电镀镍液及镀层性能分析37331.pdf
101505003 电镀镍液及镀层性能分析 班级：10 化工 1 班 姓名：陈友健 学号：1 理论基础 1.1 镀镍液的分散能力的测试原理 1.2 镀镍液的覆盖能力的测试原理 1.3 库仑测镀层厚度原理 1.4 显微硬度的测试原理 1.5 孔隙率的测试原理 1.6 盐雾试验测耐蚀性原理 1.7 耐磨性测试原理 2 实验结果及分析 2.1 镀液的分散能力 2.2 镀液的覆盖能力 2.3 镀层厚度及镀速 2.4 显微硬度 2.5 孔隙率 2.6 耐蚀性 2.7 耐磨性 3 结论1 理论基础 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 C 电极电位为：0 0 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。镍在空气中或在潮湿空气中比铁稳定，在空气中形成透明的钝化膜而不再继续氧化，耐蚀性 好。对钢铁基体来说，由于镍的标准电极电势比铁正，钝化后电势更正，镍镀层是阴极镀层。镍镀层孔隙率较高，只有当镀层厚度超过 25卩m时，才是无孔的，所以，一般不单独作为 钢铁的防护性镀层，而是作为防护装饰性镀层体系的中间层和底层。在工程领域里，也有镀 50卩m以上的厚镍层来防止钢铁件的腐蚀或用来修复被磨蚀的零部件。在电镀中，由于镍镀层具有很多优异性能，其加工量仅次于锌镀层而居第二位，其消耗量约 占镍总产量的10%左右 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。（一）部分镀镍电解液的成分，操作条件及主要用途 类型 镀液组成 含量 fg L-1 pH值 温度/C Dk/A dm-2 主要用途 硫酸盐一 氯化物 NiSO4-6H2O NiCI2 6H2O H3BO3 330 45 38 1.54.5 45 65 2.5 10 多数镍电解液的基 础，可用于预镀，滚 镀，镀厚镍等 硬镍 NiSO4-6H2O NH4Cl H3BO3 180 25 30 5.65.9 4360 2.010 硬度可达HV350 500用作耐磨镀镍 氯化物 NiCl2 6H2O H3BO3 300 28 2.0 50 70 2.5 10 用于镀厚镍，修复磨 损工具、电铸；高硬 力镍的基础液 硫酸盐 NiSO4-6H2O H3BO3 300 40 35 46 2.510 主要用于印刷线路镀 金前的底层电镀（采 用不溶性阳极）氨磺酸盐 Ni(NH2S03)2 H3BO3 450 30 35 40 60 230 用于镀厚镍和电铸 镍，镀层内应力低 氟硼酸盐 Ni(BF4)2 TBF H3BO3 300450 540 30 40 2.63.5 3050 410 可用于镀厚镍和电铸 镍镀层内应力低，排 出物对环境有污染 焦磷酸盐 Ni2P2O7 Na4P2O710H2O KCl(NH4)3C6H5O7 70 80 200250 10 15 15 20 810 50 60 24 镀液呈微碱性，主要 用于锌压铸件上直接 镀镍（二）镀镍的电极反应（1）阴极反应 镀镍时，阴极上的主反应是镍离子还原 Ni2+2e=Ni 由于暗镍镀液为微酸性，因此，阴极上还有 H+离子还原为H2 f的副反应发生 2 H+2e=H2 f 阳极反应 镀镍时，阳极上的主反应为金属镍的电化学溶解：Ni 2e=Ni2+当阳极电流密度过高，镀液中又缺乏阳极活化剂时，将会发生阳极钝化，并有析出氧 气的副反应：2H2O 4e=O2 f+4H+加入C1-离子可以防止阳极钝化，但也可能发生析出氯气的副反应：2C1-2e=CI2 f 以下为所有实验结果，具体内容与实验记录，分析请看后面实验报告 1.1镀镍液的分散能力的测试原理 电镀液的分散能力（以T.P表示）是指在特定条件下，一定溶液使电极上（通常是阴极）镀层 分布比初次电流分布所获得的结果更为均匀的能力 由此看出，分散能力是具有比较性质，其 比较的基准是初次电流分布 所谓初次电流分布是仅考虑阴极不同表面至阳极几何距离不同 时的阴极电流分布情况镀层在零件上均匀分布的能力越高，该电镀溶液的分散能力就越好 电解液的分散能力越好，在阴极上不同部位所沉积出的金属镀层厚度就起均匀；反之，则镀层 厚度相差越大 1.2镀镍液的覆盖能力的测试原理 只有完全覆盖镍才能保护防止生锈，可通过盐雾试验测试、1.3库仑测镀层厚度原理 库仑法测厚是对被测部分的金属镀层进行局部阳极溶解通过阳极溶解镀层达到材料基体时 的电位变化来进行镀层厚度的测量。库仑法测厚，将被测金属镀层作为阳极，并置于电解液中进行电解，所溶解的金属量与通过 的电流和溶解时间的乘积成比例，既与消耗的电量成比例。在库仑法测厚中、通常选用电解液的电流效率 n接近于100%。在n=100%的情况下、若阳极溶解镀层的面积保持一定，则被测量镀层厚度可按下式计算，d=XQ 式中：Q-溶解被测镀层厚度 d所消耗的电量，Q=lt（c）X-给定金属镀层、电解液和电解池情况下的常数。X在电流效率n=100%的情况下、根据阳极溶解面积、电化摩尔质量和镀层金属密度进行计 算，也可按已知厚度的镀层进行测量来确定。通常按这种方式制作的测厚仪称作电量计式电 解测厚仪。如果阳极溶解被测镀层面积和电流都保持一定值，则被测量镀层厚度可按下式计算：d=Vt 式中：t-阳极溶解被测镀层厚度 D所经过的时间 V-给定金属镀层、电解液、电解池和电流情况下的阳极溶解速度。1.4显微硬度的测试原理 显微硬度测试采用的是压入法类型，所标志的硬度值实质上是金属表面抵抗因外力压入所引 起的塑性变形抗力的大小。硬度值与其它静载荷下的力学性能指标间存在着一定关系，可借 以获得其它性能的近似情况。1.5孔隙率的测试原理 1、贴滤纸法 2、涂膏法 3、浸渍法 4、电图法 1.6盐雾试验测耐蚀性原理 用压缩空气从喷嘴处高速喷射所产生的高速气流，在吸水管的上方形成负压，盐溶液在大气 压力的作用下沿着吸水管迅速上升到喷嘴处，被高速气流雾化喷向喷雾管顶端的锥形分雾器 后由喷雾口飘出，扩散到试验室试验空形成弥漫状态，自然降落在试件上，进行盐雾耐腐蚀 试验。1.7耐磨性测试原理 检测原理是通过一个具有特定重量（通常是 175g）的物件把自身重量通过一个橡皮轮传递 到 接触被测物件的纸带上，最后由纸带对被测物件进行磨耗测试。测试的结果由磨穿底漆时纸 袋累计走过的圈数表示。由于不管底漆还是底材时常都有颜色，所以很容易用眼睛直接辨别。2实验结果及分析 所有实验结果均为本人上课做完实验所得，因能力有限，部分结构可能不准确 2.1镀液的分散能力 霍氏槽电镀10分钟后吹干，用库仑测厚仪测量。T=引 3 X100%Si-1号方格位置的镀层厚度，um 31-5号方格位置的镀层厚度，um T=2.0/2.2X 100%=90.9%2.2镀液的覆盖能力 L=1.32cm,&=1.2cm,L/&=1.32/1.2=1.1 2.3 镀层厚度及镀速 实验：电镀时间：10mi n,电流密度：2A/dm 2 温度：55C,搅拌方式：空气，阳极：镍板。2003 结果：厚度：2.5um,2.7um,2.5um 镀速：10 分钟后有镜面镀层。2.4 显微硬度 2 维氏硬度计算公式：HV=1854X F/L HV-显微硬度值,Kgf/mm2 F-外加载荷之质量,g L-压痕对角线平均长度,um。结果：1854X 50/1000=92 Kgf/mm2 2.5 孔隙率 实验一：贴滤纸法 公式：孔隙率=n/S n-孔隙斑点数 S-面积,cm2 结果：(1)20/9=2.22,(2)25/9=2.77,(3)27/9=3,(4)12/9=1.33 2.6 耐蚀性 实验：盐雾试验测耐蚀性 公式：腐蚀率=n/NX100%n -腐蚀点占据格数 N-覆盖主要面积的总数 结果：腐蚀率=3/150X100%=2%评级：6 级 2.7 耐磨性 化学镀镍：0.34%,电镀镍：0.40%3 结论 本门课程所有实验是在指导老师黄教授的指导下完成的。在实验研究的过程中,黄老师给予了指导,并提供了很多与该研究相关的重要信息,培养了我们对科 学研究的严谨态度和创新精神。这将非常有利于我们今后的学习和工作。在此 表示衷心的感谢！而且还得到了课题组的各位老师的大力协助,在此一并表示我们的感谢。参考文献：1 张景双,石金声,石磊,曹立新,电镀溶液与镀层性能测试.北京：化工工业出版社,2 陈亚,李士嘉,现代实用电镀技术.国防工业出版社 2002 3 于世林,苗凤琴,分析化学(第二版).化工工业出版社 2005 附：实验报告：
