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电镀镍镀液中各成分及操作条件对镀层性能影响

 多看多想多交流 2017-04-29

关于近期大家在环球电镀网上咨询关于镀镍液过程中出现的问题希望以下的文章分析说明能为大家解惑。


①主盐硫酸镍(NiS04·7H20)是镀镍液的主盐,浓度范围一般在100~350g/L。硫酸镍铵[NiS04·(NH4)2S04·6H20]也可以用作产生镍离子的主盐,但硫酸镍铵含镍量较低(15%),溶解度较小,不能得到高浓度溶液,因而该溶液不能用于高电流密度电镀,所以应用很少。但当电镀液中含有铵离子时,所得镍层坚硬,因此复盐硫酸镍铵电解液有时用来制取硬度较高的镍层。


②活化剂 由于镍阳极容易钝化,因此电镀镍镀液中必须加入阳极活化剂,保证镍阳极正常溶解。最常用的阳极活化剂是氯化物,如氯化镍、氯化钾、氯化钠及氯化铵等。在这些氯化物中,Cl一通过在镍阳极的特性吸附,驱除氧、羟基离子及其他能钝化镍阳极表面的异种粒子,从而保证镍阳极的正常溶解,同时活化剂能提高镀液电导率和阴极分散能力。考虑到价格和货源情况,通常使用氯化钠作为阳极活化剂,用量一般在7~15g/L。氯化钠含量过多,阳极溶解迅速,甚至直接使镍的金属微粒从阳极分离,沉积于槽底,或被吸附在阴极上,造成镀层堆镍,同时由于镀液中钠离子浓度增加,使镀层发脆,光泽度降低;氯化钠含量过低,阳极发生钝化,导致镀层质量低劣。氯化镍既能提供镍离子,又能提供氯离子,同时不增加其他金属离子,因此可代替NaCl及部分主盐NiS04·7H20,起到阳极活化剂作用,是较为理想的活化剂。在含镍铵复盐的电解槽中,可用氯化铵作活化剂。


③导电盐单纯从导电率来看,以硫酸钾和硫酸铵较好,硫酸镁稍差。但硫酸钾和硫酸铵一样,能与硫酸镍形成复盐(NiS04·K2SO4·6H2O),此复盐溶解度不大,容易结晶析出,因此生产中常用硫酸钠和硫酸镁作导电盐。


加入硫酸钠(Na2S04·10H20)和硫酸镁(MgS04·7H20)能提高镀液导电性和分散能力,降低施镀温度,硫酸镁还能使镀镍层白而柔软(不能消除其他因素引起镍层发暗的弊病)。Na2S04·10H20用量一般为80~100g/L,MgS04·7H20用量一般为20~40g/L。


④缓冲剂 由于电镀镍液中阴、阳极电流效率不等,为防止生产中镀液酸度的急剧变化,常加入硼酸作缓冲剂,控制pH=5~6。硼酸浓度一般控制在40~50g/L,光亮镀镍中稍高。但硼酸含量过高,镀液温度较低时会结晶析出(硼酸在常温下的溶解度仅为40g/L)。硼酸具有缓冲作用的同时,还能改善镀镍层与基体金属的结合力,提高阴极极化和镀液的导电性,使烧焦电流密度提高。


⑤防针孔剂电镀镍过程中,由于阴极表面析出的氢气在电极表面滞留,极易在镀层中形成肉眼可见的微小针孔和麻点(严格来说针孔是肉眼可见的深入基体的微小孔洞;而麻点则为肉眼可见的不深入到基体的微小孔洞)。为减少针孔的形成,需向镀液中加入防针孔剂。普通镀镍可采用双氧水、过硼酸钠等氧化剂作防针孔剂,降低或消除阴极上析出的氢量,从而消除针孔。双氧水分解产物是水和氧气,无副产物生成,各厂普遍使用,一般每班用量在0.1~O.2ml/L(30%的双氧水)。


⑥润湿剂在镀镍液中,常采用阴离子型有机表面活性剂降低电极与镀液界面张力,使形成的氢气难以在电极表面滞留,以防止产生针孔和麻点。生产中常用润湿剂为十二烷基硫酸钠等,其用量约在0.025~0.10g/L之间。用量过低,效果不显著;用量过高,泡沫多,不易清洗。十二烷基硫酸钠缺点是易起泡,因此在有空气搅拌时,可采用2一乙基己基硫酸钠或辛基硫酸钠等低泡表面活性剂。


⑦酸度(pH值)正常生产情况下,镀镍液pH值是缓慢上升的,如果pH值反复不定或不断下降,说明电镀液工作不正常。


pH值低时,阴极上大量析出氢气,电流效率降低。当pH值低于3时,会猛烈放出氢气,甚至电流效率为0。但当pH值超过6或者接近于中性时,又会生成氢氧化镍沉淀,夹杂于镍层中使镀层剥落、发脆、深孔难于沉积等。


pH值发生变化应及时调整。pH值高时,用3%硫酸溶液调整;pH值低时,可加入3%氢氧化钠调整。添加氢氧化钠时,易产生沉淀,应在不断搅拌下缓慢加入,用碳酸镍代替氢氧化钠效果更好。调整时,先做小槽试验,而后大槽调整。若调整pH值的数值较小,如在0.2~0.4范围内,可采用通电处理,但时间较长。如果需降低pH值,可采用小面积阳极,大面积阴极;提高pH值时,应采用大面积阳极,小面积阴极。两种处理方法,都采用低电压、小电流。


⑧搅拌通过搅拌可增大电流密度,提高光亮度,减小毛刺,并使阴极表面的氢气易于逸出,减少针孔和麻点。


搅拌方式有阴极移动、压缩空气搅拌、连续循环过滤搅拌或三者相结合。阴极移动的速度,常采用15~20次/min左右,行程100mm左右;随着过滤设备性能的提高,连续循环过滤、搅拌方式使用量在扩大,尤其对高质量电镀,该方式对保证镀液洁净度、减少镀层弊病有重要作用。过滤机可以采用滤芯式或滤袋式,过滤速度一般2~8次/h,过滤精度5~10μm。


⑨电流密度 施镀电流密度与镀液的温度、镍离子浓度、酸度及添加剂等有密切关系。常规镀镍都是在常温和稀溶液条件下进行,其电流密度可取0.5~1.5A/dm2;光亮、快速镀镍是在加温和浓溶液的条件下操作,所采用的电流密度为2~3A/dm2,甚至更高。


⑩温度温度对镀层内应力影响很大,当温度由l0℃升至35℃时,镍层内应力迅速降低,而温度由35℃升到60℃内应力降低较慢。当温度进一步升高,内应力则几乎不变。加温还可以使电镀液中各成分的溶解度增大,进而可以采用浓镀镍液;同时,温度升高,镀液的电导率增加,电流效率提高,但阴极与阳极的极化作用均降低;温度升高使盐类的水解及生成氢氧化物沉淀的趋势增加,特别是铁杂质的水解,易形成针孔;镀液的分散能力降低。目前生产中常规镀镍液的温度控制在20~40℃之间;光亮、快速镀镍k般控制在40~60℃之间。


11.阳极 常规镀镍均采用可溶性镍阳极,为保证阳极均匀溶解,不产生杂质,不形成任何残渣,阳极材料的成分及结构都有严格的要求。常用的有电解镍、铸造镍、含硫镍等,含硫镍是一种活性镍阳极,在精炼过程中加入少量的硫,即使在没有氯化物的镀液中,阳极效率也接近100%。从形状上看,阳极材料有(200~250)mm×(200~250)mmX l5mm镍板、≯6~12mm镍球、声l0~30mm纽扣状镍饼等。使用时通常将镍球、镍饼等装入钛篮,以保证足够大且稳定的电极表面积,为防止阳极泥进入镀液,钛篮应包在双层聚丙烯材料织成的袋内。


使用时应注意:钛篮网目一般为l0mm×3mm,钛篮底部应高出槽底50~70mm,钛篮长度应略低于挂具长度,以避免阴极边缘因电力线过于集中而使镀镍层烧焦;生产中应定期向钛篮中补充阳极材料并防止“架空”;镍球装载密度一般为5.4~6.0kg/dm3,镍饼为4.6kg/dm3;阳极袋口应高出液面30~40mm,内袋要紧,外袋要松。


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