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    如何進行化學鍍鎳及注意事項(1)
    發布者: 點擊量:1499 發布時間:2009-12-21 10:06:45

    學鍍 

    化學鍍在表面處理技術中占有重要的地位?;瘜W鍍是利用合適的還原劑使溶液中的金屬離子有選擇地在經催化劑活化的表面上還原析出成金屬鍍層的一種化學處理方法??捎孟率奖硎荆?nbsp;

    M2++2e(由還原劑提供)--->M 

    在化學鍍中,溶液內的金屬離子是依靠得到所需的電子而還原成相應的金屬。例如,在酸性化學鍍鎳溶液中采用次磷酸鹽作還原劑,它的氧化還原反應過程如下:

    Ni2++2e--->Ni(還原) 

    (H2PO2)-+H2O--->(H2PO3)-+2e+2H+(氧化) 

    兩式相加,得到全部還原氧化反應: 

    Ni2++(H2PO2)-+H2O--->(H2PO3)-+Ni+2H+ 

    還原劑的有效程度可以用它的標準氧化電位來推斷。由上述可知,次磷酸鹽是一種強還原劑,能產生一個正值的標準氧化一還原電位。但不應過分地信賴E°值,因為在實際應用上,由于溶液中不同離子的活度、超電位和類似因素的影響,會使E°值有很大的差異。但氧化和還原電位的計算仍有助于預先估算不同還原劑的有效程度。若全部標準氧化還原電位太小或為負值,則金屬還原將難以發生。 

    化學鍍溶液的組成及其相應的工作條件必須是反應只限制在具有催化作用的制件表面上進行,而溶液本身不應自發地發生還原氧化作用,以免溶液自然分解,造成溶液很快失效。如果被鍍的金屬(如鎳、鈀)本身是反應的催化劑,則化學鍍的過程就具有自動催化作用,使上述反應不斷地進行,這時,鍍層厚度也逐漸增加,獲得一定的厚度。除鎳外,鈷、銠、鈀等都具有自動催化作用。 

    對于不具有自動催化表面的制件,如塑料、玻璃、陶瓷等非金屬,通常需經過特殊的預處理,使其表面活化而具有催化作用,才能進行化學鍍。

    化學鍍與電鍍比較,具有如下優點: 

    ①不需要外加直流電源設備。 

    ②鍍層致密,孔隙少。 

    ③不存在電力線分布不均勻的影響,對幾何形狀復雜的鍍件,也能獲得厚度均勻的鍍層; 

    ④可在金屬、非金屬、半導體等各種不同基材上鍍覆。 

    化學鍍與電鍍相比,所用的溶液穩定性較差,且溶液的維護、調整和再生都比較麻煩,材料成本費較高。 

    化學鍍工藝在電子工業中有重要的地位。由于采用的還原劑種類不同,使化學鍍所得的鍍層性能有顯著的差異,因此,在選定鍍液配方時,要慎重考慮鍍液的經濟性及所得鍍層的特性。 

    目前,化學鍍鎳、銅、銀、金、鈷、鈀、鉑、錫以及化學鍍合金和化學復合鍍層,在工業生產中已被采用。 

    如何進行化學鍍鎳 

    化學鍍鎳是化學鍍應用最為廣泛的一種方法,所用還原劑有次磷酸鹽、肼、硼氫化鈉和二甲基胺硼烷等。

    目前國內生產上大多采用次磷酸鈉作還原劑,硼氫化鈉和二甲基胺硼烷因價格較貴,只有少量使用。 

    1.鍍層的用途 

    化學鍍鎳層的結晶細致,孔隙率低,硬度高,鍍層均勻,可焊性好,鍍液深鍍能力好,化學穩定性高,目前已廣泛用于電子、航空、航天、機械、精密儀器、日用五金、電器和化學工業中。 

    非金屬材料上應用化學鍍鎳越來越多,尤其是塑料制品經化學鍍鎳后即可按常規的電鍍方法鍍上所需的金屬鍍層,獲得與金屬一樣的外觀。塑料電鍍產品已廣泛用于電子元件、家用電器、日用工業品等。 

    化學鍍鎳在原子能工業,如生產核燃料系統中的零件和容器以及火箭、導彈、噴氣式發動機的零部件上已采用。 

    化工設備中壓縮機等的零部件為防腐蝕、抗磨,而用化學鍍鎳層是很有利的。 

    化學鍍鎳層還能改善鋁、銅、不銹鋼材料的焊接性能,減少轉動部分的磨耗,減少不銹鋼與鈦合金的應力腐蝕。 

    對鍍層尺寸要求精確的精密零件和幾何形狀復雜的零件的深孔、盲孔、腔體的內表面,用化學鍍鎳能得到與外表面同樣厚度的鍍層。 

    對要求高硬度、耐磨的零件,可用化學鍍鎳代替鍍硬鉻。 

    2.鍍層的組成和特性 

    <1>鍍層的組成 

    用次磷酸鹽作還原劑的化學鍍鎳溶液中鍍得的鍍層含有4%~15%的磷,是一種鎳磷合金。以硼氫化物或胺基硼烷作還原劑得到的鍍層才是純鎳層,含鎳量可達99.5%以上。剛沉積出來的化學鍍鎳層是無定型的,呈非晶型薄片狀結構。 

    鍍層中磷含量主要決定于溶液的pH值,隨著pH值降低,磷含量增大。常規的酸性化學鍍鎳溶液中沉積出的鍍層含磷量為7%~12%,而堿性溶液中沉積的鎳層含磷量為4%~7%。此外,溶液的組成及各組分的含量和它們的相對比率,以及溶液的工作溫度等都對含磷量有一定的影響。 

    <2>鍍層的特性 

    ①硬度 

    化學鍍鎳層比電鍍鎳層的硬度高得多,而且更耐磨。電鍍鎳層的硬度僅為HV160~180,而化學鍍鎳層的硬度一般為HV300~500。 

    用熱處理方法可大大提高化學鍍鎳層的硬度,在400℃加熱1小時后,硬度的最高值約可達HV1000。若繼續提高熱處理溫度,如提高到600℃時,則硬度反而降低為HV700。 

    熱處理前的化學鍍鎳層是非晶型的無定型結構,熱處理后則轉變成晶型組織,鍍層中有Ni3P相形成。Ni3P相的析出量隨著熱處理溫度的升高而增加,其最大析出量則決定于鍍層的含磷量。 

    為了提高鍍層硬度,合適的熱處理規定是:溫度380~400℃,時間為1小時。為防止鍍層變色,最好有保護氣氛或用真空熱處理。在不具備保護氣氛條件時,適當降低熱處理溫度(如280℃)和延長處理時間,同樣可以提高硬度值。

    當鍍層具有最大硬度時,脆性亦增大,因而不適宜在高載荷或沖擊的條件下使用。選擇恰當的熱處理條件,可使鍍層既有一定的硬度又有延展性。 

    一般鋼制工件的化學鍍鎳層在200℃溫度下處理2小時,可提高鍍層結合力和消除應力。而鋁制工件以在150~180℃下保持1小時較為合適。 

    ②磁性能 

    化學鍍鎳層的磁性能決定于含磷量和熱處理溫度。含磷量超過8%的鍍層是弱磁性的;含磷量在11.4%以上,完全沒有磁性;含磷量低于8%的鍍層才具有磁性,但它的磁性比電鍍鎳層小,經熱處理后磁性能有顯著提高。 

    例如,在堿性化學鍍鎳液中所得的鍍層,未經熱處理時其磁性能為矯頑磁力H0=160A/m,經350℃熱處理1小時后為H0=8800A/m。 

    ③電阻率 

    化學鍍鎳層的電阻率與含磷量有關,一般含磷量越高,則電阻率越大。在堿性溶液中所獲得的化學鍍鎳層,其電阻率約為28~34μΩ·cm.在酸性溶液中所獲得的化學鍍鎳層,其電阻率約為51~58μΩ·cm,比電鍍鎳層高數倍(純鎳的電阻率為9.5μΩ·cm)?;瘜W鍍鎳層的電阻率經熱處理后會明顯下降。例如,含磷量為7%的化學鍍鎳層,經600℃熱處理后,電阻率從72μΩ·cm降至20μΩ·cm。含硼量1.3%~4.7%的鎳硼化學鍍層,其電阻率為13~15μΩ·cm.用二甲胺基硼烷還原的鎳鍍層,含硼量為0.6%時,電阻率為5.3μΩ·cm,比純鎳的電阻率低。 

    ④熱膨脹系數和密度 

    化學鍍鎳層的熱膨脹系數一般為13×10-6℃-1。 

    化學鍍鎳層的密度一般為7.9g/cm3左右,化學鍍鎳層的密度隨含磷量提高而降低。 

    化學鍍鎳層的綜合性能見表4-24: 

    表4-24化學鍍鎳層的綜合性能化學鍍鎳層的綜合性能鎳磷合金層(含磷量8%-10%) 

    硬度(HV)熱處理前500 

    400℃熱處理后1000 

    密度(g/cm3)7.9 

    熔點(℃)890 

    電阻率(μΩ·cm)60~75 

    熱膨脹系數(℃-1)13×10-6 

    熱導率[W/(m·k)]5.02 

    延伸率(%)3~6 

    反射系數(%)50(近似值)

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