文/譚國(guó)光 羅恩洲

 

    化學(xué)鍍鎳技術(shù)概述

 

    與一般傳統(tǒng)意義上的電鍍技術(shù)不一樣，化學(xué)鍍是指通過溶液中金屬離子的自催化而形成鍍層的電化學(xué)過程，它不需要傳統(tǒng)電鍍中的外加陽(yáng)極，也不需要外加電源，因此也稱“無電”電鍍（Electroless Plating）。常見的有化學(xué)鍍銅，化學(xué)鍍鈀，化學(xué)鍍鎳等。 其中以化學(xué)鍍鎳 （Electroless Nickel Plating）的應(yīng)用最為廣泛。因此，本文將重點(diǎn)介紹化學(xué)鍍鎳這一技術(shù)。

 

    化學(xué)鍍鎳層是由水溶液中的鎳離子經(jīng)過自催化化學(xué)反應(yīng)所形成的，次磷酸鈉為還原劑。因此化學(xué)鍍鎳層通常為鎳-磷合金。由于化學(xué)鍍是在表面上的自催化反應(yīng)形成，傳統(tǒng)電鍍過程中的法拉第定律不再適用，因此鍍層厚度均勻，厚度與部件幾何外形無關(guān)，這使得能夠在非常復(fù)雜的工件上，比如開孔的內(nèi)表面都能得到均勻的鍍層。 由于化學(xué)鍍鎳層的其它性質(zhì)，使得它具有良好的抗腐蝕和抗磨損性，且自身又具有潤(rùn)滑性能，所以它是一種典型的功能性鍍層。此外化學(xué)鎳在電腦硬盤工業(yè)方面也獲得了巨大的成功，因?yàn)樵撳儗幽茉阡X基材上形成一層非磁性金屬鍍層，經(jīng)表面機(jī)械加工后能達(dá)到很高質(zhì)量水平。由于化學(xué)鎳鍍層不會(huì)改變部件形狀，且能為形狀復(fù)雜的部件帶來良好的抗腐蝕性能，并使部件帶有潤(rùn)滑性且拆裝簡(jiǎn)易，所以在汽車、電子、油氣、印刷、紡織和食品包裝等各個(gè)行業(yè)都有很廣泛的應(yīng)用。

 

    由于化學(xué)鍍鎳層是鎳-磷合金層，而磷含量是可以通過調(diào)節(jié)化學(xué)鍍鎳溶液各組分來達(dá)到。根據(jù)磷含量對(duì)化學(xué)鍍鎳層進(jìn)行分類 （ISO 4527:2003）：

 

    （1）低磷化學(xué)鎳 = 1 - 4% 磷 （重量比）

 

    （2）中磷化學(xué)鎳 = 5 - 9% 磷（重量比）

 

    （3）高磷化學(xué)鎳 > 10% 磷（重量比）

 

    磷含量會(huì)影響化學(xué)鎳鍍層的特性。 鍍層的性能要求一經(jīng)確定， 確定合適的化學(xué)鎳類型是很重要的。以下是各種不同磷含量的化學(xué)鍍鎳層物理和化學(xué)性能的概括：

 

    低磷化學(xué)鎳 ，應(yīng)用于導(dǎo)電、焊接、金屬線接合、黏合、高耐磨性應(yīng)用，需具備高鍍態(tài)硬度特性。

 

    （1）晶態(tài)結(jié)構(gòu)

 

    （2）在堿性環(huán)境中有良好的耐腐蝕性能

 

    （3）極佳的鍍層硬度（鍍態(tài)）（ ~ 650 - 750 HV0.1）

 

    （4）耐磨損性優(yōu)異

 

    （5）鍍層呈壓應(yīng)力

 

    （6）高鍍積速度

 

    中磷化學(xué)鎳，由于能提供高沉積速度，是最普遍采用于一般耐磨和耐腐蝕性方面的應(yīng)用

 

    （1）多相，部分是納米晶態(tài)

 

    （2）鍍層（鍍態(tài)）具良好的硬度（~550 - 650 HV0.1）和耐磨性能

 

    （3）高沉積速度

 

    （4）鍍層光亮

 

    高磷化學(xué)鎳，具有高的耐腐蝕性能，無磁性，可擴(kuò)散焊接， 柔韌具有高延伸性。

 

    （1）非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，無磁性

 

    （2）在酸性環(huán)境中具有最佳的耐腐蝕性能

 

    （3）對(duì)各種化學(xué)品有較佳的防腐蝕性能

 

    （4）在鍍態(tài)具較低的鍍層硬度（~ 520 - 620 HV0.1）和耐磨性

 

    （5）具壓應(yīng)力

 

    （6）較高的電阻系數(shù)和較少的熱膨脹

 

    （7）低沉積速度

 

    （8）半光亮表面

 

    自催化鎳磷合金鍍層經(jīng)常通過熱處理把鍍層硬度提高來改善耐磨性能。鍍層最高硬度可達(dá)1000 HV0.1左右。
 

 

 

圖1　典型的化學(xué)鎳層結(jié)構(gòu)

 

    化學(xué)鍍鎳的工藝和要求

 

    （1）中、中高、高磷化學(xué)鎳工藝

 

    ①穩(wěn)健的工藝，槽液有高穩(wěn)定性

 

    ②在高鍍層厚度下無針孔（>25微米， 經(jīng)常需要 75微米）

 

    ③良好的結(jié)合力：能通過180度彎由試驗(yàn)

 

    ④優(yōu)秀耐腐蝕性和高耐磨性

 

    ⑤鍍層均勻性

 

    ⑥壓應(yīng)力狀態(tài)

 

    ⑦寬操作窗口

 

    （2）碳化硅化學(xué)鎳復(fù)合鍍

 

    ①碳化硅化學(xué)鎳復(fù)合鍍層能提高關(guān)鍵金屬部件的使用壽命

 

    ②在腐蝕環(huán)境下適合于高磨損條件

 

    ③典型鍍層厚度為75微米

 

    （3）硬鉻/化學(xué)鎳雙層鍍層

 

    ①在腐蝕環(huán)境下適合于高磨損條件

 

    ②因無針孔，化學(xué)鎳能提供最高的耐腐蝕保護(hù)

 

    ③因硬鉻為最頂鍍層，有優(yōu)秀的耐磨性能

 

    ④即使鍍層厚度達(dá)到80微米，由于使用化學(xué)鍍鎳，所以也有良好的鍍層厚度分布

 

    ⑤應(yīng)用于水利系統(tǒng)

 

    ⑥處于嚴(yán)酷環(huán)境中的結(jié)構(gòu)組件仍有長(zhǎng)壽命的安全性
 

 

 

 

圖2　硬鉻/化學(xué)鎳雙鍍層結(jié)構(gòu)
 

    化學(xué)鍍鎳技術(shù)的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

 

    化學(xué)鍍鎳的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)很久了，也算是比較成熟的工藝和技術(shù)了。但是，它也面臨一些，有些甚至是嚴(yán)重的挑戰(zhàn)： a） 對(duì)鍍層的功能性要求更高，比如要求更高的耐磨性，耐蝕性以及兩種性能更完美的結(jié)合；b）有毒的重金屬，如鉛，鎘等的禁用或限用（鉛，鎘是化學(xué)鍍鎳中傳統(tǒng)的穩(wěn)定劑）；c） 化學(xué)鍍鎳的廢液和污水的處理。

 

    應(yīng)對(duì)以上三個(gè)方面挑戰(zhàn)的對(duì)策是：開發(fā)新的化學(xué)鍍鎳工藝， 以滿足工業(yè)對(duì)鍍層性能的要求；開發(fā)取代重金屬鉛和鎘的新型穩(wěn)定劑；開發(fā)新技術(shù)，延長(zhǎng)鍍液的壽命，減少化學(xué)鍍鎳過程中廢液產(chǎn)生，開發(fā)新的廢液/污水處理技術(shù)。

 

    憑借多年對(duì)化學(xué)鍍鎳技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)， 安美特優(yōu)化了許多新的化學(xué)鍍鎳技術(shù)和產(chǎn)品，促使業(yè)界能滿足來自終端用戶不斷提升的要求。 如今，安美特繼續(xù)與業(yè)界和終端用戶互相合作，密切關(guān)注市場(chǎng)需求的變化，運(yùn)用我們?cè)鷮?shí)的專業(yè)技術(shù)和尖端科技改進(jìn)產(chǎn)品性能開發(fā)各種新工藝和新體系。