CN102321880A - 一种化学镀镍溶液及其制备方法和施镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学镀镍溶液，其各组分含量为：主盐25～35g/L，还原剂25～42g/L，络合剂45～60g/L，辅助成分1～5g/L；该溶液制备方法是将主络合剂和次络合剂混合均匀，再依次加入主盐、还原剂、加速剂和润湿剂充分溶解混合均匀，调节pH至4.5～5.0；采用该化学镀镍溶液的施镀方法：对基板进行除油、除锈、活化前处理，将基板浸入镀镍槽中，设定镀镍温度和化学镀镍溶液循环过滤，进行施镀。本发明有益效果在于：镀液稳定性高，施镀速率始终保持在15~20μm/h，且一次成型厚度可达300μm以上，镀层结构为非晶态高磷镀层，致密、细腻、孔隙率低，可作为衍射光学模芯和其它非球面光学模具的结构材料。

Description

一种化学镀镍溶液及其制备方法和施镀方法

技术领域

本发明涉及化学镀镍技术领域，特别涉及一种化学镀镍溶液及其制备方法和施镀方法。

背景技术

化学镀镍磷合金是在一定条件下，镀液中的金属Ni²⁺离子被还原剂还原，并且沉积到固态基体表面的过程。在光学模芯及其他非球面光学模具制造领域，化学镀镍层可作为一种非常优异的结构性材料，硬度高、耐磨性、耐腐蚀性强，同时加工后的镀层最高精度能达到0.1μm，表面粗糙度能达到Rz0.05μm，非常符合光学模具所需的表面状态，特别是能满足微细光学结构的超精密加工和光学材料成型的需要。若将化学镀镍层作为一种光学结构应用在光学模芯及其他非球面光学模具上，对镀液和镀层质量的要求就相当严格，基本应具备能长时间施镀、一次成型超厚（300μm以上）、非晶态高磷、镀层致密细腻、无分层无针孔、硬度500～600HV，最终才能适合单点金刚石超精密加工的需要。从目前国内已报道的文献和专利资料中，化学镀镍主要是利用镀层硬度高、耐磨性好、高耐腐蚀的常规基本性能，而大多数的化学镀镍溶液都主要针对装饰、防腐、耐磨等应用，且镀层一次成型的厚度和质量保证多在150μm～200μ m，如CN 101665929A就是针对化学镀镍液耐腐蚀性和稳定性的改进，镀层厚度200μm；CN 1614088A则是针对化学镀液稳定性和环保方面做出的改进。因此，目前镀镍技术存在着镀层厚度较薄、质量不均一、表面粗糙、易产生针孔等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种镀层厚，质量均一，表面致密、细腻、光滑、孔隙率低的化学镀镍溶液及其制备方法和施镀方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种化学镀镍溶液，镀镍溶液中各组分的含量为：

主盐      25～35g/L，

还原剂    25～42g/L，

络合剂    45～60g/L，

辅助成分  1～5g/L。

所述的主盐是NiSO₄·6H₂O或Ni（NH₂SO₃) ·4H₂O。

所述的还原剂是NaH₂PO₂·H₂O。

所述的络合剂由主络合剂和次络合剂两部分组成，所述的主络合剂为乳酸或柠檬酸中的至少一种，含量为35～45g/L；所述的次络合剂为丙酸、甘氨酸 、苹果酸和丁二酸中的一种或两种以上的混合物，含量为10～15g/L。

所述的辅助成分中至少包括含量≥0.5g/L的加速剂和含量≥0.5g/L的润湿剂；所述的润湿剂为聚乙二醇、十二烷基磺酸钠中的至少一种，含量为0.5～2.5g/L；所述的加速剂为NaF、NH₄HF₂中的至少一种，含量为0.5～2.5g/L。

化学镀镍溶液的制备方法，它包括以下步骤：

A、将主络合剂和次络合剂混合均匀；

B、向步骤A得到的溶液中依次加入主盐、还原剂、加速剂和润湿剂充分溶解混合均匀；

C、调节pH至4.5～5.0。

所述步骤C中采用1:3氨水或质量分数为25%碳酸钠进行pH调节。

化学镀镍溶液的施镀方法，它包括以下步骤：

a、对基板进行除油-除锈-活化前处理；

b、将进行完前处理后的基板浸入盛有权利要求1所述的化学镀镍溶液的化学镀镍槽中，设定镀镍温度82～85℃；

c、设定化学镀镍槽中化学镀镍溶液循环过滤的速度为10Turns/Hr，过滤滤径为1μm，进行施镀，镀层达到所需厚度后取出基板。

在施镀过程中，保持镀镍槽中镀镍溶液的Ni²⁺的实际浓度与原镀镍溶液中Ni²⁺的浓度差不超过10%。

本发明具有以下优点：在施镀过程中，对化学镀镍溶液采用循环过滤，可有利于保证和提高镀液的稳定性，使镀液始终处于较纯净状态防止长时间施镀触发分解危险；施镀过程中，始终控制化学镀镍溶液中Ni²⁺的浓度变化在+/-10%以内， Ni²⁺/H₂PO₂ ^-的摩尔比例在0.3～0.4之间以及控制pH维持在4.5～5.0之间，显著提高施镀过程中镀层质量的稳定性，避免了因长时间施镀导致Ni²⁺/H₂PO₂ ^-比例失调及pH偏离，最终影响镀层整体质量（诸如硬度、磷含量）的情况；镀液稳定性高，施镀速率始终保持在15~20μm/h，且一次成型厚度可达300μm以上，镀层结构为非晶态高磷镀层，致密、细腻、孔隙率低，可作为衍射光学模芯和其它非球面光学模具的结构材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述：

实施例1

一种化学镀镍溶液，镀镍溶液中各组分的含量为：

主盐      25g/L，

还原剂    25g/L，

络合剂    45g/L，

辅助成分  1g/L。

其中，所述主盐是NiSO₄·6H₂O；还原剂是NaHPO₂·H₂O；络合剂由主络合剂和次络合剂两部分组成，辅助成分包括加速剂和润湿剂。主络合剂为乳酸（C₃H₆O₃），含量为35g/L；次络合剂为含量为10g/L的丙酸（C₃H₆O₂）；加速剂为含量为0.5g/L的NaF；润湿剂为含量为0.5g/L的聚乙二醇。

化学镀镍溶液的制备方法，包括以下步骤：

A、将主络合剂和次络合剂混合均匀；

B、向步骤A得到的溶液中依次加入主盐、还原剂、加速剂和润湿剂充分溶解混合均匀；所述的依次加入的各类成分以间隔方式逐一加入，待之前加入的成分被充分溶解混合均匀后，再加入下一种成分；

C、用1:3的氨水调节溶液pH至4.5～5.0。

采用上述化学镀镍溶液的施镀方法，包括以下步骤：

a、对400mm×600mm的45号钢基板进行除油-除锈-活化前处理；

b、将进行完前处理后的基板浸入盛有上述化学镀镍溶液的120L化学镀镍槽中，装载量0.2dm²/L，设定镀镍温度82℃；

c、设定化学镀镍槽中化学镀镍溶液循环过滤的速度为10Turns/Hr，过滤滤径为1μm，采用目前已有报道和/或使用的自动加液装置，控制Ni²⁺浓度变化在+/-10%、Ni²⁺/H₂PO₂ ^-摩尔比例在0.3～0.4之间、pH维持在4.5～5.0之间，进行施镀，施镀时间38h，镀层厚度360μm，镀层达到所需厚度后取出基板。

化学镀镍层的主要技术检测指标

外观

厚度（μm）

磷含量（%）

硬度（HV）

耐腐蚀（h）

孔隙率（斑点/m2）

结合力

光滑、细致、半光亮、无针孔、无节瘤

360

13.56

545

500以上

0.5

无剥落

实施例2

一种化学镀镍溶液，镀镍溶液中各组分的含量为：

主盐      35g/L，

还原剂    42g/L，

络合剂    60g/L，

辅助成分  5g/L；

其中，所述主盐是Ni（NH₂SO₃) ·4H₂O；还原剂是NaHPO₂·H₂O；络合剂由主络合剂和次络合剂两部分组成，辅助成分包括加速剂和润湿剂。主络合剂为柠檬酸（C₆H₈O₇），含量为45g/L；次络合剂为含量为5g/L的丁二酸（C₄H₄O₄）和含量为10g/L的苹果酸（C₄H₅O₅）；加速剂为含量为2.5g/L的NH₄HF₂；润湿剂为含量为2.5g/L的十二烷基磺酸钠。

化学镀镍溶液的制备方法，包括以下步骤：

A、将主络合剂和次络合剂混合均匀；

B、向步骤A得到的溶液中依次加入主盐、还原剂、加速剂和润湿剂充分溶解混合均匀；所述的依次加入的各类成分以间隔方式逐一加入，待之前加入的成分被充分溶解混合均匀后，再加入下一种成分；

C、用25%碳酸钠调节溶液pH至4.5～5.0。

采用上述化学镀镍溶液的施镀方法，包括以下步骤：

a、对800mm×600mm的304不锈钢基板进行除油-除锈-活化前处理；

b、将进行完前处理后的基板浸入盛有上述化学镀镍溶液的120L化学镀镍槽中，装载量0.4dm²/L，设定镀镍温度83℃；

c、设定化学镀镍槽中化学镀镍溶液循环过滤的速度为10Turns/Hr，过滤滤径为1μm，采用目前已有报道和/或使用的自动加液装置，控制Ni²⁺浓度变化在+/-10%、Ni²⁺/H₂PO₂ ^-摩尔比例在0.3～0.4之间、pH维持在4.5～5.0之间，进行施镀，施镀时间为48h，镀层厚度400μm，镀层达到所需厚度后取出基板。

化学镀镍层的主要技术检测指标

外观

厚度（μm）

磷含量（%）

硬度（HV）

耐腐蚀（h）

孔隙率（斑点/m2）

结合力

光滑、细致、半光亮、无针孔、无节瘤

400

13.42

526

500以上

0.3

无剥落

实施例3

一种化学镀镍溶液，镀镍溶液中各组分的含量为：

主盐      28g/L，

还原剂    36g/L，

络合剂    55g/L，

辅助成分  3g/L；

其中，所述主盐是NiSO₄·6H₂O；还原剂是NaHPO₂·H₂O；络合剂由主络合剂和次络合剂两部分组成，辅助成分包括加速剂和润湿剂。主络合剂为含量为20g/L的柠檬酸（C₆H₈O₇）和含量为22g/L的乳酸（C₃H₆O₃）；次络合剂为含量为5g/L的乳酸（C₄H₄O₄）、含量为5g/L的甘氨酸（C₂H₅NO₂）和含量为3g/L的丁二酸（C4H4O4）；加速剂为含量为0.8g/L的NH₄HF₂和含量为0.7g/L的NaF；润湿剂为含量为0.8g/L的聚乙二醇和含量为0.7g/L的十二烷基磺酸钠。

化学镀镍溶液的制备方法，包括以下步骤：

A、将主络合剂和次络合剂混合均匀；

B、向步骤A得到的溶液中依次加入主盐、还原剂、加速剂和润湿剂充分溶解混合均匀；所述的依次加入的各类成分以间隔方式逐一加入，待之前加入的成分被充分溶解混合均匀后，再加入下一种成分；

C、用25%碳酸钠调节溶液pH至4.5～5.0。

采用上述化学镀镍溶液的施镀方法，包括以下步骤：

a、对1600mm×600mm的20号钢基板进行除油-除锈-活化前处理；

b、将进行完前处理后的基板浸入盛有上述化学镀镍溶液的120L化学镀镍槽中，装载量0.8dm²/L，设定镀镍温度85℃；

c、设定化学镀镍槽中化学镀镍溶液循环过滤的速度为10Turns/Hr，过滤滤径为1μm，采用目前已有报道和/或使用的自动加液装置，控制Ni²⁺浓度变化在+/-10%、Ni²⁺/H₂PO₂ ^-摩尔比例在0.3～0.4之间、pH维持在4.5～5.0之间，进行施镀，施镀时间为36h，镀层厚度320μm，镀层达到所需厚度后取出基板。

化学镀镍层的主要技术检测指标

外观

厚度（μm）

磷含量（%）

硬度（HV）

耐腐蚀（h）

孔隙率（斑点/m2）

结合力

光滑、细致、半光亮、无针孔、无节瘤

320

11.32

486

500以上

0.3

无剥落

Claims (9)

1.一种化学镀镍溶液，其特征在于：镀镍溶液中各组分的含量为：

主盐        25～35g/L，

还原剂     25～42g/L，

络合剂     45～60g/L，

辅助成分  1～5g/L。

2.根据权利要求1所述的一种化学镀镍溶液，其特征在于：所述的主盐是NiSO₄·6H₂O或Ni（NH₂SO₃) ·4H₂O。

3.根据权利要求1所述的一种化学镀镍溶液，其特征在于：所述的还原剂是NaH₂PO₂·H₂O。

4.根据权利要求1所述的一种化学镀镍溶液，其特征在于：所述的络合剂由主络合剂和次络合剂两部分组成，所述的主络合剂为乳酸或柠檬酸中的至少一种，含量为35～45g/L；所述的次络合剂为丙酸、甘氨酸 、苹果酸和丁二酸中的一种或两种以上的混合物，含量为10～15g/L。

5.根据权利要求1所述的一种化学镀镍溶液，其特征在于：所述的辅助成分中至少包括含量≥0.5g/L的加速剂和含量≥0.5g/L的润湿剂；所述的润湿剂为聚乙二醇、十二烷基磺酸钠中的至少一种，含量为0.5～2.5g/L；所述的加速剂为NaF、NH₄HF₂中的至少一种，含量为0.5～2.5g/L。

6.如权利要求1所述的一种化学镀镍溶液的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

A、将主络合剂和次络合剂混合均匀；

B、向步骤A得到的溶液中依次加入主盐、还原剂、加速剂和润湿剂充分溶解混合均匀；

C、调节pH至4.5～5.0。

7.根据权利要求6所述的一种化学镀镍溶液的制备方法，其特征在于：所述步骤C中采用1:3的氨水或质量分数为25%碳酸钠进行pH调节。

8.采用权利要求1所述的一种化学镀镍溶液的施镀方法，其特征在于：它包括以下步骤：

a、对基板进行除油-除锈-活化前处理；

b、将进行完前处理后的基板浸入盛有权利要求1所述的化学镀镍溶液的化学镀镍槽中，设定镀镍温度82～85℃；

c、设定化学镀镍槽中化学镀镍溶液循环过滤的速度为10 Turns/Hr，过滤滤径为1μm，进行施镀，镀层达到所需厚度后取出基板。

9.根据权利要求8所述的一种化学镀镍溶液的施镀方法，其特征在于：在施镀过程中，保持镀镍槽中化学镀镍溶液的Ni²⁺的实际浓度与原化学镀镍溶液中Ni²⁺的浓度差不超过原化学镀镍溶液中Ni²⁺浓度的10%。