中性电镀镍镀层硬度研究

谢幸秦

【摘 要】电镀镍是应用最广泛的表面处理技术之一。随着现代高新技术的发展，中性柠檬酸盐镀镍工艺由于对基体腐蚀小，易维护，环保无污染，所得镀层性能优异等优点而常用于大规模的工业化生产中。本文在中性镀镍电解液中，采用柠檬酸钠作为镍配位剂，控制镀液温度为45oC，研究了柠檬酸钠含量和阴极电流密度对镍镀层硬度的影响。结果表明，镍镀层的硬度随柠檬酸钠质量浓度的增加而下降且当柠檬酸钠质量浓度为100g/L和阴极电流密度为1.0A/dm2时，镀层的硬度最大（约102HV）。

【关键词】中性镀镍；柠檬酸钠；镀层硬度

1.绪论

1.1电镀液成分及其作用

（1）镍盐。镀镍镀液的镍盐可以采用硫酸镍和氯化镍，其中硫酸镍的溶解度大、纯度较高、价格低廉。工业用的硫酸镍有NiSO4·7H2O和NiSO4·6H2O两种，前者镍含量20.9%，而后者的镍含量为22.3%[1]。在光亮镍镀液中，一般含量是240g/L～300g/L。硫酸镍含量低，镀液分散能力好，镀层结晶细致，但阴极电流效率和极限电流密度低，沉积速度慢，硫酸镍含量高，允许使用的电流密度大，沉积速度快，但镀液分散能力稍差。

（2）阳极活化剂。化合物中的氯离子为阳极活化剂。在镀镍镀液中，若不加氯离子或氯离子含量不足时，阳极容易钝化。阳极钝化对电镀生产极为不利，加入或适当补充氯化镍或氯化钠后，氯离子能够吸附在阳极表面，降低阳极电位，去极化作用非常显著。氯离子还能增加溶液的导电性，使镀层表面光滑、结晶细致、分散能力得到改善。但氯离子含量不能过高，使镀层粗糙或形成毛刺。

（3）硼酸。硼酸在镀镍液中是一种缓冲剂[2]。每种镀液，在一定的条件下，pH值只有维持在一定的范围内，金属才能更好的沉积，硼酸就是起稳定pH值的作用[3]。在电镀过程中镀液中H+放电，会使镀液的酸度下降，此时，硼酸水解产生H+，以保证pH值维持在工艺范围内。

1.2工艺条件的影响

（1）温度：本工艺宜在25～35oC操作，45oC仍能得到合格镀层。不过，过高温度易使柠檬酸盐水分解而产生沉淀，溶液挥浊而不稳定，镀层发灰无光，有针孔和毛刺；过低（<20oC），溶液有结晶析出，不能开启正常电流而沉淀速度较慢，镀层薄且偏黄无光泽，有雾斑；适中的温度施镀镀层结晶细腻光亮呈银白色。深镀能力和分散能力亦好，镀液更稳定[4]。

（2）pH值：当镀液pH低于1时，为强酸性，高于12时为强碱性，而pH在1～12之间时一般都应标明允许的pH范围。对微酸性镀液，采用适当的较高pH，可减少光亮剂用量与消耗量，同时减弱铁件、铜件等的掉件腐蚀而减少杂质积累。对于单金属碱性条件下的配合物电镀，一般随着pH升高，配合能力增强。在相同的配合比下，可通过对pH的调整来控制配合强度。但对镀锌压铸件、浸锌铝件，即使对氰化镀铜，pH也不能大于10.5，否则这类两性金属会溶解。对于配合物合金电镀，pH会影响镀层合金组分的比例，要求较为严格。

（3）电流密度：提高生产效率角度讲，希望采用的阴极电流密度大些好，但实际允许值受多种因素的制约，包括浓差极化（如搅拌强度的影响）、电化学极化的影响（过大时镀层易烧焦），液温、主盐浓度对传质速度的影响，工件复杂程度与装挂方式的影响，阴极电流密度越大、越接近烧焦处的镀层光亮整平性越好，故条件允许时宜采用尽可能大的阴极电流密度[5]。

2.实验内容

2.1基体镀前处理

镀前处理主要是去除零件表面的浮灰、残渣、油脂、氧化皮等各种腐蚀产物，即使肉眼看不到的氧化膜也应完全除去，使基体金属呈现出洁净的表面，接受金属离子的沉积，以获得完整、致密的镀层。

2.2电解液组成及工艺条件

表2-3 电解液组成及工艺条件

实验以直流稳流源为电镀电源，阳极为65mm×50mm×5mm电解镍，阴极为100mm×10mm×0.1mm铜箔，阴极施镀面积为60mm×10mm，镀层平均厚度控制在30μm。

2.3电镀镍工艺流程

电镀镍的工艺流程为：剪切基体材料→打磨除油→蒸馏水洗→酸浸蚀→蒸馏水洗→吹干→称重→施镀→蒸馏水洗→吹干→称重→测试。

2.4镀层硬度測定

利用HXD-1000TMC自动转塔显微硬度仪测量镍镀层的硬度（载荷200gf，保荷时间15s），每个样品都选取3个点进行测量，最后取平均值并分析其标准偏差。

3.实验结果分析与讨论

图3-1为不同质量浓度的柠檬酸钠在不同阴极电流密度条件下对镍镀层硬度的影响。由图3-1可知，镀层的硬度随柠檬酸钠质量浓度的增加而下降且当柠檬酸钠质量浓度为100g/L和阴极电流密度为1.0 A/dm2时，镀层的硬度最大（约102HV）。

图3-1 柠檬酸钠质量浓度对镀层硬度的影响

4.结论

本文在中性镀镍电解液中，采用柠檬酸钠作为镍配位剂，控制镀液温度为45℃，在柠檬酸钠含量分别为100g/L、120g/L、150g/L、180g/L的条件下，改变阴极电流密度，考察柠檬酸钠含量对镍镀层硬度的影响。结果表明，镍镀层的硬度随柠檬酸钠质量浓度的增加而下降且当柠檬酸钠质量浓度为100g/L和阴极电流密度为1.0A/dm2时，镀层的硬度最大（约102HV）。 [科]

【参考文献】

[1]何建波，吴肖安等.电镀镍磷合金研究现状及前景[J].浙江工业大学学报，1999，3，（01）.

[2]张静韵.电镀工工艺学（中级本）[M].北京：科学普及出版社，1984.

[3]陈范才等.现代电镀技术[M].中国纺织出版社，2009.

[4]邱国海.柠檬酸盐中性滚镀亮镍新工艺[J].上海电镀.

[5]袁诗璞.电镀的工艺条件[J].电镀与涂饰，2009，28（1）.