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【摘要】化学镀是表面处理技术中一项新的工艺。由于化学镀层具有很高的硬度、良好的化学稳定性和光泽性、低的孔隙率以及与基体金属的很强的结合力等一系列的优异性能,并且还可以用于镀复非金属,因此,化学镀已广泛地应用于国防工业和各种容器管道的内壁防护、要求严格的公差配合、形状复杂以及需要抗蚀和耐磨的机械零部件。
【关键词】化学镀；工艺；稳定性；光泽性
化学镀是表面处理技术中一项新的工艺。由于化学踱嵘层具有很高的硬度、良好的化学稳定性和光泽性、低的孔隙率以及与基体金属的很强的拮合力等一系列的优翼性能,并且坯可.以用于踱复非金属,因此,化学踱镍已广泛地应用于工业中。
1.镀镍工艺的发展研究探讨
通过比较化学镀与电镀、刷镀的特点，总结出低温化学镀镍是目前较为有实际意义的工艺方法。
化学镀镍是近年来低温化学镀镍的一个新的发展方向。在室温下，利用激光束的照射使镀液局部升温达到化学镀镍的引发温度，可实现光照区化学镀镍，镀速可提高几个数量级，而且镀层性能明显改善，同时也解决了以往电刷镀技术2003Ngl低温化学镀镍须在碱性条件下，镀液易产生沉淀而导致镀液分解的弊端；但也存在由于温差而引起的非光照区基体金属溶解和浸蚀等缺点。在酸性化学镀镍的基础液中加入光敏剂，通过普通光照在室温下实现了化学镀镍，并提出了其作用机理。
1.1光敏剂S分子和镍络合离子受光照被激发，形成激发态S0+Hv—S(1)Ni抖+Hv—Ni(2)
1.2Ni将能量传遞给基态光敏剂分子Ni+S。一Ni+S
1.3S分子能量高，不稳定，将电子传递给Ni抖2S+Ni一2S+Ni。(4)(4)S接受H：PO：一的电子返回基态2S+H2PO2一一2S0+H2PO3一+H(5)3．
通过研究低温化学镀镍我们发现：低温化学镀镍具有广泛的实际意义，在低温乃至室温的情况下实施镀镍减少了能源消耗，使工艺更为简单。但同高温化学镀镍相比，它的沉积速度较慢，镀层的性能也不是很好；同电镀镍相比，成本要高得多；同电刷镀镍比较，化学镀镍设备复杂；化学镀镍溶液的稳定性仍有待于进一步提高。总之，低温化学镀镍的发展仍是一个重要的研究课题。就镀镍的工艺方法而言，仍有待于进一步的研究比较才能找到一条更为行之有效的工艺措施，才能使镀镍零件的使用寿命得到延长。
2.锅炉用钢Ｎｉ－Ｐ合金化学镀的工艺研究
目前工业锅炉的腐蚀问题已十分突出和严重，仅沈阳市就有约四千多台锅炉，由于锅炉的腐蚀和耐磨等问题，不仅造成锅炉设备大修过早报废，直接导致经济损失，而且易发生各种事故,给安全生产带来隐患。
化学镀一般指化学镀Ni-P合金，是采用镍盐和还原剂在同一溶液中进行的自催化氧化-还原反应，从而在工件表面沉积出Ni-P合金镀层的表面处理技术。Ni-P合金镀层由于具有较高的硬度、耐磨性、润滑性、优异的耐蚀性和良好的钎焊性能，尤其是制备的高磷镀层具有非晶态结构，非晶态的高磷镀层具有非磁性、较低的电阻温度系数(TCR)、优良的耐蚀性等优点，因此利用优质碳素钢锅炉用钢(20g)进行表面化学镀实验，在锅炉用钢表面镀上镍磷化学镀层，从而提高锅炉设备热部件抗磨抗蚀，提高表面硬度，延长使用寿命，对于我国蒸汽及动力锅炉使用具有重要实际应用价值和理论意义，同时还可以向大型电站锅炉等领域推广。
3.化学镀镍中添加剂作用和活化过程的机理研究
通常化学镀施镀温度较高，降低镀液温度不仅可以提高镀液稳定性、降低生产成本，而且可以减少镀液挥发量，从而起到节约能源和保护环境的双重功效。设计中温或低温化学镀过程，最有前景的方案是选择合适的络合剂与添加剂。添加剂用量少，对沉积速度和镀层性能影响显著，但是目前对添加剂作用机理的研究尚不够深入。
3.1化学镀高磷合金耐蚀性及与微观体结构关系
用极化曲线、交流阻抗和差示扫描量热法分别测量了不同P含量化学镀Ni-P合金的耐蚀性(在5%NaCl溶液中)和峰值晶化温度，发现镀层P含量在21～22at%范围内，耐蚀性能和晶化温度都存在一个极大值。XRD实验显示镀层呈非晶态结构，根据非晶态合金的菱面体单元结构模型(RUSM)，以P和Ni所形成的键数随P含量的变化，合理地解释了化学镀Ni-P合金镀层的耐蚀性能和峰值晶化温度的极大值现象。同时通过测量镀层密度并与RUSM密度公式的理论计算值比较，证明了采用RUSM结构模型的合理性。
3.2金属基体上化学镀初期的电化学检测
实验发现，化学镀Ni-P体系中低碳钢基体的混合电位随时间的变化与pH值随时间而降低相关。不同pH值下的测量结果表明，pH值的降低会加速化学镀的诱发过程。柠檬酸钠浓度对混合电位的影响不大，但是柠檬酸钠浓度和pH值引起混合电位正移可以解释化学沉积速率减缓的现象。
在化学镀Ni-W-P体系中，电极预处理、镀液组成、温度、pH值以及添加剂等对混合电位的影响表明，电极未经酸洗将延缓化学镀的引发过程，混合电位-时间曲线上出现的三个电位阶梯分别对应于氧化膜、基体和镀层的混合电位；提高Na2WO4和Na3C6H5O7浓度、加入添加剂、减小pH值均会减慢化学镀的引发时间，温度低时化学镀过程难以引发。
在化学镀Ni-W-P和Ni-Cu-P体系中，混合电位从基体稳定电位往镀层电位跃迁之前，基体表面已发生化学镀过程，镀层在基体上占据一定比例如12%以后，才发生电位跃迁。
以上实验同时表明，混合电位随时间变化的测定虽然简单，但能为了解化学镀初期过程提供快速便捷的有用信息。
3.3碳纳米管和陶瓷表面无钯活化化学镀研究
提出了碳纳米管和陶瓷表面无钯化学镀镍的活化工艺步骤，并对各工艺步骤前后基体上的化学变化进行检测。结果表明本文提出的活化工艺步骤的实质是通过在碳纳米管和陶瓷表面生成或引入羧基(-COOH)，羧酸根离子使Ni2+离子发生化学吸附，然后使吸附的Ni2+离子还原，即可在基体表面生成化学镀镍的催化活性中心，从而可成功地引发化学镀镍过程。碳纳米管的石墨网状结构使得其表面上形成的羧基(-COOH)等官能团排列疏散，从而造成活性中心分布不紧密。石墨网状结构使得水平方向和环管方向曲率半径差异大，导致颗粒生长速度不同，产生了“佛珠”等不同形态的沉积物。而陶瓷表面的化学镀层为亮黑色，该现象是陶瓷表面生成分散、互不相连的纳米级颗粒所造成的。用AFM和SEM观察的表面形貌也表明陶瓷表面既有200nm大颗粒也有16nm小颗粒。■
【参考文献】
［１］田丰，张罡，姜威，黄刚.锅炉用钢Ｎｉ－Ｐ合金化学镀的工艺研究.
［２］胡文彬,仵亚婷. 化学复合镀及其应用[A]. 第七届全国化学镀会议论文集[C],2004.
［３］周荣庭．化学镀镍的原理与工艺[M]．北京：国防工业出版社．1975．
［４］张钦京,杨德钧.12年回顾——我国化学镀技术交流与发展巡礼[A].第七届全国化学镀会议论文集[C],2004.
［５］钢铁中温光亮化学镀镍新工艺,电镀与环保,2004,(04)．
［６］镀液搅拌—化学镀镍的重要工艺条件,涂料涂装与电镀,2005,(04).
［７］低温快速化学镀镍工艺的研究 ,电镀与环保,2005,(02).
［８］镁合金化学镀镍原理与工艺的研究进展,材料导报,2005,(07)．
【关键词】化学镀；工艺；稳定性；光泽性
化学镀是表面处理技术中一项新的工艺。由于化学踱嵘层具有很高的硬度、良好的化学稳定性和光泽性、低的孔隙率以及与基体金属的很强的拮合力等一系列的优翼性能,并且坯可.以用于踱复非金属,因此,化学踱镍已广泛地应用于工业中。
1.镀镍工艺的发展研究探讨
通过比较化学镀与电镀、刷镀的特点，总结出低温化学镀镍是目前较为有实际意义的工艺方法。
化学镀镍是近年来低温化学镀镍的一个新的发展方向。在室温下，利用激光束的照射使镀液局部升温达到化学镀镍的引发温度，可实现光照区化学镀镍，镀速可提高几个数量级，而且镀层性能明显改善，同时也解决了以往电刷镀技术2003Ngl低温化学镀镍须在碱性条件下，镀液易产生沉淀而导致镀液分解的弊端；但也存在由于温差而引起的非光照区基体金属溶解和浸蚀等缺点。在酸性化学镀镍的基础液中加入光敏剂，通过普通光照在室温下实现了化学镀镍，并提出了其作用机理。
1.1光敏剂S分子和镍络合离子受光照被激发，形成激发态S0+Hv—S(1)Ni抖+Hv—Ni(2)
1.2Ni将能量传遞给基态光敏剂分子Ni+S。一Ni+S
1.3S分子能量高，不稳定，将电子传递给Ni抖2S+Ni一2S+Ni。(4)(4)S接受H：PO：一的电子返回基态2S+H2PO2一一2S0+H2PO3一+H(5)3．
通过研究低温化学镀镍我们发现：低温化学镀镍具有广泛的实际意义，在低温乃至室温的情况下实施镀镍减少了能源消耗，使工艺更为简单。但同高温化学镀镍相比，它的沉积速度较慢，镀层的性能也不是很好；同电镀镍相比，成本要高得多；同电刷镀镍比较，化学镀镍设备复杂；化学镀镍溶液的稳定性仍有待于进一步提高。总之，低温化学镀镍的发展仍是一个重要的研究课题。就镀镍的工艺方法而言，仍有待于进一步的研究比较才能找到一条更为行之有效的工艺措施，才能使镀镍零件的使用寿命得到延长。
2.锅炉用钢Ｎｉ－Ｐ合金化学镀的工艺研究
目前工业锅炉的腐蚀问题已十分突出和严重，仅沈阳市就有约四千多台锅炉，由于锅炉的腐蚀和耐磨等问题，不仅造成锅炉设备大修过早报废，直接导致经济损失，而且易发生各种事故,给安全生产带来隐患。
化学镀一般指化学镀Ni-P合金，是采用镍盐和还原剂在同一溶液中进行的自催化氧化-还原反应，从而在工件表面沉积出Ni-P合金镀层的表面处理技术。Ni-P合金镀层由于具有较高的硬度、耐磨性、润滑性、优异的耐蚀性和良好的钎焊性能，尤其是制备的高磷镀层具有非晶态结构，非晶态的高磷镀层具有非磁性、较低的电阻温度系数(TCR)、优良的耐蚀性等优点，因此利用优质碳素钢锅炉用钢(20g)进行表面化学镀实验，在锅炉用钢表面镀上镍磷化学镀层，从而提高锅炉设备热部件抗磨抗蚀，提高表面硬度，延长使用寿命，对于我国蒸汽及动力锅炉使用具有重要实际应用价值和理论意义，同时还可以向大型电站锅炉等领域推广。
3.化学镀镍中添加剂作用和活化过程的机理研究
通常化学镀施镀温度较高，降低镀液温度不仅可以提高镀液稳定性、降低生产成本，而且可以减少镀液挥发量，从而起到节约能源和保护环境的双重功效。设计中温或低温化学镀过程，最有前景的方案是选择合适的络合剂与添加剂。添加剂用量少，对沉积速度和镀层性能影响显著，但是目前对添加剂作用机理的研究尚不够深入。
3.1化学镀高磷合金耐蚀性及与微观体结构关系
用极化曲线、交流阻抗和差示扫描量热法分别测量了不同P含量化学镀Ni-P合金的耐蚀性(在5%NaCl溶液中)和峰值晶化温度，发现镀层P含量在21～22at%范围内，耐蚀性能和晶化温度都存在一个极大值。XRD实验显示镀层呈非晶态结构，根据非晶态合金的菱面体单元结构模型(RUSM)，以P和Ni所形成的键数随P含量的变化，合理地解释了化学镀Ni-P合金镀层的耐蚀性能和峰值晶化温度的极大值现象。同时通过测量镀层密度并与RUSM密度公式的理论计算值比较，证明了采用RUSM结构模型的合理性。
3.2金属基体上化学镀初期的电化学检测
实验发现，化学镀Ni-P体系中低碳钢基体的混合电位随时间的变化与pH值随时间而降低相关。不同pH值下的测量结果表明，pH值的降低会加速化学镀的诱发过程。柠檬酸钠浓度对混合电位的影响不大，但是柠檬酸钠浓度和pH值引起混合电位正移可以解释化学沉积速率减缓的现象。
在化学镀Ni-W-P体系中，电极预处理、镀液组成、温度、pH值以及添加剂等对混合电位的影响表明，电极未经酸洗将延缓化学镀的引发过程，混合电位-时间曲线上出现的三个电位阶梯分别对应于氧化膜、基体和镀层的混合电位；提高Na2WO4和Na3C6H5O7浓度、加入添加剂、减小pH值均会减慢化学镀的引发时间，温度低时化学镀过程难以引发。
在化学镀Ni-W-P和Ni-Cu-P体系中，混合电位从基体稳定电位往镀层电位跃迁之前，基体表面已发生化学镀过程，镀层在基体上占据一定比例如12%以后，才发生电位跃迁。
以上实验同时表明，混合电位随时间变化的测定虽然简单，但能为了解化学镀初期过程提供快速便捷的有用信息。
3.3碳纳米管和陶瓷表面无钯活化化学镀研究
提出了碳纳米管和陶瓷表面无钯化学镀镍的活化工艺步骤，并对各工艺步骤前后基体上的化学变化进行检测。结果表明本文提出的活化工艺步骤的实质是通过在碳纳米管和陶瓷表面生成或引入羧基(-COOH)，羧酸根离子使Ni2+离子发生化学吸附，然后使吸附的Ni2+离子还原，即可在基体表面生成化学镀镍的催化活性中心，从而可成功地引发化学镀镍过程。碳纳米管的石墨网状结构使得其表面上形成的羧基(-COOH)等官能团排列疏散，从而造成活性中心分布不紧密。石墨网状结构使得水平方向和环管方向曲率半径差异大，导致颗粒生长速度不同，产生了“佛珠”等不同形态的沉积物。而陶瓷表面的化学镀层为亮黑色，该现象是陶瓷表面生成分散、互不相连的纳米级颗粒所造成的。用AFM和SEM观察的表面形貌也表明陶瓷表面既有200nm大颗粒也有16nm小颗粒。■
【参考文献】
［１］田丰，张罡，姜威，黄刚.锅炉用钢Ｎｉ－Ｐ合金化学镀的工艺研究.
［２］胡文彬,仵亚婷. 化学复合镀及其应用[A]. 第七届全国化学镀会议论文集[C],2004.
［３］周荣庭．化学镀镍的原理与工艺[M]．北京：国防工业出版社．1975．
［４］张钦京,杨德钧.12年回顾——我国化学镀技术交流与发展巡礼[A].第七届全国化学镀会议论文集[C],2004.
［５］钢铁中温光亮化学镀镍新工艺,电镀与环保,2004,(04)．
［６］镀液搅拌—化学镀镍的重要工艺条件,涂料涂装与电镀,2005,(04).
［７］低温快速化学镀镍工艺的研究 ,电镀与环保,2005,(02).
［８］镁合金化学镀镍原理与工艺的研究进展,材料导报,2005,(07)．