CN109267048A - 一种碱性无氨化学镀镍溶液及其化学镀镍的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碱性无氨化学镀镍溶液，包括如下含量的组分：氨基磺酸镍20‑40g/L，次亚磷酸钠20‑40g/L，柠檬酸钠45‑65g/L，氢氧化钠2‑6g/L；化学镀镍的方法包括预浸和化学镀镍，预浸液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍20～40g/L，柠檬酸钠45～65g/L，氢氧化钠2～6g/L；预浸温度为45～50℃。本申请卷对卷非金属基材经过预浸液预浸后，再加入镀液中，并且将预浸液和化学镀镍溶液以及其中的各成分含量控制在本申请的范围内，使得基材化学镀的过程中能够降低漏镀的风险，化学镀的时间大大缩短，提高了化学镀的效率，操作简便，安全，废水处理难度及处理成本大幅降低。

Description

一种碱性无氨化学镀镍溶液及其化学镀镍的方法
技术领域
本发明属于化学镀技术领域，具体涉及一种碱性无氨化学镀镍溶液及其化学镀镍的方法。
背景技术
化学镀镍，又称为无电解镀镍或自催化镀镍，是通过溶液中适当的还原剂使镍离子在金属表面靠自催化的还原作用而进行的镍沉积过程。化学镀Ni-P合金镀层的耐磨性、耐蚀性、可焊性优良、镀层具有硬度高和磁屏蔽性的特性，而且镀层厚度均匀，适用于各种材料(包括非金属材料)复杂零件的施镀，在航天航空、石油化工、电子工业、交通运输、IT产业等方面得到了广泛的应用。
酸性化学镀Ni-P工艺中施镀温度通常在较高的温度下进行。在镀液温度高时，虽然酸性化学镀镍液溶液沉积速度快，但高温对镀槽及加热设备要求较高，能耗大，镀液易挥发，镀液稳定性差，次亚磷酸盐的利用率低，同时带来工艺控制和维护的困难。因此，目前非金属卷对卷化学镀镍，一般采用碱性化学镀镍。如专利申请号CN201010182609.7中公开了塑料电镀碱性化学镀镍液，包含如下浓度的组分：硫酸镍(NiSO4·6H2O)5～50g/L，次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)5～50g/L，氨水(NH3·H2O)少量，柠檬酸铵(C6H8O7·H2O)15～25g/L，稳定剂2-10ppm，pH 8.0-10.0；专利申请号CN201711195741.X中公开了一种中温中磷碱性化学镀镍磷镀液，包括溶剂水以及如下组分：硫酸镍(NiSO4·6H2O)25～35g/L，次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)30～40g/L，氨水(NH3·H2O)10-20mL/L，柠檬酸(C6H8O7·H2O)15～25g/L，三乙醇胺0-10mL/L加速剂2～4g/L，缓冲剂4～5g/L，pH8.4-9.3。现有的碱性化学镀镍镀液中必须添加氨水，起到络合主盐金属离子和pH值调整作用，但是氨水的存在也产生不少弊端。在生产过程中，镀液中会挥发出刺激性的氨气，对人体造成危害，而且环保对氨氮的控制越来越严格，含氨的废水处理难度大，处理成本非常高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种碱性无氨化学镀镍溶液及其化学镀镍的方法。
本发明提供一种碱性无氨化学镀镍溶液，包括如下含量的组分：氨基磺酸镍20-40g/L，次亚磷酸钠20-40g/L，柠檬酸钠45-65g/L，氢氧化钠2-6g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为7.8-8.4。
优选的，所述碱性无氨化学镀镍溶液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍25-35g/L，次亚磷酸钠20-30g/L，柠檬酸钠55-65g/L，氢氧化钠3-4g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为8.0-8.2。
本发明还提供了一种无氨化学镀镍的方法，包括下述步骤：
a)预浸：将经过前处理的非金属基材放入预浸液中预浸，预浸液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍20～40g/L，柠檬酸钠45～65g/L，氢氧化钠2～6g/L；预浸温度为45～50℃；
b)化学镀：将经过步骤a)预浸后的非金属基材加入上述碱性无氨化学镀镍溶液中进行化学镀镍，化学镀的温度为45～50℃，于非金属基材表面形成一层镍镀层，即可得到镀镍后的镀件。
优选的，步骤a)中所述前处理的操作包括粗化、还原、敏化和活化。
优选的，步骤a)中所述预浸液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍25-35g/L，柠檬酸钠55-65g/L，氢氧化钠3-4g/L。
优选的，步骤a)中所述预浸温度为46℃。
优选的，步骤a)中所述预浸时间10-30s，更优选为20s。
优选的，步骤b)中所述化学镀的温度为45-47℃。
本发明所述粗化液的主要成分为高锰酸钾、硫酸，还原液主要成分为草酸，敏化液为氯化亚锡(SnCl2)或三氯化钛(TiCl3)的水溶液，活化液为离子型氯化钯(PdCl2)盐酸(HCl)溶液。
现有技术中，卷对卷非金属基材的碱性化学镀镍溶液中必须添加氨水(如专利申请号CN201010182609.7和CN201711195741.X中都用到了氨水)，起到络合主盐金属离子和pH值调整作用。若不加入氨水，则不能对镍离子络合，镀液的稳定性差，化学镀效果不佳，这也就是为什么在氨水对人体造成危害和污染环境的情况下，还坚持使用氨水。
本申请的碱性化学镀镍溶液中，不使用氨水，用氢氧化钠调节pH，并且将主盐硫酸镍或者氯化镍换成氨基磺酸镍，加入柠檬酸钠，避免使用氨水在生产过程中挥发出刺激性的氨气，对人体造成危害，产生的废水也较少，生产成本降低。现有技术中化学镀镍溶液的主盐通常为硫酸镍或者氯化镍，这种镍盐在络合剂柠檬酸根不足或者氨水不足的情况下，镀液的自分解反应加剧，生成镍粉，加速镀液失效；在室温≦20℃情况下，主盐补加会因为温度低而产生结晶。这两种异常都会极大的影响生产周期，甚至导致镀液失效，增大了后期废水处理难度。而采用本申请的碱性化学镀镍溶液能够解决上述问题，既能避免使用氨水，又能实现非金属卷对卷连续化学镀镍，且镀液稳定，镀液的使用周期大幅延长。虽然现有技术中已经有将本申请碱性化学镀镍溶液中的成分运用到化学镀液中，但是并没有将本申请的所有成分结合到一起应用到卷对卷非金属基材的化学镀中，并且本申请的发明人通过研究发现，只有采用本申请的碱性化学镀镍溶液才能够保证镀镍溶液的稳定性，化学镀效果更好。
目前，化学镀镍的工艺流程是非金属基材经过前处理后，直接进入化学镀镍，没有经过预浸处理，这种操作存在两个问题：1、缓冲时间长，基材局部漏镀风险比较大(SnCl2敏化-PdCl2活化体系是酸性体系，而化学镀镍是碱性体系，基材进入到镀液中需要一定的时间才能达到反应所需条件，基材局部漏镀风险较大)；2、化学镀周期缩短，效率低(无效Pd带入太多，无效上镍增加，镍粉增加，需要周期性停止化学镀过滤)。现有技术中卷对卷非金属基材的化学镀中没有经过预浸处理，并且即使经过预浸处理，其预浸液的组份与本申请的也不同。卷对卷非金属基材经过本申请的预浸液预浸后，再加入本申请的镀液中，并且将预浸液和化学镀镍溶液以及其中的各成分含量控制在本申请的范围内，使得基材化学镀的过程中能够降低漏镀的风险，化学镀的时间大大缩短，提高了化学镀的效率，操作简便，安全，废水处理难度及处理成本大幅降低。
本申请的碱性化学镀镍溶液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍20-40g/L，次亚磷酸钠20-40g/L，柠檬酸钠45-65g/L，氢氧化钠2-6g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为7.8-8.4。而现有技术中化学镀镍溶液的碱性都较强，达到了8.4以上，而本申请的发明人通过研究发现，将镀镍溶液的pH值控制为7.8-8.4，更优选为8.0-8.2，能够使镀镍溶液更稳定，化学镀效果更好。
本发明的有益效果是：
1、本申请不使用氨水，用氢氧化钠调节pH，并且将主盐硫酸镍或者氯化镍换成氨基磺酸镍，加入柠檬酸钠，避免使用氨水在生产过程中挥发出刺激性的氨气，对人体造成危害，产生的废水也较少，生产成本降低。
2、本申请卷对卷非金属基材经过预浸液预浸后，再加入镀液中，并且将预浸液和化学镀镍溶液以及其中的各成分含量控制在本申请的范围内，使得基材化学镀的过程中能够降低漏镀的风险，化学镀的时间大大缩短，提高了化学镀的效率，操作简便，安全，废水处理难度及处理成本大幅降低。
3、本申请化学镀镍工艺操作简便，安全，废水处理难度及处理成本大幅降低。
具体实施方式
实施例1
碱性无氨化学镀镍溶液，包括如下含量的组分：氨基磺酸镍20g/L，次亚磷酸钠40g/L，柠檬酸钠65g/L，氢氧化钠6g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为8.4。
无氨化学镀镍的方法，包括下述步骤：
a)预浸：将经过粗化、还原、敏化和活化前处理的非金属基材放入预浸液中预浸，预浸液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍20g/L，柠檬酸钠65g/L，氢氧化钠6g/L；预浸温度为45～50℃,预浸时间10s；
b)化学镀：将经过步骤a)预浸后的非金属基材加入上述碱性无氨化学镀镍溶液中进行化学镀镍，化学镀的温度为50℃，于非金属基材表面形成一层镍镀层，即可得到镀镍后的镀件。
优选的，步骤a)中所述预浸液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍25-35g/L，柠檬酸钠55-65g/L，氢氧化钠3-4g/L。
优选的，步骤a)中所述预浸温度为46℃。
优选的，步骤a)中所述预浸时间10-30s，更优选为20s。
优选的，步骤b)中所述化学镀的温度为45-47℃。
实施例2
碱性无氨化学镀镍溶液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍30g/L，次亚磷酸钠30g/L，柠檬酸钠55g/L，氢氧化钠3g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为8.0。
无氨化学镀镍的方法，包括下述步骤：
a)预浸：将经过粗化、还原、敏化和活化前处理的非金属基材放入预浸液中预浸，预浸液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍30g/L，柠檬酸钠55g/L，氢氧化钠3g/L；预浸温度为46℃,预浸时间20s；
b)化学镀：将经过步骤a)预浸后的非金属基材加入上述碱性无氨化学镀镍溶液中进行化学镀镍，化学镀的温度为46℃，于非金属基材表面形成一层镍镀层，即可得到镀镍后的镀件。
实施例3
碱性无氨化学镀镍溶液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍40g/L，次亚磷酸钠20g/L，柠檬酸钠45g/L，氢氧化钠2g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为7.8。
无氨化学镀镍的方法，包括下述步骤：
a)预浸：将经过粗化、还原、敏化和活化前处理的非金属基材放入预浸液中预浸，预浸液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍40g/L，柠檬酸钠45g/L，氢氧化钠2g/L；预浸温度为45℃,预浸时间30s；
b)化学镀：将经过步骤a)预浸后的非金属基材加入上述碱性无氨化学镀镍溶液中进行化学镀镍，化学镀的温度为50℃，于非金属基材表面形成一层镍镀层，即可得到镀镍后的镀件。
对比例1
采用专利申请号CN201711195741.X实施例1中的化学镀镍磷镀液和方法对前处理后的非金属基材进行化学镀镍，得到镀镍后的镀件。
对比例2
碱性无氨化学镀镍溶液包括如下含量的组分：硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠30g/L，柠檬酸钠55g/L，氢氧化钠3g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为8.0。
无氨化学镀镍的方法，包括下述步骤：
a)预浸：将经过粗化、还原、敏化和活化前处理的非金属基材放入预浸液中预浸，预浸液包括如下含量的组分：硫酸镍25g/L，柠檬酸钠55g/L，氢氧化钠3g/L；预浸温度为46℃,预浸时间20s；
b)化学镀：将经过步骤a)预浸后的非金属基材加入上述碱性无氨化学镀镍溶液中进行化学镀镍，化学镀的温度为46℃，于非金属基材表面形成一层镍镀层，即可得到镀镍后的镀件。
对比例3
碱性无氨化学镀镍溶液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍30g/L，次亚磷酸钠30g/L，柠檬酸钠55g/L，氢氧化钠3g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为8.0。
无氨化学镀镍的方法，包括下述步骤：
将经过粗化、还原、敏化和活化前处理的非金属基材放入上述碱性无氨化学镀镍溶液中进行化学镀镍，化学镀的温度为46℃，于非金属基材表面形成一层镍镀层，即可得到镀镍后的镀件。
对比例4
碱性无氨化学镀镍溶液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍30g/L，次亚磷酸钠30g/L，柠檬酸钠55g/L，氢氧化钠3g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为8.0。
无氨化学镀镍的方法，包括下述步骤：
a)预浸：将经过粗化、还原、敏化和活化前处理的非金属基材放入预浸液中预浸，预浸液包括如下含量的组分：硫酸镍25g/L，柠檬酸钠55g/L，碳酸钠3g/L；预浸温度为46℃,预浸时间20s；
b)化学镀：将经过步骤a)预浸后的非金属基材加入上述碱性无氨化学镀镍溶液中进行化学镀镍，化学镀的温度为46℃，于非金属基材表面形成一层镍镀层，即可得到镀镍后的镀件。
将实施例1-3和对比例1-4所得镀镍后的镀件，根据李昕等发表在三峡大学学报上的《高速高稳定耐腐蚀性化学镀镍工艺的优化》中的方法进行镀件耐腐蚀性(1:1的硝酸浸泡法)和镀液稳定性(PdCl2实验法)的测定，结果见表1。
表1镀液稳定性和镀件耐腐蚀性
从表1中的数据可知，采用本申请的碱性化学镀镍溶液和化学镀镍方法能够较大的提高镀镍溶液的稳定性，化学镀效果更好，镀件的耐腐蚀性优异；其中实施例2中的化学镀镍溶液的稳定性最好，能够在2h内不出现变色，并且得到的镀件的耐腐性最好，55s内未出现棕色点。对比例2中碱性化学镀镍溶液的稳定性和镀件的耐腐蚀性均劣于本申请，对比例4中的镀件的耐腐蚀性劣于本申请，说明只有将预浸液和化学镀镍溶液中的各成分及用量控制在本申请的范围内，才能够使基材化学镀的过程中降低漏镀的风险，化学镀效果更好，镀件的耐腐蚀性能更优；对比例3中镀件的耐腐蚀性劣于本申请，说明将预浸操作和本申请的化学镀镍溶液结合，得到耐腐蚀性能优异的镀件。

Claims (8)

1.一种碱性无氨化学镀镍溶液，其特征在于，包括如下含量的组分：氨基磺酸镍20-40g/L，次亚磷酸钠20-40g/L，柠檬酸钠45-65g/L，氢氧化钠2-6g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为7.8-8.4。
2.如权利要求1所述的碱性无氨化学镀镍溶液，其特征在于，包括如下含量的组分：氨基磺酸镍25-35g/L，次亚磷酸钠20-30g/L，柠檬酸钠55-65g/L，氢氧化钠3-4g/L；碱性无氨化学镀镍溶液的pH值为8.0-8.2。
3.一种无氨化学镀镍的方法，其特征在于，包括下述步骤：
a)预浸：将经过前处理的非金属基材放入预浸液中预浸，预浸液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍20～40g/L，柠檬酸钠45～65g/L，氢氧化钠2～6g/L；预浸温度为45～50℃；
b)化学镀：将经过步骤a)预浸后的非金属基材加入权利要求1或2所述的碱性无氨化学镀镍溶液中进行化学镀镍，化学镀的温度为45～50℃，于非金属基材表面形成一层镍镀层，即可得到镀镍后的镀件。
4.如权利要求3所述无氨化学镀镍的方法，其特征在于，步骤a)中所述前处理的操作包括粗化、还原、敏化和活化。
5.如权利要求3所述无氨化学镀镍的方法，其特征在于，步骤a)中所述预浸液包括如下含量的组分：氨基磺酸镍25-35g/L，柠檬酸钠55-65g/L，氢氧化钠3-4g/L。
6.如权利要求3所述无氨化学镀镍的方法，其特征在于，步骤a)中所述预浸温度为46℃。
7.如权利要求3所述无氨化学镀镍的方法，其特征在于，步骤a)中所述预浸时间10-30s。
8.如权利要求3-7任一项所述无氨化学镀镍的方法，其特征在于，步骤b)中所述化学镀的温度为45-47℃。
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