化学镀镍溶液成分及各成分作用详解

化学镀镍溶液成分及各成分作用详解

化学镀镍溶液应用广泛的化学镀镍溶液，大致可分为酸性镀液与碱性镀液两种。虽然化学镀镍溶液的成分会根据不同的应用而有所调整，但一般都是由主盐、还原剂、螯合剂、缓冲剂、稳定剂、促进剂、表面活性剂等组成，下面分别讨论各成分的作用。 (1)主盐 化学镀镍溶液的主盐是一种可溶性镍盐，它提供金属镍离子，并在化学还原反应中起氧化剂的作用。可使用的镍盐有硫酸镍(NiS04•7H20)、氯化镍(NiCl2•6H20)、醋酸镍[Ni()2]、氨基磺酸镍[Ni()2]和次磷酸镍[Ni(H2P02)2]。早期曾以氯化镍为主盐，但目前已不再使用，因为其中Cl-的存在会降低镀层的耐腐蚀性能，并产生拉应力。醋酸镍和次磷酸镍价格昂贵，所以目前使用的盐类主要是硫酸镍。由于制备工艺不同，含有结晶水的硫酸镍有NiS04•6H20和NiS04•7H20两种，常用的是NiS04•7H20，其相对分子质量为280.88，绿色晶体，100℃时100g水中溶解度为478.5g，溶液为深绿色，pH值为4.5。从动力学分析，随着镀液中Ni2+浓度的增加，沉积速度应该增大。

但实验表明，由于络合剂的作用，主盐浓度对沉积速度影响不大（除镍盐浓度特别低时外）。一般化学镀镍液中镍盐浓度保持在20～40g/L，或Ni4～8g/L。镍盐浓度过高，使镀液中存在一部分游离态Ni2+，镀液稳定性下降，所得镀层往往暗淡，色泽不均匀。在通常的主盐浓度范围内，镍盐与络合剂、镍盐与还原剂的配比对镍沉积速度都有影响，它们都有一个合理的范围。Ni2+与H2PO2-的摩尔比应在0.3～0.45之间，这样才能保证化学镀镍液既有最大的沉积速度，又有良好的稳定性。 （2）还原剂 化学镀镍所用的还原剂有次磷酸钠、硼氢化钠、肼等。它们在结构上的共同特点是都含有两个或两个以上的活泼氢，Ni2+的还原是在还原剂的催化脱氢作用下进行的。用次磷酸钠可得到Ni-P合金镀层，用硼氢化钠可得到Ni-B合金镀层，用肼可得到纯镍镀层。在化学镀镍中，次磷酸钠因其价格便宜、镀液容易控制，所得到的Ni-P合金镀层性能优良，多用作还原剂。次磷酸钠易溶于水，水溶液的pH值为6。次磷酸根离子的氧化还原电位为-1.065V(pH=7)和-0.882V(pH-4.5)，在碱性介质中为-1.57V，所以次磷酸盐是强还原剂。

研究表明，只有在络合剂配比合适的情况下，次磷酸盐浓度的变化才能影响沉积速度，随着次磷酸盐浓度的提高，镍的沉积速度也提高。但次磷酸盐的浓度也是有限度的，次磷酸盐与镍盐浓度的摩尔比不宜大于4，否则易造成镀层粗糙，甚至诱发镀液的瞬时分解。次磷酸钠的含量一般为20～40g/L。研究还表明，在保证化学镀镍液具有足够稳定性的同时，尽可能高的pH值有利于提高镍的沉积速度和次磷酸钠的利用率，但同时镀层中的磷含量会降低。 （3）络合剂化学镀镍液中的络合剂不但能控制可供反应的游离Ni2+浓度，而且能抑制亚磷酸镍的沉淀，提高镀液的稳定性，延长镀液的寿命。有的络合剂还起缓冲剂和促进剂的作用，提高镀液的沉积速度，影响镀层的综合性能。化学镀镍用的络合剂一般含有羟基、羧基、氨基等，常用的络合剂有乳酸、羟基乙酸（羟基乙酸）、苹果酸、氨基乙酸（甘氨酸）和柠檬酸等。碱性化学镀镍液中的络合剂有柠檬酸盐、焦磷酸盐和氨水等。通常每种镀液都有一种主络合剂，并配以其它辅助络合剂。络合剂种类不同、络合剂用量不同，对化学镀镍的沉积速度有很大影响。合理选择络合剂及其用量，不但可以在同等条件下获得较高的镀层沉积速度，而且可以使镀液稳定，延长使用寿命。从根本上讲，化学镀镍液在工作中是否稳定，并不简单地取决于镀液中是否添加了某种稳定剂。