鍍鎳

通過電解或化學方法在金屬或某些非金屬上鍍上一層鎳的方法，稱為鍍鎳。鍍鎳分電鍍鎳和化學鍍鎳。電鍍鎳是在由鎳鹽（稱主鹽）、導電鹽、pH緩衝劑、潤濕劑組成的電解液中，陽極用金屬鎳，陰極為鍍件，通以直流電，在陰極（鍍件）上沉積上一層均勻、緻密的鎳鍍層。從加有光亮劑的鍍液中獲得的是亮鎳，而在沒有加入光亮劑的電解液中獲得的是暗鎳。

化學鍍又稱為無電解鍍（Electroless plating），也可以稱為自催化電鍍（Autocatalytic plating）。具體過程是指：在一定條件下，水溶液中的金屬離子被還原劑還原，並且沉澱到固態基體表面上的過程。ASTM B374（ASTM，美國材料與試驗協會）中定義為Autocatalytic plating is “deposition of a metallic coating by a controlled chemical reduction that is catalyzed by the metal or alloy being deposited”。這一過程與置換鍍不同，其鍍層是可以不斷增厚的，且施鍍金屬本身也具有催化能力。

基本介紹

• 中文名：鍍鎳
• 外文名：nickel plating
• 分類：電鍍鎳和化學鍍鎳
• 性質：化學鍍鎳法
• 化學鍍又名：無電解鍍
• 具有：催化能力

簡介

通過電解或化學方法在金屬或某些非金屬上鍍上一層鎳的方法，稱為鍍鎳。鍍鎳分電鍍鎳和化學鍍鎳。電鍍鎳是在由鎳鹽（稱主鹽）、導電鹽、pH緩衝劑、潤濕劑組成的電解液中，陽極用金屬鎳，陰極為鍍件，通以直流電，在陰極（鍍件）上沉積上一層均勻、緻密的鎳鍍層。從加有光亮劑的鍍液中獲得的是亮鎳，而在沒有加入光亮劑的電解液中獲得的是暗鎳。

特點

(一）電鍍鎳的特點、性能、用途：

1、 電鍍鎳層在空氣中的穩定性很高，由於金屬鎳具有很強的鈍化能力，在表面能迅速生成一層極薄的鈍化

膜，能抵抗大氣、鹼和某些酸的腐蝕。

2 、電鍍鎳結晶極其細小，並且具有優良的拋光性能。經拋光的鎳鍍層可得到鏡面般的光澤外表，同時在大

氣中可長期保持其光澤。所以，電鍍層常用於裝飾。

3、 鎳鍍層的硬度比較高，可以提高製品表面的耐磨性，在印刷工業中常用鍍鎳層來提高鉛表面的硬度。

由於金屬鎳具有較高的化學穩定性，有些化工設備也常用較厚的鎳鍍層，以防止被介質腐蝕。 鍍鎳層

還廣泛的套用在功能性方面，如修復被磨損、被腐蝕的零件，採用刷鍍技術進行局部電鍍。採用電鑄

工藝，用來製造印刷行業的電鑄版、唱片模以及其它模具。厚的鍍鎳層具有良好的耐磨性，可作為耐

磨鍍層。尤其是近幾年來發展了複合電鍍，可沉積出夾有耐磨微粒的複合鎳鍍層，其硬度和耐磨性比鍍

鎳層更高。若以石墨或氟化石墨作為分散微粒，則獲得的鎳-石墨或鎳-氟化石墨複合鍍層就具有很好的

自潤滑性，可用作為潤滑鍍層。黑鎳鍍層作為光學儀器的鍍覆或裝飾鍍覆層亦都有著廣泛的套用。

4、 鍍鎳的套用面很廣，可作為防護裝飾性鍍層，在鋼鐵、鋅壓鑄件、鋁合金及銅合金表面上，保護基體材

料不受腐蝕或起光亮裝飾作用;也常作為其他鍍層的中間鍍層，在其上再鍍一薄層鉻，或鍍一層仿金層，

其抗蝕性更好，外觀更美。在功能性套用方面，在特殊行業的零件上鍍鎳約1~3mm厚，可達到修複目

的。特別是在連續鑄造結晶器、電子元件表面的模具、合金的壓鑄模具、形狀複雜的宇航發動機

部件和微型電子元件的製造等方套用越來越廣泛。

5、 在電鍍中，由於電鍍鎳具有很多優異性能，其加工量僅次於電鍍鋅而居第二位，其消耗量占到鎳總產量

的10%左右。

（二）化學鍍鎳的特點、性能、用途：

1、 厚度均勻性 　厚度均勻和均鍍能力好是化學鍍鎳的一大特點，也是套用廣泛的原因之一，化學鍍鎳避

免了電鍍層由於電流分布不均勻而帶來的厚度不均勻。化學鍍時，只要零件表面和鍍液接觸，鍍液中消

耗的成份能及時得到補充，鍍件部位的鍍層厚度都基本相同，即使凹槽、縫隙、盲孔也是如此。

2、 鍍件不會滲氫，沒有氫脆，化學鍍鎳後不需要除氫。

3、 很多材料和零部件的功能如耐蝕、抗高溫氧化性等比電鍍鎳好。

4、 可沉積在各種材料的表面上，例如：鋼鎳基合金、鋅基合金、鋁合金、玻璃、陶瓷、塑膠、半導體等材

料的表面上，從而為提高這些材料的性能創造了條件。

5、 不需要一般電鍍所需的直流電機或控制設備。

6、 熱處理溫度低，只要在400℃以下經不同保溫時間後，可得到不同的耐蝕性和耐磨性，因此，特別適用

於形狀複雜，表面要求耐磨和耐蝕的零部件的功能性鍍層等

鍍鎳類型

鍍鎳液的類型主要有硫酸鹽型、氯化物型、氨基磺酸鹽型、檸檬酸鹽型、氟硼酸鹽型等。其中以硫酸鹽型（低氯化物）即稱之謂Watts（瓦特）鍍鎳液在工業上的套用最為普遍。幾種不同鍍鎳溶液中所獲得的鍍鎳層的物理性質，如表2-3-45所列。氨基磺酸鹽型、氟硼酸鹽型適用於鍍厚鎳或電鑄。檸檬酸鹽型適用於在鋅壓鑄件上直接鍍鎳。這幾種鍍液的成本比較高。

◆ 普通鍍鎳(暗鍍)

1.普通電鍍又稱暗鎳工藝﹐根據鍍液的性能和用途﹐普通鍍鎳可以分為低濃度的預液﹐普通鍍液﹐瓦特液和滾鍍液等。

預鍍液﹕經預鍍可保證層與銅鐵基體和隨後的鍍銅層結合力良好。

普通液﹕該鍍液的導電性好﹐可在較低溫度下電鍍﹐節省能源﹐使用比較方便。

瓦特液﹕滿足小零件的電鍍﹐但鍍液必須要有良好的導電性和覆蓋能力。

2.鍍液配製方法

根據容積計算好所需要的化學藥品﹐分別用熱水溶解﹐混合在一個容器中﹐加蒸餾水稀釋到需體積﹐靜置到所需體積﹐靜置澄清﹐用虹汲法或過濾法把鍍液引入鍍槽﹐再加入已經溶解的十二基硫酸鈉溶液﹐攪拌均勻﹐取樣分析﹐經調整試鍍合格後﹐即可生產。

3.鍍鎳用陽極

鎳陽極材料的純度是電鍍中最重要的條件﹐鎳的含量>99%﹐不純的陽極導致鍍液污染﹐使鍍層的物理性能變壞。在鍍鎳中比較適宜的鎳陽極有以下幾種﹕1.含碳鎳陽極﹐2.含氧鎳陽極﹐3.含硫鎳陽極。

◆ 光亮鎳

鍍光亮鎳有很多優點﹐不僅可以省去繁重的拋光工序﹐改善操作條件﹐節約電鍍和拋光材料﹐還能提高鍍層的硬度﹐便於實現自動化生產﹐但是光亮鍍鎳層中含硫﹐內應力和脆性較大﹐耐蝕性不如鍍暗鎳層﹐為了克服這些缺點﹐可採用多層鍍鎳工藝﹐使鍍層的機械性能和耐蝕性得到顯著的改善。

◆ 高硫鎳

高硫鎳一般含量為0.12~~0.25%。這種鎳具有比銅﹐銅錫合﹐暗鎳﹐光亮鎳﹐半光亮鎳﹐鉻等都高的電化學活性。高硫鎳鍍層主要用於鋼﹐鋅合金基體的防保-裝飾性組合鍍層的中間層﹐其原理是上層光亮鎳比下層半亮鎳含硫量高﹐因而使兩層間的電位差到100~~140mV﹐這樣使雙層鎳由單層鎳的縱向腐蝕轉變為橫向腐蝕﹐構成對鋼鐵基體的電化學保護作用。

◆ 鎳封

鎳封是在一般光亮鎳液中加入直徑在0.01~~1um之間的不溶性固體微粒(Sio2等)﹐在適當的共沉積促進劑幫助下﹐使這些微粒與鎳共沉積而形成複合鍍鎳層。當在這種複合鍍鎳層表上沉積鉻層時﹐由於複合鍍鎳層表面上的固體微粒不導電﹐鉻不能沉積在微粒表面上﹐因而在整個鍍鉻層上的形成大量微孔﹐即形成微孔鉻層。表面存大的大量微孔﹐可在很大程度上消除普通鉻層中存的巨大內應力﹐因而減少了鍍層的應力腐蝕﹐尤為重要的是鉻層上的大量微孔﹐將鉻層下面的鎳層大面積地暴露出來﹐在腐蝕介質的作用下﹐鉻與鎳組成腐蝕電池﹐鉻層為陰極﹐微孔處暴露的鎳層為陽極而遭腐蝕﹐從而改變了大陰極小陽極的腐蝕模式﹐使得腐蝕電流幾乎被分散到整個鍍鎳層上﹐從而防止了產生大而深的直貫基體金屬的少量腐蝕溝紋和凹坑﹐並使鍍層的腐蝕速度減小﹐且向橫向發展﹐因而保護了基體金屬﹐顯著的提高了鍍層的耐腐蝕性能。

◆ 緞面鎳

緞面鎳又叫緞狀鎳。緞面鎳與鎳封工藝沒有本質的區別。它具綢緞狀的外觀﹐鍍絡後不會像光亮鎳鍍層鍍鉻那樣有閃光﹐因而人眼注視後不會覺得疲勞﹐可以作為避免光線反射的防眩鍍層。這類鍍層在汽車反光鏡﹐車輛內部注視零件﹐醫療手術器械﹐工具機零件﹐眼鏡鏡框等表面已得到廣泛套用。

◆ 高應力鎳

在特定的鍍鎳液中加入適量的添加劑﹐能獲得應力較大的容易龜裂成微裂紋的鎳層﹐這種鎳層﹐叫做高應力鎳。

高應力鎳是在光亮鎳的表面上再鍍一層1um左右的鎳層。由於高應力鎳的內應力大﹐所以在它的表面按常規再鍍0.2~~0.3um的普通鉻層後﹐在鉻層與高應力鎳應力的相互作用處﹐高應力鎳層即產生大量微裂紋﹐並導致鉻層表面也形成均勻的微裂紋。與鎳封一樣﹐鉻層成為微間斷鉻﹐只是由高應力得到的是微間斷鉻﹐在腐蝕介質的作用下﹐這些裂紋部位殂成無數個微電池﹐使腐蝕電流分散在微裂紋處﹐從而使整個鍍層的耐蝕性能得到明顯的提高。

◆ 鍍多層鎳

鍍多層鎳是在同一基體上﹐選用不同的鍍液成分及工藝條件﹐獲得二層或三層的鍍鎳層﹐目的是在不增加鎳層厚度或減低鎳層的基礎上﹐增加鎳層的耐蝕能力。在生產上套用較多的多層鎳/鉻組合層休系有

雙層鎳 半光亮鎳/光亮鎳/鉻

三層鎳 半光亮鎳/高硫鎳/光亮鎳/鉻

半光亮鎳/光亮鎳/鎳封/鉻(微孔鉻)

半光亮鎳/光亮鎳/高應力鎳/鉻(微裂紋鉻)

◆ 氨基磺酸鹽鍍鎳

氨基磺酸鹽鍍鎳的主要優點是所得到的電鍍層應力低﹐鍍液沉積速度快﹐但價格較貴﹐用於電鑄和印刷電路板鍍金前鍍鎳。

◆ 檸檬酸鹽鍍鎳

檸檬酸鹽鍍鎳工藝主要用於鋅壓鑄件的電鍍。主要的維護措施是﹕控制硫酸鎳與檸檬酸鹽之比在1﹕1.1~~1.2﹐溫度不可過高﹐以防止檸檬酸鹽分解﹐嚴格控制﹐pH值﹐零件入槽進採用衝擊電流(2~3A/dm2)以保證結合力良好。檸檬酸鹽鍍鎳套用還不廣，成功生產的廠家不多。

白斑對策

出現原因

電鍍鎳出現的白色斑點是由一種高碳物引起，高碳物是由熱處理滲碳過程及電鍍前處理時的酸洗過程中產生的。

(1)1018料正常滲碳後表層的碳(主要是Fe、C)

可達0.8～1.2，突出在鍍層中的顆粒是由於前處理清洗不徹底，使工件表面的顆粒掉入了鍍液中，在電鍍過程中由於有攪拌作用，使這些游離於鍍液中的顆粒與鎳離子產生了共沉積。

(2)鍍層中沒覆蓋的孔洞，主要是前處理酸洗過程產生過腐蝕(表面脫碳)引起的。電鍍廠酸洗液的主要成分是HCl 1:1；H2SO4(98%)50 mL/L；該配方對普通碳鋼可以，對高碳鋼則濃度太高。含碳量越高，酸洗反應越劇烈。表面脫碳後，對工件的導電性和鍍層的附著力有很大的影響。鍍層中的孔洞實際上是由於高碳部分導電性差(或附著力差)，鍍層難於覆蓋造成的。

解決辦法

(1)改進前處理清洗工序，採用超音波清洗的方法，使滲碳後附著力差的顆粒在清洗中脫落下來。

(2)及時對鍍液進行過濾。

(3)改進酸洗工藝：主要是降低酸洗液的濃度、加入合適的緩蝕劑並適當控制酸洗的時間，避免過腐蝕。

通過採取上述措施，使該產品電鍍白斑問題得到了根本性的解決。

發展簡史

鍍鎳溶液的歷史與電鍍相比，比較短暫，在國外其真正套用到工業僅僅是70年代末80年代初的事。 1844年，A.Wurtz發現金屬鎳可以從金屬鎳鹽的水溶液中被次磷酸鹽還原而沉積出來。化學鍍鎳技術的真正發現並使它套用至今是在1944年，美國國家標準局的A.Brenner和G.Riddell的發現，弄清楚了形成塗層的催化特性，發現了沉積非粉末狀鎳的方法，使化學鍍鎳技術工業套用有了可能性。但那時的化學鍍鎳溶液極不穩定，因此嚴格意義上講沒有實際價值。 化學鍍鎳工藝的套用比實驗室研究成果晚了近十年。第二次世界大戰以後，美國通用運輸公司對這種工藝發生了興趣，他們想在運輸燒鹼筒的內表面鍍鎳，而普通的電鍍方法無法實現，五年後他們研究了發展了化學鍍鎳磷合金的技術、公布了許多專利。1955年造成了他們的第一條試驗生產線，並製成了商業性有用的化學鍍鎳溶液，這種化學鍍鎳溶液的商業名稱為“Kanigen”。 國外，特別是美國、日本、德國化學鍍鎳已經成為十分成熟的高新技術，在各個工業部門得到了廣泛的套用。 　我國的化學鍍鎳工業化生產起步較晚，但近幾年的發展十分迅速，不僅有大量的論文發表，還舉行了全國性的化學鍍會議，據第五屆化學鍍年會發表文章的統計就已經有300多家廠家，但這一數字在當時應是極為保守的。據推測國內每年的化學鍍鎳市場總規模應在300億元左右，並且以每年10%～15%的速度發展。