化学镀的特点

化學鍍的特點、原理及應用一、特點化學鍍就是在不通電的情況下，利用氧化還原反應在具有催化表面的鍍件上，獲得金屬合金的方法。它是新近發展起來的一門新技術。美、英、日、德等國，其工業產值正以每年15%的速度遞增。它廣泛地應用於機械、電子、塑膠、模具、冶金、石油化工、陶瓷、水力、航空航太等工業部門，是一項很有發展前途的高新技術之一。其特點如下：1、表面硬度高，耐磨性能好：其表面硬度可在Hv0.1=550-1100kg/mm2（相當於HRc=55-72）的範圍內任意控制選擇。處理後的機械部件，耐磨性能好，使用壽命長，一般可提高3-4倍，有的可達8倍以上。2、硬化層的厚度極其均勻，處理部件不受形狀限制，不變形。特別適用於形狀複雜、深盲孔及精度要求高的細小及大型部件的表面強化處理。3、具有優良的抗腐蝕性能：它在許多酸、堿、鹽、氨和海水中具有很好的耐蝕性，其耐蝕性比不銹鋼要優越得多，如表（1）所示。表（1）Ni-12P合金鍍層在下列介質中的腐蝕速率腐蝕介質溫度℃腐蝕速率（mm/年）Ni-12P合金鏽鋼不銹鋼1Cr18Ni9Ti42%NaOH沸騰0.0481.545%NaOH20℃沒有0.537%HCl30℃0.141.5-1.810%H2SO430℃0.0311.510%H2SO470℃0.0481.5水（海水）3.5%鹽95℃沒有0.5-1.440%HF30℃0.01411.54、處理後的部件，表面光潔度高，表面光亮，不需重新機械加工和拋光，即可直接裝機使用。5、鍍層與基體的結合力高，不易剝落，其結合力比電鍍硬鉻和離子鍍要高。6、可處理的基體材料廣泛：可處理材料有各種模具合金鋼、不銹鋼、銅、鋁、鋅、鈦、塑膠、尼龍、玻璃、橡膠、粉末、木頭等。二、化學鍍鎳的分類（一）所有化學沉積法可以分成三類（廣義分類）：1．置換鍍（離子交換或電荷交換沉積）：一種金屬浸在第二種金屬的金屬鹽溶液中，第一種金屬的表面上發生局部溶解，同時在其表面自發沉積上第二種金屬。在離子交換情況下，基底金屬本身就是還原劑。使用最廣泛的基底金屬（Me1）是銅、鐵和鎳，而用得最多的鍍層金屬（Me2）則是金和銅。如將一隻鐵釘浸在硫酸銅溶液中，鐵釘上就鍍上薄薄一層銅。但它的實際應用是有限的，因為基底金屬的表面一旦被溶液中的金屬（Me2）覆蓋，過程馬上停止。所以其最大厚度是很小的，而且結合力沒有真正的化學鍍那麼好。由於鍍層品質差，厚度有限，所以應用非常有限。2．接觸鍍：將欲鍍的金屬與另一種金屬或另一塊相同金屬接觸，並沉浸在沉積金屬的鹽溶液中的沉積法。當欲鍍的導電基底表面與比溶液中待沉積的金屬更為活潑的金屬接觸時，便構成接觸沉積。在基底和接觸金屬之間形成了原電池對，其中接觸金屬是陽極，發生溶解，而欲鍍基底起陰極的作用，金屬便沉積到它的上面。此法與電沉積反應相同，所不同的是電流來自化學反應，而不是由外電源提供。此法幾乎沒有實用意義，但是，它對在無催化活性基底上引發化學沉積，起到“反應起動劑”的作用上，具有重要意義。3．真正的化學鍍：從含有還原劑的溶液中沉積金屬。下面我們所提的化學鍍鎳即為此種。（二）化學鍍鎳的分類：1．按鍍液的PH值分類：有酸性、中性和鹼性三類。2．按沉積溫度分類：有低溫、中溫、高溫三類。3．按合金成分分類：有低磷、中磷和高磷三類。4．按所用還原劑分類：有Ni-P、Ni-B等。三、化學鍍鎳的原理化學鍍鎳是利用鎳鹽溶液在強還原劑次亞磷酸鈉的作用下，使鎳離子還原成金屬鎳，同時次亞磷酸鹽分解析出磷，因而在具有催化表面的鍍件上，獲得NI-P合金鍍層。關於其氧化-還原機理的解釋有許多理論論述。對於以次亞磷酸鹽還原鎳離子的總反應可以寫成：3NaH2PO2+3H2O+NiSO4————3NaH2PO3+H2SO4+2H2+Ni(1)同樣的反應可以寫成如下離子式：2H2PO2-+Ni2++2H2O————2H2PO3-+H2+2H++Ni(2)或寫成另一種形式：Ni2++H2PO2-+H2O————Ni+H2PO3-+2H+(3)所有這些反應都發生在催化活性表面上，需要外界提供能量，即在較高的溫度（60≤T≤95℃）下，除了金屬鎳之外，還形成分子氫。此外，形成的氫離子使鍍液變得更加酸性，同時還生成亞磷酸離子H2PO3-。根據G.古祖才特（G.Gutzeit）的理論，提出了如下的分部反應：H2PO2-+H2O————H2PO3-+H++2H吸附（4）Ni2++2H吸附———Ni+2H+（5）2H吸附————H2（6）H2PO2-+H————H2PO3-+H2（7）H2PO2-+H吸附————H2O+OH-+P（8）3H2PO2-————H2PO3-+H2O+2OH-+2P（9）所有上述階段，實際上還有其他一些，在整個還原反應中是同時發生的。速率取決於鍍液成分、PH和溫度以及其他因素。從方程（5），（8），（9）可以看到，除了鎳以外，還形成磷，它與鎳一起形成鍍層成分。因而用次亞磷酸鹽反應形成的化學鍍鎳層實際上是含3-15%磷的鎳磷合金。同時也可看出上述反應過程包括幾個相互競爭著的氧化還原反應，它們是：Ni2++H2PO2-+H2O————Ni+H2PO3-+2H+（10）H2PO2-+H————H2O+OH-+P（11）H2PO2-+H2O————H2PO3-+H2（12）這些競爭著的反應表明，如槽液溫度不變，那麼PH值高，有助於式（10）反應的進行，即是鎳的還原速度升高，磷的還原速度下降，得到鍍層其磷含量下降；反之，PH值低，有助於式（11）、（12）兩反應的進行，即鎳的還原速度下降，磷還原速度升高，析氫量變大。四、化學鍍鎳鍍液1．鍍液的組成：化學鍍鎳溶液的組成包括：鎳離子，絡合劑、緩衝劑、加速劑、還原劑、穩定劑、濕潤劑、光亮劑、去應力劑、PH調整劑等。（1）鎳離子：為鍍層金屬的來源，主要有硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳、磺酸鎳等。（2）絡合劑：形成鎳的絡合物或整合物，防止鎳離子濃度過量，從而穩定溶液，阻止亞磷酸鎳沉澱，還起PH值緩衝作用。如羥基乙酸（乙醇酸）、氨基乙酸、乳酸、羥基丁二酸、檸檬酸、酒酸及其鹽類。（3）緩衝劑：長期控制PH值，使其穩定。如乙酸、乙酸鈉、硼酸等。（4）加速劑：活化次亞磷酸鹽離子，加速沉積反應的進行。如某些1-和2-羧酸陰離子、氟化物、硼酸鹽等。（5）還原劑：主要有次亞磷酸鈉，硼氫化鈉，二甲基胺硼烷，二乙基胺硼烷，聯氨等。（6）穩定劑：通過吸附遮敝催化活性核心，防止鍍液分解。如Pb、Sn、鉬、Cd或鉈離子、硫尿等。（7）濕潤劑（表面活性劑）：提高鍍件表面的浸潤性，如離子或非離子表面活性劑。（8）光亮劑：增強化學鎳層的光亮度，提高裝飾效果。主要有丁炔二醇、炔丙醇、、、、等。（9）去應力劑：降低鍍層的內應力（張應力），提高鍍層與基體的結合力。如糖精等。（10）PH值調整劑：連續調整PH值。如H2SO4、HCl、NaOH、氨水等。2．一些酸、鹼性化學鎳槽液示例：（1）酸性槽液：硫酸鎳：23g/l，次亞磷酸鈉：18g/l，乳酸：20g/l蘋果酸：15g/l，Pb：1mg/l，PH：5.2（NaOH調節）溫度：85-90℃。（2）鹼性槽液：硫酸鎳：32g/l；次亞磷酸鈉：15g/l；檸檬酸鈉：84g/l；氯化銨：50g/l；NH4OH：60g/l；PH：9.3溫度：89℃。五、化學鍍鎳的應用化學鍍鎳主要應用於下列幾種不同情況：（1）耐磨性；（2）耐蝕、耐熱性；（3）光亮性、脫模性；（4）潤滑性；（5）焊接性；（6）電磁及導電性；（7）磨損或超差表面的加厚和修復等。如表（2）所示。表（2）化學鍍鎳的應用範圍應用部門基體金屬鍍層厚度（μm）使用原因一、汽車工業噴油嘴鋼15-28耐磨汽化器元件鋼15耐蝕同步齒輪蒸銅15-38耐磨球形支柱鋼25耐磨減震緩衝器鋼10-15耐蝕和潤滑制動元件鋼10-15耐磨、耐蝕和潤滑齒輪與齒輪元件滲碳鋼25磨損表面加厚、耐磨萬向節鋼38耐磨散熱器鋁10耐蝕、釺焊、均勻厚度裝飾零件5-18耐蝕、裝飾燃油泵及活塞鋁合金25耐磨傳動軸鋼30耐磨二、模具和鑄模鋅鑄模合金鋼25μm耐磨和零件脫模玻璃模鋼50μm耐磨和零件脫模注塑模合金鋼15μm耐蝕和零件脫模塑膠擠壓模合金鋼25μm耐蝕、耐磨和零件脫模擠壓模鋼25-50μm耐磨和脫模衝壓模鋼20-25耐磨橡膠模鋼20-25耐蝕、脫模三、紡織機件紡織輥筒鋁50耐磨導紗筒鋁40耐磨編織針鋼15-130耐磨噴絲頭不銹鋼25耐蝕、耐磨送料和導向杆鋼50耐磨紡織刮板鋼12耐磨擠壓噴嘴鋼18-130耐磨大型針盤、針筒45#鋼20-25耐磨四、化學和石油工業壓力容器鋼50耐蝕反應器鋼100耐蝕和產品純度攪拌機軸鋼38耐蝕泵和轉子葉片鑄鐵/鋼75耐蝕和磨蝕熱交換器鐵75耐蝕篩檢程式元件鐵25耐蝕和磨蝕渦輪葉片鋼75耐蝕和磨蝕壓氣機和轉子葉片鋼/鋁125耐蝕和耐磨各種形式閥門鋼75耐蝕和潤滑閥門不銹鋼25耐磨、防粘結和防應力腐蝕節流和控制閥鋼/不銹鋼75耐磨、防粘結和防應力腐蝕油田工具鋼75耐蝕、耐磨油管和泵鋼50耐蝕、耐磨鑽探泥漿泵合金鋼75耐蝕和防應力腐蝕防噴裝置合金鋼75耐蝕、耐磨五、航空和航太工業除水閥鋼/鋁合金40-50耐磨燃氣渦輪機軸鋼50-80耐磨、厚度均勻渦輪鏟葉鋼40-75耐磨、耐沖蝕擴散器殼鋼/鋁40-50防蝕、防沖蝕多向接頭鋼/鋁25耐磨直升飛機槳葉及安全螺栓鋼25-30耐磨、耐應力腐蝕齒輪箱殼體鋼25-30防腐蝕和沖蝕軸頸軸承鋁38耐磨和厚度均勻伺服閥鋼18耐蝕、均勻和潤滑壓縮機葉片合金鋼25耐磨、耐蝕活塞頭鋁25耐磨起落架元件鋁130-200超差表面加厚油嘴元件鋼25耐蝕和均勻六、電子工業電腦傳動機構鋁18耐蝕和耐磨記憶磁鼓和盤鋁25耐蝕和耐磨底座（底盤）鋁/銅12-38耐蝕和釺焊性散熱片鋁10耐蝕和釺焊開關裝置2．5-30耐磨、耐蝕軟碟7.5-25.4陶瓷電容器陶瓷5-18電阻器2.5-18磁片機5-75EMI遮罩0.5-0.75電子零件銅、鋁2.5-18防蝕、釺焊插塞式接頭Fe-Al-Mo合金Ni-P:45,硬Au:3防蝕塑膠機殼塑膠Cu:2,Ni-P:1遮罩高頻輻射電腦機械裝置外殼Al合金Ni-12P:12耐蝕、耐磨、無磁性手機外殼Al-Mg合金10-12黑Ni耐磨、耐蝕、裝飾微波諧振器Al-Mg合金15-20抗振、耐蝕薄膜電阻陶瓷0.25-50高精度，高熱穩定電阻率電容器元件陶瓷5-10導電、釺焊壓電陶瓷元件8-12導電、抗振、釺焊七、材料加工機械擠壓柱和筒鋼25耐蝕、耐磨和潤滑擠壓機合金鋼75耐磨、耐蝕齒輪和離合器鋼25耐磨表面加厚衝擊機械零件鋼30耐磨鑄鋼輪鋼25耐蝕、耐磨有槽鋁軌鋁30耐磨有槽孔的鋁零件鋁30耐磨波紋管鋼、黃銅、彈性材25耐磨、耐疲勞料擠壓機螺杆鋼60耐磨八、印刷工業印刷缸筒鋼30耐磨、耐氯化物腐蝕印刷輥筒鋼50光亮、耐磨、耐蝕壓模台鋼/鑄鐵38耐磨、耐蝕九、礦山機械礦井支柱鋼40耐蝕、耐磨液壓系統鋼60耐蝕、耐磨噴射泵頭鋼60耐蝕、耐磨管子接頭鋼60耐蝕汽車吊車液壓缸鋼50耐磨、耐蝕十、其他鐘錶齒輪15-20耐磨噴槍20-30耐磨、耐沖蝕沐浴器托架手柄15耐蝕射擊運動槍開關及手柄鋁30耐蝕、耐磨、保持花紋美觀一次成像照相機壓輥鋼16清洗機加熱圈鋼25防蝕食品用盤式加熱器鋼12清潔、容易取食品精密工具合金鋼12耐磨、乾淨屜帶式鋸齒工具鋁25耐磨、耐蝕