酸性化学镀镍络合剂的研究

2008年8月第29卷第8期

襄樊学院学报

Journal of Xiangfan University

Aug.,2008V ol.29No. 8

酸性化学镀镍络合剂的研究

肖作安，占

丹

(襄樊学院化学与生物科学系，湖北襄樊441053)

摘要：通过考察乳酸，酒石酸，柠檬酸和有机酸Y 组成的复合络合剂对镀速的影响，确定了合适的复合络合剂，其中复合络合剂由柠檬酸与有机酸Y 组成, 柠檬酸含量为10g/L，有机酸Y 为20g/L.测定了该酸性化学镀镍的镀层的结合力以及孔隙率与耐蚀性，结果表明，该化学镀镍层光亮平整，结合力强，孔隙率分布较窄，耐硝酸点蚀120s ，具有优良的耐蚀性能.

关键词：化学镀镍；络合剂；耐蚀性

中图分类号：TQ153.1文献标志码：A

文章编号：1009-2854(2008)08-0031-04

随着科技的发展，人类对材料的性能要求越来越高，一些表面处理技术极大地拓宽了金属材料的应用范围，化学镀镍作为一项表面处理技术，以其工艺简便、镀层均匀及优异的耐蚀性、耐磨性等特殊性能而

日益受到人们的重视，得到迅速发展，广泛应用于航空、汽车、电子、计算机、石油、化工、机械等领域，有着非常广阔的发展前景[1-4].

化学镀镍通常以次亚磷酸钠为还原剂，槽液分为酸性和碱性两种，应用较普遍的是酸性镀镍，其稳定性好，镀层光亮细致，本实验就选择在酸性体系进行化学镀镍. 一般单一络合剂能得到光亮银白色、无针孔、表面光滑平整的镀层，但很难获得镀层美观、性能优良的整体效果. 因此，本实验探索了一种新型的复合络合剂，能使镀液更稳定，使用寿命长，镀层美观，而且性能更优良.

1实验部分

1.1基体材料

基体材料为45#钢，其表面积均为4cm 2.

1.2工艺流程

化学除油-水清洗-除锈(盐酸洗液) –蒸馏水洗-施镀-水洗-干燥. 1.3施镀工艺

其施镀工艺规范如下.

六水合氯化镍40g/L-100g/L，次亚磷酸钠10g/L-30g/L，乙酸钠10g/L-50g/L，硼酸10g/L-50g/L，稳定剂0.1m g/L，pH 值3-6，温度75℃-95℃.

本实验主要研究常见的3种络合剂与合成的有机酸Y 形成的复合络合剂：乳酸+有机酸Y ；酒石酸+有机酸Y ；柠檬酸+有机酸Y . 1.4镀层性能测试方法

1.4.1沉积速度

采用重量法，用电子天平准确称量试样在施镀前后的重量，按下述公式计算

(w 1w 0) ×10v =

ρ×Α×t

式中，V-沉积速率/(m/h)；W 0和W 1为基体材料施镀前、施镀后试样的重量(g)；ρ为镀层密度(g/cm3) ；A 为试样表面积(cm2) ；t 为施镀时间(h).

收稿日期：2008-06-12

作者简介：肖作安(1979-), 男, 湖北应城人, 襄樊学院化学与生物科学系讲师.

肖作安，等：酸性化学镀镍络合剂的研究

1.4.2结合力

采用锉刀法和热震法测试镀层结合力：

(1)锉刀实验：在镀件上镀20m 厚的镀层，用刀与表面呈45角方向锉磨试样，看镀层是否起皮. (2)热震实验：在镀件上镀20m 厚的镀层，于烘箱中加热至300℃取出，立即投入室温水中骤然冷却，观察镀层是否鼓泡或脱落.

1.4.3孔隙率测定

采用贴滤纸法，测试溶液为铁氰化钾10g/L；NaCl 20g/L；时间5min. 取镀层厚度20m 的试片，将浸透试验溶液的滤纸贴到试样的待测表面上，5min 后揭下印有孔隙斑点的滤纸，用蒸馏水冲洗后，放在洁净玻璃板上，干燥后，计算孔隙数. 1.4.4耐蚀性

采用耐硝酸点蚀法和5%NaCl溶液中浸泡法测试镀层耐蚀性：

(1)硝酸点蚀法：在室温下，将镀后试片按长度方向一半浸入分析纯浓硝酸中，另一半暴露于空气中，记录试片表面出现第一变色点的时间，单位为s;

(2)盐水浸泡法：将镀件放入5%NaCl溶液中浸泡，看出现铁锈的时间.

2结果与讨论

从文献中可以知道，不同化学镀镍液中镀速的差异主要是由络合剂的络合能力决定的，络合能力强，

溶液中能参与反应的镍离子数目少，镀速较慢，镀层性能相对较好. 络合能力弱，溶液中能参与反应的镍离子数目相对多，镀速较快，镀层性能不佳. 因此，单一络合剂很难获得比较满意的效果，而复合络合剂可达到较高镀速和性能优异的镀层. 因此，本实验重点研究了三种常用络合剂和有机酸Y 所形成的复合络合剂对镀速和镀层性能的影响. 2.1不同复合络合剂对镀速的影响2.1.1乳酸和有机酸Y 复合络合剂

16. 516. 015. 515. 014. 514. 0

) h /m u (

20m l 15m l 10m l

乳酸乳酸乳酸

13. 5

速13. 0镀

12. 512. 011. 511. 010. 5

g /L)

20222426

有机酸含量（

图1乳酸和有机酸Y 含量对镀速的影响

乳酸和有机酸Y 组成的复合络合剂对化学镀镍的影响见图1，由图1可知，乳酸对镀速的影响较显著，当复合络合剂中乳酸含量为10mL/L明显比含量为15mL/L和20mL/L时的镀速要快很多；有机酸Y 含量对镀速的影响也较显著，随着有机酸镀含量的增加，镀速是先增大后减小，而且在有机酸Y 含量为20g/L时，镀速都达到最大值. 从总的效果看，当乳酸含量为10mL/L，有机酸Y 含量为20g/L时，镀速达到最大，为16m/h.

第29卷第8期襄樊学院学报2008年第8期

2.1.2酒石酸+有机酸Y 复合络合剂

16. 0

20g /L15g /L10g /L

15. 5

酒石酸酒石酸酒石酸

15. 0

14. 5

h m u 14. 0

速镀

13. 5

13. 0

12. 5

12. 0

(

g /L)

20222426

有机酸含量

图2酒石酸和有机酸Y 含量对镀速的影响

未加入有机酸Y 时，镀速随着酒石酸浓度的增加是先增大后减小，但镀液底部有细微颗粒产生，镀液的稳定性能不好. 当加入有机酸Y 时，复合络合剂浓度对镀速的影响见图2，由图2可知，采用本组络合剂配方所得的镀速也不高，随着酒石酸含量的增加，镀速也是增大的，但随着有机酸Y 含量的增加，镀速却是减小的，但是镀液的稳定性能却增强了. 从镀液的性能来看，复合络合剂起到一种协同作用，综合各单一络合剂的优点，这与文献[5]，[6]相符；从镀速来看，加入有机酸Y ，镀速却下降，这有可能是由于有机酸Y 与镍所形成的络离子的空间位阻太大导致镀速下降[7]，但目前理论上还没有合理的解释. 2.1.3柠檬酸+有机酸Y 复合络合剂

2221201918

h m u 20g /L 柠15g /L 柠10g /L 柠

檬酸檬酸檬酸

1716

速15镀[1**********]

(

g /L)

20222426

有机酸含量

图3柠檬酸和有机酸Y 含量对镀速的影响

柠檬酸+有机酸Y 复合络合剂对镀速的影响见图3，由图3可知，随着柠檬酸的浓度增加，镀速都在降低. 在3种柠檬酸浓度下，镀速均随有机酸含量的增大先增大后减小，都是在有机酸Y 为20g/L时达到最大，当柠檬酸含量为10g/L，有机酸Y 含量为20g/L时，镀速达到最大，为21.3m/h.

2.2镀层性能测试

用乳酸+有机酸Y 和酒石酸+有机酸Y 作为复合络合剂时，镀层速率慢，而且镀层的外表泛黑，有杂质沉淀物，当用柠檬酸+有机酸Y 作为复合络合剂时，镀速适中，镀层美观，呈光亮银白色. 因此本文中主要探讨了柠檬酸+有机酸Y 作为复合络合剂时所得镀层的性能. 2.2.1结合力

采用锉刀法和热震法测试镀层结合力.

(1)锉刀实验：在镀件上镀20m 厚的镀层，用刀与表面呈45角方向锉磨试样，镀层与基体结合良好，未起皮.

(2)热震实验：在镀件上镀20m 厚的镀层，于烘箱中加热至300℃取出，立即投入室温水中骤然冷却，镀层表面变色，未见鼓泡和脱皮现象.

经过两种实验方法都证明了镀层的结合力良好.

2.2.2孔隙率测定

镀层的孔隙率是衡量镀层性能的重要指标，也是评价镀层防腐性能的关键因素. 镀层的孔隙率和其耐蚀性能有着非常重要的关系. 本实验用柠檬酸+有机酸Y 作为复合络合剂所得镀层的孔隙率为2个/cm2.

肖作安，等：酸性化学镀镍络合剂的研究

2.2.3耐蚀性

分别采用耐硝酸点蚀法和5%NaCl溶液中浸泡法测试镀层耐蚀性，当将镀件浸入一半到浓硝酸时，镀件表面出现第一变色点的时间为120s ，将镀件放入5%NaCl溶液中浸泡时，镀件出现铁锈的时间为78h.

3结论

(1)最终确定优化的酸性化学镀镍镀液组成为：六水合氯化镍40g/L-100g/L；次亚磷酸10g/L-30g/L；复合络合剂30g/L；乙酸钠缓冲剂10g/L-50g/L；硼酸10g/L-50g/L；稳定剂0.1mg/L；pH 值3-6；温度75℃-95℃.

(2)络合剂对镀速和镀层性能有较大的影响，当柠檬酸含量为10g/L、有机酸Y 含量为20g/L时，复合效果最佳，镀速适中，镀层结合力强，孔隙率分布较窄，耐硝酸点蚀120s ，将镀件放入5%NaCl溶液中浸泡时，镀件出现铁锈的时间为78h ，镀层的耐蚀性优良. 参考文献：

[1]GRAY J E, LUAN B. P rotective coatings on magnes i um and i ts alloys-a crit ical review[J].Journal of Alloys and Compounds, 2002(336):88-113. [2]KIYOSHI FUNATANI. Emerging technology in surface modification of light met als[J].Surface and Coatings Technology. 2000(133):264-272.

[3]GEORGE E. S HAHIN. Corros ion and wear resistance of electroless nickel on magnesium alloys[J],Minerals, Metals and Materials Societ y, 2002:263-267. [4]RAJAN AMBAT, ZHOU W . Electroless nickel-pl ating on AZ91D magnes i um alloy:effect of substrat e microstruct ure and plati ng parameters[J].Surface

and Coatings Technology. 2004, 179:124-134.

[5]崔景东, 张永峰. 低温碱性化学镀镍工艺的研究[J].电镀与环保, 2004, 24(2):30-31. [6]王孝镕, 顾慰中. 化学镀镍磷合金工艺研究[J].电镀与涂饰, 1999, 18(2):43-46.

[7]张道礼, 龚树萍, 周东祥. 不同络合剂对化学镀镍过程的影响[J].材料开发与应用, 2000, 15(1):5-8.

Study on Complexants of Acidic Electroless Nickel Plating

XIAO Zuo-an, ZHAN Dan

(Department of Chemistry and Biology Science, Xiangfan University , Xiangfan 441053, China)

Abstr act:An optimal process of acidic electroless nickel plating was obtained by studying the influences of complexants(lacticacid and organic acid Y , tartaric acid and organic acid Y , citric acid and organic acid Y ) on the deposition rate. The complexant in the bath is composed of citric acid(10g/L)and organic acid Y(20g/L).Theadhesion, corrosion resistance and porosity of the deposits obtained by the process were tested. The tests showed that the acidic electroless nickel deposits are bright, smooth, adhesion and narrow porosity distribution, 120s plus spot corrosion tim e in nitrate solution. The results exhibited that the Ni-P alloy had excellent corrosion resistance. Key wor ds:Electroless nickel plating; Complexant; Corrosion resistance

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襄樊学院学报

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酸性化学镀镍络合剂的研究

肖作安，占

丹

(襄樊学院化学与生物科学系，湖北襄樊441053)

关键词：化学镀镍；络合剂；耐蚀性

中图分类号：TQ153.1文献标志码：A

文章编号：1009-2854(2008)08-0031-04

日益受到人们的重视，得到迅速发展，广泛应用于航空、汽车、电子、计算机、石油、化工、机械等领域，有着非常广阔的发展前景[1-4].

1实验部分

1.1基体材料

基体材料为45#钢，其表面积均为4cm 2.

1.2工艺流程

化学除油-水清洗-除锈(盐酸洗液) –蒸馏水洗-施镀-水洗-干燥. 1.3施镀工艺

其施镀工艺规范如下.

六水合氯化镍40g/L-100g/L，次亚磷酸钠10g/L-30g/L，乙酸钠10g/L-50g/L，硼酸10g/L-50g/L，稳定剂0.1m g/L，pH 值3-6，温度75℃-95℃.

本实验主要研究常见的3种络合剂与合成的有机酸Y 形成的复合络合剂：乳酸+有机酸Y ；酒石酸+有机酸Y ；柠檬酸+有机酸Y . 1.4镀层性能测试方法

1.4.1沉积速度

采用重量法，用电子天平准确称量试样在施镀前后的重量，按下述公式计算

(w 1w 0) ×10v =

ρ×Α×t

式中，V-沉积速率/(m/h)；W 0和W 1为基体材料施镀前、施镀后试样的重量(g)；ρ为镀层密度(g/cm3) ；A 为试样表面积(cm2) ；t 为施镀时间(h).

收稿日期：2008-06-12

作者简介：肖作安(1979-), 男, 湖北应城人, 襄樊学院化学与生物科学系讲师.

肖作安，等：酸性化学镀镍络合剂的研究

1.4.2结合力

采用锉刀法和热震法测试镀层结合力：

1.4.3孔隙率测定

采用耐硝酸点蚀法和5%NaCl溶液中浸泡法测试镀层耐蚀性：

(1)硝酸点蚀法：在室温下，将镀后试片按长度方向一半浸入分析纯浓硝酸中，另一半暴露于空气中，记录试片表面出现第一变色点的时间，单位为s;

(2)盐水浸泡法：将镀件放入5%NaCl溶液中浸泡，看出现铁锈的时间.

2结果与讨论

从文献中可以知道，不同化学镀镍液中镀速的差异主要是由络合剂的络合能力决定的，络合能力强，

16. 516. 015. 515. 014. 514. 0

) h /m u (

20m l 15m l 10m l

乳酸乳酸乳酸

13. 5

速13. 0镀

12. 512. 011. 511. 010. 5

g /L)

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有机酸含量（

图1乳酸和有机酸Y 含量对镀速的影响

第29卷第8期襄樊学院学报2008年第8期

2.1.2酒石酸+有机酸Y 复合络合剂

16. 0

20g /L15g /L10g /L

15. 5

酒石酸酒石酸酒石酸

15. 0

14. 5

h m u 14. 0

速镀

13. 5

13. 0

12. 5

12. 0

(

g /L)

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有机酸含量

图2酒石酸和有机酸Y 含量对镀速的影响

2221201918

h m u 20g /L 柠15g /L 柠10g /L 柠

檬酸檬酸檬酸

1716

速15镀[1**********]

(

g /L)

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有机酸含量

图3柠檬酸和有机酸Y 含量对镀速的影响

2.2镀层性能测试

采用锉刀法和热震法测试镀层结合力.

(1)锉刀实验：在镀件上镀20m 厚的镀层，用刀与表面呈45角方向锉磨试样，镀层与基体结合良好，未起皮.

(2)热震实验：在镀件上镀20m 厚的镀层，于烘箱中加热至300℃取出，立即投入室温水中骤然冷却，镀层表面变色，未见鼓泡和脱皮现象.

经过两种实验方法都证明了镀层的结合力良好.

2.2.2孔隙率测定

肖作安，等：酸性化学镀镍络合剂的研究

2.2.3耐蚀性

3结论

and Coatings Technology. 2004, 179:124-134.

[7]张道礼, 龚树萍, 周东祥. 不同络合剂对化学镀镍过程的影响[J].材料开发与应用, 2000, 15(1):5-8.

Study on Complexants of Acidic Electroless Nickel Plating

XIAO Zuo-an, ZHAN Dan

(Department of Chemistry and Biology Science, Xiangfan University , Xiangfan 441053, China)

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