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化学镀_百度百科

归档日期:07-07       文本归类:化学复合伤      文章编辑:爱尚语录

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  化学镀是一种新型的金属表面处理技术,该技术以其工艺简便、节能、环保日益受到人们的关注。化学镀使用范围很广,镀金层均匀、装饰性好。在防护性能方面,能提高产品的耐蚀性和使用寿命;在功能性方面,能提高加工件的耐磨导电性、润滑性能等特殊功能,因而成为全世界表面处理技术的一个发展。

  下借助合适的还原剂,使镀液中金属离子还原成金属,并沉积到零件表面的一种镀覆方法。

  化学镀技术是在金属的催化作用下,通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积过程。与电镀相比,化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备 、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点。另外,由于化学镀技术废液排放少,对环境污染小以及成本较低,在许多领域已逐步取代电镀,成为一种环保型的表面处理工艺。目前,化学镀技术已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。

  化学浸镀(简称化学镀)技术的原理是:化学镀是一种不需要通电,依据氧化还原反应原理,利用强还原剂在含有金属离子的溶液中,将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。化学镀常用溶液:化学镀银、镀镍、镀铜、镀钴、镀镍磷液、镀镍磷硼液等。

  目前以次亚磷酸盐为还原剂的化学镀镍的自催化沉积反应,已经提出的理论有“原子氢态理论” 、“氢化物理论”和“电化学理论”等。在这几种理论中,得到广泛承认的是“原子氢态理论”。

  敏化就是使非金属表面形成一层具有还原作用的还原液体膜。这种具有还原作用的处理液就是敏化剂。好的敏化效果要求具有还原作用的离子在一定条件下能较长时间保持其还原能力,并且能控制其还原反应的速度,要点是敏化所要还原出来的不是连续的镀层,而只是活化点。目前最适合的还原剂只有氯化亚锡。目前,对于非金属化学镀镍用得最多的是Pd活化工艺。当吸附有Sn的非金属表面接触到Pd活化液时,Pd会被Sn还原而沉积到非金属表面形成活化中心,从而顺利进行化学镀。钯活化反应式:Pd2+ + Sn→Pd + Sn2+

  镀层厚度10-50μm,硬度Hv 550-1100(相当于HRC 55~72),结合强度大于15kg/mm,耐腐蚀性能大大优于不锈钢。

  1.硬度高,耐磨性好:化学镀镀层经热处理后硬度达Hv 1100以上,工模具镀膜后一般寿命提高3倍以上。

  2.耐腐蚀强:化学镀镀层在酸、碱、盐、氨和海水等介质中都具有很好的耐蚀性,其耐蚀性好于不锈钢。

  3.表面光洁、光亮:工件经化学镀镀膜后,表面光洁度不受影响,无需再加工和抛光。

  4.可镀形状复杂:工件形状不受限制,不变形,可化学镀较深的盲孔和形状复杂的内腔。

  5.被镀材料广泛:可在模具钢、不锈钢、铜、铝、塑料、尼龙、玻璃、橡胶、木材等材料上化学镀。

  3.机械部件:汽车零部件,纺织机械以及各种需耐磨耐腐蚀的机械零部件。如齿轮、齿轮轴、编织针导向杆、大型针盘、针筒。

  主反应:Ni2+ + 2H2PO2- + 2H2O → Ni +2HPO32- + 4H+ + H2

  副反应:4H2PO2- → 2HPO32- + 2P + 2H2O + H2

  化学镀镍溶液中的主盐就是镍盐,一般采用氯化镍或硫酸镍,有时也采用氨基磺酸镍、醋酸镍等无机盐。早期酸性镀镍液中多采用氯化镍,但氯化镍会增加镀层的应力,现大多采用硫酸镍。目前已有专利介绍采用次亚磷酸镍作为镍和次亚磷酸根的来源,一个优点是避免了硫酸根离子的存在,同时在补加镍盐时,能使碱金属离子的累积量达到最小值。但存在的问题是次亚磷酸镍的溶解度有限,饱和时仅为35g/L。次亚磷酸镍的制备也是一个问题,价格较高。如果次亚磷酸镍的制备方法成熟以及溶解度问题能够解决的话,这种镍盐将会有很好的前景。

  化学镀镍的反应过程是一个自催化的氧化还原过程,镀液中可应用的还原剂有次亚磷酸钠、硼氢化钠、烷基胺硼烷及肼等。在这些还原剂中以次亚磷酸钠用的最多,这是因为其价格便宜,且镀液容易控制,镀层抗腐蚀性能好等优点。

  化学镀镍溶液中的络合剂除了能控制可供反应的游离镍离子的浓度外,还能抑制亚磷酸镍的沉淀,提高镀液的稳定性,延长镀液的使用寿命。有的络合剂还能起到缓冲剂和促进剂的作用,提高镀液的沉积速度。化学镀镍的络合剂一般含有羟基、羧基、氨基等,常用的络合剂有柠檬酸钠、酒石酸钠等。

  在镀液配方中,络合剂的量不仅取决于镍离子的浓度,而且也取决于自身的化学结构。在镀液中每一个镍离子可与6个水分子微弱结合,当它们被羟基,羧基,氨基取代时,则形成一个稳定的镍配位体。如果络合剂含有一个以上的官能团,则通过氧和氮配位键可以生成一个镍的闭环配合物。在含有0.1mol的镍离子镀液中,为了络合所有的镍离子,则需要含量大约0.3mol的双配位体的络合剂。当镀液中无络合剂时,镀液使用几个周期后,由于亚磷酸根聚集,浓度增大,产生亚磷酸镍沉淀,镀液加热时呈现糊状,加络合剂后能够大幅度提高亚磷酸镍的沉淀点,即提高了镀液对亚磷酸镍的容忍量,延长了镀液的使用寿命。

  不同络合剂对镀层沉积速率、表面形状、磷含量、耐腐蚀性等均有影响,因此选择络合剂不仅要使镀液沉积速率快,而且要使镀液稳定性好,使用寿命长,镀层质量好。

  由于在化学镀镍反应过程中,副产物氢离子的产生,导致镀液pH值会下降。试验表明,每消耗1mol的Ni2+ 同时生成3mol的H+,即就是在1L镀液中,若消耗0.02mol的硫酸镍就会生成0.06mol的H+。所以为了稳定镀速和保证镀层质量,镀液必须具备缓冲能力。缓冲剂能有效的稳定镀液的pH值,使镀液的pH值维持在正常范围内。一般能够用作pH值缓冲剂的为强碱弱酸盐,如醋酸钠、硼砂、焦磷酸钾等。

  化学镀镍液是一个热力学不稳定体系,常常在镀件表面以外的地方发生还原反应,当镀液中产生一些有催化效应的活性微粒——催化核心时,镀液容易产生激烈的自催化反应,即自分解反应而产生大量镍-磷黑色粉末,导致镀液寿命终止,造成经济损失。

  在镀液中加入一定量的吸附性强的无机或有机化合物,它们能优先吸附在微粒表面抑制催化反应从而稳定镀液,使镍离子的还原只发生在被镀表面上。但必须注意的是,稳定剂是一种化学镀镍毒化剂,即负催化剂,稳定剂不能使用过量,过量后轻则降低镀速,重则不再起镀,因此使用必须慎重。

  所有稳定剂都具有一定的催化毒性作用,并且会因过量使用而阻止沉积反应,同时也会影响镀层的韧性和颜色,导致镀层变脆而降低其防腐蚀性能。试验证明,稀土也可以作为稳定剂,而且复合稀土的稳定性比单一稀土要好。

  在化学镀溶液中加入一些加速催化剂,能提高化学镀镍的沉积速率。加速剂的使用机理可以认为是还原剂次磷酸根中氧原子被外来的酸根取代形成配位化合物,导致分子中H和P原子之间键合变弱,使氢在被催化表面上更容易移动和吸附。也可以说促进剂能起活化次磷酸根离子的作用。常用的加速剂有丙二酸、丁二酸、氨基乙酸、丙酸、氟化钠等。

  在化学镀镍溶液中,有时镀件表面上连续产生的氢气泡会使底层产生条纹或麻点。加入一些表面活性剂有助于工件表面气体的逸出,降低镀层的孔隙率。常用的表面活性剂有十二烷基硫酸盐、十二烷基磺酸盐和正辛基硫酸钠等。

  稀土元素在电镀液中可以改善镀液的深镀能力、分散能力和电流效率。研究表明,稀土元素在化学镀中同样对镀液的镀层性能有显著改善。少量的稀土元素能加快化学沉积速率,提高镀液稳定性,镀层耐磨性和搞腐蚀性能。

  化学镀镍磷合金镀层,硬度可高达HV1000,相当HRC69,具有很高的耐磨性和耐腐蚀性,镀层结合力好、厚度均匀。镀速快,可达20μm/小时。

  1、耐腐蚀性强:该工艺处理后的金属表面为非晶态镀层,抗腐蚀性特别优良,经硫酸、盐酸、烧碱、盐水同比试验,其腐蚀速率低于1cr18Ni9Ti不锈钢。

  2、耐磨性好:由于催化处理后的表面为非晶态,即处于基本平面状态,有自润滑性。因此,摩擦系数小,非粘着性好,耐磨性能高,在润滑情况下,可替代硬铬使用。

  3、光泽度高:催化后的镀件表面光泽度为LZ或▽8-10可与不锈钢制品媲美,呈白亮不锈钢颜色。工件镀膜后,表面光洁度不受影响,无需再加工和抛光。

  4、表面硬度高:经本技术处理后,金属表面硬度可提高一倍以上,在钢铁及铜表面可达Hv 570。镀层经热处理后硬度达Hv 1000,工模具镀膜后一般寿命提高3倍以上。

  5、结合强度大:本技术处理后的合金层与金属基件结合强度增大,一般在350-400Mpa条件下不起皮、不脱落、无气泡,与铝的结合强度可达102-241Mpa。

  6、仿型性好:在尖角或边缘突出部分,没有过份明显的增厚,即有很好的仿型性,镀后不需磨削加工,沉积层的厚度和成份均匀。

  7、工艺技术高适应性强:在盲孔、深孔、管件、拐角、缝隙的内表面可得到均匀镀层,所以无论您的产品结构有多么复杂,本技术处理起来均能得心应手,绝无漏镀之处。

  按GB10125-1997标准规定进行测试,时间为96小时,Nacl浓度50g/l,pH值:6.5-7.2,温度:35,按GB6464-86规定评定防护等级,可达9级。

  硬 度:镀态:Hv500-550(45-48RCH) 热处理后:Hv1000

  铝或钢材料这类非贵金属基底可以用化学镀镍技术防护,并可避免用难以加工的个锈钢来提高它们的表面性质。比较软的、不耐磨的基底可以用化学镀镍赋予坚硬耐磨的表面。在许多情况下,用化学镀镍代替镀硬铬有许多优点。特别对内部镀层和镀复杂形状的零件,以及硬铬层需要镀后机械加工的情况。一些基底使用化学镀镍可使之容易钎焊或改善它们的表面性质。

  1.化学镀镍由于化学镀镍层具有优良的均匀性、硬度、耐磨和耐蚀等综合物理化学性能,该项技术在国外已经得到广泛应用。化学镀镍在各个工业中应用的比例大致如下:航空航天工业:9%;汽车工业:5%;电子计算机工业:15%;食品工业:5%;机械工业:15%;核工业:2%;石油化工:10%;塑料工业:5%;电力输送:3%;印刷工业:3%;阀门制造业:17%;其他:11%。

  如发电厂的发电机组凝汽器黄铜管内表层化学镀镍可大大地提高抗腐蚀性,延长凝汽管使用寿命;铝合金镀镍,可提高铝合金硬度及防护性能。改善铝合金表面性质,扩大铝合金的应用范围。

  (1)镍-磷二元之合金镀层:硬度HV550~600,导电性好,焊接性好,耐蚀,用于IC顶盖,引线框架,模具,按钮等;

  (2)高磷镍合金镀层,无磁性,大量用于电子仪器,半导体电子设备防电磁干扰的屏蔽层等。

  (3)镍-硼-磷三元合金,镀层硬度HV680,用于压电陶瓷电极,传动装置,阀。

  (5)45#钢齿轮面刷镀镍磷和镍钴合金金属,能显著地提高45#钢齿轮接触面。

  3.化学镀银主要用于电子部件的焊接点、印制线路板,以提高制品的耐蚀性和导电性能。还广泛用于各种装饰品,如装配杯、高级旅行保温杯、扣件等。铍青铜在通讯行业应用广泛,为进一步提高铍青铜弹性的导电性,可在铍青铜上镀银。

  非导体可以用化学镀镍镀一种或几种金属,在装饰和功能(例如电磁干扰屏蔽)两方面部重要。在许多场合下,许多工程塑料已考虑作为金属的代用品。其中有些具有良好的耐高温性能。所有这些塑料都比金属轻,而且更耐腐蚀,其中包括聚碳酸脂、聚芳基酮醚、聚醚酰亚胺树脂等。需要导电性或电屏蔽的场合,塑料需要金属化,可用化学镀镍达到这个目的。

  如尼龙表面化学镀镍、银、铜用来代替金属或装饰;采用化学镀的新工艺将纯银镀敷在特殊的尼龙基布上,使尼龙布具有良好的防电磁辐射性能。

  .如钮扣、车辆上的扣件、防护板等。采用化学镀既简单又方便,能满足市场的需要。

  可用于化工制药纺织等工业过滤、防护等,丙纶非织造布镀铜复合材料增加了丙纶材料的导电性,可消除静电的危害,可用于制造抗静电防护服包装材料、装饰材料等,有着广泛的应用前景。

  以高强塑料镀铜,代替金属铜材,可取得铜一样的表面性能和效果,比铸造、锻压的工艺难度小,且减少了设备投资,节约了大量铜材。高强塑料镀金属,可提高塑料的抗老化性能,消除塑料的静电吸尘作用。

  80年代,欧美等工业化国家在化学镀技术的研究,开发和应用得到了飞跃发展,平均每年有15–20%表面处理技术转为使用化学镀技术,使金属表面得到更大的发展,并促使化学镀技术进入成熟时期。为了满足复杂的工艺要求,解决更尖端的技术难题,化学镀技术不断发展,引入多种合金镀层的化学复合技术,即三元化学镀或多元化学镀技术,得到了一些成果。

  例如在Ni-P(镍—磷)镀层中,引入SiC或PTFE的复合镀层比单一的Ni-P镀层有更佳的耐磨性及自润滑性能。在Ni-P(镍—磷)镀层中引入金属钨,使到Ni-W-P(镍—钨—磷)镀层进一步提高硬度,在耐磨性能方面得到很好的效果。

  有Ni-P(镍—磷)镀层中引入铜,使Ni-Cu-P镀层较好的耐蚀性能。还有Ni-Fe-p(镍—铁—磷)、Ni-Co-p(镍—钴—磷)、Ni-Mo-p(镍—钼—磷)等镀层在电脑硬碟及磁声记录系统中及感测器薄膜电子方面得到广泛的应用。

  化学镀技术由于工艺本身的特点和优异性能,用途相当广泛。中国在80年代才开始在化学镀方面进行探讨,国家在1992年分布了国家标准(GB/T13913——92),称之为自催化镍——磷镀层。中国已将化学镀技术广泛用在汽车工业、石油化工行业、机械电子、纺织、印刷、食品机械、航空航太、军事工业等各种行业,由于电子电脑、通讯等高科技产品的应用和迅速发展,为化学镀提供了广阔的市场。

  2000年以后,一方面由于国家注重环保,另一方面中国的工业发展了对金属表面处理要求提高了,加快了化学镀这一技术的发展,国家的高新技术目录也新增了化学镀。化学镀虽然在中国的起步比较晚,但近年发展相当快,有些性能的技术指标完全可以与欧美的化学镀媲美,加上价格低、适应中国企业的工艺流程,发展前景备受注目。

  目前中国化学镀研究在北方,推广应用主要在广东。在广东应用化学镀的企业占全国三分之一以上,其中一些上规模的企业,技术和价格具有相当的竞争力。

  近年来,世界发达国家利用化学镀工艺技术进行材料表面镀覆平均每年以12%-15% 的速度递增。起初化学镀只限于镀覆镍、铜和金,它们占表面镀覆的半数以上。后来随着化学镀技术的优越性逐渐被人们认识,研究和发展了钯、铂、银、钴等的化学镀工艺技术,并已经逐步工业化。现在多元合金、复合材料的化学镀,无论从种类范围和镀覆规模都在大力开发之中。虽然我国起步较晚,但也处于迅速发展阶化学镀中,金属的沉积和在基底表面上的镀覆过程不同于电镀,工艺过程无需外界供给电能,而是依赖于镀液中发生的氧化还原反应将欲镀覆金属离子还原为单质而沉积在基底表面。镀层的性质与化学镀液的组成、配方、化学镀的工艺条件,以及镀层的化学组成和微观结构等均有密切的关系。化学镀层具有高的致密度、薄厚均一,具有良好的抗腐蚀性和耐磨损、好的可焊性、高的硬度、低的摩擦系数。根据需要的不同,可以分别镀覆出具有非磁性的磁性的镀层。鉴于它有众多的优越性,在发达国家中,化学镀工艺技术已经渗透工农业生产和高科技的各个领域,应用十分广泛。我国随着经济建设的高速度发展,化学镀也在各个领域逐步发展;如塑料的化学镀、电子工业中陶瓷化学镀镍电容器,石油仪器制造工业中化学镀镍内衬、耐酸泵中的耐酸部件及耐腐蚀的阀门等。

  化学镀工艺的形成与理论的完善也只有近20-30 年的历史。它的问世追溯于1946 年美国电化学协会(AES)第34 届年会上Abneor 和Grace Riddell 报告了他们在电镀镍时,为了避免惰性阳极发生氧化而在镀槽内加入还原剂次亚磷酸钠后,发现阴极沉积的镍量多于按照法拉第(M. Faraday)电解定律所计算的,一年以后的另一次年会上,他们首次较全面地报告了利用还原剂还原镍离子的化学方法镀覆镍时,温度、镀液的化学组成、pH 值等各种参数与所得镀覆层组成间的关系。此后,该领域新观点、新工艺不断涌现,由此也产生了许多专利。为了区别于电镀而将该工艺起名为化学镀或无电镀、自催化镀(electroless plating, auto-catalytic chemical plating)。化学镀逐步达到和电镀并驾齐驱,两种工艺技术相辅相成。

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