镍是银白色微黄的金属,具有铁磁性,密度8.902g/cm2,熔点为1453℃。金属镍易溶于稀硝酸,难溶于盐酸和硫酸,在硝酸中处于钝化状态。在空气中镍与氧作用,表面迅速生成一极薄的钝化膜,能抵抗大气,碱和一些酸的腐蚀。
镍与强碱不发生作用,镍的标准电极电位为-0.25V,镀镍的应用很广,可分为防护装饰性和功能性两方面。
3.1 普通镀镍(暗镀)
3.1.1 普通镀镍的分类
普通电镀镍又称暗镍工艺,根据镀液的性能和用途,普通镀镍可以分为低浓度的预镀液、普通镀液、瓦特液和滚镀液等。
①预镀液:经预镀可保证层与铜铁基体和随后的镀铜层结合力良好。
②普通液:该镀液的导电性好,可在较低温度下电镀,节省能源,使用比较方便。
③瓦特液:满足小零件的电镀,但镀液必须要有良好的导电性和覆盖能力。
④滚镀镍:和瓦特液就镍电沉积的机理来说,基本是一样的,但是滚镀镍通常要求有良好的导电性能和较好的低电流密度区沉积性能。
3.1.2 镀液配制方法
根据容积计算好所需要的化学药品,分别用热水溶解,混合在一个容器中,加蒸馏水稀释到需体积,静置到所需体积,静置澄清,用虹汲法或过滤法把镀液引入镀槽,再加入已经溶解的十二基硫酸钠溶液,搅拌均匀,取样分析,经调整试镀合格后,即可生产。
3.1.3 镀镍用阳极
镍阳极材料的纯度是电镀中最重要的条件,镍的含量>99%,不纯的阳极导致镀液污染,使镀层的物理性能变坏。
在镀镍中比较适宜的镍阳极有以下几种:
①含碳镍阳极;
②含氧镍阳极;
③含硫镍阳极。
3.2 光亮镍
镀光亮镍有很多优点,不仅可以省去繁重的抛光工序,改善操作条件,节约电镀和抛光材料,还能提高镀层的硬度,便于实现自动化生产,但是光亮镀镍层中含硫,内应力和脆性较大,耐蚀性不如镀暗镍层,为了克服这些缺点,可采用多层镀镍工艺,使镀层的机械性能和耐蚀性得到显著的改善。
3.3 高硫镍
高硫镍一般含量为0.12~0.25%。这种镍具有比铜,铜锡合,暗镍,光亮镍,半光亮镍,铬等都高的电化学活性。高硫镍镀层主要用于钢,锌合金基体的防保-装饰性组合镀层的中间层,其原理是上层这镍比下层半亮镍含硫量高,因而使两层间的电位差到100~140mV,这样使双层镍由单层镍的纵向腐蚀转变为横向腐蚀,构成对钢铁基体的电化学保护作用。
3.4 镍封
镍封是在一般光亮镍液中加入直径在0.01~1um之间的不溶性固体微粒(SiO2等),在适当的共沉积促进剂帮助下,使这些微粒与镍共沉积SiO2等),在适当的共沉积促进剂帮助下,使这些微粒与镍共沉积而形成复合镀镍层。当在这种复合镀镍层表上沉积铬层时,由于复合镀镍层表面上的固体微粒不导电,铬不能沉积在微粒表面上,因而在整个镀铬层上的形成大量微孔,即形成微孔铬层。
表面存大的大量微孔,可在很大程度上消除普通铬层中存的巨大内应力,因而减少了镀层的应力腐蚀,尤为重要的是铬层上的大量微孔,将铬层下面的镍层大面积地暴露出来,在腐蚀介质的作用下,铬与镍组成腐蚀电池,铬层为阴极,微孔处暴露的镍层为阳极而遭腐蚀,从而改变了大阴极小阳极的腐蚀模式,使得腐蚀电流几乎被分散到整个镀镍层上,从而防止了产生大而深的直贯基体金属的少量腐蚀沟纹和凹坑,并使镀层的腐蚀速度减小,且向横向发展,因而保护了基体金属,显著的提高了镀层的耐腐蚀性能。
3.5 缎面镍
缎面镍又叫缎状镍。缎面镍与镍封工艺没有本质的区别。它具绸缎状的外观,镀络后不会像光亮镍镀层镀铬那样有闪光,因而人眼注视后不会觉得疲劳,可以作为避免光线反射的防眩镀层。这类镀层在汽车反光镜,车辆内部注视零件,医疗手朮器械,机床零件,眼镜镜框等表面已得到广泛应用。
3.6 高应力镍
在特定的镀镍液中加入适量的添加剂,能获得应力较大的容易龟裂成微裂纹的镍层,这种镍层,叫做高应力镍。
高应力镍是在光亮镍的表面上再镀一层1um左右的镍层。由于高应力镍的内应力大,所以在它的表面按常规再镀0.2~0.3um的普通铬层后,在铬层与高应力镍应力的相互作用处,高应力镍层即产生大量微裂纹,并导致铬层表面也形成均匀的微裂纹。与镍封一样,铬层成为微间断铬,只是由高应力得到的是微间断铬,在腐蚀介质的作用下,这些裂纹部位殂成无数个微电池,使腐蚀电流分散在微裂纹处,从而使整个镀层的而蚀性能得到明显的提高,见下图
3.7 镀多层镍
镀多层镍是在同一基体上,选用不同的镀液成分及工艺条件,获得二层或三层的镀镍层,目的是在不增加镍层厚度或减低镍层的基础上,增加镍层的耐蚀能力。目前在生产上应用较多的多层镍/铬组合层体系有:
组合层数 | 组合方式 |
---|---|
双层镍 | 半光亮镍/光亮镍/铬 |
三层镍 | 半光这镍/高硫镍/光亮镍/铬 |
半光这镍/光亮镍/镍封/铬(微孔铬) | |
半光这镍/光亮镍/高应力镍/铬(微裂纹铬) |
3.8 氨基磺酸盐镀镍
氨基磺酸盐镀镍的主要优点是所得到的电镀层应力低,镀液沉积速度快,但价格较贵,用于电铸和印刷电路板镀金前镀镍。
3.9 柠檬酸盐镀镍
柠檬酸盐镀镍工艺主要用于锌压铸件的电镀。主要的维护措施是:控制硫酸镍与柠檬酸盐之比在1:1.1~1.2,温度不可过高,以防止柠檬酸盐分解,严格控制pH值,零件入槽进采用冲击电流(2~3A/dm2)以保证结合力良好。