电镀镍是借电化学作用,在黑色金属或者有色金属制件表面上沉积一层镍的方法。将制件作阴极,纯镍板阳级,挂入以硫酸镍、氯化钠和硼酸所配成的电解液中,进行电镀。
化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂的作用下,使镍离子还原成金属镍,从而沉积在具有催化活性表面上。
化学镀与电镀在原理及工艺上都有很大的不同,从而二者也呈现出不同的特性。相对电镀,化学镀具有以下特点:
1.镀层均匀,化学镀液的分散力接近100%,无明显的边缘效应,几乎是基材形状的复制。电镀法尹受电力线分布不均匀的限制很难做到这一点。
2.通过敏化、活化等前处理,化学镀可以在非金属(非导体)如塑料、玻璃、陶瓷等以及半导体表面上进行施镀。所以化学镀工艺是非金属表面金属化的常用方法,也是半导体材料电镀前做导电底层的方法。
3.工艺设备简单,不需要电源、输电设备及辅助电极,操作时只需要把工件正确悬挂在镀液中即可。
4.化学镀是靠基材的自催化活性起镀,其结合力一般优于电镀。镀层有光亮或者搬光了的外观,晶粒细、致密、孔隙率低,某些化学镀层还具有特殊的物理化学性能。
5.才有次亚磷酸盐作为还原剂的化学镀镍液中得到的镀层是Ni-P合金,控制镀层中的磷的含量可言得到Ni-P非晶态结构镀层。镀层致密,孔隙率低,耐腐蚀性能远优于电镀镍。
6.化学镀镍层的出槽硬度可以达到450~700HV,经过适当的热处理后硬度可以达到10001100HV.在某些工况下可以替代硬铬使用。
7.根据镀层中的含磷量,可以控制镀层为磁性或非磁性。
8.化学镀镍层具有固有的润滑性和抗金属磨损性,这一点不同于电镀镍。
镍磷合金按照合金成分中磷的含量来分,有低磷、中磷和高磷三类。化学镀镍中磷元素的含量会对镀层结构产生很大的影响,随着磷含量的增加,镀层的结构由晶态像微晶转变,继而形成非晶态的镀层。磷元素的含量显著地影响着化学镀镍层的物理化学性质。
因此,化学镀镍层的应用是根据镀层中的磷含量进行划分的。
下表1-1是镀层中磷含量对Ni-P镀层结构、性能及应用领域的影响。
表1-1 磷含量对Ni-P镀层结构、性能及应用领域的影响
| 高磷 | 中磷 | 低磷 |
磷含量 (wt%) | >9 | 5~8 | 1~4 |
密度(g/cm3) | 7.9 | 8.1 | 8.5 |
结构 | 非晶态 | 非晶态+微晶态 | 微晶态 |
硬度 | 400~500 | 500~550 | >600 |
磁性能 | 非磁性 | 弱磁性 | 磁性 |
耐蚀性 | 高耐蚀性,特别是酸性介质 | 耐蚀性好 | 碱性介质中耐蚀性好 |
钎焊性能 | 差 | 一般 | 好 |
主要应用领域 | 电脑硬盘/磁屏蔽器件设备/石油化工/深井设备/球阀等 | 汽车零部件/电子工艺/机械仪器/办公设备/食品工业等 | 制碱工业/模具/电子元器件的高硬度和可焊性处理 |
应用领域
1.微电子器件制造
化学镀镍在电子和计算机工业中应用得最广,许多新的化学镀镍工艺和材料正是根据电子和计算机工业发展的需要而研制开发出来的。在技术性能方面,除要求耐蚀耐磨之外,还具有可焊接、防扩散性、电性能和磁性能等要求。电子设备的塑料外壳上镀铜,然后化学镀镍,这样的双金属结构覆层,在电子设备防止电磁和射频干扰方面十分有效。同时,化学镀镍是计算机薄膜硬磁盘制造中的关键步骤之一。
2. 工件的表面保护
(1)为减轻重量,航空工业大量使用铝合金件,经化学镀镍表面强化后不仅耐蚀、耐磨,而且可焊,如冲程发动机的活塞头经化学镀镍后提高了使用寿命。其他还有钛合金件、铍合金件均采用低应力和压应力的化学镀镍表面保护等措施。
(2)军事应用上,航空母舰上飞机弹射机罩和轨道的化学镀镍保护。
(3)泵壳、叶轮和出口管道等油气用泵零件,根据腐蚀环境不同,经化学镀镍镀厚25~75um不等,防腐蚀效果优良。
(4)汽车工业利用化学镀镍层非常均匀的优点,在形状复杂的零件上,如齿轮、散热器和喷油嘴上采用化学镀工艺保护。镀上10um左右的化学镀镍层的铝质散热器具有良好的钎焊性。