
化學鍍鎳原理
化學鍍鎳鍍液主要由金屬鹽、還原劑、pH緩沖劑、穩定劑或絡合劑等組成。鎳鹽用得較多的是liusuan鹽,還有氯化物或者醋酸鹽。還原劑主要是亞linsuan鹽、硼氫化物等。pH緩沖劑和絡合劑通常采用的是氨或氯化銨等。
以次亞linsuan鈉作還原劑的化學鍍鎳是目前使用較多的一種。其反應機理如下。在酸性環境:
Ni2++H2PO2+H20—Ni+H2P03-+2H+
在堿性環境:
[NiXn]2++H2PO3-+30H一一Ni+HP032-+nX+2H20
磷的析出反應如下:
H2PO2-+2H+一P+2H2O
2H2PO2-—P+HPO32-+H++H2O
H2PO2-+4H+H+一PH3+2H2O
化學鍍鎳的沉積速度受溫度、pH值、鍍液組成和添加劑的影響。通常溫度上升,沉積速度也上升。每上升l0℃,速度約提高2倍。
pH值是較重要的因素,對反應速度、還原劑的利用率、鍍層的性質都有很大的影響。
鎳鹽濃度的影響不是很主要的,次亞linsuan鈉的濃度提高,速度也會相應提高,但是到了一定限度以后反而會使速率下降。每還原lmol的鎳,需消耗3mol的次linsuan鹽(即1g鍍層消耗5.4g的次亞linsuan鈉)。同時,一部分次亞linsuan鹽在鎳表面催化分解。常常以利用系數來評定次亞linsuan鹽的消耗效率,它等于消耗在還原金屬上的次亞linsuan鹽與整個反應中消耗的次亞linsuan鹽總量的比:
次亞linsuan鹽的利用系數與溶液成分如緩沖劑和配位體的性質和濃度有關。當其他條件相同時,在鎳還原速度高的溶液里,利用系數也高。利用系數隨著裝載密度的加大而提高。
在酸性環境里,可以用只含鎳離子和次亞linsuan鹽的溶液化學鍍鎳,但是為了使工藝穩定,必須加入緩沖劑和絡合劑。因為化學鍍鎳過程中生成的氫離子使反應速度下降乃至停止。常用的有醋酸鹽緩沖體系,也有用檸檬酸鹽、qiangji乙酸鹽、乳酸鹽等。絡合物可以在鍍液pH值增高時也保持其還原能力。當調整多次使用的鍍液時,這一點很重要,因為在陳化的鍍液里,亞linsuan的積累會增加,如果沒有足夠的絡合劑,鍍液的穩定性會急劇下降。
酸性體系里的絡合劑多數采用的是乳酸、檸檬酸、qiangji乙酸及其鹽。有機添加劑對鎳的還原速度有很大影響。其中許多都是反應的加速劑。如丙二酸、丁二酸、anji乙酸、丙酸以及氟離子,但是添加劑也會使沉積速度下降,特別是穩定劑,會明顯下降沉積速度。
在堿性化學鍍鎳溶液里,鎳離子配位體是必需的成分,以防止氫氧化物和亞linsuan鹽沉淀。一般用檸檬酸鹽或銨鹽的混合物作為絡合劑。也有用磺酸鹽、焦linsuan鹽、乙二胺鹽的鍍液。
提高溫度可以加速鎳的還原。在60~90℃,還原速度可以達到20~30μm/h,相當于在中等電流密度(2~3A/dm2)下電鍍鎳的速度。
采用硼氫化物為還原劑的反應機理如下:
2NiCl2+NaBH4+4NaOH一2Ni+NaB02+4NaCl+2H20+4H+
4NiCl2+2NaBH4+6NaOH一2Ni2B+8NaCI+6H20+H2↑
由上可見,析出物就是鎳硼合金。與用次亞linsuan鹽做還原劑相比,還原劑的消耗量較少,并且可以在較低溫度下操作,但是由于硼氫化物價格高,在加溫時易分解,使鍍液管理存在困難,一般只用在有特別要求的電子產品上。鎳磷和鎳硼化學鍍的特點見表。
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