化学镀镍的原理及配方构成[共47页]

1、化学沉镍化学沉镍 溶液溶液 阳极反应阳极反应:Ni-Ni+2+2e 阴极反应阴极反应:Ni+2+2e-Nio 镍沉积的量与时间、电流（法拉第定律）相关。每安培小时沉积镍沉积的量与时间、电流（法拉第定律）相关。每安培小时沉积1.095克的镍克的镍 电解镍电镀 法拉第定律法拉第定律 说明了在给定数量的安培小说明了在给定数量的安培小 时下有多少金属能沉积下来时下有多少金属能沉积下来 电镀定律电镀定律 法拉第定律法拉第定律 说明了沉积多少，但是并非说明沉积在哪儿说明了沉积多少，但是并非说明沉积在哪儿 电解镍电镀 l欧姆定律欧姆定律 l解释了有多少电流实际到达待镀的工件解释了有多少电流实际到达待镀的工件

2、 lE=ixR li=E/R 电镀定律电镀定律 墨菲定律墨菲定律 任何可能出错的事情，在绝大多数不应该的 时候会终将出错！ 电镀定律电镀定律 溶液化学溶液化学 如何工作的呢？如何工作的呢？ 还原过程还原过程 而非而非 电化学置换电化学置换 或或 浸没反应浸没反应 自催化化学自催化化学 还原过程还原过程 在催化表面通过化学还原反应，金属或合金的沉积不需在催化表面通过化学还原反应，金属或合金的沉积不需 要使用连续的电流要使用连续的电流 合金沉积合金沉积 化学还原化学还原 要求表面有催化性质要求表面有催化性质 不需要连续电流不需要连续电流 自催化化学自催化化学 铜铜 钴钴 金金 镍镍 钯钯 化学镀工

3、艺化学镀工艺 铜铜 钴钴 金金 镍镍 钯钯 还原剂还原剂 次亚磷酸盐次亚磷酸盐 甲醛甲醛 硼胺硼胺 硼氢化物硼氢化物 肼，联氨肼，联氨 化学镀工艺化学镀工艺 铜铜甲醛甲醛 镍镍次亚磷酸盐次亚磷酸盐 硼胺硼胺 硼氢化物硼氢化物 肼肼 钴钴次亚磷酸盐次亚磷酸盐 最重要的工艺最重要的工艺 酸镍磷体系 Ni2+ + 2H2PO2- + 2H20* 2H2PO3- + H2 + 2H+ + Nio 碱镍磷体系 Ni2+ + 2H2PO2- + 4OH-* Ni + 2HPO3- + 2H2O + H2 *催化反应 次亚磷酸盐还原系统次亚磷酸盐还原系统 1.H2PO2-ads+OHadsH2PO3-ads

4、+Hads+e 2.H2PO2-+H2Oads H2PO3-ads+Hads+H+e 3.H+eH 4.H+HH2 5.Ni2+H2ONiOH+ads+H+ 6.NiOH+ads+2eNi+OH- 7.H2PO2-adsP+2OH- 8.H2PO2-ads+2H+eP+2H2O 反应反应 1.H2PO2-ads+OHadsH2PO3-ads+Hads+e 2.H2PO2-+H2Oads H2PO3-ads+Hads+H+e 在催化表面和充分能量的情况下，次亚磷酸盐离子被氢在催化表面和充分能量的情况下，次亚磷酸盐离子被氢 氧根离子氧根离子与水与水氧化，生成亚磷酸盐。氧化，生成亚磷酸盐。 反应反应

5、 3.H+eH NiOH+ads+2eNi+OH- 在这些反应中产生的电子参与将在这些反应中产生的电子参与将H+离子还原成氢气和吸附离子还原成氢气和吸附 的的NiOH离子还原成镍的反应离子还原成镍的反应 反应反应 5.Ni2+H2ONiOH+ads+H+ NiOH+ads+2eNi+OH- 经过两步反应机制，镍被还原。经过两步反应机制，镍被还原。 反应反应 H+HH2 氢气被释放出来氢气被释放出来 反应反应 除了次亚磷酸盐使镍还原之外，同时还有副反应产生。除了次亚磷酸盐使镍还原之外，同时还有副反应产生。 由于由于H2PO2-的分解，会产生磷。 7.H2PO2-adsP+2OH- 8.H2PO2

6、-ads+2H+eP+2H2O 反应反应 1.H2PO2-ads+OHadsH2PO3-ads+Hads+e 2.H2PO2-+H2Oads H2PO3-ads+Hads+H+e 3.H+eH 4.H+HH2 5.Ni2+H2ONiOH+ads+H+ 6.NiOH+ads+2eNi+OH- 7.H2PO2-adsP+2OH- H2PO2-ads+2H+eP+2H2O 溶液的酸碱度很关键。随溶液的酸碱度很关键。随pH值减少，值减少，7-8步的步的反应速率增加（同时增加反应速率增加（同时增加 镀层中磷的含量）镀层中磷的含量） 反应反应 在生产中某些物质被在生产中某些物质被消耗的消耗的同时也必须被补

7、充，如：镍和次亚磷同时也必须被补充，如：镍和次亚磷 酸盐酸盐 氢是在生产中产生的，因此镀液在操作过程中酸碱度也会下降氢是在生产中产生的，因此镀液在操作过程中酸碱度也会下降 亚磷酸根离子作为副产品也在溶液中产生和累积亚磷酸根离子作为副产品也在溶液中产生和累积 产生的镀层是一种合金产生的镀层是一种合金 反应中要求有催化剂的存在。反应中要求有催化剂的存在。 从这些反应中可以清楚地看出：从这些反应中可以清楚地看出： 催化剂催化剂 传统的定义传统的定义 “某种激发化学反应但本身却并不参与的物质某种激发化学反应但本身却并不参与的物质” 钯钯-Pd 铑铑-Rh 镍镍-Ni 钌钌-Ru 铂铂-Pt 本身具有催

8、化活性的金属本身具有催化活性的金属 （这些金属具有独立的自催化特点）（这些金属具有独立的自催化特点） 这些金属的表面本身并没有催化活性，这些金属的表面本身并没有催化活性， 但具有催但具有催 化活性的金属形核沉积在表面后诱发了催化活性化活性的金属形核沉积在表面后诱发了催化活性 他们能被分成两类他们能被分成两类 本身不具有催化活性的金属本身不具有催化活性的金属 比镍更具有活性的金属比镍更具有活性的金属 镍金属由于置换反应首先沉积在表面。镍金属由于置换反应首先沉积在表面。 一旦镍沉积上后，一旦镍沉积上后，自催化沉积就自催化沉积就同时产生了。同时产生了。 这些包括；这些包括； 铁铁-Fe 铝铝-Al

9、铍铍-Be 钛钛-Ti 本身不具有催化活性的金属本身不具有催化活性的金属 比镍更具有惰性的金属比镍更具有惰性的金属 在这些金属表面没有置换反应发生，以产生具催化活性的在这些金属表面没有置换反应发生，以产生具催化活性的 镍核。为了发动自催化过程，需要通过阴极电流或接触活镍核。为了发动自催化过程，需要通过阴极电流或接触活 性金属的方式。这些金属包括：性金属的方式。这些金属包括： 铜铜-Cu 银银-Ag 金金-Au 碳碳-C 本身不具有催化活性的金属本身不具有催化活性的金属 铜铜-Cu 铅铅-Pb 锌锌-Zn 铬铬-Cr 砷砷-As 锑锑-Sb 铋铋-Bi 镉镉-Cd 锡锡-Sn 及其它重金属及其它

10、重金属 即使很少量的这些金属含量会导致没有沉积即使很少量的这些金属含量会导致没有沉积 非催化金属（有毒的）非催化金属（有毒的） 硫酸镍硫酸镍镍离子的来源镍离子的来源 还原剂还原剂提供电化学能给镍还原提供电化学能给镍还原 络合剂络合剂络合镍离子、有利于溶液稳定性、控制镍的还原速率。络合溶液中亚磷酸盐，作为酸络合镍离子、有利于溶液稳定性、控制镍的还原速率。络合溶液中亚磷酸盐，作为酸 碱缓冲剂碱缓冲剂 稳定剂稳定剂使还原过程到达一个可控点。屏蔽催化活性核区和粒子。对个别浓度低于使还原过程到达一个可控点。屏蔽催化活性核区和粒子。对个别浓度低于1ppm的有的有 合成效应。合成效应。 加速器加速器活化次亚

11、磷酸根，沉积速率提高。抵消稳定剂和络合剂的作用。活化次亚磷酸根，沉积速率提高。抵消稳定剂和络合剂的作用。 缓冲剂缓冲剂使使pH值长期保持稳定值长期保持稳定 调节剂调节剂使使pH值修正的具有短期效果的试剂。如：硫酸、氨水、碳酸盐等值修正的具有短期效果的试剂。如：硫酸、氨水、碳酸盐等 湿润剂湿润剂减少表面张力，增加湿润性减少表面张力，增加湿润性 设计一个系统设计一个系统 溶液的温度溶液的温度 镍的化学还原反应速度取决于下列变量：镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 反应速度反应速度 化学反应需要能量，这里是以热能的形化学反应需要能量，这里是以热能的形 式提供的。式提供的。 温度增加时，沉积的速率也

12、上升。温度增加时，沉积的速率也上升。 温度也会影响到镀层的特性。因为温度温度也会影响到镀层的特性。因为温度 增加，磷的含量会减少。增加，磷的含量会减少。 反应速度反应速度 溶液的温度溶液的温度 酸碱度酸碱度 镍的化学还原反应速度取决于下列变量：镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 反应速度反应速度 反应速度反应速度 溶液的酸碱度既影响反应速度又影溶液的酸碱度既影响反应速度又影 响镀层中磷的含量。响镀层中磷的含量。 pH值增加，镀速增加，镀层中磷的值增加，镀速增加，镀层中磷的 含量减少。含量减少。 溶液的温度溶液的温度 酸碱度酸碱度 溶液的搅拌溶液的搅拌 镍的化学还原反应速度取决于下列变量：镍的

13、化学还原反应速度取决于下列变量： 反应速度反应速度 溶液的温度溶液的温度 酸碱度酸碱度 溶液的搅拌溶液的搅拌 表面积与体积比表面积与体积比 镍的化学还原反应速度取决于下列变量：镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 反应速度反应速度 反应速度反应速度 待镀工件的表面积与溶液体积的比待镀工件的表面积与溶液体积的比 率会极大地影响镍的沉积，低负载率会极大地影响镍的沉积，低负载 会产生会产生“漏漏”镀镀. Astheloadfactorincreases depositionrateincreases。 负载系数增加时沉积速率也增加。负载系数增加时沉积速率也增加。 溶液的温度溶液的温度 酸碱度酸碱度

14、溶液的搅拌溶液的搅拌 表面积与体积比表面积与体积比 镍离子的浓度镍离子的浓度 镍的化学还原反应速度取决于下列变量镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 反应速度反应速度 溶液的温度溶液的温度 酸碱度酸碱度 溶液的搅拌溶液的搅拌 表面积与体积比表面积与体积比 镍离子浓度镍离子浓度 次亚磷酸盐浓度次亚磷酸盐浓度 镍的化学还原反应速度取决于下列变量镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 反应速度反应速度 镍的化学还原反应速度取决于下列变量：镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 溶液温度溶液温度 酸碱度酸碱度 溶液的搅拌溶液的搅拌 表面积与体积比表面积与体积比 镍离子的浓度镍离子的浓度 次磷酸盐的浓度次磷

15、酸盐的浓度 配位剂的特性配位剂的特性 反应速度反应速度 镍的化学还原反应速度取决于下列变量：镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 溶液温度溶液温度 酸碱度酸碱度 溶液的搅拌溶液的搅拌 表面积与体积比表面积与体积比 镍离子的浓度镍离子的浓度 次磷酸盐的浓度次磷酸盐的浓度 配位剂的特性配位剂的特性 稳定剂稳定剂 反应速度反应速度 反应速度反应速度 稳定剂通过吸附在悬浮颗粒表面防止镍的自稳定剂通过吸附在悬浮颗粒表面防止镍的自 发分解，从而防止阴极过程的产生。在低的发分解，从而防止阴极过程的产生。在低的 稳定剂水平下，镍沉积的速度较快。稳定剂水平下，镍沉积的速度较快。 当稳定剂的吸附速率超出了镍的沉积

16、速率，当稳定剂的吸附速率超出了镍的沉积速率， 则中毒会发生。最终会导致边缘上漏镀。则中毒会发生。最终会导致边缘上漏镀。 镍的化学还原反应速度取决于下列变量：镍的化学还原反应速度取决于下列变量： 溶液温度溶液温度 酸碱度酸碱度 溶液的搅拌溶液的搅拌 表面积与体积比表面积与体积比 镍离子的浓度镍离子的浓度 次磷酸盐的浓度次磷酸盐的浓度 配位剂的特性配位剂的特性 稳定剂稳定剂 其它添加剂其它添加剂 反应速度反应速度 镍的化学还原反应速度也受下列因素影响：镍的化学还原反应速度也受下列因素影响： 槽寿命槽寿命 污染物的种类及浓度污染物的种类及浓度 反应速度反应速度 最好跟踪测量加入槽中的镍组分的含量最好跟踪测量加入槽中的镍组分的含量 1MTO是指初始的镍含量被加入槽中时是指初始的镍含量被加入槽中时 寿命与槽液比重的增加成寿命与槽液比重的增加成比例比例 也与亚磷酸盐的浓度相关也与亚磷酸盐的浓度相关 由于带出量的存在，由于带出量的存在，MTO数会被低估。数会被低估。 槽寿命槽寿命 污染物污染物 硝酸盐污染物硝酸盐污染物 会减少镀