CN102953054A - 一种化学镀镍磷合金镀液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化学镀镍磷合金镀液，每升镀液含六水硫酸镍20～45g，二水次亚磷酸钠20～45g，乳酸15～25ml，醋酸钠10～15g，尿素2～15g，其余为水，本发明以尿素作为添加剂，尿素与镍离子形成了配合物，改变镍磷合金的沉积机理，使沉积温度大幅度降低，在较低的温度下就可获得较好的镀层，降低了生产成本，为企业增加效益。

Description

一种化学镀镍磷合金镀液

技术领域

本发明涉及一种化学镀镍磷合金镀液，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

化学镀镍以其优良的镀层性能和施镀特点，7O多年来化学镀镍在航天航空、石油化工、机械电力、交通运输、轻工电子、家用电器以及核工业等方面得到了广泛的应用和开发。但是目前在酸性化学镀镍工艺中，普遍存在着镀速慢、施镀温度高、镀液稳定性差、生产成本高等问题困扰着该领域的发展。为了解决这些问题先后出现了碱性化学镀镍等各种工艺，然而各有利弊。

在酸性化学镀镍工艺中，其核心技术就是寻找理想的添加剂，以优化各项工艺条件和镀层性能。提高沉积速率，降低镀液温度，增加镀液的稳定性，获得高质量的镍磷合金镀层。据有关报道，在酸性化学镀镍工艺中，镍磷合金沉积最低温度在50℃以上才有沉积，施镀温度一般在85℃以上，镀速较好的略超20μm/h，一般不足20μm/h，甚至有的不足10μm/h，导致企业生产成本居高不下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种化学镀镍磷合金镀液，本发明以尿素作为添加剂，尿素与镍离子形成了配合物，改变镍磷合金的沉积机理，使沉积温度大幅度降低，在较低的温度下就可获得较好的镀层，降低了生产成本，为企业增加效益。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种化学镀镍磷合金镀液，每升镀液含六水硫酸镍20～45g，二水次亚磷酸钠20～45g，乳酸15～25ml，醋酸钠10～15g，尿素2～15g，其余为水。

本发明的有益效果是：本发明以尿素作为添加剂与镍离子配位，提高了镍离子在金属表面与次亚磷酸钠的自催化活性，增加了镀液的稳定性；降低了施镀温度；尿素与镍离子形成了配合物，改变镍磷合金的沉积机理，使沉积温度大幅度降低，降低了生产成本，为企业增加效益。本发明由于选择尿素为添加剂拓宽了pH使用范围。

本发明工艺配方简单，生产管理易掌握，能耗少，在较低的温度下就可获得较好的镀层，生产成本大幅度降低，生产效率提高，为企业创造较高的利润，具有较好的推广应用价值。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，每升镀液含六水硫酸镍40g，二水次亚磷酸钠40g，乳酸20ml，醋酸钠15g，其余为水。

附图说明

图1为pH值对沉积速度的影响图；

图2为温度对沉积速度的影响图；

图3为尿素对沉积温度的影响图；

图4为尿素对沉积速度的影响图；

图5为乳酸对沉积速度的影响图；

图6为醋酸钠对沉积速度的影响；

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

镀液的配制：按下面实施例中配方的用量将各原料依次溶解于水，用2～4mol/L的氢氧化钠和醋酸稀溶液调镀液的pH值，镀液配好后调pH值为5，温度为65～75℃，施镀1h，即可备用。

工艺流程：以下实施例的工艺流程按此流程，选择普通冷轧钢板(2cm×5cm×0.1cm)作试片，在40～60℃时将试片放入碱性脱脂液中浸泡8～12min（油脂脱净为止），取出用流动清水洗涤2次，再放入酸性除锈液中，常温下浸泡10～15min（锈除净为止），取出用流动清水洗涤2～3次，而后再将试片放入化学镀镍溶液中进行化学镀镍，取出用流动清水洗涤2次，晾干或烘干即可。

以下实施例主要测定了pH值、温度、尿素、乳酸、醋酸钠等对沉积速度的影响。

镀层的沉积速率采用重量法测定，计算公式为：

$\mathrm{\μ}=\frac{(m_2-m_1)\×{10}^4}{\mathrm{\ρ}\·s\·t}$

式中：m₁---镀前试片重（g），    ρ---镀层密度（7.9g／cm³），

m₂---镀后试片重（g），          s---试片面积（cm²）

μ---为沉积速率（μm/h），      t---施镀时间（h）

实施例1：pH值对沉积速度的影响

工艺配方为：六水硫酸镍40g/L，二水次亚磷酸钠40g/L，乳酸20ml/L，醋酸钠15g/L，尿素10g/L；温度为80～83℃。

pH值为3，沉积速度3.2μm/h；pH值为4，沉积速度8.4μm/h；pH值为5，沉积速度23.8μm/h；pH值为6，沉积速度30.1μm/h；pH值为6.5，沉积速度22.3μm/h。

实验结果表明，随着pH值的升高次亚磷酸钠的还原性增强，合金的沉积速度加快；当pH值很低时，沉积速率较小；随pH值升高，沉积速率加快。当pH值上升到5.5～6时，沉积速率最快；pH值在6以上时，沉积速率随pH值升高而下降。这是由于酸性较强时，次磷酸钠不易分解析氢，添加剂的催化活性减弱，试片表面的催化活性减弱，沉积速率较慢；酸性较弱时，次磷酸钠的活性增大，析氢速率加快，沉积速率加快。当pH值为6以上时，由于镀液中有部分难溶物生成，吸附在试片表面，阻碍了合金的沉积，降低了催化活性，使沉积速率降低，且试片表面粗糙。同时镀液中有镍沉积，镀液的稳定性很差。因此，控制pH值4.5～5.5较好，如图1所示。

实施例2：温度对沉积速度的影响

工艺配方为：六水硫酸镍40g/L，二水次亚磷酸钠40g/L，乳酸20ml/L，醋酸钠15g/L，尿素10g/L；pH值为5.0～5.1。

30℃沉积速度0.2μm/h，40℃沉积速度2.3μm/h，50℃沉积速度4.6μm/h，60℃沉积速度8.9μm/h，70℃沉积速度15.2μm/h，80℃沉积速度23.2μm/h，90℃沉积速度31.2μm/h；95℃沉积速度35.2μm/h。

实验结果表明，在30～95℃范围内都可获得镍磷合金镀层。在30～50℃范围内，随温度升高，沉积速率缓慢上升；50～80℃时，随温度升高，沉积速率快速上升；80℃以后，随温度升高，沉积速率上升略有减慢；88℃以后，随时间的延长，镀液出现了不稳定现象，镀液颜色逐渐变暗，镀槽壁上和底部出现了镍磷合金镀层，同时有大量氢气放出。这一现象是由于在添加剂的作用下，温度较低时次磷酸钠就可以释放活性氢，使镍、磷还原。随着温度升高，P-H键可能被削弱，次亚磷酸钠的活性增强，析氢增多，镀层沉积速率加快，当达到88℃以上时，P-H键在添加剂和高温的共同作用下，尽管没有基体表面的催化，它也能发生氧化还原反应分解析氢，使溶液中的镍、磷被还原，导致镀液不稳定。因此，尽管次磷酸钠的分解速率加快，析氢数量增多，还原速率加快，但试片增重减慢，并且表面粗糙。所以，温度控制在60～80℃为宜，如图2所示。

实施例3：尿素对沉积温度和沉积速度的影响

工艺配方为：六水硫酸镍40g/L，二水次亚磷酸钠40g/L，乳酸20ml/L，醋酸钠15g/L，pH值为5.0～5.1。

（1）尿素对沉积温度的影响

不加尿素时，30℃沉积速度0μm/h，40℃沉积速度0μm/h，50℃沉积速度0.5μm/h，60℃沉积速度2.9μm/h，70℃沉积速度10.2μm/h，80℃沉积速度13.7μm/h，90℃沉积速度18.4μm/h；95℃沉积速度21.3μm/h。

（2）尿素对沉积速度的影响

当温度控制在80～83℃时，加入1g/L尿素沉积速度为18.2μm/h，5g/L尿素沉积速度为21.5μm/h，10g/L尿素沉积速度为23.1μm/h，15g/L尿素沉积速度24.7μm/h，20g/L尿素沉积速度23.4μm/h。

实验结果表明，不加尿素时，温度在50℃以下无镀层，50℃以上才有镍磷合金沉积，随温度升高沉积速度缓慢加快，70℃后才有明显加快，到95℃时才达到21.3μm/h，由此可见，需要在较高的温度下才能保持高沉积速度，这给生产带来不便，生产成本也较高。当温度控制在80～83℃时加入尿素后，随尿素加入量的增加，沉积速度加快，当尿素含量达到一定时，沉积速度增加缓慢，尿素最佳用量为10～15g/L；由例2和例3可见，加入尿素后，尿素与镍离子形成了配合物，改变镍磷合金的沉积机理，使沉积温度大幅度降低，在较低的温度下就可获得较好的镀层，降低了生产成本，为企业增加效益，如图3、4所示。

实施例4：乳酸对沉积速度的影响

工艺配方为：六水硫酸镍40g/L，二水次亚磷酸钠40g/L，醋酸钠15g/L，尿素10g/L；温度为80～83℃，pH值为5.0～5.1。

5mL/L乳酸沉积速度7.5μm/h，10mL/L乳酸沉积速度10.8μm/h，15mL/L乳酸沉积速度22.5μm/h，20mL/L乳酸沉积速度25.3μm/h，25mL/L乳酸沉积速度27.8μm/h，30mL/L乳酸沉积速度20.1μm/h。

乳酸在镀液中的作用是多方面的，如配合、缓冲、促进等作用，实验结果表明，随乳酸含量的增加，沉积速度逐渐加快，在25mL/L以后开始降低，并且在25mL/L以后降低速度加快；这是由于乳酸含量少，配位不够促进作用差，沉积速度低；乳酸含量太高时，配位能力太强，使镍离子稳定性提高，阻碍了镍离子与次亚磷酸钠的反应，导致沉积速度降低。乳酸最佳用量在23mL/L，如图5所示。

实施例5：醋酸钠对沉积速度的影响

工艺配方为：六水硫酸镍40g/L，二水次亚磷酸钠40g/L，乳酸20ml/L，尿素10g/L；温度为80～83℃，pH值为5.0～5.1。

5g/L醋酸钠沉积速度18.1μm/h，10g/L醋酸钠沉积速度21.3μm/h，15g/L醋酸钠沉积速度25.7μm/h，20g/L醋酸钠沉积速度22.0μm/h，25g/L醋酸钠沉积速度17.6μm/h。

在镀液中醋酸钠的作用与乳酸类似，对镀液的影响也相似。从实验结果可以看出，随着醋酸钠含量的增加，沉积速度逐渐加快，当醋酸钠含量达到15g/L时达到最大沉积速度，而后随着醋酸钠含量增加，沉积速度快速降低；同样是醋酸钠含量少，配位不够促进作用差，沉积速度低；醋酸钠含量太高时，配位能力太强，使镍离子稳定性提高，阻碍了镍离子与次亚磷酸钠的反应，导致沉积速度降低。醋酸钠最佳用量为15g/L，如图6所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种化学镀镍磷合金镀液，其特征在于，每升镀液含六水硫酸镍20～45g，二水次亚磷酸钠20～45g，乳酸15～25ml，醋酸钠10～15g，尿素2～15g，其余为水。

2.根据权利要求1所述的镀液，其特征在于，每升镀液含六水硫酸镍40g，二水次亚磷酸钠40g，乳酸20ml，醋酸钠15g，其余为水。

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