化学镀镍相关知识.docx
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1、一、化学镀镍溶液的成分分析 为了保证化学镀镍的质量,必需始终保持镀浴的化学成分、工艺技术参数在最佳范围(状态),这就要求操作者常常进展镀液化学成分的分析及调整。1.Ni2浓度镀液中镍离子浓度常规测定方法是用EDTA络合滴定,紫脲酸胺为指示剂。试剂(1)浓氨水(密度:0.91g/ml)。(2)紫脲酸胺指示剂(紫脲酸胺:氯化钠=1:100)。(3)EDTA容液 0.05mol,按常规标定。分析方法: 用移液管取出10ml冷却后的化学镀镍液于250ml的锥形瓶中,并参加100ml蒸馏水、15ml浓氨水、约0.2g指示剂,用标定后的EDTA溶液滴定,当溶液颜色由浅棕色变至紫色即为终点。镍含量的计算:
2、C Ni2 = 5.87 MV (g/L)式中 M标准EDTA溶液的摩尔浓度;V耗用标准EDTA溶液的毫升数。2复原剂浓度次亚磷酸钠NaH2PO2H2O浓度的测定 其原理是在酸性条件下,用过量的碘氧化次磷酸钠,然后用硫代硫酸钠溶液反滴定自剩余的碘,淀粉为指示剂。试剂 (1)盐酸 1:1。(2)碘标准溶液0.1mol按常规标定。(3)淀粉指示剂1%。(4)硫代硫酸钠0.1mol按常规标定。分析方法: 用移液管量取冷却后的镀液5ml于带盖的250mL锥形瓶中;参加盐酸25mL碘标准溶液于此锥形瓶中,加盖,置于暗处0.5h(温度不得低于25);翻开瓶盖,参加1mL淀粉指示剂,并用硫代硫酸钠标准溶液滴
3、定至蓝色消逝为终点。计算: C NaH2PO2H2O = 10.6(2M1V1M2V2) (g/L)式中 M1标准碘溶液的摩尔浓度;V1标准碘溶液毫升数;M2标准硫代硫酸钠溶液的摩尔浓度;V2耗用标准硫代硫酸钠溶液毫升数。3NaHPO35H2O的浓度化学镀镍浴复原剂反响产物中影响最大的是次磷酸钠的反响产物亚磷酸钠。其他种类的复原剂的反响产物的影响较小甚至几乎无影响,如DMAB。其测定原理是在碱性条件下,用过量的碘氧化亚磷酸,但次磷酸不参与反响;然而,用硫代硫酸钠反滴定剩余的碘;淀粉为指示剂。试剂(1)碳酸氢钠溶液 5%。(2)醋酸 98%。(3)其余试剂同前。分析方法:用移液管量取冷却后的镀液
4、5ml于250mL的锥形瓶中(可视Na2HPO3含量多少确定汲取镀液体积),参加蒸镏水40mL。参加碳酸氢钠溶液50mL,运用移液管量取40mL标准碘溶液于锥形瓶中,加盖,放置暗处1h。开启瓶盖,滴加醋酸至PH4,摇匀,用硫代硫酸钠滴定至溶液呈淡黄色,参加淀粉试剂1mL,接着滴定至蓝色消逝1min即为终点。计算:CNa2HPO3=12.6(2M1V1-M2V2) (g/l)式中 M1标准碘溶液的摩尔深度;V1耗用标准碘溶液的毫升数;M2标准硫代硫酸钠溶液的摩尔深度;V2耗用标准硫代硫酸钠的毫升数.4.其他化学成分的浓度化学镀镍浴中还含有多种有机羧酸盐作为络合剂、缓冲剂、稳定剂等,其深度的测定在
5、现场进展比拟困难;大多数试验室采纳高效液相色谱分别,红外、紫外可见光谱、质谱定性定量分析。化学镀镍浴中有害金属离子则采纳放射光谱、原子汲取光谱定性定量分析。5化学镀镍浴稳定性的测定取试验化学镀镍液50mL,盛于100mL的试管中,浸入已经恒温至601的水浴中,留意使试管内溶液面低于恒温水浴液面约2cm。半小时后,在搅拌下,运用移液管量取浓度为10010-6 的氯化钯溶液1mL于试管内。记录自注入氯化钯溶液至试管内,化学镀浴开场出现混浊(沉淀)所经验的时间,以秒表示。这是一种测定化学镀镍浴稳定性的加速试验方法,可作为鉴别不同化学镀镍浴稳定性时的参考;亦可用于化学镀镍浴在运用过程中稳定性的监控,假
6、如上述试验出现混浊时间明显加快,说明化学镀镍浴处于不稳定状态。 l 二、化学镀镍溶液的组成及镀液成分设计常识n 优异的镀液配方对于产生最优质的化学镀镍层是必不行少的。化学镀镍溶液应包括:镍盐、复原剂、络合剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、光亮剂、润湿剂等。主盐化学镀镍溶液中的主盐就是镍盐,如硫酸镍、氯化镍、醋酸镍等,由它们供应化学镀反响过程中所须要的镍离子。早期曾用过氯化镍做主盐,但由于氯离子的存在不仅会降低镀层的耐蚀性,还产生拉应力,所以目前已很少有人运用。同硫酸镍相比用醋酸镍做主盐对镀层性能是有益的。但因其价格昂贵而无人运用。其实最志向的镍离子来源应当是次磷酸镍,运用它不至于在镀浴中积存大量的硫
7、酸根,也不至于在运用中随着补加次磷酸钠而带入大量钠离子,同样因其价格因素而不能被工业化应用。目前应用最多的就是硫酸镍,由于制造工艺稍有不同而有两种结晶水的硫酸镍。因为硫酸镍是主盐,用量大,在镀中还要进展不断的补加,所含杂质元素会在镀液的积累,造成镀液镀速下降、寿命缩短,还会影响到镀层性能,尤其是耐蚀性。所以在选购硫酸镍时应当力求供货方供应牢靠的成分化验单,做到每个批量的质量稳定,尤其要留意对镀液有害的杂质尤其是重金属元素的限制。复原剂用得最多的复原剂是次磷酸钠,缘由在于它的价格低、镀液简洁限制,而且合金镀层性能良好。次磷酸钠在水中易于溶解,水溶液的pH值为6。是白磷溶于NaOH中,加热而得到的
8、产物。目前国内的次磷酸钠制造程度很高,除了国内需求外还大量出口。络合剂化学镀镍溶液中除了主盐及复原剂以外,最重要的组成部分就是络合剂。镀液性能的差异、寿命长短主要取决于络合剂的选用及其搭配关系。络合剂的第一个作用就是防止镀液析出沉淀,增加镀液稳定性并延长运用寿命。假如镀液中没有络合剂存在,由于镍的氢氧化物溶解度较小,在酸性镀液中便可析出浅绿色絮状含水氢氧化镍沉淀。硫酸镍溶于水后形成六水合镍离子,它有水解倾向,水解后呈酸性,这时即析出了氢氧化物沉淀。假如六水合镍离子中有部分络合剂存在则可以明显进步其抗水解实力,甚至有可能在碱性环境中以镍离子形式存在。不过,pH值增加,六水合镍离子中的水分子会被O
9、H根取代,促使水解加剧,要完全抑制水解反响,镍离子必需全部螯合以得到抑制水解的最大稳定性。镀液中还有较屡次磷酸根离子存大,但由于次磷酸镍溶液度较大,一般不致析出沉淀。镀液运用后期,溶液中亚磷酸根聚集,浓度增大,简洁析出白色的NiHPO3.6H2O沉淀。参加络合剂以后溶液中游离镍离子浓度大幅度降低,可以抑制镀液后期亚磷酸镍沉淀的析出。络合剂的第二个作用就是进步沉积速度,加络合剂后沉积速度增加的数据很多。参加络合剂使镀液中游离镍离子浓度大幅度下降,从质量作用定律看降低反响物浓度反而进步了反响速度是不行能的,所以这个问题只能从动力学角度来说明。简洁的说法是有机添加剂吸附在工件外表后,进步了它的活性,
10、为次磷酸根释放活性原子氢供应更多的激活能,从而增加了沉积反响速度。络合剂在此也起了加速剂的作用。能应用于化学镀镍中的络合剂很多,但在化学镀镍溶液中所用的络合剂则要求它们具有较大的溶解度,存在肯定的反响活性,价格因素也不容无视。目前,常用的络合剂主要是一些脂肪族羧酸及其取代衍生物,如丁二酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸及甘氨酸等,或用它们的盐类。在碱浴中则用焦磷酸盐、柠檬酸盐及铵盐。不饱和脂肪酸很少运用,因不饱和烃在饱和时要汲取氢原子,降低复原剂的利用率。而常见的一元羧酸如甲酸、乙酸等则很少运用,乙酸常用作缓冲剂,丙酸则用作加速剂。稳定剂化学镀镍溶液是一个热力学不稳定体系,由于种种缘由,如部分过热、pH
11、值进步,或某些杂质影响,不行避开的会在镀液中出现一些活性微粒催化核心,使镀液发生剧烈的均向自催化反响,产生大量NiP黑色粉末,导致镀液短期内发生分解,逸出大量气泡,造成不行挽救的经济损失。这些黑色粉末是高效催化剂,它们具有极大的比外表积及活性,加速了镀液的自发分解,几分钟内镀液将报废生效。稳定剂的作用就在于抑制镀液的自发分解,使施镀过程在限制下有序进展。稳定剂是一种毒化剂,即毒性催化剂,只需参加痕量就可以抑制镀液自发分解。稳定剂不能运用过量,过量后轻则减低镀速,重则不再起镀。我们大致把我们从前用的稳定剂分为四类:1. 第六主族元素S、Se、Te的化合物; 2. 某些含氧化合物; 3. 重金属离
12、子 4. 水溶性有机物。 以上所说的是以次磷酸根作复原剂为例子,但其根本原理在胺基硼化物浴中同样适用。但强碱性的硼氢化钠浴及90温度下,有些稳定剂往往会分解、沉淀而失效。有报道说用铊盐效果不错。另外,硝酸铊还能增加较低温度下镀浴的沉积速度。铊盐能在NiB镀层中共沉积,有时高达6%的含量。加速剂为了增加化学镀的沉积速度,在化学镀镍溶液中还参加一些化学药品,它们有进步镀速的作用而被称为加速剂。加速剂的作用机理被认为是复原剂次磷酸根中氧原子可以被一种外来的酸根取代形成配位化合物,或者说加速剂的阴离子的催化作用是由于形成了杂多酸所致。在空间位阻作用下使H-P键能减弱,有利于次磷酸根离子脱氢,或者说增加
13、了次磷酸的活性。试验说明,短链饱和脂肪酸的阴离子及至少一种无机阴离子,有取代氧促进次磷酸根脱氢而加速沉积速度的作用。化学镀镍中很多络合剂即兼有加速剂的作用。缓冲剂化学镀镍过程中由于有氢离子产生,使溶液pH值随施镀进程而渐渐降低,为了稳定镀速及保证镀层质量,化学镀镍体系必需具备PH值缓冲实力,也就是说使之在施镀过程中pH值不至于变更太大,能维持在肯定pH值范围内的正常值。某些弱酸(或碱)及其盐组成的混合物就能抵消外来少许酸或碱以及稀释对溶液pH值变更的影响,使之在一个较小范围内波动,这种物质称为缓冲剂。缓冲剂缓冲性能好坏可用pH值及酸浓度变更图来表示,酸浓度在肯定范围内波动而pH值却根本不变的体
14、系缓冲性能好。化学镀镍溶液中常用的一元或二元有机酸及其盐类不仅具备络合镍离子的实力,而且具有缓冲性能。在酸性镀浴中常用的HAC-NaAC体系就有良好的缓冲性能,但醋酸根的络合实力却很小,它一般不做络合剂用。 其它组份及电镀镍一样,在化学镀镍溶液中参加少许的外表活性剂,它有助于气体的逸出、降低镀层的孔隙率。另外,由于运用的外表活性剂兼有发泡剂作用,施镀过程中在逸出大量气体搅拌状况下,镀液外表形成一层白色泡沫,它不仅可以保温、降低镀液的蒸发损失、削减酸味,还使很多县浮的脏物夹在泡沫中而易于去除,以保持镀件和镀液的清洁。外表活性剂是这样一类物质,在参加很少量时就能大幅度地降低溶剂的外表张力、界面张力
15、,从而变更体系状态。在固液界面上由于固体外表上原子或分子的价键力是未饱和的,及内部原子或分子比拟能量相对较高,尤其金属外表是属于高能外表之列,它及液体接触时外表能总是减小的。换句话说,金属的固气界面很简洁被固液界面代替(润湿定义就是固体外表吸附的气体为液体取代)。化学镀镍是一种功能性镀层,一般不做装饰用,故不要求光亮。但有人将电镀镍用的光亮剂如苯基二磺酸钠用于酸性化学镀浴中收到肯定效果。蛋白质、萘磺酸、脂肪醇磺酸盐以及糖精等据报道在醋酸缓冲镀浴中也能起到光亮作用。某些金属离子的稳定剂还兼有光亮剂的作用,如铬离子、铊离子、铜离子,认为是及Ni-P形成共沉积的缘由。参加痕量铜离子因变更镀层构造而呈
16、现镜面光亮的外观。但目前很多厂家在化学镀的要求上都明确表示要无铬镀层,所以在光亮剂的选择上必需慎重。窗体顶端l 三、化学镀镍的定义及分类n 化学镀镍,又称为无电解镀镍或自催化镀镍,是通过溶液中适当的复原剂使金属离子在金属外表靠自催化的复原作用而进展的金属沉积过程。化学镀溶液的分类方法很多,依据不同的原则有不同的分类法。按PH值分为酸性镀液和碱性镀液,酸性镀液PH值一般在46,碱性镀液PH值一般大于8,碱性镀液因其操作温度较低,主要用于非金属材料的金属化(如塑料,陶瓷等);按复原剂类型不同有次亚磷酸盐、胺基硼烷、硼氢化物以及肼做复原剂的化学镀镍溶液;按温度分类则有高温镀液(8095)、低温镀液(
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