CN100476027C - 化学镀镍镀液及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种化学镀镍镀液，其配方包括可溶性镍盐、络合剂、缓冲剂、次亚磷酸盐还原剂、选自碱金属氢氧化物的pH调节剂以及稳定剂，该镀液操作温度为50-55℃，pH值7.0-8.5。本发明为中温碱性化学镀镍，操作温度较一般化学镀镍温度低，能耗少，镀液稳定，成分简单，工艺易控制操作，同时pH值接近中性，且不用氨水调节，节省成本，大大改善了工作环境。

Description

化学镀镍镀液及工艺

技术领域

本发明涉及化学镀领域，特别是一种化学镀镍镀液及工艺。

背景技术

化学镀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沉积的过程。它也被称为自催化镀或无电镀。

实现化学镀应具备下述条件：(1)溶液中还原剂被氧化的电位要显著低于金属离子被还原的电位，以使金属有可能在基材上被沉积出来；(2)配好的溶液不产生自发分解，当与催化表面接触时，才发生金属沉积过程；(3)调节溶液的pH、温度时，可以控制金属的还原速度，即可以调节镀覆速度；(4)被还原析出的金属应具有催化活性，这样镀层才能增厚；(5)反应生成物不妨碍镀覆过程的正常进行，即溶液有足够的使用寿命。

化学镀溶液的成分包括金属盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、pH调节剂、稳定剂、加速剂、润湿剂和光亮剂等。与电镀相比，化学镀具有镀层厚度均匀、针孔少、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。但成本比电镀高，主要用于不适于电镀的特殊场合。

化学镀中应用最广的是化学镀镍，而化学镀镍溶液通常是用次磷酸盐作还原剂。其反应过程为：

Ni²⁺+H₂PO₂ ^-+H₂O——→HPO₃ ^2-+3H⁺+Ni

H₂PO₂ ^-+H——→P+H₂O+OH^-(部分H₂PO₂ ^-被氢原子还原成磷夹杂在镀层中)

H₂PO₂ ^-+H₂O——→H⁺+HPO₃ ^2-+H₂↑(析氢反应)

这类镀层的特点是：(1)所得镀层为含有一定数量磷的镍磷合金，其磷含量随溶液成分和操作条件的不同而在3％-14％之间变化；(2)镀层为非晶态的层状结构，进行热处理时，随着Ni₃P的结晶化，其层状结构逐渐消失，含磷量高于8％时，镀层为非磁性；含磷量低于8％时，其磁性能也与电镀镍层有很大差异；(3)抗蚀性高，特别是在含磷量较高时，在许多浸蚀性介质中均比电镀镍耐蚀得多；(4)硬度高，这种镀层的显微硬度≈500-600HV，比电镀镍层高得多，经400℃热处理后，其硬度可达1000HV以上，可用来代替镀硬铬，韧性比电镀镍层差；(5)易于钎焊，但熔焊性能比镍镀层差；(6)某些化学镀镍层的外观与不锈钢相似，比带微黄色的镍镀层美观。

化学镀镍磷层主要用作化工设备的抗蚀镀层、复杂机械零件的耐磨镀层、电子元器件的钎焊镀层、电子仪器的电磁屏蔽层及非导体的金属化等。

化学镀镍分为酸性化学镀镍和碱性化学镀镍，一般酸性化学镀镍操作温度高(一般在80℃以上)，能耗大，镀液不稳定，成分复杂，而一般碱性化学镀镍，虽然操作温度较低，但须加入大量氨水来维持镀液的pH值，药品消耗多，生产成本高，并且由于氨水的挥发性，造成操作环境很差。化学镀镍的镀液一般含有：例如氯化镍、碳酸镍、或硫酸镍等的待沉积的金属的盐，一种能将金属离子还原为金属的还原剂，一种络合剂和pH调节剂。目前最广泛的是应用次磷酸盐为还原剂，以及氨水作为pH调节剂，在离子沉积过程中，因为反应产生气态和离子态的氢，因此必须不断加入大量氨水来维持镀液的pH值，而氨水的挥发性产生强烈的气味，造成操作环境很差，且废水处理复杂。而非挥发性的碱，如碱金属氢氧化物，由于在先前的研究中表明会对镀液的稳定性、以及对金属镀层的质量产生不利影响，在某些情况下，甚至会导致镀液失效的严重后果，因此一直未用于控制此类型的化学镀镍镀液的pH值。但由于碱金属氢氧化物与氨水相比，具有对环境污染较少，废液处理容易等明显优点，因此如何才能采用碱金属氢氧化物调节镀液pH值仍然是目前镀液开发的主要方向。

例如在中国专利申请，申请号为02815773.7，公开了一种化学镀镍镀液及其方法，采用了次磷酸钠Sodium hypophosphite作为还原剂，碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物等作为pH调节剂，虽然无须采用氨水，但是其工艺操作非常繁复，由于操作温度约在80-90℃之间，而用碱金属氢氧化物调节前必须将化学镀液冷却到60℃以下，因此在该申请技术中，要调节pH值时，首先要将高温镀液的一部分规律地或连续地从镀槽中移出，冷却至60℃以下，检测该部分移出镀液的pH值，加入pH调节剂调节pH值后，再将该部分镀液送回镀槽，不仅增加了设备成本，而且不便于生产操作。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种化学镀镍镀液及工艺，其采用碱金属氢氧化物来调节镀液的pH值，而无须特别的工艺流程，实现了中温碱性化学镀镍。

本发明的目的是这样实现的：一种化学镀镍镀液，其特征在于包括以下组分：

可溶性镍盐         20-30g/L

络合剂             15-25g/L

缓冲剂             10-20g/L

次亚磷酸盐还原剂   20-30g/L

选自碱金属氢氧化物的pH调节剂加至镀液pH值为7.0-8.5

稳定剂                          1-2mg/L。

采用上述化学镀镍镀液进行化学镀镍的工艺，其镀液操作温度为50-55℃，pH值7.0-8.5。

本发明为中温碱性化学镀镍，操作温度较一般化学镀镍温度低，能耗少，镀液稳定，成分简单，工艺易控制操作，同时pH值接近中性，且不用氨水调节，节省成本，大大改善了工作环境。

具体实施方式

本发明的一种化学镀镍镀液，其包括有水、可溶性镍盐、络合剂、次亚磷酸盐还原剂、选自碱金属氢氧化物的pH调节剂，除此以外，还含有缓冲剂、稳定剂等其它添加剂。

可溶性镍盐一般采用来源广、成本较低、溶解度较好的硫酸镍，而其它符合溶解度标准的任何镍盐均是适合的。在镀液中可溶性镍盐浓度可在20-30g/L范围内。

还原剂优选次亚磷酸盐，特别是次亚磷酸钠。在镀液中还原剂浓度可在20-30g/L范围内。

pH调节剂不含氨水或铵离子，采用碱金属氢氧化物，如氢氧化钠、氢氧化钾。添加至镀液的pH值维持在7.0-8.5之间。

络合剂的选择很多，包括各种有机酸或有机酸盐，如柠檬酸、乳酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸、葡萄糖酸等，或以上有机酸的盐。在镀液中络合剂浓度可在15-25g/L范围内。

缓冲剂能将pH值控制在某一程度，优选氯化铵，在镀液中浓度为10-20g/L。

稳定剂用于稳定镀液组分，优选硫脲，在镀液中浓度为1-2mg/L。

镀液工艺，镀液操作温度在50-55℃，镀液的pH值维持在7.0-8.5之间。操作时间视产品而定，本发明的镀速高，EMI化学镀镍只需6-8分钟，大大提高了生产效率。不施镀存放时，不必降低酸碱度，可节省药品的用量。

下面通过具体的实施例子来进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

工艺配方组成

主盐：硫酸镍Nickelous sulfate(NiSO₄·7H₂O)20g/L

络合剂：柠檬酸钠Sodium citrate(Na₃C₆H₅O₇·2H₂O)15g/L

缓冲剂：氯化铵Ammonium chloride(NH₄Cl)10g/L

还原剂：次亚磷酸钠Sodium hypophosphite(NaH₂PO₂·H₂O)20g/L

pH调节剂：氢氧化钠Sodium hydroxide(NaOH)加至pH值为7.0-8.5

稳定剂：硫脲Thiourea((NH₂)₂CS)1mg/L

镀液操作工艺

温度：50-55，pH值：7.0-8.5。由于镀槽温度低，因此调整pH值时可直接将氢氧化钠添加到镀槽的镀液内，而无须额外的降温冷却工序。随着镍盐和次亚磷酸盐浓度的增加，沉积速度逐渐提高，而后趋于稳定或稍有降低，但此时溶液稳定性下降。这两种药品是化学镀镍的主要消耗成分，要经常补充。补充时两者应分别溶解加入，加入时溶液温度低一些为好，并要有良好的搅拌。若能用自动控制仪表带计量泵补加，最为理想。

实施例2

工艺配方组成

主盐：硫酸镍30g/L    络合剂：柠檬酸钠25g/L

缓冲剂：氯化铵20g/L  还原剂：次亚磷酸钠30g/L

pH调节剂：氢氧化钠加至pH值为7.0-8.5

稳定剂：硫脲2mg/L

镀液操作工艺同实施例1。

实施例3

工艺配方组成

主盐：硫酸镍25g/L  络合剂：柠檬酸钠20g/L

缓冲剂：氯化铵15g/L  还原剂：次亚磷酸钠25g/L

pH调节剂：氢氧化钠加至pH值为7.0-8.5

稳定剂：硫脲1.5mg/L

镀液操作工艺同实施例1。

经以上镀液及工艺镀出来的镀层性能，包括镀层厚度、镀层含磷量、附着力性能等指标均达到要求。

Claims (9)

1.一种化学镀镍镀液，其特征在于包括以下组分：

可溶性镍盐                    20-30g/L

络合剂                        15-25g/L

缓冲剂                        10-20g/L

次亚磷酸盐还原剂              20-30g/L

选自碱金属氢氧化物的pH调节剂加至镀液pH值为7.0-8.5

稳定剂                        1-2mg/L。

2.根据权利要求1所述的一种化学镀镍镀液，其特征在于：所述的可溶性镍盐是硫酸镍。

3.根据权利要求1所述的一种化学镀镍镀液，其特征在于：所述的络合剂是有机酸或有机酸盐。

4.根据权利要求2所述的一种化学镀镍镀液，其特征在于：所述的络合剂是柠檬酸钠。

5.根据权利要求1所述的一种化学镀镍镀液，其特征在于：所述的缓冲剂是氯化铵。

6.根据权利要求1所述的一种化学镀镍镀液，其特征在于：所述的碱金属氢氧化物的pH调节剂是氢氧化钠或氢氧化钾。

7.根据权利要求1所述的一种化学镀镍镀液，其特征在于：所述的次亚磷酸盐还原剂是次亚磷酸钠。

8.根据权利要求1所述的一种化学镀镍镀液，其特征在于：所述的稳定剂是硫脲。

9.一种采用权利要求1-8中任一权利要求所述的化学镀镍镀液进行化学镀镍的工艺，其特征在于：所述的镀液操作温度为50-55℃，pH值为7.0-8.5。