化学镀镍磷10.ppt

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1、化学镀镍磷层的制备、结构与性能一、实验目的1.利用化学镀镍技术在钢铁表面制备镍磷合金层2.掌握化学镀的基本原理及工艺3.了解分析材料表面结构与性能的手段4.提高学生的综合实验能力二、化学镀的基本原理水溶液中金属离子的沉积，一般按M2++2e—→M（金属离子还原）还原反应进行。按金属离子获得还原所需电子的方法不同，分为电沉积和无外电源沉积两类。前者我们称电镀，后者我们称化学镀或无电镀。（1）金属电沉积：在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成具有一定性能的金属镀层的过程，其电解液主要是水溶液。（2）化学镀：化学镀也称无电解镀，是一种不使用外电源，而是利

2、用还原剂使溶液中的金属离子在基体表面还原沉积的化学处理方法，既Men++还原剂→Me↓+氧化剂化学镀是一个自催化的还原过程，也就是基体表面及在其上析出的金属都具有自催化能力，使镀层能够不断增厚。（3）化学镀离子还原的电子来源通过电荷交换进行沉积：被镀金属M1必须比沉淀金属的电位更负；金属M2在电解液中以离子方式存在。工程中常称为浸镀；镀层薄、无使用性，常作为其它镀种的辅助工艺。接触沉积：除了被镀金属M1和沉积金属M2外还有第三种金属M3。在含有M2离子的溶液中，将M1与M3两金属连接，电子从电位高的M3流向电位低的M1，使M2还原沉积在M1上。还原沉积：这是由还原剂被氧化

3、（催化条件下Rn+→2e—+R(n+2)）而释放自由电子，把金属离子还原为金属原子(M2++2e—→M)的过程。工程讲的化学镀，主要是指还原沉积的化学镀。（4）化学镀的条件1.电镀中还原剂的还原电位要显著低于沉积金属的电位，使金属有可能在基材上被还原而沉积出来。2.配好的镀液不产生自发分解，当与催化表面接触时，才发生金属沉积过程。3.调节溶液的pH值、温度时，可以控制金属的还原速率，从而调节镀覆速率。4.被还原析出的金属也具有催化活性，这样氧化还原沉积过程才能持续进行，镀层连续增厚。5.反应生成物不妨碍镀覆过程的正常进行，即溶液有足够的使用寿命。（5）化学镀的特点：1.镀

4、覆过程不需外电源，前期处理工艺较为简单，金属和非金属材料上都能进行镀覆。2.由于不存在电流分布的问题，均镀能力好对于形状复杂有内孔内腔的镀件镀层均匀。3.其自催化的特点可是镀件表面形成任意厚度的镀层。4.空隙率低，致密性好，硬度高，耐蚀性和耐磨性好。5.镀液通过维护调整能反复使用，但使用周期是有限的。6.其不足是由于化学镀中氧化剂（金属离子）与还原剂同时存在，处于热力学不稳定状态，镀液的稳定性差；沉积速度慢，工作温度高。三化学镀镍磷的理论和工艺（1）、化学镀镍磷的三种理论镍具有自催化还原的性质即自催化还原过程。化学镀镍的原理有有原子氢态理论；氢化物理论电化学理论等。这三种

5、理论都不能完全解释化学镀镍的整个过程，但氢态理论得到较广泛的承认。1．原子氢态理论NaH2PO2⇌Na++H2PO2-H2PO2-+H2O→催化表面HPO32－十H＋+2H☉absNi2＋十2H☉abs→Ni＋2H＋H2PO2-十2H☉abs→H2O十OH－＋P2H☉→H2↑Ni2＋+H2PO2-+H2O→HPO32－+2H＋+Ni2．氢化物理论H2PO2－+H2O→催化表面HPO32—十2H++H—Ni2++2H—→Ni+H2↑H＋+H—→H2↑2PO22—+6H—十4H2O→2P十3H2↑十+8OH—Ni2++H2PO22－+H2O－→HPO32－+3H＋+Ni3．电

6、化学理论H2PO2－+H2O→H2PO3－+2H＋+2e—Ni2++2e—→Ni2H＋+2e—→H2↑H2PO2－十e—→P+2OH—Ni2++H2PO2－十H2O→H2PO3－+2H＋+Ni阳极：H2PO2－十H2O―2e—→H2PO3－+2H＋阴极：Ni2++2e—→Ni2H＋+2e—→H2↑H2PO2－十e—→P+2OH—4．热力学和动力学分析从热力学分析，还原剂次亚磷酸钠氧化释放电子的可逆电位为：E=-0.504-0.06pH(V)(酸性槽液)E=-0.504-0.09pH(V)(碱性槽液)Ni2+离子的还原可逆电位为：E=-0.25(V)（2）化学镀镍的成分和条

7、件化学镀液一般包含金属盐、还原剂、络合剂（配合剂）、缓冲剂、pH调节剂、稳定剂润滑剂和光亮剂等。镍盐：是镀液的主盐、是镀层的金属供体；常采用硫酸镍或氯化镍，前者价格便宜。镀液的镍盐浓度高（但不能太高），沉淀速率快，稳定性下降。镀覆时，应及时补充镍盐以保持镀速的稳定。还原剂：最常用的是次亚磷酸盐，所得镀层是Ni-P合金。硼氢化物、胺基硼烷等镀层为Ni-B合金。次亚磷酸纳的用量与镍盐浓度相匹配，其最佳摩尔比为0.3~0.45。次亚磷酸纳浓度高，镀速增大，同时镀液的稳定性降低。消耗的还原剂按比例补充，以维持镀速和镀层的稳定性。次磷酸