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化学镀镍层的优异点及其在工业上的应用

发布时间:2012-10-30   点击率:1599
化学镀(Chemical plating),又称为无电解镀(Electro less plating)。因为在工件施镀的过程中,虽说有电子转移,但无须外接电源,工件表面镀层完全是靠化学氧化还原反应实现的。

    化学镀的生命是比较年轻的,比起传统的电镀要年轻100多岁,直到20世纪70年代后期才逐步被我国所认识和重视。1975年开始出版了有关科学书籍,1992年全国召开了首届化学镀镍会议,其后每两年召开一届,从此在我国揭开了化学镀镍技术的新篇章。

    化学镀的发展历史主要还是化学镀镍的发展史。因为化学镀镍技术研究得比较早,技术比较成熟,而且应用比较广泛。目前世界上应用得最好和最广泛的国家,要算美国、德国、法国、英国、意大利、西班牙、瑞士等国家,尤其是美国,她基本摒弃了传统的电镀工艺,取而代之的是全国大约900多家化学镀镍工厂,广泛服务于计算机、电子、阀门、航天、汽车、食品、化工、机械、纺织、钢铁等多个领域和行业,且逐步全方位的渗透到社会的方方面面。

    化学镀镍所获得的镀镍层,由于自身的突出特点和优异性能,越来越被广大用户认同和接受。它的最突出的特点是镀层具有高耐蚀性、高耐磨性及高均匀,即三高特性。化学镀镍层多半是以镍磷、镍硼为基础的多元合金镀层和复合镀层,镍磷合金镀层占有绝大多数,化学沉积的镍-磷镀层随着磷的含量的增加,其组织结构的转变,是由极细小的晶体变成微晶(尺寸约为5纳米,电镀镍的晶粒尺寸约为100纳米),最后变成为完全的非晶体(类似液体的原子无序排列)。正是这种非晶态结构(不是唯一,但是最重要的一点。),由于没有晶界、位错及成分偏析等现象,使之在腐蚀介质中不太容易形成腐蚀微电池,从而在耐化学腐蚀、耐气体腐蚀以及耐色变性方面表现极其优异。

    例如:在5%HCl溶液中,含磷量10.9%(质量分数)的化学镀镍磷合金镀层,其耐蚀性比1Cr18Ni9Ti不锈钢高出10倍;在10% HCl溶液中,则要高出20倍以上。即使在气相或液相H2S介质中,镍磷合金镀层的腐蚀速率均比1Cr18Ni9Ti不锈钢要低。当镀层中磷的含量较高时可以达到基本无腐蚀现象发生。

    化学镀镍层在大气条件下的耐蚀性和耐色变性都优于电镀镍层。电镀镍层表面即使在城郊的大气环境中,仅隔几天就会变成灰色;而镍磷化学镀层表面,其外观可以长期保持不变。若在化学镀后,进行钝化处理或用有机涂层进行封闭处理,其抗色变性能将更加卓越。

    耐磨性是一个系统性,而不是材料的固有属性,是材料处于系统中在一定磨擦条件下,表现出来的对抗磨损的能力。一般而言,硬度越高的材料其耐磨性越高。由于镍磷镀层有比较高的硬度(镀态硬度可达HV400~600,电镀镍仅为HV160~180),还可以通过热处理进一步提高(可达HV1000以上),因此Ni-P镀层是比较理想的耐磨镀层,尤其是低磷镀层更具有优良的耐磨性。

    镀层的高均匀性,也是化学镀的突出优点之一。在电镀工艺中,由于被镀工件的几何形状复杂及多样性,从而造成电流密度分布不均匀,还会造成均镀能力和深度能力出现差异等现象,从而使工件表面镀层厚度相差较大,少则几个微米(有辅助阳极时),多则十几个甚至几十个微米。要知道,镀层厚度的均匀性对构件的配合精度以及零件自身的耐腐蚀性影响极大。化学镀是利用还原剂以自催化反应在工件表面得到镀层,不受外加电流的影响,不管工件形状如何复杂,只要表面完全被镀液所浸没,且让氧化还原反应所产生的氢气有自由流动排出的空间,则再复杂的工件(如深孔、沟槽、曲面、螺旋、甚至盲孔等)都可以获得厚度均匀的镀层。用“面面俱到”、“无微不至”等成语来形容这种膜厚的均匀性,真是恰如其分、恰到好处。有的用户,正是利用化学镀这种独有特性,将有精密配合要求的零件配合公差尺寸,设计好后通过化学镀镍工艺控制镀层厚度来实现,从而减少了精细加工工序,既降低了成本,又提高了工效,真是太秒了!这在工模夹具制造、阀门制造、精密机械制造等行业中应用例子不少。

    化学镀层的厚度选择十分重要,因为他与产品零件的耐蚀性、耐磨性、抗色变性等关系十分密切。化学镀层的孔隙率对产品零件的耐蚀性起着决定的因素,而且孔隙率的高低是随着镀层厚度的增加而减少的(见右图)。一般酸性化学镀镀层厚度大于7um时,其孔隙率与电镀镍15um镀层厚度的孔隙率差不多。若化学镀镍层厚度达到15um时,其镀层的孔隙率基本上消失,当然镀层基体的粗糙度要低。零件的粗糙度与镀层厚度的关系大致为:粗糙度Ra=0.40um以下时,其镀层厚度需在5~7um较合适,若粗糙度Ra=0.80~1.6um时,则镀层厚度要达到8~10um较恰当,若粗糙度Ra=3.2~6.3um时,则镀层厚度要达到12~20um较好。

    当然镀层厚度的选择,应根据产品的使用环境、工作介质、运动性质和负荷情况等条件综合考虑。这样才能充分发挥镀层厚度的功效,确保产品的可靠性和寿命要求。

    化学镀镍在我国经过20多年的推广和应用,该项技术越来越成熟,应用越来越广泛,使用效果越来越好。随着镀液稳定剂研究不断取得进展,以及镀液寿命的不断提高,可以说化学镀镍已经进入了一个发展成熟期。可以预言,21世纪化学镀镍技术将会全面普及到所有工业部门及行业,将会被越来越多的有识之士认同和接受,成为一种新型的并具有强大生命力的表面处理技术。
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