延长化学镀镍溶液寿命的研究

梅天庆， 何 冰

(南京航空航天大学材料学院，江苏南京 210016)

延长化学镀镍溶液寿命的研究

梅天庆， 何 冰

(南京航空航天大学材料学院，江苏南京 210016)

探讨了用间隔取液法延长化学镀镍液使用寿命。通过分析ρ(亚磷酸钠)和沉积速率随每周期取出部分溶液的关系得出结论，当取液量大于化学镀镍溶液15%时，化学镀镍溶液中的有害离子均不超过其临界质量浓度，化学镀镍溶液可以连续工作并能维持较高的镀速。

化学镀镍液;间隔取液法;循环使用

引 言

目前，化学镀镍工艺大多采用以次磷酸钠为还原剂的镀液，化学镀镍过程中溶液中生成亚磷酸钠和硫酸钠，生成的亚磷酸钠是导致化学镀镍溶液老化失效的重要原因。当化学镀镍溶液中的亚磷酸钠达到一定质量浓度时，将与镍离子反应生成亚磷酸镍，导致镀层表面光亮度下降并生成麻点，还会引起化学镀镍溶液分解。为了防止亚磷酸镍的生成，需要经常向化学镀镍溶液中添加络合剂。但过量络合剂，会降低镀层沉积速度，并可能影响镀层的质量，因此，不得不经常更新化学镀镍溶液。另外，硫酸钠的危害虽然不像亚磷酸钠那么明显，但是在化学镀镍溶液不工作或溶液降温时，有可能生成亚硫酸钠结晶，也会带来不良影响。

对于化学镀镍废液的处理，目前还没有一套成熟的、行之有效的、低成本、低能耗及简单易行的处理方法［1-8］。因此，研究低能耗、无污染，循环利用化学镀镍溶液的方法是很有必要的。

本文研究了用间隔取液法延长化学镀镍溶液的使用寿命。

1 实验原理和过程

1.1 实验原理

间隔取液法是指每周期取出一定量的老化镀镍溶液并补充新的镀液，所加入的新的化学镀镍溶液对亚磷酸盐的质量浓度起到稀释作用。可用下式表示:

式中:m1为每周期经间隔取液法处理后每升镀液中亚磷酸钠的实际增加量，g;m为每周期每升镀液中亚磷酸钠产生量，g;m2为每周期末每升镀液中亚磷酸钠累积量，g;K为间隔取液法取出溶液量占老化镀液的百分数，%。

由于每周期单位体积镀液中的亚磷酸钠产生量m为定值，因此当m2逐渐增大，m1逐渐减小。即每周期末镀液经间隔取液法处理后实际增加亚磷酸钠的量是逐渐减少的。最终亚磷酸钠的累积会稳定在一个值，这个值低于临界质量浓度时，镀液就可继续正常工作。

1.2 实验镀液和化学镀镍操作流程

1)化学镀镍溶液组成及操作条件如下:

2)操作流程。将5 cm×5 cm×2 cm铁片经砂纸打磨→水洗→碱液除油→水洗→酸液除锈→水洗→吹干称量→活化→化学镀镍。

1.3 实验仪器设备

电子分析天平(上海虹桥精密仪器有限公司)，磁离子搅拌器(上海民桥仪器厂)，直流稳压电源，电热恒温水浴锅，PHS-3C精密pH计，D25-2F电动搅拌器(杭州仪表厂)。

2 实验结果与分析

2.1 每周期不同取液量下，亚磷酸钠积累量随周期的变化

人们通常用周期数来评价化学镀镍溶液寿命。规定当施镀过程中补加镍盐的累计量(本文为18～20 g/L)等于开缸化学镀镍溶液中镍盐的质量浓度时为1个周期。一次取液过多会增加成本，取液过少会影响取液效果，经过比较，一次性取化学镀镍溶液的15%既可以维持镀液的正常工作又可较大限度地利用原来的镀镍溶液。亚磷酸钠积累量随周期的变化关系见图1。

图1 亚磷酸钠累积量与周期数的关系

2.2 沉积速度随周期的变化

在其它条件不变的情况下，化学镀镍反应速度降低的主要原因是镀液中反应物含量的降低，采用15%间隔取液法，定时补充反应所需要的有效成分，能够使化学镀镍溶液在长期使用过程中，沉积速度基本上保持16～17 μm/h不变，属于中速范围，具有工业应用价值。取镀液15%时镀层的平均沉积速度随周期的变化见图2。

图2 镀层的平均沉积速度随周期的变化

2.3 亚磷酸钠积累随周期的变化

在化学镀镍的工作过程中最为有害的副产物是亚磷酸根，它是造成镀液失效的最直接因素。亚磷酸钠积累与工作周期数的关系如图3所示。

图3 亚磷酸钠积累随周期的变化

由图3中可以看出，在第1周期至第8周期范围内，亚磷酸钠的积累迅速增加;第8周期至第18周期范围内，亚磷酸钠的积累增长趋势变缓;18个周期后，亚磷酸钠积累质量浓度达到69 g/L后，亚磷酸钠的质量浓度基本保持不变。沉积速度及亚磷酸钠积累随周期的变化之所以呈上述变化趋势，主要有以下两个原因:

其一，实验中采用间隔取液法，每周期末取出15%的老化化学镀镍溶液后再加入15%的新镀液。这样，亚磷酸钠的积累就下降为每周期末的85%，换句话说加入的新化学镀镍溶液对亚磷酸钠起到了稀释的作用。

由于每周期单位体积镀液中亚磷酸钠为定值，因此，在沉积速度和镀层磷含量基本保持不变的条件下，可以认为每周期末单位体积镀液中亚磷酸钠的产生量m为定值，所以当m2逐渐增大时，m1逐渐减小，即每周期末镀液经间隔取液法处理后实际增加的亚磷酸钠的质量浓度是逐渐减少的;当m2×K=m时，亚磷酸钠的实际增加量为零。这是图3中曲线走势趋缓的主要原因。

其二，化学镀镍溶液中镍盐与次磷酸钠发生反应:

Ni2++6H2PO2-+3H2O→Ni+P+5H2PO3-+6H++H2↑的同时，必然伴随着副反应的进行，由化学镀镍的反应原理可知，沉积过程中有如下副反应发生:

随着化学镀镍溶液中亚磷酸根的增加，上述反应的平衡向逆反应移动，从而对亚磷酸钠的产生也有一定程度的抑制。经实验测定，当溶液中亚磷酸钠的积累达到69 g/L时，每周期取出的亚磷酸钠的量与每周期生成的量基本相等。此后，随着周期数的增加，镀液中亚磷酸钠的量保持不变。此时制备的化学镀镍层仍具有很强的耐蚀性能。

3 结论

1)采用间隔取液法，在化学镀镍溶液工作的20个周期过程中，沉积速度保持稳定，在14～17 μm/h范围内变化，属于中速范围，具有工业应用价值。

2)使用间隔取液法延长化学镀镍溶液寿命效果显著，镀液中H2PO3-的质量浓度随着周期数的增加，先是迅速增长，之后变缓，最后保持基本不变。由于工作过程中并不产生Na+、SO42-离子，实际上其质量浓度并不会升高。

3)取溶液量≥15%时，镀液可以循环使用。

4)取出的化学镀镍溶液经过用氢氧化钙沉淀亚磷酸根后可以再生。这一方面的研究，读者可参阅本文作者的另一篇论文化学镀镍溶液再生的一种方法［9］。

［1］毛梯和.化工废水处理技术［M］.北京:化学工业出版社，2000:1-5.

［2］胡信国，张钦京.化学镀镍技术的新进展［J］.新技术新工艺，2001，14(2):35-37.

［3］肖养口.塑料制品的电镀技术［J］.应用科技，2000，27(1):20-21.

［4］龙有前，肖鑫，胡新亮，等.玻璃丝布的化学镀镍［J］.材料保护，2001，34(l):28-29.

［5］王艳芝.有机玻璃化学复合镀镍磷工艺［J］.表面技术，2001，30(3):3-4.

［6］王宇飞，徐新，郭京心.直升飞机齿轮化学镀镍工艺［J］.电镀与精饰，2001，20(2):19-21.

［7］郭海洋.化学镀技术应用新进展［J］.金属热处理，2001，(1):9-12.

［8］陈曙光，刘君武，丁厚福.化学镀的研究现状应用及前景［J］.热加工工艺，2000，2(9):5-17.

［9］梅天庆，何冰.化学镀镍溶液再生的方法［J］.电镀与精饰，2011，33(9):21-23.

A Method of Extending the Life of Electroless Nickel Plating Bath

MEI Tian-qing，HE Bing
(Materials Institute，Nanjing University of Aeronautics＆ Astronautics，Nanjing 210016，China)

A method of extracting bath out periodically for extending the life of electroless nickel plating bath was discussed.Relationships between phosphite accumulation，deposition rate and amount of the bath extracted out periodically were analyzed.Results showed that when extracting amount of the bath was greater than 15%，harmful ions would not exceed their critical concentration and the bath could work continuously with high deposition rate.

electroless nickel plating bath;method of extracting bath out periodically;recycling-use

TQ153.12

B

1001-3849(2011)11-0005-03

2010-11-16

2011-05-19