分都直接影响着镀层的质量，都是获得满意化学镀镍磷合金层的必要保障。
① 化学镀镍磷合金的预处理
在化学镀镍磷合金前，待镀金属制品表面预处理包括研磨抛光、除油、除锈、活化等过程，化学镀镍磷合金中经常使用的预处理方法与电镀工艺中预处理方法类似，其中，研磨和机械抛光是对待镀件表面进行整平处理的机械加工过程；除油、除锈是为了除去待镀件表面的油污和锈迹，以便镀层结合更牢固；活化是为了使待镀件获得充分活化的表面，以催化化
学镀反应的进行。
② 化学镀镍磷合金的操作
化学镀镍磷合金操作的程序与化学镀镍磷合金的溶液有关，一般情况下，化学镀镍磷合金溶液装在不锈钢或塑料镀槽里，有连续过滤和空气搅拌装置。进行过预处理并具有催化活性的待镀件，放入镀槽中的溶液里就会发生有关反应沉积镍磷合金。化学镀镍磷合金与电镀镍工艺有所不同，化学镀镍磷合金随着反应的发生，镀液中的有效成分镍离子和还原剂等的浓度将不断减小直止耗尽；电镀镍时镀液中镍离子可以靠阳极溶解不断补充，其浓度保持相对稳定，而化学镀镍磷合金过程中，镍离子和还原剂等需要连续或定期补充，从而使镀液成分和沉积镀层的成分在整个镀液寿命期内基本不变，否则镀层质量得不到保证
③ 化学镀镍磷合金的后处理
化学镀镍磷合金使镀件表面沉积镀层后，除了晋通的清洗和干燥外，通常不需要作任何后处理，有时为了提高镀层的耐摩擦和耐磨损等性能，还需要通过钝化处理和热处理等方法进行化学镀镍磷合金的后处理。
五.化学镀镍磷合金镀层的物理机械性能：
1.电阻率：60-75μΩ/cm
2.热导率：5.02 [W/(m·k)]
3.延伸率：1～1.5％
4.密度：7.9 g/cm3
5.熔点：890℃
6.厚度：25~75μm
7.无孔隙最小厚度：15μm
8.硬度：500-550HV (45-48HRC)，热处理（400℃1小时）后1000HV
9.抗拉强度：﹥700MPa
10.结合强度（附着力）：钢或铝﹥400MPa
11.内应力：钢上﹤7 MPa
荧光灯支架12.耐腐蚀性：6-8μm厚度的镀层可通过5% NaCl 24小时9级连续盐雾试验
13.热膨胀系数：12μm/m℃(22---100℃)
14.耐热性能：700℃
15.弹性模数：200Gpa
16.磨擦系数：（相对于钢）润滑条件下 0.13；非润滑条件下 0.4
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