化学镀镍效果与镀液配方,特别是镀液中的次磷酸钠,硫酸镍,乳酸,柠檬酸等品质有很大关系,其硫酸盐,氯,亚磷酸盐,重金属杂质对化学镀有较大影响。但是化学镀镍工艺的各道工序对镀层的质量也有着重要的影响,在每一道工序中,操作人员都必须对出现的问题给予重视并采取解决的措施。化学镀镍的先后工序为:镀前准备→前处理(除油,酸洗,活化,预镀)→化学镀→后处理。
1,镀前准备
首先向用户了解清楚需镀材料的特性和成分、加工成型方法以及零件的用途和镀层的使用目的,这对制定工艺是有利的。例如对于多孔材料首先是解决孔的问题,无非是采取措施除孔、堵孔,使孔的影响减少。高碳钢或经过热处理提高强度的合金材料镀前要进行消除应力热处理,并重视热处理氧化皮的去除。
2,前处理
所谓前处理一般是指化学镀镍之前的工序,即除油,酸洗,活化,预镀等工艺。零件化学镀前处理工序是必不可少的,其重要性不亚于化学镀本身,切勿等闲视之。甚至有人认为化学镀镍的问题90%出在前处理。总而言之,前处理的目的是获得适合于化学镀镍的洁净的催化过渡表面。难镀到易镀的转化就在前处理。对不同基体进行的前处理的步骤和名称大致相同,但实质相差很大,处理液的成分、浓度、pH值、温度和时间等都要根据基体的特性来确定。
(1)除油
除油前*好先弄清零件上残留的是什么油(包括脏物),是润滑油、冷却用肥皂油、还是防锈油,针对不同的油污采用相应的除油配方。更重要的是要弄清基体是什么,确认了基体之后才能确定除油工艺,例如钢材、镁合金可以用较强碱除油;合金钢、铜用中强碱除油;铝、锌等则用弱碱,不能混用,尤其是铝、锌等材料决不能用强碱除油。当然还要采用合适的除油温度和时间。简单的除油方法是浸泡除油,但浸泡除油只适用于零件不脏,形状简单,表面光洁等有限情况。多数情况下为了达到更好的除油、除锈效果需要采用电解除油。电解除油还要根据基体的性质选择阳极除油,或阴极除油,或正反循环除油以及合适的温度、时间和电流密度等。除油彻底与否*简单的检验方法是水膜破裂检验。除油彻底的清洁表面应在酸洗之后洗净时零件表面均匀覆盖水膜,无水珠或水膜破裂。如果这时的零件上有水珠或水膜破裂,则需要重新处理。
(2)酸洗
酸洗的目的是除去表面的氧化膜和锈蚀,对酸洗液的配方要根据基体确定,钢材、不锈钢和钛合金可以用强酸,而锌和镁只能用弱酸或稀酸,含硅的材料用含有氢氟酸的酸洗液,铝可以用硝酸,镁可以用氢氟酸,黄铜要用适当配比的硝酸和盐酸。盐酸有较强的浸蚀和活化作用,主要用在钢材化学镀镍的酸洗上。关于酸洗液的成分、浓度、温度、混合酸配比应根据基体特性和实际使用效果决定。化学镀镍的酸洗一般不加缓蚀剂。与除油一样,仅凭酸洗有时无法去尽致密的氧化膜和附着牢固的氧化皮,尤其是对于高碳钢(包括热处理渗碳钢、铸铁)、高强度低碳合金钢、高合金钢,此时必须采用电解酸洗。电解酸洗不仅可以去除上述氧化膜和氧化皮,还可以去除毛刺和小瘤改善光洁度。很多文献介绍了对于高强度钢可以采用60%~65%的浓硫酸在10~16A/dm2或6V电压下阳极酸洗。
(3)预镀
预镀是许多难镀基体化学镀镍采取的有效措施。它一般针对的是表面有氧化膜或钝化膜且去除后,极易再生的基体。不同的基体采用不同的预镀工艺。就铝合金而言,目前比较成熟并被普遍采用的方法是浸锌后预镀碱性化学镍的方法。不锈钢与铝一样,表面有一层致密的氧化膜覆盖着,为了获得结合良好的镀层也必须去除氧化膜,去除后一般用电镀方法预镀一层镍后再化学镀镍。镀、镁、锌和钛等基体也都采用类似的预镀方法,但工艺不同,
3,化学镀
经过上面前处理的零件,一般来说都可以直接放人镀槽化学镀镍。但也需要根据预镀层的性质、被镀基体的性质以及镀层的用途综合考虑,选择合适的化学镀镍溶液。
(1)根据预镀层的性质容易氧化或容易钝化的金属表面化学镀镍前一般需施镀预镀层,保护去除了氧化(钝化)膜的表面不再氧化,不同的基体采用不同的工艺获得不同的预镀层,高碳钢、含铅钢、不锈钢、高合金钢等主要用伍兹预镀液,也有用氨基磺酸预镀液﹔铝、镀、镁、钛和锌在化学镀镍前都有各自的预镀液,一些材料可采用的预镀层为:铝-锌、锡、镍;镀-锌﹔镁-锌、铜,氟化物﹔钛-镍、铬、铜、锌、氢化物﹔锌-铜、镍等。化学镀镍必须考虑这些预镀层的性质。
(2)根据被镀基体的性质选择合适的化学镀镍溶液也需要考虑被镀基体的性质。当然预镀层的目的就是使不同基体的表面调整到适合于化学镀镍。即使如此,如果忽略基体性质的影响,尤其是那些化学活性强的金属,仍然会碰到问题。例如镁合金化学镀镍,即使表面有锌或氟化物作预镀层,仍然需要在偏中性、含氟离子的镀液(并且没有氯离子和硫酸根等离子)中化学镀镍,以减少或避免镀液对基体的腐蚀。
(3)根据镀层的用途各种基体化学镀镍均有不同的目的,不锈钢本身就有很好的腐蚀稳定性和美观的外貌,化学镀镍的主要目的是提高表面硬度,并且克服不锈钢在氯化物环境中应力腐蚀的缺点﹔铸铁化学镀镍则是为了美观和耐腐蚀;钛合金化学镀镍的主要目的是为了解决表面导电导热差,不能钎焊和摩擦时容易咬死等问题﹔又如铝、镁、锌化学镀镍是为了提高韦面硬度.改盖耐腐蚀性以及提供零件实际使用时所必须的其他性质。化学镀镍可以改变镀层的磷含量来达到不同的性能,就像改变钢的含碳量可以改变钢的机械性能一样。镍-磷按磷含量分为低磷、中磷和高磷镀层。不同磷含量的镀层有不同的性能,适应不同的用途。例如低磷镀层镀态硬度高,导电性好,钎焊性好,有优良的耐浓热强碱介质腐蚀能力﹔而高磷镀层有非常优良的耐还原性稀酸、氯化物介质腐蚀的能力,有良好的光学抛光特性,而且无磁性;中磷镀层的性质介于两者之间,因而低磷、中磷和高磷镀层各自有着不同的应用场合,不同磷含量的镀层要通过不同配方的镀液获得。需要强调的是,必须重视配制各种溶液(尤其是镀液)和清洗用水的水质。尽量使用质量良好的去离子水,这是保证获取质量良好镀层的重要条件。各道工序之间必须彻底清洗,为了保证清洗质量,需要保持适当的温度和冲洗时间。冲洗槽中停留时间不少于2min已成为一条保证清洁干净的有效经验。
4,后处理
一般来说零件化学镀镍后可以不再处理,但若要改善结合、提高硬度、消除氢脆和增强耐蚀则需要采取相应的后处理。不同基体、不同目的的后处理工艺是不同的。关于不同基体材料改善结合,提高硬度,消除氢脆后处理的具体工艺可参阅ISO4527自催化镍-磷镀层一规范和测试方法,ASTM B733金属上自催化镍-磷镀层的标准规范或我国国家标准GB/T 13913工程用金属上自催化镍-磷镀层技术要求和方法等有关标准。
提升化学镀镍效果除了镀液及上述四种方法外,化学镀设备,操作人员等也会对化学镀镍效果有一定的影响。