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化學鎳中磷含量的多少對鍍層的影響

發布時間:2022-06-07 16:36:30

❶ 化學鎳金的工藝控制

1 除油缸
一般情況﹐PCB沉鎳金採用酸性除油劑來處理制板﹐其作用在於去除銅面之輕度油脂及氧化物﹐達到銅面清潔及增加潤濕效果的目的。它應當具備不傷Soider Mask(綠油)﹐低泡型易水洗的特點。
除油缸之後通常為二級市水洗﹐如果水壓不穩定或經常變化﹐則將逆流水洗設計為三及市水洗更佳。
2 微蝕缸
微蝕的目的在於清潔銅面氧化及前工序遺留殘渣﹐保持銅面新鮮及增加化學鎳層的密著性﹐常用微蝕液為酸性過硫酸鈉溶液。
Na2S2O8﹕80~120g/L
硫酸﹕20~50ml/L
沉鎳金生產也有使用硫酸雙氧水或酸性過硫酸鉀微蝕液來進行的。
由於銅離子對微蝕速率影響較大﹐通常須將銅離子的濃度控制有5~25g/L﹐以保證微蝕速率處於0.5~1.5μm﹐生產過程中﹐換缸時往往保留1/5~1/3缸母液(舊液)﹐以保持一定的銅離子濃度﹐也有使用少量氯離子加強微蝕效果。
另外﹐由於帶出的微蝕殘液﹐會導致銅面在水

洗過程中迅速氧化﹐所以微蝕後水質和流量以及浸泡時間都須特別考慮。否則﹐預浸缸會產生太多的銅離子﹐繼而影響鈀缸壽命。所以﹐在條件允許的情況下(有足夠的排缸)﹐微蝕後二級逆流水洗之後﹐再加入5%左右的硫酸浸洗﹐經二級逆流水洗之後進入預浸缸。
3 預浸缸
預浸缸在製程中沒有特別的作用﹐只是維持活化缸的酸度以及使銅面在新鮮狀態(無氧化物)下﹐進入活化缸。
理想的預浸缸除了Pd之外﹐其它濃度與活化缸一致。實際上﹐一般硫酸鈀活化系列採用硫酸作預浸劑﹐鹽酸把鈀活化系列採用鹽酸作預浸劑﹐也有使用銨鹽作預浸劑(PH值另外調節)。否則﹐活化製程失去保護會造成鈀離子活化液局部水解沉澱。
4 活化缸
活化的作用是在銅面析出一層鈀﹐作為化學鎳起始反應之催化晶核。其形成過程則為Pd與Cu的化學置換反應。
從置換反應來看﹐Pd與Cu的反應速度會越來越慢﹐當Pd與Cu完全覆蓋後(不考慮浸鍍的疏孔性)﹐置換反應即會停止﹐但實際生產中﹐人們不可能也不必要將銅面徹底活化(將銅面完全覆蓋)。從成本上講﹐這會使Pd的消耗大幅大升。更重要的是﹐這容易造成滲鍍等嚴重品質問題。
由於Pd的本身特性﹐活化缸存在著不穩定這一因素﹐槽液中會產生細微的(5m濾芯根本不可能將其過濾)鈀顆粒﹐這些顆粒不但會沉積在PCB的Pad位上﹐而且會沉積在基材﹑綠油以及缸壁上。當其積累到一定程度﹐就有可能造成PCB滲鍍以及缸壁發黑等現象。
影響鈀缸穩定性的主要原因除了葯水系列不同之外﹐鈀缸控制溫度和鈀離子濃度則是首要考慮的問題。溫度越低﹐鈀離子濃度越低﹐越有利於鈀缸的控制。但不能太低﹐否則會影響活化效果﹐引起漏鍍發生。
通常情況下﹐鈀缸溫度設定在20~30℃﹐其控制范圍應在±1℃﹐而鈀離子濃度則控制在20~40ppm﹐至於活化效果﹐則按需要選取適當的時間。
當槽壁及槽底出現灰黑色的沉積物﹐則需硝槽處理。其過程為﹕
加入1﹕1硝酸﹐啟動循環泵2小時以上或直到槽壁灰黑色沉積物完全除去為止。適當時可考慮加熱﹐但不可超過50℃﹐以免空氣污染。
另外﹐也有人認為活化帶出的鈀離子殘液在水洗過程中會造成水解﹐從而吸附在基材上引起滲鍍﹐所以﹐應在活化逆流水洗之後﹐多加硫酸或鹽酸的後浸及逆流水洗的製程。
事實上﹐正常情況下﹐活化帶出的鈀離子殘液體﹐在二級逆流水洗過程中可以被洗干凈。吸附在基材上的微量元素﹐在鎳缸中不足以導致滲鍍的出現。另一方面﹐如果說不正常因素導致基材吸附大量活化殘液﹐並不是硫酸或鹽酸能將其洗去﹐只能從根源去調整鈀缸或鎳缸。增加後浸及逆流水洗﹐其作用只是避免水中Pd含量太多而影響鎳缸。
需要留意的是﹐水洗缸中少量的Pd帶入鎳缸﹐並不會對鎳缸造成太大的影響﹐所以不必太在意活化後水洗時間太短﹐一般情況下﹐二級水洗總時間控制在1~3min為佳。尤其重要的是﹐活化後水洗不可使用超聲波裝置﹐否則﹐不但導致大面積漏鍍﹐而且滲鍍問題依然存在。
5 沉鎳缸
化學沉鎳是通過Pd的催化作用下﹐NaH2PO2水解生成原子態H﹐同時H原子在Pd催化條件下﹐將鎳離子還原為單質鎳而沉積在裸銅面上。
作為化學沉積的金屬鎳﹐其本身也具備催化能力。由於其催化能力劣於鈀晶體﹐所以反應初期主要是鈀的催化作用在進行。當鎳的沉積將鈀晶體完全覆蓋時﹐如果鎳缸活性不足﹐化學沉積就會停止﹐於是漏鍍問題就產生了。這種滲鍍與鎳缸活性嚴重不足所產生的漏鍍不同﹐前者因已沉積大約20μ的薄鎳﹐因而漏鍍Pad位在沉金後呈現白色粗糙金面﹐而後者根本無化學鎳的沉積﹐外觀至發黑的銅色。
從化學鎳沉積的反應看出﹐在金屬沉積的同時﹐伴隨著單質磷的析出。而且隨著PH值的升高﹐鎳的沉積速度加快的同時﹐磷的析出速度減慢﹐結果則是鎳磷合金的P含量降低。反之﹐隨著PH值的降低﹐鎳磷含金的P含量升高。
化學鎳沉積中﹐磷含量一般在7~11%之間變化。鎳磷合金的抗蝕性能優於電鍍鎳﹐其硬度也比電鍍鎳高。
在化學沉鎳的酸性鍍液中﹐當PH<3時﹐化學鎳沉積的反應就會停止﹐而當PH>6時﹐鍍液很容易產生Ni(OH)2沉澱。所以一般情況﹐生產中PH值控制在4.5~5.2之間。由於鎳沉積過程產生氫離子(每個鎳原子沉積的同時釋放4個氫離子)﹐所以生產過程中PH的變化是很快的﹐必須不斷添補鹼性葯液來維持PH值的平衡。
通常情況下﹐氯水和氫氧化鈉都可以用於生產維持PH值的控制﹐兩者在自動補葯方面差別不大﹐但在手動補葯時就應特別關注。加入氨水時﹐可以觀察到藍色鎳氨絡離子出現﹐隨即擴散時藍色消失﹐說明氨水對化學鎳是良好的PH調整劑。在加入氫氧化鈉溶液時﹐槽液立即出現白色氫氧化鎳沉澱粉末析出﹐隨著葯水擴散﹐白色粉末在槽液的酸性環境下緩慢溶解。所以﹐當使用氫氧化鈉溶液作為化學鍍的PH調整劑時﹐其配製濃度不能太高﹐加葯時應緩慢加入。否則會產生絮狀粉末﹐當溶解過程未徹底完成前﹐絮狀粉末就會出現鎳的沉積﹐必須將槽液過濾干凈後﹐才可以重新開始生產。
在化學鎳沉積的同時﹐會產生亞磷酸鹽(HPO3)的副產物﹐隨著生產的進行﹐亞磷酸鹽濃度會越來越高﹐於是反應速度受生成物濃度的長高而抑制﹐所以鎳缸壽命末期與初期的沉積速度相差1/3則為正常現象。但此先天不足可採用調整反應物濃度方式予以彌補﹐開缸初期Ni濃度控制在4.60g/L﹐隨著MTO的增加Ni濃度控制值隨之提高﹐直至5.0g/L停止。以維持析出速度及磷含量的穩定﹐以確保鍍層品質。
影響鎳缸活性最重要的因素是穩定劑的含量﹐常用的穩定劑是Pb(CH3COO)2或硫脲﹐也有兩種同時使用的。穩定劑的作用是控制化學沉鎳的選擇性﹐適量的穩定劑可以使活化後的銅面發生良好的鎳沉積﹐而基材或綠油部分則不產生化學沉積。當穩定劑含量偏低時﹐化學沉鎳的選擇性變差﹐PCB表面稍有活性的部分都發生鎳沉積﹐於是滲鍍問題就發生了。當穩定劑含量偏高時﹐化學沉積的選擇性太強﹐PCB漏銅面只有活化效果很好的銅位才發生鎳沉積﹐於是部分Pad位出現漏鍍的現象。
鍍覆PCB的裝載量(以裸銅面積計)應適中﹐以0.2~0.5dm/L為宜。負載太大會導致鎳缸活性逐漸升高﹐甚至導致反應失控﹔負載太低會導致鎳缸活性逐漸降低﹐造成漏鍍問題。在批量生產過程中﹐負載應盡可能保持一致﹐避免空缸或負載波動太大的現象。否則﹐控制鎳缸活性的各參數范圍就會變得很窄﹐很容易導致品質問題發生。
鍍液應連續過濾﹐以除去溶液中的固體雜質。鍍液加熱時﹐必須要有空氣攪拌和連續循環系統﹐使被加熱的鍍液迅速傳播。當槽內壁沉積鎳層時﹐應該及時倒缸(將葯液移至另一備用缸中進行生產)﹐然後用25%~50%(V/V)的硝槽進行褪除﹐適當時可考慮加熱,但不可超過50℃。
至於鎳缸的操作控制﹐在溫度方面﹐不同系列沉鎳葯水其控制范圍不同。一般情況下﹐鎳缸操作范圍86±5℃﹐有的葯水則控制在81±5℃。在生產中﹐具體設定根據試板結果來定﹐不同型號的制板﹐有可能操作溫度不同。通常一個制板的良品操作范圍只有±2℃﹐個別制板也有可能小於±1℃。在濃度控制方面﹐採用對Ni的控制來調節其它組分的含量﹐當Ni濃度低於設定值時﹐自動補葯器開始添加一定數量的葯水來彌補所消耗的Ni﹐而其它組分則依據Ni添補量按比例同時添加。
鎳層的厚度與鍍鎳時間呈線性關系。一般情況下﹐200μ鎳層厚度需鍍鎳時間28min﹐150μ鎳層網路需鍍鎳時間21min左右。由於不同的制板所需的活性不同﹐為減輕鎳缸控制的壓力(即增大鎳缸各參數的控制范圍)﹐可以考慮採用不同的活化時間﹐例如正常生產Pd缸有一個時間﹐容易滲鍍的制板另設定活化時間。這樣一來﹐則可以組合成六個程序來進行生產。需要留意的是﹐對於多程序生產﹐應當遵循一個基本原則﹐就是所有程序飛巴的起始位置必須保持一致﹐否則連續生產中切換程序容易造成過多的麻煩。
鎳缸的循環量一般設計在5~10turn over(每小時)﹐布袋式過濾應優先選擇考慮。搖擺通常都是前後擺動設計﹐但對於laser盲孔板﹐鎳缸和金缸設計為上下振動為佳。
6 沉金缸
置換反應形式的浸金薄層﹐通常30分鍾可達到極限厚度。由於鍍液Au的含量很低﹐一般為1~2g/L﹐溶液的擴散速度影響到大面積Pad位與小面積Pad位沉積厚度的差異。一般來說﹐獨立位小Pad位要比大面積Pad位的金厚度高100%也屬正常現象。
對於PCB的沉金﹐其金面厚度也會因內層分布而相互影響﹐其個別Pad位也會出較大的差異。
通常情況下﹐沉金缸的浸鍍時間設定在7~11分鍾﹐操作溫度一般在80~90℃﹐可以根據客戶的金厚要求﹐通過調節溫度來控制金厚。需要留意的是﹐金缸容積越大越好﹐不但其Au濃度變化小而有利於金厚控制﹐而且可以延長換缸周期。
為了節省成本﹐金缸之後需加裝回收水洗﹐同時也可減輕對環境的污染。回收缸之後﹐一般都是逆流水洗。

❷ 化學鍍鎳為啥規定磷含量

因為鍍層中磷的含量影響化學鍍鎳層的組織結構和性能。所以鍍層分為高磷鍍層、中磷鍍層、低磷鍍層。當然磷含量的高低影響硬度和加工性能

❸ 鍍鎳含量分析不出來怎麼回事我是做化學鎳的,分析結果和事實相差太遠

你看看 這資料有用沒
這是我為你找到的資料,為了保證化學鍍鎳的質量,必須始終保持鍍浴的化學成分、工藝技術參數在最佳范圍(狀態),這就要求操作者經常進行鍍液化學成分的分析與調整.
1.Ni2+濃度
鍍液中鎳離子濃度常規測定方法是用EDTA絡合滴定,紫脲酸胺為指示劑.
試劑
(1)濃氨水(密度:0.91g/ml).
(2)紫脲酸胺指示劑(紫脲酸胺∶氯化鈉=1∶100).
(3)EDTA溶液 0.05mol,按常規標定.
分析方法:
用移液管取出10ml冷卻後的化學鍍鎳液於250ml的錐形瓶中,並加入100ml蒸餾水、15ml濃氨水、加入約0.2g紫脲酸胺指示劑後搖勻,用標定後的0.05mol EDTA溶液滴定,當溶液顏色由淺棕色變至紫色即為終點.
鎳含量的計算:
Ni2+ = 5.87 M×V (g/L)
式中 M——標准EDTA溶液的摩爾濃度;
V——耗用標准EDTA溶液的毫升數.
2.還原劑濃度
次磷酸鈉NaH2PO2·H2O濃度的測定
其原理是在酸性條件下,用過量的碘氧化次磷酸鈉,然後用硫代硫酸鈉溶液反滴定自剩餘的碘,澱粉為指示劑.
試劑
(1)鹽酸 1:1.
(2)碘標准溶液0.1mol按常規標定.
(3)澱粉指示劑1%.
(4)硫代硫酸鈉0.1mol按常規標定.
分析方法:
用移液管量取冷卻後的鍍液5ml於帶蓋的250mL錐形瓶中;加入鹽酸25mL,再用移液管量取25mL碘標准溶液於此錐形瓶中,加蓋,置於暗處0.5h(溫度不得低於25℃);打開瓶蓋,加入1mL澱粉指示劑,並用硫代硫酸鈉標准溶液滴定至藍色消失為終點.
計算:
CNaH2PO2·H2O= 10.6(2M1V1-M2V2) (g/L)
式中 M1——標准碘溶液的摩爾濃度;
V1——標准碘溶液毫升數;
M2——標准硫代硫酸鈉溶液的摩爾濃度;
V2——耗用標准硫代硫酸鈉溶液毫升數.
3.NaHPO3·5H2O的濃度
化學鍍鎳浴還原劑反應產物中影響最大的是次磷酸鈉的反應產物亞磷酸鈉.其他種類的還原劑的反應產物的影響較小甚至幾乎無影響,如DMAB.其測定原理是在鹼性條件下,用過量的碘氧化亞磷酸,但次磷酸不參加反應;然而,用硫代硫酸鈉反滴定剩餘的碘;澱粉為指示劑.
試劑
(1)碳酸氫鈉溶液 5%.
(2)醋酸 98%.
(3)其餘試劑同前.
分析方法:
用移液管量取冷卻後的鍍液5ml於250mL的錐形瓶中(可視NaHPO3·5H2O含量多少決定吸取鍍液體積),加入蒸鎦水40mL.加入碳酸氫鈉溶液50mL,使用移液管量取40mL標准碘溶液於錐形瓶中,加蓋,放置暗處1h.開啟瓶蓋,滴加醋酸至PH

❹ 請問鍍液的PH值的高低對化學鍍鎳磷嗯影響,請詳細敘,謝啦!!!!

化學鍍鎳的PH值工藝范圍是4.6到5.2,高磷鎳是4.7到5.2.ph值過高會導致鍍速加快,從而導致零件耐蝕性降低。ph過低則會導致鍍速減慢。一般ph值是靠化學鎳液周期來定的,前期應控制在4.7,根據溶液Ni濃度的消耗與添加,逐漸提高ph值和溫度,可以穩定鍍速和質量

❺ 化學鍍膜(鎳磷合金)的一些問題!

呵呵,只知道一點點皮毛,希望能起到拋磚引玉的作用。
化學鍍膜,要說關鍵,對鍍件的前處理算是比較重要,打磨、酸洗、除油等等,如果表層雜質多,鍍膜的質量就不好。鍍液濃度的配製也是關鍵,pH值,鍍液的濃度都能對鍍層的沉積速度及鍍層的含量造成影響,沉積速度過快則鍍層表層光潔度會差,另外化學鍍過程中溶液的濃度和pH值是不斷變化的,如果是工業化學鍍,在化學鍍過程中要注意保持鍍液的濃度。
第二個沒遇到過鍍液還要過濾的問題,可能是因為你們是工業大規模生產配製鍍液的水是直接用自來水,如果有沉澱可以考慮提前配製,長時間靜置後取上層清液,呵呵,隨便說說,我也沒經歷過,希望能有高手給你解答。
第三個問題非晶結構與磷元素含量有一定關系,一般認為當鍍層中磷的質量分數超過9% (wt%)時, 鎳磷鍍層為高磷鍍層,一般為非晶態合金, 具有高耐蝕、耐磨、可焊性、磁性屏蔽、高硬度、高強度、高導電性等優異的性能。但P含量太大會造成類金屬一類金屬原子間(即P與P之間)成鍵數目的增多,從而實際上導致金屬一類金屬間形成的鍵數n 減小,鍍層耐蝕性和晶化溫度又從極大值開始下降。鍍液中磷元素的含量以及溶液的pH值均能影響鍍層中磷元素含量,一般pH值越高鍍層中磷元素含量越低。
第四個問題,制三元合金的鍍液配製,跟二元合金一樣,只是在鍍液中多添加一種物質而已,是在鍍前添加的。配比可參考相關文獻,當然這些文獻都是實驗室成果,能否跟實際生產中所制產品一樣就不清楚了。你可以先用CNKI中國期刊網用關鍵字搜索相關文獻,記下你所需文獻的題目,作者,所在期刊的年份期號及頁碼,然後到小木蟲論壇或者是其他學術論壇請人幫你下文獻。

❻ 電鍍化學鎳中的磷含量對上錫有什麼影響

磷含量太高,不利於上錫。一般使用中磷化學鎳。

❼ 請問化學鍍鎳怎麼區分高磷、中磷、低磷鍍鎳

化學鍍鎳怎麼區分高磷、中磷、低磷是根據測定P含量來區分的。

❽ 如何得到高質量的化學鍍鎳鍍層,簡述化學鍍的影響因素

化學鍍 electroless plating 化學鍍是指沒有外電流通過,利用還原劑將溶液中金屬離子化學還原在呈催化活性的機件表面,使之形成金屬鍍層的工藝過程。機械維修中以鍍化學鎳最為實用。化學鍍最大特點是鍍液的分散力強,凡接觸鍍液部位均有厚度基本相等的金屬鍍層鍍上,而且鍍層外觀好、緻密、耐腐蝕。 一、化學鍍技術簡介 1、原理 化學浸鍍(簡稱化學鍍)技術的原理是:化學鍍是一種不需要通電,依據氧化還原反應原理,利用強還原劑在含有金屬離子的溶液中,將金屬離子還原成金屬而沉積在各種材料表面形成緻密鍍層的方法。化學鍍常用溶液:化學鍍銀、鍍鎳、鍍銅、鍍鈷、鍍鎳磷液、鍍鎳磷硼液等。 2、化學鍍特點 化學鍍是無電沉積鍍層,選擇合適的化學鍍溶液,將被鍍工件表面去除油污後直接放入鍍液中。根據設定的厚度確定浸鍍的時間即可。一般只要有塑料或聚四氟容器,加熱方式靈活,備有(如蒸汽、油爐、煤氣)燒水裝置均可!這三種方法獲得的鍍層中,對於大多數金屬鍍層結合強度及硬度等來說無明顯差異!化學鍍優點是: (1)工藝簡單,適應范圍廣,不需要電源,不需要製作陽極,只要一般操作人員均可操作。(2)鍍層與基體的結合強度好。(3)成品...

❾ 化學鍍鎳怎麼區分高磷,中磷,低磷鍍鎳

低磷較暗硬度低,高磷比低磷亮硬度較中磷強,但比中磷暗。中磷較亮且帶白

❿ 化學鍍鎳生產時,鍍液的管理和維護需要注意什麼

化學鍍在表面處理技術中佔有重要的地位。化學鍍是利用合適的還原劑使溶液中的金屬離子有選擇地在經催化劑活化的表面上還原析出成金屬鍍層的一種化學處理方法。可用下式表示:
M2++2e(由還原劑提供)--->M
在化學鍍中,溶液內的金屬離子是依靠得到所需的電子而還原成相應的金屬。例如,在酸性化學鍍鎳溶液中採用次磷酸鹽作還原劑,它的氧化還原反應過程如下:
Ni2++2e--->Ni(還原)
(H2PO2)-+H2O--->(H2PO3)-+2e+2H+(氧化)
兩式相加,得到全部還原氧化反應:
Ni2++(H2PO2)-+H2O--->(H2PO3)-+Ni+2H+
還原劑的有效程度可以用它的標准氧化電位來推斷。由上述可知,次磷酸鹽是一種強還原劑,能產生一個正值的標准氧化一還原電位。但不應過分地信賴E°值,因為在實際應用上,由於溶液中不同離子的活度、超電位和類似因素的影響,會使E°值有很大的差異。但氧化和還原電位的計算仍有助於預先估算不同還原劑的有效程度。若全部標准氧化還原電位太小或為負值,則金屬還原將難以發生。
化學鍍溶液的組成及其相應的工作條件必須是反應只限制在具有催化作用的製件表面上進行,而溶液本身不應自發地發生還原氧化作用,以免溶液自然分解,造成溶液很快失效。如果被鍍的金屬(如鎳、鈀)本身是反應的催化劑,則化學鍍的過程就具有自動催化作用,使上述反應不斷地進行,這時,鍍層厚度也逐漸增加,獲得一定的厚度。除鎳外,鈷、銠、鈀等都具有自動催化作用。
對於不具有自動催化表面的製件,如塑料、玻璃、陶瓷等非金屬,通常需經過特殊的預處理,使其表面活化而具有催化作用,才能進行化學鍍。
化學鍍與電鍍比較,具有如下優點:
①不需要外加直流電源設備。
②鍍層緻密,孔隙少。
③不存在電力線分布不均勻的影響,對幾何形狀復雜的鍍件,也能獲得厚度均勻的鍍層;
④可在金屬、非金屬、半導體等各種不同基材上鍍覆。
化學鍍與電鍍相比,所用的溶液穩定性較差,且溶液的維護、調整和再生都比較麻煩,材料成本費較高。
化學鍍工藝在電子工業中有重要的地位。由於採用的還原劑種類不同,使化學鍍所得的鍍層性能有顯著的差異,因此,在選定鍍液配方時,要慎重考慮鍍液的經濟性及所得鍍層的特性。
目前,化學鍍鎳、銅、銀、金、鈷、鈀、鉑、錫以及化學鍍合金和化學復合鍍層,在工業生產中已被採用。
如何進行化學鍍鎳
化學鍍鎳是化學鍍應用最為廣泛的一種方法,所用還原劑有次磷酸鹽、肼、硼氫化鈉和二甲基胺硼烷等。
目前國內生產上大多採用次磷酸鈉作還原劑,硼氫化鈉和二甲基胺硼烷因價格較貴,只有少量使用。
1.鍍層的用途
化學鍍鎳層的結晶細致,孔隙率低,硬度高,鍍層均勻,可焊性好,鍍液深鍍能力好,化學穩定性高,目前已廣泛用於電子、航空、航天、機械、精密儀器、日用五金、電器和化學工業中。
非金屬材料上應用化學鍍鎳越來越多,尤其是塑料製品經化學鍍鎳後即可按常規的電鍍方法鍍上所需的金屬鍍層,獲得與金屬一樣的外觀。塑料電鍍產品已廣泛用於電子元件、家用電器、日用工業品等。
化學鍍鎳在原子能工業,如生產核燃料系統中的零件和容器以及火箭、導彈、噴氣式發動機的零部件上已採用。
化工設備中壓縮機等的零部件為防腐蝕、抗磨,而用化學鍍鎳層是很有利的。
化學鍍鎳層還能改善鋁、銅、不銹鋼材料的焊接性能,減少轉動部分的磨耗,減少不銹鋼與鈦合金的應力腐蝕。
對鍍層尺寸要求精確的精密零件和幾何形狀復雜的零件的深孔、盲孔、腔體的內表面,用化學鍍鎳能得到與外表面同樣厚度的鍍層。
對要求高硬度、耐磨的零件,可用化學鍍鎳代替鍍硬鉻。
2.鍍層的組成和特性
<1>鍍層的組成
用次磷酸鹽作還原劑的化學鍍鎳溶液中鍍得的鍍層含有4%~15%的磷,是一種鎳磷合金。以硼氫化物或胺基硼烷作還原劑得到的鍍層才是純鎳層,含鎳量可達99.5%以上。剛沉積出來的化學鍍鎳層是無定型的,呈非晶型薄片狀結構。
鍍層中磷含量主要決定於溶液的pH值,隨著pH值降低,磷含量增大。常規的酸性化學鍍鎳溶液中沉積出的鍍層含磷量為7%~12%,而鹼性溶液中沉積的鎳層含磷量為4%~7%。此外,溶液的組成及各組分的含量和它們的相對比率,以及溶液的工作溫度等都對含磷量有一定的影響。
<2>鍍層的特性
①硬度
化學鍍鎳層比電鍍鎳層的硬度高得多,而且更耐磨。電鍍鎳層的硬度僅為HV160~180,而化學鍍鎳層的硬度一般為HV300~500。
用熱處理方法可大大提高化學鍍鎳層的硬度,在400℃加熱1小時後,硬度的最高值約可達HV1000。若繼續提高熱處理溫度,如提高到600℃時,則硬度反而降低為HV700。
熱處理前的化學鍍鎳層是非晶型的無定型結構,熱處理後則轉變成晶型組織,鍍層中有Ni3P相形成。Ni3P相的析出量隨著熱處理溫度的升高而增加,其最大析出量則決定於鍍層的含磷量。
為了提高鍍層硬度,合適的熱處理規定是:溫度380~400℃,時間為1小時。為防止鍍層變色,最好有保護氣氛或用真空熱處理。在不具備保護氣氛條件時,適當降低熱處理溫度(如280℃)和延長處理時間,同樣可以提高硬度值。
當鍍層具有最大硬度時,脆性亦增大,因而不適宜在高載荷或沖擊的條件下使用。選擇恰當的熱處理條件,可使鍍層既有一定的硬度又有延展性。
一般鋼制工件的化學鍍鎳層在200℃溫度下處理2小時,可提高鍍層結合力和消除應力。而鋁制工件以在150~180℃下保持1小時較為合適。
②磁性能
化學鍍鎳層的磁性能決定於含磷量和熱處理溫度。含磷量超過8%的鍍層是弱磁性的;含磷量在11.4%以上,完全沒有磁性;含磷量低於8%的鍍層才具有磁性,但它的磁性比電鍍鎳層小,經熱處理後磁性能有顯著提高。
例如,在鹼性化學鍍鎳液中所得的鍍層,未經熱處理時其磁性能為矯頑磁力H0=160A/m,經350℃熱處理1小時後為H0=8800A/m。
③電阻率
化學鍍鎳層的電阻率與含磷量有關,一般含磷量越高,則電阻率越大。在鹼性溶液中所獲得的化學鍍鎳層,其電阻率約為28~34μΩ·cm.在酸性溶液中所獲得的化學鍍鎳層,其電阻率約為51~58μΩ·cm,比電鍍鎳層高數倍(純鎳的電阻率為9.5μΩ·cm)。化學鍍鎳層的電阻率經熱處理後會明顯下降。例如,含磷量為7%的化學鍍鎳層,經600℃熱處理後,電阻率從72μΩ·cm降至20μΩ·cm。含硼量1.3%~4.7%的鎳硼化學鍍層,其電阻率為13~15μΩ·cm.用二甲胺基硼烷還原的鎳鍍層,含硼量為0.6%時,電阻率為5.3μΩ·cm,比純鎳的電阻率低。
④熱膨脹系數和密度
化學鍍鎳層的熱膨脹系數一般為13×10-6℃-1。
化學鍍鎳層的密度一般為7.9g/cm3左右,化學鍍鎳層的密度隨含磷量提高而降低。
化學鍍鎳層的綜合性能見表4-24:
表4-24化學鍍鎳層的綜合性能化學鍍鎳層的綜合性能鎳磷合金層(含磷量8%-10%)
硬度(HV)熱處理前500
400℃熱處理後1000
密度(g/cm3)7.9
熔點(℃)890
電阻率(μΩ·cm)60~75
熱膨脹系數(℃-1)13×10-6
熱導率[W/(m·k)]5.02
延伸率(%)3~6
反射系數(%)50(近似值)
3.工藝條件及鍍液配製以次磷酸鈉為還原劑的化學鍍鎳是目前國內外應用最為廣泛的工藝,分為酸性鍍液和鹼性鍍液兩大類。酸性化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件,見表4-25:
表4-25酸性化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件
鍍液成分(g/l)及工藝條件12345
硫酸鎳25-3030202525
次磷酸鈉20-2515-25242024
醋酸鈉515
檸檬酸鈉515
丁二酸516
乳酸80%(ml/l)2525
氨基乙酸5-15
蘋果酸24
硼酸10
氟化鈉1
(Pb2+)(以醋酸鉛形式加入)0.0010.003
pH值4-53.5-5.44.4-4.84.4-4.85.8-6
溫度(℃)80-9085-9590-9490-9290-93
沉積速度(μm/h)1012-1510-1315-2248
裝載量(dm2/L)11111
鍍層中含磷量(%)8-107-118-98-98-11
1號配方溶液的配製方法如下:
在容器中用60~70℃熱蒸餾水溶解檸檬酸鈉和醋酸,在另一個容器中用熱蒸餾水溶解硫酸鎳,溶解後在不斷攪拌下注入前述溶液中,所得的混合液過濾入槽。進行化學鍍時,先把預先溶解好並經過濾的次磷酸鈉溶液加入槽內,攪拌均勻後加入蒸餾水至所需體積,最後用10%的稀硫酸或氫氧化鈉溶液調整pH值至規定范圍上限值。
2、3、4、5號配方的溶液可參照上述方法配製。
但配方3、4中的乳酸溶液要預先用碳酸氫鈉溶液中和至pH值為4.6左右,然後才可與其他組分混合。
鹼性化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件見下表4-26。
表4-26鹼性化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件
鍍液成分(g/l)及工藝條件12345
硫酸鎳10-2033302530
次磷酸鈉5-1515252530
檸檬酸鈉30-6050
焦磷酸鈉60-705060
乳酸80%(ml/l)1-5
三乙醇胺100
pH值7.5-8.5810-10.510-1110
溫度(℃)40-459070-7565-7530-35
沉積速度(μm/h)20-301510
鍍層中含磷量(%)7-8約5約4
配方1、5適用於塑料製品金屬化底層,一般鍍10分鍾左右即可。
配方5加入三乙醇胺,除有絡合作用外,還能調整pH值,使鍍液能在低溫下仍有較高的沉積速度。在補加鎳鹽時,必須先用三乙醇胺與之絡合後再加入鍍槽,否則會產生沉澱。配製時,硫酸鎳與次磷酸鈉或焦磷酸鈉的比例應大致控制在1:2,這樣可以保證鎳呈絡合態。
配方2適用於鋁及鋁合金上化學鍍鎳。
配方4可在較寬的濃度范圍內工作,其pH值最好大於10,否則焦磷酸鎳絡合物將發生分解。補加硫酸鎳時,也應先溶解於氨水中後再加入鍍槽。
4.化學鍍鎳溶液的組成和工藝條件的影響
<1>鎳鹽濃度對沉積速度的影響
①在酸性化學鍍鎳液中鎳離子濃度增加,可以提高鎳的沉積速度。特別是當鎳鹽濃度在10g/L以下時,增加鎳鹽濃度,鎳的沉積速度加快。例如,當鍍液中含次磷酸鈉20g/L、醋酸鈉20g/L、溫度為82~84℃、pH=5.5時,鎳鹽濃度從5g/L至60g/L變化時,對沉積速度的影響見表4-27:
表4-27鎳鹽對沉積速度的影響
硫酸鎳(g/l)5102030405060
層積速度(μm/h)12192421202020
當鎳鹽濃度達到30g/L時,繼續提高濃度,則鍍層的沉積速度不再增加,甚至下降。鎳鹽濃度過高時,會導致鍍液的穩定性下降,並易出現粗糙鍍層。
②在鹼性化學鍍鎳液中,鎳鹽的濃度在20g/L以下時,提高鎳鹽濃度使化學沉積速度有明顯的提高;但當鎳鹽的濃度高於25g/L以上時,雖繼續提高鎳鹽含量,其沉積速度趨於穩定。
提高次磷酸鈉濃度,可提高沉積速度。但次磷酸鈉濃度增加,並不能無限地提高鎳的沉積速度,不同鍍液中次磷酸鈉濃度。

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