化学镀镍光亮剂和稳定剂的配方

目前广泛使用的化学镀镍溶液配方，大致可分为酸性镀液和碱性镀液两种。虽然化学镀镍溶液的成分根据应用的不同而有所调整，但一般都是由主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、促进剂和表面活性剂组成。下面讨论每个组件的功能。(1)主盐化学镀镍溶液的主盐是可溶性镍盐，提供金属镍离子，在化学还原反应中是氧化剂。可用的镍盐包括硫酸镍(NiS04？7H20)、氯化镍(NiCl2？6H20)、乙酸镍[Ni(CH3COO)2]、氨基磺酸镍[Ni(NH2S03)2]和次磷酸镍[Ni(H2P02)2]等。早期以氯化镍为主盐，但由于Cl-的存在会降低涂层的耐蚀性，同时产生拉应力，因此不再使用。醋酸镍和次磷酸镍价格昂贵，目前使用的主要盐是硫酸镍。结晶水硫酸镍因制备工艺不同有两种:NiS04？6H20和NiS04？7时20分.常用于NiS04？7H20，相对分子量280.88，绿色结晶。在100℃下，它在100g水中的溶解度为478.5 g，配制的溶液呈深绿色，pH值为4.5。运动学上，随着镀液中Ni2+浓度的增加，沉积速率应该增加。但实验表明，由于络合剂的作用，主盐浓度对沉积速率影响不大(镍盐浓度特别低时除外)。一般情况下，化学镀镍溶液中镍盐的浓度保持在20 ~ 40g/L，或含镍4 ~ 8g/L..当镍盐的浓度如此之高以至于一部分游离Ni2+存在于镀液中时，镀液的稳定性降低，并且所获得的镀层通常颜色暗且不均匀。在通常的主盐浓度范围内，镍盐与络合剂和镍盐与还原剂的比例对镍的沉积速率有影响，它们都有一个合理的范围。Ni2+与h2po 2-的摩尔比应在0.3-0.45之间，以保证化学镀镍溶液的最大沉积速率和良好的稳定性。(2)化学镀镍中使用的还原剂有次磷酸钠、硼氢化钠和肼，它们的结构相似性是含有两个或两个以上的活性氢，Ni2+的还原是通过还原剂的催化脱氢进行的。次磷酸钠获得Ni-P合金镀层，硼氢化钠获得Ni-B合金镀层，肼获得纯镍镀层。在化学镀镍中，次磷酸钠因其价格低廉、镀液易于控制、镍磷合金镀层性能优异，大多用作还原剂。次磷酸钠易溶于水，水溶液的pH值为6。次磷酸盐离子的氧化还原电位为-1.065 V (pH = 7)和-0.882 V (pH-4.5)，在碱性介质中为-1.57 V，所以次磷酸盐是一种强还原剂。结果表明，只有在络合剂配比合适的情况下，次磷酸盐浓度的变化才会对沉积速率产生影响。随着次磷酸盐浓度的增加，镍的沉积速率增加。然而，次磷酸盐的浓度也是有限的，其与镍盐浓度的摩尔比不应大于4。否则容易造成镀层粗糙，甚至诱发镀液瞬间分解。一般次磷酸钠的含量为20 ~ 40g/L，同时研究表明，在保证化学镀镍溶液足够稳定的条件下，最高的pH值有利于提高镍的沉积速率和次磷酸钠的利用率，但同时镀层中的磷含量降低。(3)络合剂化学镀镍溶液中的络合剂不仅可以控制可供反应的游离Ni2+的浓度，还可以抑制亚磷酸镍的沉淀，提高镀液的稳定性，延长镀液的使用寿命。有些络合剂还起缓冲剂和促进剂的作用，提高镀液的沉积速率，影响镀层的综合性能。化学镀镍的络合剂一般含有羟基、羧基和氨基，常用的络合剂有乳酸、乙醇酸(乙醇酸)、苹果酸、氨基乙酸(甘氨酸)和柠檬酸。碱性化学镀镍溶液中的络合剂包括柠檬酸盐、焦磷酸盐和氨水。通常每种镀液都有一种主络合剂，与其他辅助络合剂配合使用。不同种类的络合剂和不同的络合剂用量对化学镀镍的沉积速率有很大的影响。合理选择络合剂及其用量，不仅可以在相同条件下获得较高的镀层沉积速率，而且可以稳定镀液，延长其使用寿命。从根本上说，化学镀镍溶液在工作中是否稳定，并不仅仅取决于镀液中是否添加了某种稳定剂，更重要的是取决于络合剂的选择、搭配和用量。因此，络合剂的选择既要使镀层沉积速度快，又要使镀液稳定，使用寿命长，镀层质量好。络合剂的浓度应该至少能够络合所有的镍离子。因此，乳酸、乙醇酸和氨基乙酸的浓度应至少是Ni2+的两倍，而酒石酸和柠檬酸的浓度应至少等于Ni2+的浓度。如果络合剂的浓度不足以络合所有的Ni2+，使得溶液中游离Ni2+的浓度过高，则镀液的稳定性降低，镀层的质量变差。(4)缓冲剂在化学镀镍过程中，除了镍和磷的沉淀外，还会产生氢离子，导致溶液的pH值不断降低，不仅使沉淀速度变慢，还会影响镀层的质量。因此，必须在化学镀镍溶液中加入缓冲剂，使溶液具有缓冲能力，即镀液的pH值在镀制过程中不会变化太大，并能保持在一定范围内。(5)稳定剂化学镀镍溶液是一个热力学不稳定的体系。在电镀过程中，如果由于加热方式不当造成局部过热，或者由于镀液的调整和补充不当造成局部pH值过高，以及由于镀液的污染或缺乏足够的连续过滤而引入或形成杂质等。，镀液中会发生激烈的自催化反应，产生大量的镍磷黑粉，使镀液在短时间内分解。因此，应在镀液中加入稳定剂。稳定剂的作用是抑制镀液的自发分解，使电镀过程有序可控。稳定剂可以优先吸附在颗粒表面抑制催化反应，从而掩蔽催化活性中心，阻止颗粒表面的成核反应，但不影响工件表面正常的化学镀过程。但必须注意的是，稳定剂是化学镀镍的中毒剂，即反催化剂，只需添加微量即可抑制镀液的自发分解。稳定剂不应过量使用。过量的话会减慢镀速，重的话就不再开始镀了，一定要小心使用。化学镀镍中常用的稳定剂如下。①重金属离子，如Pb2+、Sn2+、Cd2+、Zn2+、Bi3+等。②ⅵA族元素硫、硒、碲的化合物，如硫脲、硫代硫酸盐、硫氰酸盐。③一些含氧化合物，如AsO2-、M0042-、NO2-、IO3-等。④一些不饱和有机酸，如马来酸。(6)促进剂化学镀镍溶液中能提高镍沉积速率的成分称为促进剂。其作用机制被认为是激活次磷酸根离子并促进它们释放原子氢。化学镀镍中的许多络合剂也起加速剂的作用。无机离子中的F-1是一种常见的加速剂，但其浓度必须严格控制。大剂量不仅会减慢沉积速度，还会影响镀液的稳定性。研究表明，化学镀镍溶液中许多作为稳定剂的物质，在镀镍溶液中以较少量存在时，就能起到促进剂的作用。比如硫脲的用量为5 mg/L时起稳定剂的作用，当用量减少到1 mg/L时起促进剂的作用。(7)其他成分化学镀镍溶液中，除上述主要成分外，有时还加入表面活性剂以抑制镀层的针孔，加入光亮剂以提高镀层的亮度。但是，镀镍溶液中常用的表面活性剂十二烷基硫酸钠不适合化学镀镍溶液，因为它经常在镀层上造成不完全的色斑。