几种品牌硫酸镍的电镀镍性能对比性研究

2014-12-05周佑明

电镀与精饰 2014年11期

周佑明

(金柯有色金属有限公司，江苏昆山 215301)

引言

电镀工业是我国重要的加工行业，随着近年来我国电子电工和汽车行业的高速发展，我国电镀行业又进一步得到了发展，欧洲和亚洲发达国家，逐渐把电镀企业转移到中国，我国电镀企业也积极实施技术改造，提高电镀技术水平，电镀行业的发展将不断扩大硫酸镍的使用量。我国硫酸镍的生产量近年来增长非常快，几大硫酸镍生产企业纷纷扩大产能，致使硫酸镍生产与销售竞争非常激烈。

为了更好的改善硫酸镍的质量，满足市场的需求，我公司与南昌航空大学共同签署了《各品牌硫酸镍对电镀镍和化学镀镍性能对比研究》技术开发协议，为正确指导电镀生产，提供信息资料。

1 实验材料及方法

实验以“A、B、C、D、E 和 F”代表六种品牌硫酸镍，其中代号C为金柯生产硫酸镍，六种品牌硫酸镍按照同一的方法进行性能测试。

1.1 工艺配方

为排除添加剂的干扰，选择统一的电镀镍溶液配方及操作条件:250～300g/L NiSO4·7H2O，30～60g/L NiCl2·6H2O，35 ～ 40g/L H3BO3，pH=3.7，Jκ=1A/dm2，θ=45～60℃ 。

1.2 性能测试

1)采用276mL赫尔槽进行试验。阳极板为可溶性镍阳极(99.95%)，阴极为普通的紫铜板，通过试验观察镀层外观。

2)采用赫尔槽法测试镀液的分散能力［1］。把制备好的镀层分成10等份，取中间位置1～8作为测量点。如图1所示。

图1 测试镀液分散能力

式中T为镀液的分散能力，%;δ1为测量位置1镀层厚度，μm;δ5为测量位置5镀层厚度，μm。

3)采用内孔法测试镀液的覆盖能力［1］，计算公式为:

用电解式测厚仪分别测量赫尔槽试片位置1和位置5两个点的厚度 δ1、δ5(μm)，计算分散能力T。

式中F为镀液的覆盖能力，%;l1表示镀层的长度，mm;l5为表示铜管的长度，mm。

4)采用粗糙度仪法测试镀液的整平能力［1］。计算公式为:

式中Ra为电镀前中心线的平均粗糙度，μm;Ra＇为电镀后中心线的平均粗糙度，μm。

5)采用安培小时测试镀液的电流效率［1］。计算公式为:

式中ηκ为镀液的电流效率，%;m为制备镍镀层质量，g;m理为镀层的理论质量，g。

6)采用偏转法测试镀层的内应力［1］。使用条形阴极法，内应力的计算公式为:

式中F内为镀层内应力，N/cm2;E为基体材料弹性模数，N/cm2;δ为试片厚度，cm;δ1、δ2为任意两点的镀层厚度，cm;l为试片电镀面的长度，cm;l偏为试片自由端偏转幅度，cm。

2 实验结果与分析

六种品牌硫酸镍分别按照2.1工艺配方，配制成镀镍液，测试镀液与镀层性能，若未加说明，则镀液为未经预处理条件下所测。

2.1 赫尔槽试验

1)镀液未预处理。六种品牌硫酸镍的瓦特镍镀液赫尔槽试验(I=2A，t=10min)，试片外观见图2。

图2 不同硫酸镍赫尔槽试片外观

由图2赫尔槽试片外观对比可知，在未引入杂质离子的情况下，六种品牌硫酸镍所配镀液的赫尔槽试片外观优劣较为明显，在试片表观上的反应主要体现于针孔的多少。由图2可知，C、E试片针孔最少，A、D、F试片针孔最多，且分布的区域较大，B试片也有部分针孔出现，而试片发雾情况相当。F试片的针孔细小而绵密，属麻点型针孔，即凹孔深度未至基材表面。造成针孔严重程度不同的原因，主要是六种品牌硫酸镍的产品品质的差异。

2)镀液预处理。六种品牌硫酸镍的镀镍镀液经过预处理。

a.将待处理液的pH调至3.0～3.5范围内;

b.分别向待处理液中加入6%H2O2各8mL，将低价态金属杂质(如铁)氧化成高价态，同时将有机杂质部分分解;

c.将待处理液加热至65℃，并在65℃条件下保持2h，使多余双氧水分解;

d.利用NaOH溶液将待处理液的pH调至5.6，使氧化后的高价金属形成沉淀;

e.向待处理液中分别加入1g粉状活性炭，搅拌2h，静置 24h;

f.过滤。过滤→静置12h→再过滤→再静置12h→再过滤;

g.调整静置过滤后溶液的pH为3;

h.电解。利用大阴极小阳极，以0.1A/dm2电解6h，直至瓦楞型阴极上镀层颜色均匀一致;

i.分析槽液成分，调整至标准工艺范围。

预处理后镀液进行赫尔槽试验，试片外观见图3。由图3分析可知，将A、B、D、F镀镍溶液预处理前后的试片以及未预处理的C、E试片比较，可知A、B、D和F镀镍溶液预处理后的赫尔槽试片中，高电流密度区的针孔有所减少，但针孔依然比未处理的C和E试片多。并且，预处理后镀镍溶液所得试片发雾范围比未预处理的试片窄。

图3 镀镍液预处理后赫尔槽试片结果

2.2 分散能力测试

利用赫尔槽试验测试六种品牌硫酸镍的镀镍液的分散能力，结果见图4。

图4 硫酸镍与镀镍液分散能力关系图

由图4可以看出，六种品牌硫酸镍的镀镍液的分散能力稍有差别，其中试片C、E的分散能力稍好。

2.3 整平能力测试

利用粗糙度仪测试镀层与基材的表面粗糙度，计算镀液的整平能力。测试了A、B、C、D、E和F六种不同品牌硫酸镍的镀镍液的整平能力，结果见图5。

图5 硫酸镍与镀镍液整平能力关系图

由图5分析可知，六种品牌硫酸镍的镀镍液整平能力都表现为负整平，其中C试片镀液整平能力最强，因其杂质离子含量少，镀层表面针孔少，粗糙度较低，从而使镍镀层的整平能力最优。

2.4 覆盖能力测试

测试了A、B、C、D、E和F六种不同品牌硫酸镍的镀镍液的覆盖能力，测试结果见图6。由图6分析可知，六种品牌硫酸镍的镀镍液的覆盖能力差别较小，其中E品牌最好，A、B两种品牌硫酸镍瓦特镀镍液覆盖能力较接近，D品牌稍差，可能是某种有机物在低电流密度吸附时，阻碍了镍离子的沉积。

图6 硫酸镍与镀镍液覆盖能力关系图

2.5 电流效率测试

利用称量法测试镀液的电流效率。测试了A、B、C、D、E和F六种镀镍液的电流效率，测试结果见图7。

图7 硫酸镍与镀镍液的电流效率关系图

由图7分析可知，六种品牌硫酸镍的镀镍液均有较高的电流效率(均在98%以上)，相互之间差别较小，其中C、E品牌的电流效率稍优于其它品牌镀液的电流效率，B品牌的电流效率稍差。

2.6 镀层内应力

测试了六种品牌硫酸镍镀镍在θ=50℃、pH=4.0时镀层的内应力，测试结果如图8所示。

图8 不同硫酸镍镀镍的内应力

由图8分析可知，六种品牌硫酸镍镀镍层内应力有较大差异，其中C、E品牌比较接近且最小，A品牌最大，D、F品牌稍小于A品牌，B品牌次之。因工艺条件保持一致，镀液中的杂质是促使内应力增大的主要原因之一。因A、B、D和F品牌硫酸镍4种硫酸镍溶解时表面有大量气泡，而C、E较少，可能A、B、D和F品牌硫酸镍含有机物较多，致使镀层内应力较大。

由于金属结晶有一定的变形或异相渗入，会产生一定的内应力，这种现象在镀镍过程中尤为明显。电镀层的内应力可分为两大类:一类使镀层体积有膨胀趋势的应力，称为压应力，另一类一类使镀层体积有收缩趋势的应力，称为拉应力，拉应力过大，使镀层开裂，而压应力过大，使镀层起泡，从而均导致镀层失效，在生产中要严格控制镀层的内应力。