HN-3010化学镀镍工艺

摘要：本文简要介绍了HN-3010化学镀镍工艺的操作维护要点及各成分作用。详细讨论了工艺参数对化学镀镍的影响，介绍了镍离子含量的分析方法及常见故障的处理方法。

关键词：化学镀镍 镍-磷合金

1.前言：

化学镀镍工艺是通过金属离子自催化还原，在金属表面沉积出厚度均匀的镍及镍合金镀层的一种表面处理方法。化学镀镍真正大规模工业应用是在上个世纪七十年代末期，最初是用次亚磷酸钠为还原剂得到的含磷5~8%(重量)的中磷镀层，而后又发展出含磷9~12%(重量)的高磷非晶态镀层，和含磷1~4%(重量)的低磷镀层。后来又开发出了以硼氢化钠为还原剂的Ni-B合金镀层，和以肼为还原剂的纯镍镀层。

目前化学镀镍的还原剂仍以次亚磷酸钠为主。Ni-P合金镀层以其优异的耐蚀性、耐磨性、可焊接性以及镀层厚度均匀，在表面处理行业得到广泛地应用。

我公司经多年精心研制的HN-3010化学镀镍工艺，镀层为磷含量7~10%(重量) 的中磷镀层，具有优良的耐蚀性、耐磨性、可焊接性以及镀层厚度均匀等优点。工艺稳定可靠，适用于电子元件及其它工业领域的应用。

2. HN-3010化学镀镍工艺基本特点：

2.1

HN-3010化学镀镍溶液以三种浓缩液A、B、C的方式供应给用户。

2.2

镀层磷含量7~10%(重量) 属中磷，比重7.80~7.90g/cm3，电阻率60~90µΩ/cm，硬度：镀态500~600HV，400℃保温1~2h热处理后900~1000HV，色泽全光亮。

2.3

有高的沉积速度：15~22µm/h。

2.4

可在操作温度下调整镀液pH值和镀液成分，连续操作，使用方便，生产效率高。

2.5

镀液金属杂质容忍量高。镀液稳定性高，使用寿命长。可挂镀、滚镀，适应性强。

2.6

镀层光亮度高，可焊性优良。

3. HN-3010化学镀镍工艺流程：

化学除油→清洗→酸洗→水洗→蒸馏水洗→化学镀镍→水洗→钝化→干燥→检验

HN-3010化学镀镍溶液偏酸性，本身无除油能力，因此对于前处理的要求比普通的电镀生产要严格。除油、酸洗更应干净彻底。入槽前应用蒸馏水浸洗工件，减少杂质的带入。大型工件应在热的蒸馏水中预浸，可减少镀液温度的波动。

在常用的金属材料中，镍、铂等金属属于本征催化活性材料[1]，可在HN-3010化学镀镍溶液中直接化学镀镍。而铜、铁、铝等属于无催化活性材料，在HN-3010化学镀镍溶液中，铁件可在溶液中先通过置换反应，把镍离子还原成金属镍，成为化学镀的成核中心，从而化学镀镍反应得以持续进行;铝件表面因为有氧化膜的存在，所以必须经浸锌处理才能得到结合力满意的化学镍镀层;单独将铜件浸于HN-3010化学镀镍溶液中是不会有镍沉积的，因为铜在HN-3010化学镀镍体系中不属于本征催化活性金属材料，而铜又比镍稳定，不能置换溶液中的镍离子，在镀铜件时，可用比镍活泼的金属(如铁)来引发化学镀反应。有些金属材料中含铅、镉、硫、锡、砷等金属离子，是可能在HN-3010化学镀镍体系有毒化作用的金属离子，在实施化学镀之前应采用电镀镍等方式预处理，防止重金属离子毒化镀液，使镀液失效。

4. HN-3010化学镀镍溶液配制：

4.1

将50%(体积)的蒸馏水或去离子水注入镀槽，加入HN3010 A 9%(体积)，搅拌均匀;加入HN3010 B 15%(体积)，搅拌均匀;加蒸馏水或去离子水至体积，搅拌均匀，即可升温使用。

4.2

正常情况下，按上述比例配制成的溶液pH值即达到最佳值(pH=4.8)，必要时可用10%的氨水(NH3·H2O)或10%硫酸(H2SO4)调整。所用试剂必须用分析纯或化学纯。

5. 镀液中各成分的作用：

5.1

HN-3010 A为深绿色透明液体，主要成分是硫酸镍，向溶液中提供Ni2+，在施镀过程中需不断补加。有些用户自己配制镀液时，由于所选用的材料不当，所含杂质过多，在镀液中不断积累浓缩，逐渐影响镀液性能，造成镀速下降，镀液使用寿命下降，甚至使镀液报废，所镀的镀层的外观、耐蚀性也不佳。所以说对于原料的选择较为重要。

5.2

HN-3010 B为淡黄色透明液体，主要成分为还原剂、络合剂、pH调节剂、pH缓冲剂、稳定剂及光亮剂等等。

还原剂为次亚磷酸钠。以次磷酸盐还原镍离子的分部反应为[2]：

H2PO2—+H2O催化供给能量——→H2PO3—+H++2H吸附

Ni2++2H吸附→Ni0+2H+

2H吸附→H2

H2PO2—+H2O催化供给能量——→H2PO3—+H2

H2PO2—+ H吸附→H2O+OH-+2P

3H2PO2—催化供给能量——→H2PO3—+H2O+2OH-+2P

次亚磷酸在受热时会发生歧化反应，生成磷的最高价和最低价磷化物，

反应式：4H3PO2 2PH3 +2H3PO4，

同时还生成H3PO3、P、P2H4等磷化物。说明在镀液达到工作温度后不论有没有催化金属的存在次亚磷酸钠都将发生反应，所以应避免镀液长期空载，造成不必要的损失。

络合剂种类繁多，镀液中也往往不止一种络合剂，通常是两种或两种以上的络合剂协同作用。络合剂主要作用为防止镍盐析出，增加镀速，提高稳定性，延长镀液使用寿命，并改善镀层质量。

稳定剂的作用非常重要，它的性质、含量将直接关系到镀液的稳定性、镀液使用寿命及镀层质量。早期的配方中常常用一些重金属盐如Pb2+、Sn2+、Sb3+及含硫的有机物或无机物，它们有一定的稳定作用，但效果不持久，消耗量大，镀层也有发暗的现象。我们采用的是一类水溶性的有机物作为镀液的稳定剂，大大提高了镀液的稳定性和使用寿命。

PH调节剂一般用氨水，而很少用NaOH，因为使用NaOH会使镀液中Na+离子积累，从而加快了NaSO4的积累速度，降低了镀液的使用寿命。

早期的光亮剂多使用重金属盐如Cd2+、Ti+甚至是Cu2+，这些金属离子不但具有光亮作用而且还可以兼作稳定剂，但其光亮效果不太明显，对镀层的物理性能也有影响。我们采用的有机物光亮剂不

仅光亮度高，出光快，且有一定的微观整平能力，所得镀层的光亮度更好。但化学镍毕竟不能象普通电镀镍一样能得到镜面光亮的镀层，它的光亮度主要还是取决于底层基体的光亮度，底层越平整，其表面的化学镍层光亮度越好。所以若对加工面有较高亮度要求的工件，可以采用抛光、电镀光亮镍(铜)等方法使其表面达到一定的光亮度后再进行化学镀。

5.3

HN-3010 C为淡黄色透明液体，为B剂的补加液，其主要成分和B剂一样。只是在工作时和A剂按1︰1补加。

6.工艺条件：

范 围 最 佳 值

温度 85℃～91℃ 88℃

pH 4.6～5.1 4.8

装载量 0.5～1.7dm2/L 1.0dm2/L

过滤连续循环过滤1~5µm过滤芯

搅拌工件移动、槽液流动或空气搅拌

7.工艺条件的控制：

7.1

温度：化学镀镍工作温度是影响镀层质量的一个重要指标，一般镀液温度波动应控制在2℃以内。在较高的温度下，镍的沉积速度快，镀层中含磷量偏低，镀层的孔隙较多，耐蚀性差，镀液也容易分解。HN-3010化学镀镍工艺，在65℃以上才有可见的反应出现，有少量的析氢，温度在80℃时才有约8~10µm/h的沉积速度，在85~95℃的范围内，镀速为15~22µm/h。温度上升10℃镀速几乎提高了一倍。HN-3010化学镀镍工艺的温度范围在85℃～91℃。更高的温度使次亚磷酸钠自分解加剧，缩短镀液的使用寿命。一般新开缸的镀液工作温度控制在86~88℃，工作一段时间后可调至88~90℃工作。对于大型工件应在入槽前预后再下槽，以免降低了镀浴温度，影响镀层质量。

7.2

pH值：pH值的高低将影响镀液和镀层的各项性能指标。PH值高，沉积速度快，镀层中含磷低，镀液稳定性差，易分解。反之pH值低，镀速慢，镀层含磷高，镀液稳定。镀液在工作过程中，氢离子作为化学镀反应的产物进入镀液中，镀液的pH值将不断下降。即便是有大量缓冲剂存在的条件下，也必须按时用稀氨水(NH3·H2O)调整pH值。HN-3010化学镀镍工艺要求的pH值范围是4.6～5.1，新开缸的镀液pH值可略低一点4.6~4.8，老镀液可适当调高至4.8～5.0。

8. 镀液成分的补充和调整：

8.1在最佳施镀工艺参数条件下，镀液补充添加量如下：

HN3010 A：镀液总体积×0.020(L/h); HN3010 C：镀液总体积×0.020(L/h)。

8.2 通过分析确定A剂的添加量：在氨性溶液中，以紫脲酸胺为指示剂，用EDTA标准溶液滴定镀液中镍离子百分含量。

8.2.1试剂：

(1)氨水 分析纯

(2)紫脲酸胺指示剂

(3)标准0.05M EDTA溶液

8.2.2分析方法：

用10ml胖肚移液管吸取10ml镀液于250ml锥形瓶中，先加100ml蒸馏水，再加10ml氨水，最后加入紫脲酸胺指示剂少许，以0.05M EDTA溶液滴定至由棕黄色变为紫色为终点。近终点时，滴定速度应放慢。

8.2.3计算方法：

W=MV×0.9795×100%

式中： W——镀液中镍离子的百分含量 M——标准EDTA溶液的摩尔浓度

V——消耗标准EDTA溶液的毫升数 0.9795——常数

镍离子百分含量于A剂、C剂添加量对照表

如Ni分析百分数W不在表内标准点上，可按如下公式计算：

HN3010 A(ml/L)：(100-W)×0.90;

HN3010 C(ml/L)：(100-W)×0.90

8.3考虑到工件带出的损失，应在每个循环周期结束时加入HN3010 A 和HN3010 B，加入量为开缸量的5%～15%，或通过分析确定添加。

8.4补充添加方法：可以在工作温度下直接分别添加浓缩液A、浓缩液C。不得将浓缩液直接倒在工件上，添加应在搅拌条件下缓慢进行。当镍离子消耗了开缸量的10%即应补加A剂和C剂，否则溶液中镍离子浓度太低，将得不到镀层。

9.常见故障分析：(见下表)