楊東方，裴和中，尹作升，張國亮

（昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

化學(xué)鍍鎳的發(fā)展趨勢及應(yīng)用

楊東方*，裴和中，尹作升，張國亮

（昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

介紹了化學(xué)鍍鎳的發(fā)展趨勢及應(yīng)用，主要包括化學(xué)鍍鎳液成分的合金化、稀土化，添加劑復(fù)合化，生產(chǎn)自動(dòng)化及環(huán)境友好化等。

化學(xué)鍍鎳；合金化；稀土；自動(dòng)化；環(huán)境保護(hù)

1 前言

化學(xué)鍍鎳工藝簡便，成本低廉，鍍層厚度均勻，可大面積涂覆，鍍層可焊姓良好，若配合適當(dāng)?shù)那疤幚砉に?，可以在高?qiáng)鋁合金[1]和超細(xì)晶鋁合金[2]等材料上獲得性能良好的鍍層，因此在表面工程和精細(xì)加工領(lǐng)域[3-4]得到了廣泛應(yīng)用。本文闡述了化學(xué)鍍鎳的發(fā)展趨勢及應(yīng)用情況。

2 鍍液成分

2. 1 合金化

隨著工業(yè)發(fā)展，人們對(duì)鎳磷合金的要求也越來越高，傳統(tǒng)的Ni–P合金鍍層已不能滿足生產(chǎn)需要，三元或多元合金鍍層是目前的研究熱點(diǎn)。加入錫離子后，獲得的鍍層為非晶態(tài)組織，并且具有良好的延展性、焊接性和壓應(yīng)力性，較好地改善了鎳磷合金的性能。實(shí)驗(yàn)證明，在酸性環(huán)境下Ni–Sn–P合金鍍層的耐蝕性遠(yuǎn)超Ni–P合金鍍層，且其鍍液的穩(wěn)定性也明顯提高[5-6]。銅離子的加入能提高化學(xué)鍍后熱處理的晶化轉(zhuǎn)變溫度和材料的硬度、耐蝕性，組織為81.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)Ni、7.9% Cu和10.1% P的Ni–Cu–P三元合金鍍層的耐腐蝕性能比1Crl8Ni9不銹鋼更佳[7-8]。加入鈷離子后鍍層具有良好的磁性，同時(shí)晶粒更加細(xì)化、均勻[9-11]。此外，在Ni–P合金中還可以添加Wo、B、Mo等元素[12]。合金化已成為提高化學(xué)鍍鎳層性能的主要途徑之一。

2. 2 稀土化

稀土元素增強(qiáng)了熱處理強(qiáng)化的效果，并使鍍層與基體間產(chǎn)生新相，鍍層與基體的結(jié)合力明顯增強(qiáng)[13-15]。如添加Ce(SO4)2后，化學(xué)鍍鎳層的耐腐蝕性能和沉積速率總體提高，當(dāng)其加入量為2 mg/L時(shí)，鍍層具有最高的沉積速率；當(dāng)其加入量為5 mg/L時(shí)，鍍層耐蝕性能最佳。Ce(SO4)2能夠在電極表面吸附，促進(jìn)次磷酸根的氧化，從而增大氧化電流密度，并通過影響化學(xué)鍍鎳的陽極反應(yīng)影響了化學(xué)鍍鎳的沉積速率；同時(shí)，Ce(SO4)2的加入增大了化學(xué)鍍鎳反應(yīng)的活化能，提高了鍍液的穩(wěn)定性[16]。此外，加入復(fù)合稀土元素的鍍層其耐磨性優(yōu)于單一稀土鍍層的耐磨性。

2. 3 添加劑復(fù)合化

要得到性能優(yōu)良的化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層，添加劑(如配位劑[17-18]、增速劑、穩(wěn)定劑和光亮劑等)是必不可少的?；瘜W(xué)沉積金屬鎳時(shí)常用的配位劑有醋酸鹽、甘氨酸、檸檬酸鹽等。研究表明，加入配位劑會(huì)影響化學(xué)鍍鎳的速度，如醋酸鹽能提高化學(xué)沉積速度，甘氨酸和檸檬酸鹽會(huì)使化學(xué)鍍鎳速度明顯下降，這可能與混合電位、空間位阻及化學(xué)鍵合力等有關(guān)。單一添加劑往往達(dá)不到工藝要求，復(fù)合添加劑將成為化學(xué)鍍鎳的主要研究方向。

3 生產(chǎn)工藝控制

3. 1 生產(chǎn)自動(dòng)化

采用連續(xù)流動(dòng)分光光度原理研制出的化學(xué)鍍鎳液中硫酸鎳和次磷酸鈉在線自動(dòng)分析儀[19]是一種集鍍液過濾、加熱和副產(chǎn)物離子去除于一體的化學(xué)鍍?cè)O(shè)備，能精準(zhǔn)地控制成分和工藝，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)及控制，能滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。

3. 2 環(huán)境友好化

隨著人們的環(huán)境意識(shí)逐漸增強(qiáng)，化學(xué)鍍廢水處理已成為了必須面對(duì)的問題。目前典型的化學(xué)鍍鎳溶液的排放限制如下：鎳0.5 mg/L，磷10 mg/L，COD 150 mg/L，含氮化物50 mg/L。歐盟RoHS和ELV的要求更高[13]。現(xiàn)階段通常采用化學(xué)處理法、電解法、離子交換法、電滲法析及以上幾種方法的聯(lián)合使用[20-24]來進(jìn)行控制。綠色環(huán)保的化學(xué)鍍鎳工藝必然是今后研究的方向。

3. 3 化學(xué)鍍后處理

化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層有些時(shí)候也不盡如人意，為了達(dá)到理想的使用狀態(tài)，一般采用熱處理。在酸性鍍液體系中獲得的鎳磷合金鍍層呈典型的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，300 °C熱穩(wěn)定性良好，345 °C開始晶化，400 °C時(shí)完全轉(zhuǎn)化成亞穩(wěn)相Ni5P2，440 °C時(shí)進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的Ni和Ni3P相[25-26]。此外，為了提高鍍層耐蝕性和美觀程度，還可以采用由強(qiáng)氧化劑、成膜劑配制的溶液對(duì)鍍層進(jìn)行黑化處理。

4 結(jié)語

化學(xué)鍍鎳層具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，但鍍層較脆，并且隨著鍍層厚度的增大其脆性越來越大，在彈性元器件中無法得到應(yīng)用[27]；另外，在化學(xué)鍍鎳過程中鍍液成分無法精準(zhǔn)控制。這些還有待進(jìn)一步研究。

[1] 楊艷波, 蔡剛毅, 陳宇, 等. 高強(qiáng)鋁合金的化學(xué)鍍鎳鍍層性能研究[J].有色金屬(冶煉部分), 2009 (1): 45-48.

[2] 魏坤霞, 魏偉, 王乃策. 超細(xì)晶鋁合金化學(xué)鍍鎳研究[J]. 表面技術(shù), 2007, 36 (1): 48-50.

[3] 趙鵬, 王維德. 化學(xué)鍍鎳技術(shù)及其研究進(jìn)展[J]. 新技術(shù)新工藝, 2007 (10): 100-102.

[4] 薛濤, 趙俊民. 化學(xué)鍍膜技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1982:.80-100.

[5] 林忠華, 林琳, 杜金輝, 等. 鎳–錫–磷三元合金鍍層及其應(yīng)用[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù), 2005, 22 (6): 51-54.

[6] 葛圣松, 邵謙, 孫宏飛, 等. 高錫化學(xué)鍍Ni–Sn–P合金工藝[J]. 功能材料, 2004, 35 (增刊1): 3235-3237, 3242.

[7] 周麗, 殷鳳仕. 化學(xué)鍍鎳–銅–磷三元合金層的制備及其組織與性能研究[J]. 熱加工工藝, 2007, 36 (8): 55-57.

[8] ABDEL AAL A, SHEHATA ALY M. Electroless Ni–Cu–P plating onto open cell stainless steel foam [J]. Applied Surface Science, 2009, 255 (13/14): 6652-6655.

[9] HINO E, KUMAGAI M. Electroless nickel plating solution: EP, 1932943A1 [P]. 2008–06–18.

[10] LIU W L, HSIEH S H, CHEN W J, et al. Growth behavior of electroless Ni–Co–P deposits on Fe [J]. Applied Surface Science, 2009, 255 (6): 3880-3883.

[11] PARDO F, SIMON M E, VYAS B, et al. Electroless plating production of nickel and cobalt structures: US, 2008/0278029A1 [P]. 2008–11–13.

[12] 閆洪. 現(xiàn)代化學(xué)鍍鎳和復(fù)合鍍新技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1999: 150-172.

[13] 伊廷鋒, 朱彥榮, 周理, 等. Ce(SO4)2對(duì)化學(xué)鍍鎳液及鍍層性能的影響[J].稀有金屬快報(bào), 2008, 27 (11): 27-31.

[14] 陳一勝, 劉慧舟, 王勇. 稀土對(duì)化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層性能的影響[J].金屬熱處理, 2003, 28 (6): 35-39.

[15] ASHASSI-SORKHABI H, MORADI-HAGHIGHI M, HOSSEINI M G. Effect of rare earth (Ce, La) compounds in the electroless bath on the plating rate, bath stability and microstructure of the nickel–phosphorus deposits [J]. Surface and Coatings Technology, 2008, 202 (9): 1615-1620.

[16] 李能斌, 羅韋因, 劉鈞泉. 國內(nèi)外化學(xué)鍍鎳清潔生產(chǎn)技術(shù)概況[J]. 電氣技術(shù), 2006 (2): 44-47.

[17] 張道禮, 龔樹萍, 周東祥. 不同絡(luò)合劑對(duì)化學(xué)鍍鎳過程的影響[J]. 材料開發(fā)與應(yīng)用, 2000, 15 (1): 5-8.

[18] 戴長松, 王殿龍, 袁國輝, 等. 光亮劑對(duì)化學(xué)鍍鎳層性能及結(jié)構(gòu)的影響[J]. 稀有金屬材料與工程, 2006, 35 (4): 651-654.

[19] 胡文成, 楊傳仁. 化學(xué)鍍鎳液自動(dòng)分析儀的研制[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào), 2003 (增刊2): 124-125.

[20] 沈偉, 沈曉丹, 張欽京. 化學(xué)鍍鎳行業(yè)近年的發(fā)展?fàn)顩r[J]. 材料保護(hù), 2007, 40 (2): 50-54.

[21] 胡信國, 張欽京. 美國化學(xué)鍍鎳年會(huì)論文綜述[J]. 電鍍與涂飾, 2003, 22 (2): 35-37.

[22] PEARSON T, BRAY P. Method of recycling electroless nickel waste: WO, 2008/118246A1 [P]. 2008–10–02.

[23] NAKAO S, KIM D-H, OBATA K, et al. Electroless pure nickel plating process with continuous electrolytic regeneration system [J]. Surface and Coatings Technology, 2003, 169/170: 132-134.

[24] 卞清泉, 李學(xué)洪, 張強(qiáng)華. Ni–Sn–P合金化學(xué)鍍的工藝參數(shù)研究[J]. 化學(xué)工程與裝備, 2009 (6): 22-25.

[25] DELAUNOIS F, LIENARD P. Heat treatments for electroless nickel–boron plating on aluminium alloys [J]. Surface and Coatings Technology, 2002, 160 (2/3): 239-248.

[26] 蔣太祥, 吳輝煌. 化學(xué)鍍鎳–高磷合金的微觀結(jié)構(gòu)及晶化行為研究[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 2001, 22 (6): 976-979.

[27] 沃爾夫?qū)だ锏聽? 化學(xué)鍍鎳[M]. 羅守福, 譯. 上海: 上海交通大學(xué)出版社, 1996.

Development tendency and application of electroless nickel plating//

YANG Dong-fang*, PEI He-zhong, YIN Zuo-sheng, ZHANG Guo-liang

The development tendency and application of electroless nickel plating were introduced, including addition of alloying elements, rare earth and composite additives in plating bath, automation of production and achievement of environmental friendliness.

electroless nickel plating; alloying; rare earth; automation; environmental protection

Faculty of Materials Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China

TQ153.12

A

1004 – 227X (2011) 02 – 0019 – 02

2010–09–03

楊東方（1980–），男，黑龍江人，在職碩士研究生，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)榭焖僭秃捅砻婀こ獭?/p>

作者聯(lián)系方式：(E-mail) hezuo13759489206@sina.com。

[ 編輯：吳定彥 ]