镍电镀技术篇.ppt

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1、镀镀 镍镍镍的性能*半磁性*原子量 58.69*密 度 8.9 g/cm3*熔 点 1455*沸 点 2900*化合价 +2*安培小时/密耳英尺2=18.62 *安培小时/微米米2=7.99镀镀 镍镍 溶溶 液液l 瓦特镀镍（光亮镀镍）l 瓦特硬镍（高抗拉强度，350VHN）l 全氯化物镀镍（高抗拉强度，250VHN）l 氨基磺酸盐镀镍（低应力，0-10，000psi）l 氨基磺酸盐闪镀镍（与不锈钢结合力良好）l 氯化物闪镀镍（与不锈钢结合力良好）l 黑镍（装饰性）l 镍铁合金（经济的替代品）瓦瓦 特特 镀镀 镍镍 溶溶 液液镀液成分硫酸镍 240-300 g/l氯化镍 40-60 g/l硼酸

2、 25-40 g/l操作条件温度 21-65 （55）PH 1.5-4.5 (3.5)(随着溶液的使用，PH会上升)搅拌 空气搅拌/机械搅拌电流密度 3-7 A/d添加剂：整平剂、防针孔剂、光亮剂基基 础础 成成 分分硫酸镍 氯化镍*镍离子的主要来源 *提供阳极去极化*镍离子相对经济的来源 *提供导电性*改善分散能力 *提高阴极效率*阴离子稳定*不挥发 *溶解度高*有一些导电性 硼酸 添加剂*PH缓冲剂 *防针孔剂*价格便宜 *光亮剂：第一类光亮剂*增加镀层“白度”第二类光亮剂*增强整平剂作用 (整平剂)*溶解度有限（7 oz/gal）添添 加加 剂剂(1)第一类光亮剂 产生最初的镜面光亮，不

3、能维持厚镀层的光亮度。阴离子的（一端带负电）含有硫磺化基因引入硫于镀层中增加镀层压应力添添 加加 剂剂(2)第二二类光亮剂*整平剂*不含硫的有机物*阳离子（一端带正电）*不饱和碳基团*引入碳于镀层中两类光亮剂的正确组合，可得到具有延展性的，低内应力的全光亮镀层光亮剂如何作用光亮剂如何作用?随着电镀过程的进行，晶体的生长趋于不均匀，因为一个晶面可能比另一个晶面生长得更快。不均匀性使表面散光（无光泽）。光亮剂优先沉积在较高的电流密度区的不规则晶面上。由于这些有机物是不导电的，这样使得它们所沉积的这些区域具有更大电阻，造成邻近区域更具导电性。这样，所有的晶面都能以同样的速度生长，这样，所有的晶面都能

4、以同样的速度生长，产生平坦的（反射的）表面。产生平坦的（反射的）表面。整平剂作用整平剂作用整平剂作用的方式类似于光亮剂整平剂是一种以较高速度吸附在表面缺陷的波峰上的有机物，因而部分绝缘波峰，使电流改道进入波谷中。于是波谷接收比波峰更大的电流，整个于是波谷接收比波峰更大的电流，整个镀层逐渐平坦（平整）镀层逐渐平坦（平整）瓦瓦 特特 镀镀 镍镍 液液 的分的分 散散 能能 随导电性增强而提高 随阴极效率降低而提高 随温度升高而提高 随pH值升高而提高 随搅拌增强而提高分散能力是一种电镀工艺在高低电流密度区沉积指定厚度镀层的能力,分散能力差的镀液会产生“狗骨头”状镀层，即高电流密度区镀层很厚，而低电

5、流密度区镀层很薄。半半 光光 亮亮 镍镍 溶溶 液液 半光亮镍镀液含有硫酸镍、氯化镍、硼酸和整平剂、或其他有机添加剂,产生平整、光滑、无硫的镀层。镀前不需或仅需少量的研磨。从名称的含意可知，该工艺产生的镀层是半光亮的，镀层平滑且具柱状结构，与全光亮镍镀层的层状结构特性不同。为了消除研磨的需要性而发展出半光亮镍与光亮镍的组合，接着又带来了更大用途的多层镍镀层:-不仅减少研磨的需要而且改善装饰性镍镀层的耐蚀性。99%Ni+NiO pH最小4.0 需要使用阳极袋 铸造/轧制含碳去极化镍阳极 pH最小4.5 建议使用阳极袋 电解镍(纯镍)镀液需要高氯化物含量 含硫去极化镍阳极（0.02%S）建议最好使

6、用阳极袋 隋性阳极:C,Pt,Ti,SS (仅用于不含氯化物的镀液)阳阳 极极 1阳极阳极 2 2 在镀镍溶液中，阳极的作用是以与镍离子在阴极还原成金属的相同的速度补充镍离子。镀镍溶液可使用多种阳极材料。在高pH的应用中，氧化镍或含碳去极化阳极适用。电解镍用于电铸的净化槽和高氯化物的镀液中。隋性阳极包括专利的稀有的土壤材料、石墨、镀铂钛阳极和不锈钢。不易溶解的阳极材料会产生高度“极化”生成氧化膜，造成昂贵镍盐的大量消耗，极化的镍阳极通常会造成镀液pH值下降（由于氢氧根分解产生氧气），而不是正常的缦缦升高。阳极袋的目的是过滤镍金属溶解过程中产生的残渣。这些残渣由金属杂质及非金属杂质如硫化物构成。

7、阳极袋不能编织得太紧，要使离子能通过阳极袋。此外，阳极袋必须定期检查，倒掉残渣，冲洗干净。阳极袋必须是耐用的，安装紧密，长度适当。使用 松的阳极袋，会形成更多的金属残渣和泥渣，阳极袋阳极袋空气搅拌空气搅拌 每平方口尺槽表面积，需气量 2-3 立方口尺/分机 械搅拌 搅拌不当，会产生无光泽、烧焦、有针孔、条纹的 镀层 通过机械搅拌或循环泵/排放装置搅拌也可得到适中 的光亮度。过过 滤滤 为了获得平滑和最佳外观的镀层，光亮镀镍溶液的过 滤是要求严格的 由于有机添加剂分解，形成杂质，故需定期进行 碳处 理 碳处理可按批进行（如果需要）。连续活性碳过滤能 维持最佳的镀层外观针针 孔孔 pH太低 搅拌不

8、当 电流密度太高 有机物污染 铜杂质污染 清洗不良废品废品 由于废品，电镀业者可能损失5%的产量，因而减少废品数量的工作是很值得做的。废品主要来源于下列缺陷：针孔 外观不好 脆性 高应力和低延展性结结 合合 力力 差差 清洗/水洗不良 六价铬 表面准备不好镀镀 层层 发发 脆脆 PH太高（4.5）有机杂质污染 钠含量高(15,000 ppm)氯化物含量高 光亮剂含量高镀镀 层层 粗粗 糙糙 钙含量太高(600 ppm)阳极袋破损 过滤不好缺陷来源缺陷来源杂杂杂杂 质质质质 影影影影 响响响响 Cu+2:5mg/l,结合力差，低电流密度区镀层黑暗 Pb+2:5mg/l,结合力差，镀层有脆性。Sn

9、+2:5mg/l,低电流密度区镀层黑暗。Zn+2:100mg/l,镀层无光泽，低电流密度区镀层黑暗 Fe+3:50mg/l,镀层粗糙（在pH3.5）。Cr+6:3mg/l,漏镀，结合力差。Cr+3:50mg/l,降低极限电流密度。Al+3:20mg/l,降低极限电流密度。NO3-:降低极限电流密度。PO4-3:镀层粗糙。镀镍溶液的碳处理基本上都同时配合采用高pH处理以除去金属杂质和无机杂质，如铁和磷酸盐 注意要使用碳酸镍来提高镀镍溶液pH。由于钠/钙都是杂质，故不能采用氢氧化钠或氧化钙来提高pH。镀镍溶液的碳处理镀镍溶液的碳处理 从光亮镀镍溶液中除这些金属杂质最有效的方法是-在单独的处理槽中以

10、低电流密度电解，或在设于镀槽中的连续净化室中净化!假阴极放入处理槽中，阴极面积应尽可能多。波浪状钢片最好,以低电流密度（大约0.2A/dm2）电解8小时或更长时间（或在处理室中连续电解），操作良好的体系使阴极深凹处（低电流密度区）镀层黑暗。镀镍溶液的电解处理镀镍溶液的电解处理铜和锌污会使镀件低电流密度区镀层黑暗。铜污染可能来源于导电杆维护不好或掉入的工件，而锌污染可能来自掉入的工件或在沉锌的铝件上电镀。净净 化化 室室槽的1/5尺寸每小时35个循环电解阳极阴极电流密度：5-10 A/ft2阳极电流密度：5-10 A/ft2 氨基磺盐镀镍溶液如果能通过电解连续净化,就能提供更 稳定的镀层（有关应

11、力）。溶液被泵入净化室中，通过重力流回，每小时3-5个循环。净化室中的阳极为非硫化的电解镍。阴阳极面积必须仔细控制,一般辅助整流器用于净化槽。双双 层层 镍镍 半亮镍上的光亮镍对半亮镍产生大约100mV的阴极保护。镍不能对普通的镀件如钢、锌和铝提供牺牲保护。因而 镀层必须相对厚以消除孔隙。单层亮镍层不适用于严酷的腐蚀环境。严酷的腐蚀环境，一般需要厚度为25微米的双层镍。双层镍镀层的第一层为高整平、无硫镍层。第二层也就 是最外层为光亮镍，含有来自第一类光亮剂的硫。因为 底层为不含硫的半光亮镍层其电化学性比上层的光亮镍 隋性，因而腐蚀侵害会优先朝光亮镍的方向进行，形成 平底的凹洞。含高硫镍的三层镍

12、用于非常严酷的腐蚀环境，或用于延 长镀层使用寿命。两层镍之间的电化学电位差两层镍之间的电化学电位差?90120mv !#由于有大量亮镍要腐蚀从而双层镍有效延迟孔蚀作 用，防止进一步穿透镀层。再通过最后加上微孔铬 或微裂纹铬，钢和锌件的耐蚀性进一步得以提高。单层亮镍单层亮镍BRIGHT NICKELCOPPERCHROMIUMCORROSION SITEPd/Sn LAYERCu-LinkNICKEL CORROSION ON PLASTIC双层镍双层镍BRIGHT NICKELCOPPERCHROMIUMCORROSION SITESEMI BRIGHT NICKELDUPLEX SYSTEM

13、ABS/PC PLASTICCu-LinkPd/Sn LAYERNICKEL CORROSION ON PLASTIC三层镍三层镍BRIGHT NICKELCHROMIUMCORROSION SITESEMI BRIGHT NICKELTRIPLEX SYSTEMHIGH SULFUR LAYERABS/PC PLASTICPd/Sn LAYERCu-LINK LAYERNICKEL CORROSION ON PLASTIC4 4层镍层镍BRIGHT NICKELCHROMIUMCORROSION SITESSEMI BRIGHT NICKELQUADRUPLE SYSTEMHIGH SULF

14、UR LAYERPARTICLE NICKELCOPPERABS/PC LAYERCu-LINK LAYERPd/Sn LAYERNICKEL CORROSION ON PLASTIC氯化镍 30 oz/gal盐酸 8 oz/gal电流密度 100-300 A/ft2伍德冲击镍和氨基磺酸盐冲击镍是用于在不锈钢上电镀获得良好的结合力的最普遍的方法。不锈钢暴露在空气中立即就会形成氧化膜，与大多数镀层的结合力差。这些冲击镍能提供很薄的镀层，而且同时析出大量氢气清洗表面，用化学方法清除氧化“伍德伍德”冲击镍冲击镍氨基磺酸镍 320 g/l氨基磺酸 150 g/l温度 50电流密度 50 A/ft2用于

15、在不锈钢，热处理钢和高碳钢上电镀 获得良好结合力氨基磺酸盐冲击镍氨基磺酸盐冲击镍氨基磺酸盐镀镍溶液氨基磺酸盐镀镍溶液Ni(NH2SO3)2 60 oz/galH3BO3 4 oz/gal防针孔剂 0.05 oz/galPH 3.0-5.0温度 38-60电流密度 100-300 A/ft2MgCl2,NiCl2(任选的)2 oz/gal电铸是在易处理的或可重复使用的芯模上沉积重金属镀层的生产。用于电铸的最普遍的镀镍是氨基磺酸盐镀镍。氨基磺酸盐镀镍比瓦特镀镍具有显著的优点，所产生的镀层具有很低的张应力*张应力会造成芯模与镀层之间的断裂张应力会造成芯模与镀层之间的断裂!对于氨基磺酸盐镀镍溶液，多花

16、一些成本尽量 用纯的纯的化学原料来配制溶液，比节省材料之后 再来提纯补救要好。尤其重要的是重金属铵离子和硫酸根含量要低。铅要严格地排斥在氨基磺酸盐溶液所用的所有 设备外。氨基磺酸盐镀镍溶液之用料氨基磺酸盐镀镍溶液之用料张张 应应 力力 随氯化物含量升高而增大 随pH升高而增大 随电流密度升高而稍增 随无机物污染而增大 随有机物污染而增大 随添加氟化物而减小 随周期换向/脉冲电流而减小 受温度变化的影响 压应力和张应力压应力和张应力 压应力的镀层使工件将趋向背离镀层的方向弯曲 张应力的镀层使工件将趋向朝着镀层的方向弯曲 镀层镀层压应力张应力不良影响较大第二二类光亮剂产生的第一类光亮剂产生的杂质对

17、应力的影响杂质对应力的影响杂质 ppm 应力 每ppm杂质对应力的变化影响 (psi)Kg/mm2 (psi)Kg/mm2New -2500 1.75 -NH4+400 6040 4.25 8.0 0.006 Cr+3 100 10650 7.5 82 0.058 Cr+6 2 12800 9.0 5330 3.75 Cu+2 100 2400 1.75 24 0.0175 Fe+2 400 3550 2.5 2.8 0.002 Pb+2 400 4975 3.5 5.7 0.004 Zn+2 100 3270 2.3 8.5 0.006 Br-8000 7100 5.0 0.5 0.0004

18、 Cl-8000 8530 6.0 1.1 0.0008 SO4=500 5330 3.75 5.7 0.004 SO3=200 -18475 -13.0 -105 -0.074注意注意!每ppm杂质都具有很大的不同影响,例如六价铬每ppm对应力的影响比 三价铬的影响要大得多。另外，硫酸根会增加张应力，而亚 硫酸根会增加压应力。机械性能受操作条件的影响机械性能受操作条件的影响当然，所有这些因素都必须最优化以产生最低内应力的镀层应力应力!延伸率延伸率抗拉强度抗拉强度镀层的机械性能受:-溶液pH值、温度和阴极电流密度的影响 内应力、抗拉强度、延伸率和硬度随pH 值变化当然当然所有这些因素都必须最优化以产生最低内应力的镀层。镀层的机械性能镀层的机械性能