08电镀镍-电化学工程.ppt

电镀工艺学;概述 镍是一种带微黄的银白色金属，具有良好的导电性能和导热性能。 基本物理特性： 密度：8.9 g/cm3； 原子量：58.70 熔点：1452 ℃ 电极电位为: φ0 Ni2＋＝ －0.250 V 电化当量： Ni2＋ ＝ 1.095 g/(A·h) 基本化学特性：镍在有机酸中很稳定，在硫酸、盐酸中溶解很慢，在浓硝酸中处于钝化状态，但在稀硝酸中则不稳定。 ;; 自1843年R．班特格尔（R．Bottger）发明镀镍以来，至今已有一百多年的历史，随着生产的发展和科学技术的进步，各种镀镍电解液不断出现和完善。1916年O．P．Watts提出了著名的瓦特型镀镍电解液，镀镍工艺进入工业化阶段，瓦特型镀镍电解液至今仍是光亮镀镍、封闭镍等电解液的基础。; 第二次世界大战以后（1945），随着汽车工业的迅速发展，半光亮镀镍和光亮镀镍工艺发展很快，然而，光亮镍经镀络后，其耐腐蚀性能远不如暗镍抛光和半光亮镍的好，所以促进了人们从镀层体系，耐腐蚀机理、快速腐蚀试验方法和镀层质量评价标准等方面从事研究。美国哈夏诺（Har-shaw）化学公司的双层镀镍工艺和美国尤迪莱特（Udylite）公司三层镀镍工艺的问世，就是这些研究工作的杰出成果之一。 60年代初期在西欧（荷兰的N．V·丽塞奇公司）及美国的尤迪莱特公司几乎同时开发出一种弥散镀层（复合镀层－镍封闭）。在镍的复合镀层上再镀铬，形成微孔铬以提高镀层的耐腐蚀性能。; 镀镍的类型很多。若以镀液种类来分，有硫酸盐、硫酸盐一氯化物、全氯化物、氨磺酸盐、柠檬酸盐、焦磷酸盐和氟硼性盐等镀镍。由于镍在电化学反应中的交换电流密度(i0)比较小，在单盐镀液中，就有较大的电化学极化。 以镀层外观来分，有无光泽镍(暗镍)、半光亮镍、全光亮镍、缎面镍、黑镍等。 以镀层功能来分，有保护性镍、装饰性镍、耐磨性镍、电铸(低应力)镍、高应力镍、镍封等。;;表8-1 部分镀镍电解液的成分，操作条件及主要用途;;预镀液的组成及操作条件; 镀暗镍工艺，主要用于电镀某些只要求保持本色的零件，或仅考虑防腐蚀作用而不需考虑外观装饰的零件。暗镍镀液也用于电铸等方面。常规的暗镍镀液组成及操作条件; 1916年，由O．P．Watts提出的镀镍溶液原配方为： 硫酸镍 240g/L 氯化镍20g/L 硼酸20g/L 这是现在工业上普遍采用的暗镍工艺，而且是目前许多如半光亮镍、光亮镍、高硫镍、缎面镍等镀镍的基础电解液。;2．镀液中主要成分的作用及操作条件对镀层性能的影响 (1)硫酸镍 是镀液的主要成分，是镍离子的来源，在暗镍镀液中，一般含量是150g/L～300g/L。硫酸镍含量低，镀液分散能力好，镀层结晶细致，易抛光，但阴极电流效率和极限电流密度低，沉积速度慢，硫酸镍含量高，允许使用的电流密度大，沉积速度快，但镀液分散能力稍差。;;(3) 硼酸 在镀镍时，由于氢离子在阴极上放电，会使镀液的pH值逐渐上升，当pH值过高时，阴极表面附近的氢氧根离子会与金属离子形成氢氧化物夹杂于镀层中，使镀层外观和机械性能恶化。加入硼酸后，硼酸在水溶液中会解离出氢离子，对镀液的pH值起缓冲作用，保持镀液pH值相对稳定。除硼酸外，其他如柠檬酸、醋酸以及它们的碱金属盐类也具有缓冲作用，但以硼酸的缓冲效果最好。 硼酸含量过低，缓冲作用太弱，pH值不稳定 过高，因硼酸的溶解度小，在室温时容易析出，; (4) 导电盐 硫酸钠和硫酸镁是镀镍液中良好的导电盐。它们加入后，最大的特点是使镀暗镍能在常温下进行。另外，镁离子还能使镀层柔软、光滑、增加白度。一般来说，镀镍液中主盐浓度较高，因此，主盐兼起着导电盐的作用。含氯化镍的镀液，其导电率更高，因此，目前除低浓度镀镍液外，一般不另加导电盐。; (5) 润湿剂 在电镀过程中，阴极上往往发生着析氢副反应。氢的析出，不仅降低了阴极电流效率，而且由于氢气泡在电极表面上的滞留，会使镀层出现针孔。为了防止针孔产生，应向镀液中加入少量润湿剂，如十二烷基硫酸钠。它是一种阴离子型的表面活性剂，能吸附在阴极表面上，降低了电极与溶液间界面的张力，从而使气泡容易离开电极表面，防止镀层产生针孔。对使用压缩空气搅拌镀液的体系，为了减少泡沫，也可加入如辛基硫酸钠或2-乙基已烷基硫酸钠等低泡润湿剂。; (6) 镍阳极 除硫酸盐型镀镍时使用不溶性阳极外，其他类型镀液均采用可溶性阳极。镍阳极种类很多，常用的有电解镍，铸造镍、含硫镍、含氧镍等。在暗镍镀液中，可用铸造镍，也可将电解镍与铸造镍搭配使用。为