引言

一般來說，根據(jù)不同的應用目標，采用不同的化學鍍鎳工藝是很重要的，同時也不可能用同一種類型的鍍液去解決各種問題?；瘜W鍍Ni-P工藝，按鍍液PH值可分為酸性和堿性兩大體系：1)堿性化學鍍鎳PH值8—9，操作溫度為3到45度，主要用于非金屬材料的金屬化，如塑料電鍍、泡沫鎳生產(chǎn);2)酸性化學鍍鎳，pH值3—5，應用最為廣泛，酸性化學鍍液工藝已經(jīng)較為成熟，而通過堿性鍍液制備Ni-p鍍層的工藝還不是十分穩(wěn)定。一般化學鍍液的主要成份是NiSO4和次亞磷酸鈉。據(jù)文獻報道，在堿性鍍液中反應生成的是低磷鍍層，具有磁性，而在酸性鍍液中反應得到的是高磷非磁性鍍層。文獻中提及的大多為酸性鍍液，這是由于酸性鍍液較堿性鍍液穩(wěn)定，易維護，所獲鍍層性能好，但能量消耗大，操作不方便，加熱原件由于局部溫度高，容易產(chǎn)生自分解而析出鎳離子，降低了溶液的穩(wěn)定性。另一方面，高溫鍍液對于某些非金屬表面的金屬化會產(chǎn)生不利因素，使其變形和改性，這就限制了其在塑料金屬化上的應用。因此，低溫化學鍍鎳工藝的研究是化學鍍鎳研究的重要方向之一，也是一個備受重視的課題。

1 低溫、高速化學鍍工藝研究

1.1 化學添加劑的優(yōu)選

要實現(xiàn)低溫化學鍍鎳，就要減低鍍液中鎳離子的還原活化能，傳統(tǒng)方法主要是通過選擇合適的絡合劑來實現(xiàn)。經(jīng)過實驗得出結(jié)論，以乳酸鹽為絡合劑的低溫堿性化學鍍鎳工藝，溶液溫度低，穩(wěn)定性好，鍍層光亮細致，適于低熔點易變形的塑料和其他非金屬材料的金屬化，通過實驗，筆者推薦如下工藝配方：

以檸檬酸鈉為絡合劑，研究了在低碳鋼片和黃銅基體上的低溫化學鍍Ni-Cu-P三元合金工藝。研究發(fā)現(xiàn)：在化學鍍Ni-Cu-P鍍液中添加三乙醇胺輔助絡合劑，增加了鍍液的穩(wěn)定性，并明顯降低了化學鍍Ni-Cu-P合金的施鍍溫度，施鍍可以在40—70度之間進行。

通過對絡合劑、穩(wěn)定性、光亮劑的篩選，開發(fā)了一種低溫酸性化學鍍鎳工藝。該工藝試鍍溫度在70度左右，鍍速達8-10微米/小時，鍍層光亮，鍍液穩(wěn)定性好，成本較低。但鍍液仍為酸性，從施鍍溫度上來看，還是明星啊高于堿性鍍液。

葛勝松、孫宏飛提出了在堿性條件下，以甲醛為還原劑，酒石酸鉀和EDTA為絡合劑，硝酸鉛和碘化鉀為穩(wěn)定劑的適宜于ABS塑料表面化學鍍銅的工藝條件，在該條件下施鍍，鍍速快，可鍍厚銅，鍍層光亮、鍍液穩(wěn)定，且由于施鍍溫度較低，有利于在塑料表面施鍍。

但值得注意的是，穩(wěn)定劑雖然對鍍液穩(wěn)定性，鍍速等都有重大影響，但是在使用時必須嚴格控制添加量，一旦不慎就會產(chǎn)生毒化鍍液或使自催化反應停止的危險，添加量不足又常常起不到穩(wěn)定鍍液的作用因此，鍍液穩(wěn)定劑的使用應格外謹慎。

加速劑的使用對于提高低溫化學鍍鎳的鍍速來說也是至關重要的，常用的加速劑主要分為有機添加劑和無機添加劑。有機添加劑包括琥珀酸、脂肪酸及臻基乙酸等，其作用機理為加速劑與絡合劑一起形成有利于電子導通的混合配體混合物。例如：加入穩(wěn)定常數(shù)較小的第二絡合劑組成混合配體，可以改變?nèi)芤褐墟囯x子的螯合結(jié)構(gòu)和離子活度，加快反應速率?；旌吓潴w法也可提高鍍層含磷量，致密度和成份均勻性，提高鍍層抗中性鹽霧的性能。無機添加劑最常見的是NaF，其作用機理是由于F半徑小，電負性大，通過他在磷化金屬表面吸附，并與同事吸附在金屬表面上的H2PO2-相互作用，加速了H2PO2-中P-H鍵的斷裂，使混合電位負移，加速了化學鍍層的沉積速度，在化學鍍鎳液中加入一種無機添加劑作為加速劑，在施鍍溫度40——60度，PH值8——9時，鍍速為25微米/小時。

研究結(jié)果表明，鍍液中加入是來那個的稀土也能打打提高鍍液的穩(wěn)定性和沉積速度，而且鍍層中不含稀土元素，廈門大學的湯皎寧等就稀土元素對化學鍍鎳的影響進行了相關研究。

從化學鍍的化學反映機理可知，鎳離子被還原時需要次亞磷酸根被氧化所提供的電子，只要加入能提供空軌道運送自由電子的化合物，就可以打打提高氧化還原沉積反映的速率。由于稀土元素是較強的內(nèi)吸附元素，它在催化金屬表面的吸附可降低系統(tǒng)的能量使鎳生核和還原的速度加快，并與同時吸附在金屬表面上的H2PO2-，相互作用，加速了H2PO2-中PH鍵的斷裂，我國稀土資源極為豐富，不僅儲量大，分布廣，而且類型多，礦中全，因此，進一步開發(fā)研究稀土在化學鍍中的應用將具有重要意義。

低溫化學鍍鎳一般要求在堿性條件下進行，其基礎鍍液與高溫化學鍍鎳大致相同，但由于溫度的降低，根據(jù)Amderims方程，鎳的沉積速度將大為降低。同時，在堿性環(huán)境下，Ni2+極易與OH+形成溶度積較小的Ni(OH)2沉淀，因此對于堿性環(huán)境下的低溫化學鍍來說，對絡合劑等化學試劑的選擇相對高溫化學鍍鎳而言更為嚴格。這些構(gòu)成了低溫化學鍍鎳液的特點。

1.2 其他手段

隨著科研工作者對化學鍍鎳機理研究的不斷深入，低溫條件下提高化學鍍鎳反映速度的亞紐有了許多新的突破，其中以外都能量輸入的方法最為突出，這其中主要包括超聲波、脈沖技術(shù)在化學鍍鎳中的應用。

近年來，許多科研工作者對超聲波化學鍍鎳技術(shù)進行了研究，發(fā)現(xiàn)將超聲波應用于化學鍍鎳不僅能降低工作溫度，而且能提高鍍層性能，與常溫化學鍍鎳工藝相比，超聲波可顯著提高化學化學鍍速，降低沉積溫度，降低鍍層孔隙率，得到了光亮，耐蝕性好的鍍層。低溫超聲波化學鍍鎳層致密均勻，而常規(guī)化學鍍鎳層晶粒粗大而顯不均勻狀態(tài)，在鍍層的橫截面上有分層現(xiàn)象，低溫超聲波化學鍍鎳層主要為非晶態(tài)，夾有少量微晶，而常規(guī)化學鍍鎳層則為典

型的非晶態(tài)，夾有少量微晶，而常規(guī)化學鍍鎳層則為典型的非晶態(tài)。超聲波對化學鍍鎳沉積速度的作用與鍍液中鎳離子絡合物的穩(wěn)定常數(shù)有關，在溫度為60度的中低條件下，以醋酸鈉為配體的化學鍍鎳溶液中，超聲波具有明顯促進沉積速度的作用，但隨著穩(wěn)定常數(shù)的增大，超聲波反而對沉積速度起抑制作用。在對鋁合金基表面進行Cu-Ni化學鍍時引入了超聲波，不僅降低了施鍍溫度，加快了鍍覆速度，同時提高了鍍層與基體的結(jié)合強度，當鍍液PH值處于9.8-10.2之間，施鍍溫度為40度時，鍍層光亮，與基體的結(jié)合力達到34MPa。

脈沖化學鍍是20世紀80年代中期發(fā)展起來的一種新的化學鍍技術(shù)，是通過脈沖電流的電催化作用降低反應的表觀活化能，從而提高鍍速，在化學鍍基礎上疊加脈沖電流，其沉積速度、鍍層性能及鍍液的穩(wěn)定性均優(yōu)于普通化學鍍。通過實驗比較了脈沖化學鍍鎳與普通化學鍍鎳的各項性能，發(fā)現(xiàn)脈沖化學鍍不僅加快了鎳的沉積速度，而且提高了鍍層中磷的含量，鍍層耐腐蝕性、硬度、耐磨性也得到提高，通過對鍍層晶態(tài)轉(zhuǎn)變的研究，發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)脈沖化學鍍較普通化學鍍層具有更高的穩(wěn)定性。脈沖化學鍍與普通化學鍍在制備非晶態(tài)合金的機理上也有一定差異，普通化學鍍主要是化學催化過程，而脈沖低溫化學鍍的報道還比較少，但無疑也是實現(xiàn)化學鍍低溫化的一條嶄新的途徑。

綜合比較上述2種方法，超聲波化學鍍操作設備簡單，成本低、鍍液穩(wěn)定、鍍層性能優(yōu)良;脈沖化學鍍操作相對復雜，涉黃被昂貴，成本高，有時處理不當還會對鍍液性能造成較大影響。

2 化學鍍液穩(wěn)定性研究

對于化學鍍而言，過高的穩(wěn)定性會導致沉積速度的下降，甚至根本就無法施鍍?；瘜W鍍液的穩(wěn)定性和鍍速是矛盾的2個方面，如何協(xié)調(diào)好這對矛盾，并獲得具有一定鍍速和高穩(wěn)定性的化學鍍液無疑是這一研究領域的重要課題和方向。

無論何種化學鍍液都存在穩(wěn)定性問題，鍍液的穩(wěn)定性差主要是在高溫下還原劑的分解析氫難以控制造成的。在施鍍過程中，化學鍍液處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，一旦鍍液局部或整體溫度過高，就會引發(fā)鍍液劇烈的自分解反應，省城大量的鎳-磷合金沉淀顆粒，并時常伴有亞磷酸鎳沉淀出現(xiàn)，使鍍層性能變差，施鍍過程不能正常進行，甚至完全停止。這阻礙了化學鍍工藝在生產(chǎn)中的進一步推廣。

超聲波所特有的“超聲空化”現(xiàn)象雖然給化學鍍鎳提供了反應所需的能量，為降低工藝溫度提供可能性，但同時也可能帶來加速鍍液分解的問題。穩(wěn)定劑的加入可以使鍍鎳溶液穩(wěn)定，從而使鍍鎳液多次循環(huán)使用，增加鍍液使用壽命。在超聲波化學鍍鎳研究中考察了常用穩(wěn)定劑硫脲對化學鍍液穩(wěn)定性的影響，從實驗效果來看，在硫脲作為穩(wěn)定劑的條件下，鍍液的穩(wěn)定性得到了顯著提高。在常規(guī)化學鍍中，加入硫脲能很明顯地提高沉積速度。一般認為，硫脲加速化學鍍鎳沉積速度的原因是它在金屬表面吸附后有強烈的加速電子交換傾向，改變了陰陽極過電位，起到了電化學催化作用。然而在超聲波化學鍍中加入硫脲后，鍍液穩(wěn)定性得到增強，但沉積速度變化不明顯，這也是一個值得進一步探討的問題。

3 結(jié)語

由于非晶態(tài)合金鍍層具有優(yōu)良的防電磁、抗靜電以及優(yōu)良的物理化學綜合性能，所以，這一技術(shù)是目前非常重要的表面處理技術(shù)，廣泛應用于非金屬材料的表面金屬化及電磁防護領域。而對于酸性化學鍍鎳工藝來說，由于化學鍍反應要求溫度較高，容易引起塑料變形，因此低溫化學鍍鎳是化學鍍鎳中最引人注目和最具實際意義的研究方向之一。從低溫化學鍍鎳的發(fā)展來看，對這一研究方向的報道正日益增多，新的工藝和方法不斷涌現(xiàn)，但要使低溫化學鍍鎳工藝在獲取性能更加優(yōu)良的鍍層的同時還能達到高的沉積速度，仍有待于科研工作者的進一步深入研究，另外，鍍液的穩(wěn)定性是化學鍍是否順利施鍍，以及降低化學鍍成本的重要因素。因此，開發(fā)高穩(wěn)定性、環(huán)境友好、低溫、高沉積速度的化學鍍鎳工藝具有重大的社會及經(jīng)濟意義。