电镀镍工艺及药水解析

  普通镀镍又叫镀暗镍，大多数都用在电镀某些只要求保持本色的零件， 或仅考虑防腐蚀作用而不需考虑外观装饰的零件。暗镍镀液也用于电铸 等方面。

  镀镍层结晶细致，易于抛光，韧性好，耐蚀性比亮镍好，溶液具有 相当好的整平能力，能够大大减少毛坯磨光和省去工序之间抛光，有利于自 动化生产，加入添加剂(光亮剂)可以直接镀出半光亮和全光亮镀层，镀 液主要使用硫酸镍、少量氯化物和硼酸为基础。

  由于暗镍镀液为微酸性，因此，阴极上还有H离子还原为H2↑的副反

  0.2g/l时，阴极电流效率显 步降低到0.2A/dm2,将NO3-还原为铵根至溶

  (1)外观，应是结晶细致，呈略带淡黄色彩的银白色。不应有烧焦、 裂纹、起泡、脱皮、暗魔、麻点及条纹等缺陷。不应有未镀上的地方 (夹具印除外)。

  低电流密度区发黑，过多时 调pH至3，以0.05-0.1A/dm2电流密度电解

  镀层发脆出现黑条纹，低电 调pH至6，加5-10g/l碳酸钙至pH至6.3,在

  第二次世界大战以后（1945），随着汽车工业的迅速发展，半光亮 镀镍和光亮镀镍工艺发展非常迅速，然而，光亮镍经镀络后，其耐腐蚀和抗老化性能 远不如暗镍抛光和半光亮镍的好，所以促进了人们从镀层体系，耐腐蚀 机理、快速腐蚀试验方法和镀层质量评价标准等方面从事研究。

  研究工作的主要成果:(1) 美国哈夏诺（Har-shaw）化学公司的双层镀 镍工艺和美国尤迪莱特（Udylite）公司三层镀镍工艺的问世；(2) 60年代初 期在西欧（荷兰的N．V·丽塞奇公司）及美国的尤迪莱特公司几乎同时开发 出一种弥散镀层（复合镀层－镍封闭）。在镍的复合镀层上再镀铬，形成 微孔铬以提高镀层的耐腐的能力能。

  当阳极电流密度过高，镀液中又缺乏阳极活化剂时，将会发生阳极钝 化，并有析出氧气的副反应：

  2H2O － 4e = O2↑4H 加入C1-离子可以有效的预防阳极钝化，但也有几率发生析出氯气的副反应：

  (1)硫酸镍 是镀液的主要成分，是镍离子的来源，在暗镍镀液中，一 般含量是150g/L～300g/L。硫酸镍含量低，镀液分散能力好，镀层结晶细 致，易抛光，但阴极电流效率和极限电流密度低，沉积速度慢，硫酸镍

  含量高，允许使用的电流密度大，沉积速度快，但镀液分散能力稍差。 (2) 氯化镍或氯化钠

  只有硫酸镍的镀液，通电后镍阳极的表面很易钝化，影响镍阳极的 正常溶解，镀液中镍离子含量迅速减少，导致镀液性能恶化。加入氯离 子，能显著改善阳极的溶解性，还能提高镀液的导电率，改善镀液的分 散能力，因而氯离子是镀镍液中必不可少的成分。但氯离子含量不能过 高，否则会引起阳极过腐蚀或不规则溶解，产生大量阳极泥，悬浮于镀 液中，使镀层粗糙或形成毛刺。因此，氯离子含量应严控。在常温 暗镍镀液中，可用氯化钠提供氯离子。但有人对镀镍层结构的研究表明， 镀液中钠离子影响镍镀层的结构，使镀层硬而脆，内应力高，因此，在 其他镀镍液中为避免钠离子的影响，一般用氯化镍为宜。

  镍是一种带微黄的银白色金属，拥有非常良好的导电性能和导热性能。 1.1 基本物理特性：

  密度：8.9 g/cm3； 原子量：58.70 熔点：1452 ℃ 电极电位为: φ0 Ni2＋＝ －0.250 V 电化当量： Ni2＋ ＝ 1.095 g/(A·h) 1.2 基本化学特性： 镍在有机酸中很稳定，在硫酸、盐酸中溶解很慢，在浓硝酸中处于钝 化状态，但在稀硝酸中则不稳定。镍在空气中或在潮湿空气中比铁稳 定，在空气中形成透明的钝化膜而不再继续氧化，耐蚀性好。对钢铁 基体来说，由于镍的标准电极电势比铁正，钝化后电势更正，镍镀层 是阴极镀层。

  自1843年R．班特格尔（R．Bottger）发明镀镍以来，至今已有一百 多年的历史，随着生产的发展和科学技术的进步，各种镀镍电解液不断 出现和完善。1916年O．P．Watts提出了著名的瓦特型镀镍电解液，镀 镍工艺进入工业化阶段，瓦特型镀镍电解液至今仍是光亮镀镍、封闭镍 等电解液的基础。

  (3) 硼酸 在镀镍时，由于氢离子在阴极上放电，会使镀液的pH值逐 渐上升，当pH值过高时，阴极表面附近的氢氧根离子会与金属离子形成 氢氧化物夹杂于镀层中，使镀层外观和机械性能恶化。加入硼酸后，硼 酸在水溶液中会解离出氢离子，对镀液的pH值起缓冲作用，保持镀液 pH值相对来说比较稳定。除硼酸外，其他如柠檬酸、醋酸以及它们的碱金属盐类 也具有缓冲作用，但以硼酸的缓冲效果最好。

  (4) 导电盐 硫酸钠和硫酸镁是镀镍液中良好的导电盐。它们加入后，最 大的特点是使镀暗镍能在常温下进行。另外，镁离子还能使镀层柔软、 光滑、增加白度。一般来说，镀镍液中主盐浓度较高，因此，主盐兼起 着导电盐的作用。含氯化镍的镀液，其导电率更高，因此，目前除低浓 度镀镍液外，一般不另加导电盐。

  (5) 润湿剂 在电镀过程中，阴极上往往发生着析氢副反应。氢的析出， 不仅降低了阴极电流效率，而且由于氢气泡在电极表面上的滞留，会使 镀层出现针孔。为避免针孔产生，应向镀液中加入少量润湿剂，如十 二烷基硫酸钠。它是一种阴离子型的表面活性剂，能吸附在阴极表面上， 降低了电极与溶液间界面的张力，从而使气泡容易离开电极表面，防止 镀层产生针孔。对使用压缩空气搅拌镀液的体系，为减少泡沫，也可 加入如辛基硫酸钠或2-乙基已烷基硫酸钠等低泡润湿剂。

  (1)使用合格的硫酸镍 尤其注意锌杂质的含量，应先化验再使用，含 锌量高，低电流密度区发黑，难处理；

  (2)阳极可使用电解镍板或镍块(需用阳极套)； (3)经常测定并调整溶液的pH值； (4)杂质的影响和去除方法(见下表)

  (6) 镍阳极 除硫酸盐型镀镍时使用不溶性阳极外，别的类型镀液均采用 可溶性阳极。镍阳极种类很多，常用的有电解镍，铸造镍、含硫镍、含 氧镍等。在暗镍镀液中，可用铸造镍，也可将电解镍与铸造镍搭配使用。 为避免阳极泥进入镀液，产生毛刺，一般用阳极袋屏蔽。

  (7) pH值 正常的情况下，暗镍镀液的pH值可控制在4.5～5.4范围内，对

  阴极电流效率下降，镀层黑 在60℃时加入0.02-0.04g/l连二亚硫酸钠，

  而脆，含量达0.1g/l时，完 搅拌1h，调pH至5，静置过滤，加适量双

  降。因此，对瓦茨液来说，pH值一般应控制在3.8～4.4较适宜，通常只有

  在常温条件下使用的镀液才允许使用较高的pH值。 (8) 温度 根据暗镍镀液组成的不同，镀液的操作温度可在15℃～60

  镍镀层孔隙率较高，只有当镀层厚度超过25μm时，才是无孔的，所 以，一般不单独作为钢铁的防护性镀层，而是作为防护装饰性镀层体系 的中间层和底层。镍的硬度很高，镀镍层可提高制品表面硬度，表面耐 磨性。

  与镀锌、铜不同之处在于：镍不需要特殊的络合剂和添加剂，主要 由于镍是具备较强的极化作用，在强酸性介质中不可能把它沉积出来， 只可以使用弱酸性镀液；

  ℃的范围内变化。添加导电盐的镀液可以在常温下电镀。而使用瓦茨液 的目的是为了加快沉积速度，因此，可采用较高的温度。若其他条件相 同，通常提高镀液温度，可使用较大的电流密度而不致烧焦，同时镀层 硬度低，韧性较好。

  (9) 阴极电流密度 在瓦茨液中，通常阴极电流密度的变化，对镀层内 应力的影响不显著，从生产效率考虑，只要镀层不烧焦，一般都希望采 用较高的电流密度。

  (2)厚度检查 镀层厚度可用千分尺，深度规等直接测量，也可按 GB6462规定用显微镜法测定，或按GB4955规定用阳极溶解库仑法测定。

  (3)结合力 按GB5270规定试验后，镀层与基体、镀层与底层之间 结合良好，不应有任何分离。

  (4) 孔隙率 钢铁零件上镀镍层孔隙率试验方法为：将有一定湿强度 的滤纸条浸入一微热(约35℃)的、含50g/L氯化钠和50g/L明胶的溶液中， 然后将其干燥备用。

  以镀液种类来分，有硫酸盐、硫酸盐一氯化物、全氯化物、氨磺酸盐、 柠檬酸盐、焦磷酸盐和氟硼性盐等镀镍。由于镍在电化学反应中的交换 电流密度(i0)比较小，在单盐镀液中，就有较大的电化学极化。

  以镀层外观来分，有无光泽镍(暗镍)、半光亮镍、全光亮镍、缎面镍、 黑镍等。

  以镀层功能来分，有保护性镍、装饰性镍、耐磨性镍、电铸(低应力) 镍、高应力镍、镍封等。