化學鍍鎳的發展趨勢及應用

楊東方，裴和中，尹作升，張國亮

（昆明理工大學材料科學與工程學院，云南 昆明 650093）

化學鍍鎳的發展趨勢及應用

楊東方*，裴和中，尹作升，張國亮

（昆明理工大學材料科學與工程學院，云南 昆明 650093）

介紹了化學鍍鎳的發展趨勢及應用，主要包括化學鍍鎳液成分的合金化、稀土化，添加劑復合化，生產自動化及環境友好化等。

化學鍍鎳；合金化；稀土；自動化；環境保護

1 前言

化學鍍鎳工藝簡便，成本低廉，鍍層厚度均勻，可大面積涂覆，鍍層可焊姓良好，若配合適當的前處理工藝，可以在高強鋁合金[1]和超細晶鋁合金[2]等材料上獲得性能良好的鍍層，因此在表面工程和精細加工領域[3-4]得到了廣泛應用。本文闡述了化學鍍鎳的發展趨勢及應用情況。

2 鍍液成分

2. 1 合金化

隨著工業發展，人們對鎳磷合金的要求也越來越高，傳統的Ni–P合金鍍層已不能滿足生產需要，三元或多元合金鍍層是目前的研究熱點。加入錫離子后，獲得的鍍層為非晶態組織，并且具有良好的延展性、焊接性和壓應力性，較好地改善了鎳磷合金的性能。實驗證明，在酸性環境下Ni–Sn–P合金鍍層的耐蝕性遠超Ni–P合金鍍層，且其鍍液的穩定性也明顯提高[5-6]。銅離子的加入能提高化學鍍后熱處理的晶化轉變溫度和材料的硬度、耐蝕性，組織為81.2%(質量分數，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，同時晶粒更加細化、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鍍鎳層性能的主要途徑之一。

2. 2 稀土化

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

2. 3 添加劑復合化

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

3 生產工藝控制

3. 1 生產自動化

采用連續流動分光光度原理研制出的化學鍍鎳液中硫酸鎳和次磷酸鈉在線自動分析儀[19]是一種集鍍液過濾、加熱和副產物離子去除于一體的化學鍍設備，能精準地控制成分和工藝，實現自動化生產及控制，能滿足工業生產需要。

3. 2 環境友好化

隨著人們的環境意識逐漸增強，化學鍍廢水處理已成為了必須面對的問題。目前典型的化學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]。現階段通常采用化學處理法、電解法、離子交換法、電滲法析及以上幾種方法的聯合使用[20-24]來進行控制。綠色環保的化學鍍鎳工藝必然是今后研究的方向。

3. 3 化學鍍后處理

化學鍍鎳磷合金鍍層有些時候也不盡如人意，為了達到理想的使用狀態，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結構，300 °C熱穩定性良好，345 °C開始晶化，400 °C時完全轉化成亞穩相Ni5P2，440 °C時進一步轉變成穩定的Ni和Ni3P相[25-26]。此外，為了提高鍍層耐蝕性和美觀程度，還可以采用由強氧化劑、成膜劑配制的溶液對鍍層進行黑化處理。

4 結語

化學鍍鎳層具有優良的物理化學性能，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用[27]；另外，在化學鍍鎳過程中鍍液成分無法精準控制。這些還有待進一步研究。

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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，實驗師，主要研究方向為快速原型和表面工程。

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

[ 編輯：吳定彥 ]