化學鍍演講模板

南昌航空大學材料科學與工程學院070125班蔡劍

化學鍍化學鍍的工藝條件化學鍍鎳的機理鍍鎳溶液中的成分及作用化學鍍的概述PCB中的鍍鎳工藝第一頁第二頁，共22頁。南昌航空大學材料科學與工程學院070125班蔡劍西北工業(yè)大學航空學院蔡劍、趙遠興化學鍍的基本原理化學鍍不依賴外加電流，僅靠鍍液中的還原劑進行氧化還原反應，在金屬表面的催化作用下使金屬離子不斷沉積于金屬表面的工藝方法叫化學鍍。由于化學鍍必須在具有自催化性材料表面進行，因而化學鍍又稱“自催化鍍”。由置換反應或其他化學反應，而不是自催化還原反應而獲得金屬鍍層的方法，不能稱之為化學鍍?；瘜W鍍過程中，還原金屬離子所需的電子由還原劑Rn+供給，電子轉(zhuǎn)移情況可表述為：Rn+→R（n+z）++zeMez++ze→Me化學鍍概論第二頁第三頁，共22頁。恒溫水浴鍋鍍鎳試樣尼龍絲燒杯進行化學鍍時采用的裝置如下圖所示：玻璃棒化學鍍裝置圖

化學鍍概論第三頁第四頁，共22頁。第四頁第五頁，共22頁。第五頁第六頁，共22頁?；瘜W鍍鎳化學鍍鎳化學鍍鎳的機理

化學鍍鎳是用還原劑把溶液中的鎳離子還原沉積在具有催化活性的表面上。對于化學鍍鎳的機理，目前尚無統(tǒng)一的認識，主要有原子氫態(tài)理論、氫化物理論和電化學理論等三種理論模型，而且不同的還原劑，反應方式也不相同。這里以次磷酸鈉為例，介紹三種理論的反應機理。第六頁第七頁，共22頁。3.2.1.1原子氫態(tài)理論1）次磷酸根離子H2PO2-在有催化劑存在時，會釋放出具有很強活性的原子氫：H2PO2-+H2O→H2PO32-+H++2［H］2）初生態(tài)的原子氫吸附在催化金屬表面從而還原鎳離子：Ni2++2［H］→Ni+2H+3）與此同時有磷被還原出來：H2PO2-+［H］→H2O+OH-+P4）原子態(tài)氫還會結合氫氣放出：2H+→H2

化學鍍鎳第七頁第八頁，共22頁?；瘜W鍍鎳溶液的成分組成

1、主鹽

2、還原劑

3、絡合劑4、緩蝕劑5、穩(wěn)定劑6、加速劑7、光亮劑和潤濕劑化學鍍鎳第八頁第九頁，共22頁。主鹽鎳鹽為鍍液的主鹽，可提供鎳離子的鹽有硫酸鎳（NiSO4·7H2O）、氯化鎳（NiCl2·6H2O）、醋酸鎳（Ni（CH3COO）2）硫酸鎳價格低，純度高，是最

常用的鎳鹽?；瘜W鍍鎳第九頁第十頁，共22頁。還原劑

化學鍍鎳所用的還原劑有次此磷酸鈉（Ni-P合金鍍層）、硼氫化鈉（Ni-B合金鍍層）及肼（純鎳鍍層）等幾種，在結構上他們的共同特征是含有兩個或兩個以上的活性氫原子，還原Ni2+就是依靠還原劑的催化脫氫進行的。化學鍍鎳中，多數(shù)使用次磷酸鎳為還原劑，因為其價格低廉，鍍液容易控制，而且Ni-P合金鍍層性能優(yōu)良。次磷酸鈉在水中易溶解，是一種強的還原劑。研究表明，只有在絡合劑比例適當條件下，次磷酸鹽濃度變化對沉積速度才有影響。隨次磷酸鹽濃度增加，鎳的沉積速度上升。但此磷酸鹽的濃度不宜過高，一般為20-40g/L。否則容易造成鍍層粗糙，甚至誘發(fā)鍍液瞬時分解。化學鍍鎳第十頁第十一頁，共22頁。絡合劑化學鍍鎳中絡合劑除了能控制可供反應的游離Ni2+濃度外，還能抑制亞磷酸鎳沉淀的產(chǎn)生，提高鍍液穩(wěn)定性，延長鍍液壽命，有些絡合劑還兼有緩沖劑和促進劑的作用，可以提高鍍液的沉積速度。通常每種鍍液都有一種主絡合劑，配以其他的輔助絡合劑，不同種類的絡合劑及不同的絡合劑用量，對化學鍍鎳的沉積速度有很大的影響。所以合理選擇絡合劑及其用量不僅可在同樣條件下獲得更高的鍍層沉積速度，而且可以使鍍液穩(wěn)定，使用壽命延長。一般絡合劑的濃度只是能絡合全部鎳離子，若絡合劑濃度不足以絡合全部的Ni2+，以致溶液中游離的Ni2+的濃度過高時，鍍液的穩(wěn)定性下降，鍍層的質(zhì)量變差。當絡合劑濃度過大時，會促使絡離子的離解平衡向左移動，使Ni2+以極其穩(wěn)定的螯合物形式存在，使得鎳離子不易被還原成鎳，從而降低了沉積速度。化學鍍鎳第十一頁第十二頁，共22頁。緩蝕劑在化學鍍鎳反應過程中，除了有鎳和磷的析出外，還有氫離子產(chǎn)生，從而導致溶液的pH值不斷降低，這不但使沉淀速度變慢，也對鍍層質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此，在化學鍍鎳溶液中必須加入緩蝕劑，使溶液具有緩沖能力，使得在施鍍過程中溶液pH值不致變化太大?；瘜W鍍鎳第十二頁第十三頁，共22頁。穩(wěn)定劑

化學鍍鎳溶液是一個熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)，在施鍍過程中，如因加熱方式不當導致局部過熱，或因鍍液調(diào)整補充不當導致局部pH值過高，以及因鍍液被污染或缺乏足夠的連續(xù)過濾導致雜質(zhì)的引入或變形等，都會觸發(fā)鍍液在局部發(fā)生激烈的自催化反應，產(chǎn)生大量Ni-P黑色粉末，從而使鍍液在短期內(nèi)分解，因此鍍液中應該加入穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑的作用在于抑制鍍液的自發(fā)分解，使施鍍過程在控制下有序進行。穩(wěn)定劑能優(yōu)先吸附在微粒表面抑制催化反應，從而掩蔽催化活性中心，阻止微粒表面的成核反應，但不影響工件表面正常的化學鍍過程。穩(wěn)定劑不能使用過量，過量后輕則降低鍍速，重則不再起鍍?；瘜W鍍鎳第十三頁第十四頁，共22頁。加速劑在化學鍍鎳溶液中能提高鎳沉積速度的成分稱為加速劑。它的作用機理被認為是活化次磷酸根離子，促進其釋放原子氫?；瘜W鍍鎳中許多絡合劑兼有加速劑的作用。無機離子中的F-是常用的加速劑，但必須嚴格控制用量，若用量過大不僅會降低沉積速度，還會對鍍液穩(wěn)定性有影響。其他組分在化學鍍鎳溶液中，除了以上主要成分外，有時還加入表面活性劑以抑制鍍層針孔，加入光亮劑以提高鍍層光亮度。

化學鍍鎳第十四頁第十五頁，共22頁。化學鍍鎳的工藝條件鍍液化學成分的影響因素有溫度、PH值、攪拌、循環(huán)過濾、不同的基材溫度的影響鍍液溫度對于鍍層的沉積速度、鍍液的穩(wěn)定性以及鍍層的質(zhì)量均有重要影響。鍍速隨溫度升高而加快，一般當溫度每升高10℃，沉積速度就加快一倍。若鍍液溫度過高，又會使鍍液不穩(wěn)定，溶液發(fā)生自分解。溫度除了影響鍍速外，還影響鍍層質(zhì)量。溫度升高、鍍速快，鍍層磷含量下降，鍍層的應力和孔隙率增加，耐蝕性能降低?；瘜W鍍鎳第十五頁第十六頁，共22頁。pH值的影響pH值對鍍液、工藝以及鍍層的影響很大，它是工藝參數(shù)中必須嚴格控制的重要因素。在酸性化學鍍鎳過程中，pH值對沉積速度以及鍍層含磷量具有重大影響。隨pH值上升，鎳的沉積速度加快，同時鍍層的含磷量降低。pH值變化還會影響鍍層中應力分布，pH值高的鍍液得到的鍍層含磷低，表現(xiàn)為拉應力，反之，pH值低的鍍液得到的鍍層含磷高，表現(xiàn)為壓應力。裝載量的影響鍍液裝載量是指工件施鍍面積與使用鍍液體積之比?；瘜W鍍鎳施鍍時，裝載量對鍍液穩(wěn)定性影響很大，一般鍍液的裝載量在0.5-1.5dm2/L。裝載量過大，即催化表面過大，則沉積反應劇烈，易生成亞磷酸鎳沉淀而影響鍍液的穩(wěn)定性和鍍層性能；裝載量過小，鍍液中微小的雜質(zhì)顆粒會成為催化活性中心而引發(fā)沉淀，容易導致鍍液分解?；瘜W鍍鎳第十六頁第十七頁，共22頁。攪拌的影響對鍍液進行適當?shù)臄嚢钑岣咤円悍€(wěn)定性及鍍層質(zhì)量。首先攪拌可以防止鍍液局部過熱，防止補充鍍液時局部組分濃度過高，局部pH值劇烈變化，有利于提高鍍液的穩(wěn)定性。另外，攪拌加快了反應產(chǎn)物離開工件表面的速度，有利于提高沉積速度，保證鍍層質(zhì)量，鍍層表面不易出現(xiàn)氣孔等缺陷。但是過度攪拌容易造成工件局部漏鍍，并使容器壁和底部沉積上鎳，嚴重時甚至造成鍍液分解，另外攪拌方式和強度還會影響鍍層的含磷量。化學鍍鎳第十七頁第十八頁，共22頁?；瘜W鍍液老化的影響化學鍍鎳溶液有一定的使用壽命，鍍液壽命以鍍液的循環(huán)周期來表示，即鍍液中全部Ni2+耗盡和補充Ni2+至原始濃度為一個循環(huán)周期。隨著施鍍的進行，不斷補加還原劑，HPO32-濃度越來越大，到一定量以后超過NiHPO3溶解度，就會形成NiHPO3沉淀，雖然加入絡合劑可以抑制NiHPO3沉淀析出，但隨著周期性的延長，即使存在大量的絡合劑也不能抑制沉淀析出，鎳沉積速度急劇下降，鍍層性能變壞，此時說明鍍液已經(jīng)達到壽命?；瘜W鍍鎳第十八頁第十九頁，共22頁。

正如上面提到的，化學鍍鎳液在使用過程中，鍍液成分不斷消耗，pH值不斷變化，為保證化學鍍鎳工藝正常進行以及穩(wěn)定的鍍層質(zhì)量，對鍍液的補加和維護時十分必要的?；瘜W鍍鎳液的維護管理主要是指在使用過程中，保持鍍液施鍍溫度和調(diào)整pH值，隨時補加鍍液成分，及時清除沉淀物和污染物等，以維持鍍液的最佳工作狀態(tài)。一般鍍液自發(fā)分解的主要原因是：鍍液中存在具有催化活性的雜質(zhì)微粒；鍍液局部過熱；局部pH值過高；局部還原劑濃度過高以及鍍液