化學鍍鎳溶液配方、化學鍍穩(wěn)定性及工業(yè)應用

1ppt課件（1）化學鍍鎳歷史（2）化學鍍鎳原理（3）化學鍍鎳溶液分類（4）化學鍍鎳溶液組成（5）化學鍍鎳溶液穩(wěn)定性評價（6）化學鍍鎳應用（7）結(jié)語目錄2ppt課件精品資料1化學鍍鎳歷史（1）化學鍍鎳的歷史與電鍍相比，比較短暫，從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在僅60年歷史。1844年，Wurtz發(fā)現(xiàn)金屬鎳可以從金屬鎳鹽的水溶液中被次亞磷酸鹽還原而沉積出來。1916年，Roux從檸檬酸鹽和次亞磷酸鹽溶液中沉積出金屬鎳，并且申請了第一個化學鍍鎳專利。但那時的化學鍍鎳溶液極不穩(wěn)定，自分解嚴重，只能得到黑色粉末狀鎳沉積物或鎳鏡附著物鍍層，沒有實際價值。這些研究者沒有一個導致化學鍍的實際性應用，所以他們從人們的記憶中消失了。4ppt課件1化學鍍鎳歷史（2）

化學鍍鎳技術(shù)的真正發(fā)現(xiàn)并使它應用至今應該是在1944年，美國國家標準局（BureauofStandard）的A.Brenner和G.Riddell的發(fā)現(xiàn)，他們發(fā)現(xiàn)了克服沉積出粉末狀鎳的配方，于1946年和1947年兩年中發(fā)表了很有價值的研究報告

他們的工作是研究從檸檬酸鍍液中電沉積鎳一鎢合金，鍍液在高溫下進行。陰極是一個鋼筒，鋼筒內(nèi)部按裝上陽極，僅在鋼筒內(nèi)的表面被鍍覆。5ppt課件1化學鍍鎳歷史（3）鍍層顯示出很高的內(nèi)應力，Brenner和Riddell認為存在檸檬酸的氧化產(chǎn)物。為了解決這個問題，他們加入了一定量的還原劑次亞磷酸鹽。這時他們發(fā)現(xiàn)鋼筒的外表除此以外鍍上鎳，而且電流效率非常高，達到理論值的120%，這個結(jié)果說明發(fā)生了類似電沉積的化學反應---發(fā)明化學鍍鎳。6ppt課件1化學鍍鎳歷史（4）

第二次世界大戰(zhàn)以后，美國通用運輸公司系統(tǒng)地研究和發(fā)展了化學鍍鎳-磷合金的技術(shù)，公布了許多專利，1955年造成了他們第一條試驗生產(chǎn)線，并制成了商業(yè)性有用的化學鍍鎳溶液，這種化學鍍鎳溶液的商業(yè)名稱為“Kaningen”

。

“Kanigen”工藝（催化鎳反應CatalyticNickelGeneration）。除了Kanigen工藝以外，70年代的中到末期，發(fā)展了“Durnicoat”工藝，也以次亞磷酸鈉作為還原劑。同時有用硼氫化鈉作為還原劑的Nibodur工藝。

7ppt課件1基體金屬根據(jù)基體性質(zhì)不同可分成三類(1)第一類：本征催化活性材料（3d電子起到脫氫劑）

Ⅷ族析氫過電位低的釕Ru、銠Rh、鈀Pd、鋨Os、銥Y、鉑Pt、鎳Ni(2)第二類：無催化活性材料大多數(shù)材料屬于第二類。必須通過它表面沉積第一類本征催化材料。又可分為三種：比鎳活潑的金屬：Fe、Al、Be、Ti

比鎳穩(wěn)定的金屬：Cu、Ag、Au

非金屬材料(3)第三類：催化毒性材料

Pb、Cd、Bi、Sb、Sn、Mo、Hg、As、S2化學鍍鎳的原理（1）8ppt課件化學鍍鎳的機理

原子氫理論2化學鍍鎳的原理（2）9ppt課件原子氫理論

吸附原子（adatom），也叫吸附離子(adion):

是指參與反應的離子中空的價電子能級提高到與電極中的費米能級接近，然后電子在離子與電極之間躍遷，電子出現(xiàn)在離子與電極中的幾率大致相近。2化學鍍鎳的原理（3）10ppt課件1967年前蘇聯(lián)學者Никифова

將其具體化：次亞磷酸根離子是不對稱四面體結(jié)構(gòu)，P是中心原子，H和O原子在四個角上。2化學鍍鎳的原理（4）11ppt課件2化學鍍鎳的原理（5）12ppt課件2化學鍍鎳的原理（6）13ppt課件次亞磷酸根離子的氧化與鎳離子還原的總反應式如下：2化學鍍鎳的原理（7）14ppt課件3化學鍍鎳分類（1）化學鍍鎳溶液按還原劑類型不同分有；

1.次亞磷酸鹽作還原劑的化學鍍鎳溶液。

2.胺基硼烷作還原劑的化學鍍鎳溶液。

3.硼氫化物作還原劑的化學鍍鎳溶液。

4.肼作還原劑的化學鍍鎳溶液。

15ppt課件3化學鍍鎳分類（2）化學鍍鎳中應用最多的還是化學金鍍鎳磷溶液，其特點是：價格低廉，易于控制，得到的鍍層耐蝕性好。鍍層為Ni-P合金鍍層。按鍍層磷含量不同分為，高磷、中磷、中低磷、中磷四種溶液；按溶液的pH值可分為酸性溶液和堿性溶液。

高磷溶液：含磷量為9-12wt%，鍍層為非磁性，非晶態(tài)。主要用于計算機硬盤。

中磷溶液：含磷量為6-9wt%，此類溶液在工業(yè)中應用最為廣泛。

中低磷溶液：鍍層含磷量為3-6wt%。

低磷溶液：含磷量為0.5-5wt%，此類溶液主要用于耐磨和耐堿蝕。

16ppt課件4化學鍍鎳溶液組成（1）優(yōu)異的鍍液配方對于產(chǎn)生最優(yōu)質(zhì)的化學鍍鎳層是必不可少的?；瘜W鍍鎳溶液應包括：鎳鹽、還原劑、配位體、緩沖劑、促進劑、穩(wěn)定劑、光亮劑、潤濕劑等。下面分別介紹上述各組分。

17ppt課件4化學鍍鎳溶液組成（2）優(yōu)異的鍍液配方對于產(chǎn)生最優(yōu)質(zhì)的化學鍍鎳層是必不可少的。化學鍍鎳溶1)鎳鹽鎳鹽為溶液提供鎳離子。早期的鍍液使用氯化鎳。由于氯離子能增加鎳磷合金層的拉應力，現(xiàn)在大多數(shù)鍍液采用濃度為20-40g/L的硫酸鎳。高濃度的鎳可以獲得較快的沉積速度，但鍍液的穩(wěn)定性下降。鍍液中鎳的含量決定了所需次亞磷酸鹽和配位體的含量。對于鎂合金基體化學鍍鎳，溶液中最好不含SO42-,Cl-1.18ppt課件4化學鍍鎳溶液組成（3）2)還原劑化學鍍鎳磷合金中，幾乎只使用次亞磷酸鈉，這是因為它價格便宜。次亞磷酸鈉的最佳用量主要了取決于鎳的濃度。Gutzeit和Krieg指出：大批量生產(chǎn)中，可接受的速度，鎳鹽和次亞磷酸鹽的摩爾比及次亞磷酸鈉的濃度都有一較窄范圍。Gutzeit專利中鎳鹽和次亞磷酸鹽的摩爾比為0.25-0.60，最佳范圍為0.3-0.4，次亞磷酸鹽的濃度為0.22-0.25mol/L。同鎳離子一樣，次亞磷酸鈉也必須經(jīng)常補充以保證穩(wěn)定的鍍液性能、鍍層性能?，F(xiàn)在商品化的化學鍍鎳溶液只需分析鎳離子濃度即可。在鍍槽裝載量少和空氣攪拌的情況下，與鎳的用量相比，次亞磷酸鹽的消耗量是比較大的。19ppt課件4化學鍍鎳溶液組成（4）3)配位體化學鍍鎳溶中的配位體除能控制可供反應的游離鎳量外，還能抑制亞磷酸鎳的沉淀，有的配位體還起到緩沖劑和促進劑的作用。一般含有羥基、羧基、氨基等。在溶液配方中，配位體的量不僅決定于鎳離子的濃度而且也取決于自身的化學結(jié)構(gòu)和化學當量。在溶液中每一個Ni2+可與六個水分子微弱結(jié)合，當他們被羥基、羧基、氨基取代時，則生成一個穩(wěn)定的鎳配位物。如果配位物含有一個以上的管能因，則通過氧和氮配位鍵可以生成一個鎳的閉環(huán)配位物。由于位阻現(xiàn)象和張力緣故，每一個鎳離子周圍環(huán)的數(shù)量和大小是有一定限制的。在含有0.1MNi2+溶液中，為了配位所有的鎳鹽，必須含量大約0.3M的雙配位的配位體。但當使用三配位體的絡(luò)合劑時，只需0.2M就是夠了。配位體的濃度最好用實驗進行優(yōu)化，其目的是使溶液中游離鎳離子濃度減到最低，并且仍能獲得相當快的沉積速度。

20ppt課件化學鍍鎳溶液經(jīng)過幾個循環(huán)（MTO）之后，必須補充鍍液中的配位體，以避免因生成亞磷酸鎳而使鍍液成糊狀。

配位體對鍍鎳磷合金化學鍍層耐蝕性影響深刻，同鎳離子生成五元環(huán)和六元環(huán)鰲合物的配位體所組成的鍍液，其鍍層耐鹽霧試驗性能最佳。一般說來強絡(luò)合劑比弱絡(luò)合劑獲得的鍍層磷含量高。配位體直接影響鍍液的穩(wěn)定性、使用壽命、沉積速度、鍍層質(zhì)量等。選擇依據(jù)是不僅沉積速度快，而且溶液穩(wěn)定性好，使用壽命長，鍍層質(zhì)量好。4化學鍍鎳溶液組成（5）3)配位體21ppt課件4化學鍍鎳溶液組成（6）3)配位體表化學鍍鎳常用配位體的結(jié)構(gòu)和絡(luò)合穩(wěn)定常數(shù)PK22ppt課件

乳酸

羥基醋酸

甘氨酸

丁二酸

水楊酸

苯二甲酸

酒石酸4化學鍍鎳溶液組成（7）3)配位體23ppt課件4)緩沖劑

由于化學鍍鎳反應過程中，副產(chǎn)物氫離子的產(chǎn)生，所以在沉積過程中溶液的pH值會連續(xù)下降。緩沖劑能有效地穩(wěn)定溶液的pH值。緩沖NaA和H+反應如下：

NaA+H+→HA+Na+

最有效的緩沖劑是一元和二元有機酸的鈉鹽或鉀鹽。盡管鍍液中有緩沖劑存在，經(jīng)過幾小時施鍍后，其pH值仍會降低，因此商品的化學鍍鎳補加液中都含有pH調(diào)整劑。一般為氨水、氫氧化鈉或碳酸鈉。4化學鍍鎳溶液組成（8）24ppt課件5促進劑

促進劑也叫加速催化劑，它的加入使化學鍍鎳的沉積速度得到提高。這是由于它使次亞磷酸鹽分子中H和P原子之間鍵合變?nèi)?，使氫在被催化表面上更容易移動和吸附?/p>

4化學鍍鎳溶液組成（9）25ppt課件5促進劑

常用的促進劑有：脂肪酸、可溶性氟化物等。

Толовушкина等人研究表明在鍍液中添加0.5-1.5g/L的NH4F可以提高沉積速度和降低磷含量。

Duncan指出蘋果酸有促進作用。4化學鍍鎳溶液組成（10）26ppt課件化學鍍鎳溶液本身處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)?；瘜W鍍鎳沉積過程中，因種種原因鍍液總會產(chǎn)生活性結(jié)晶中心，穩(wěn)定劑的加入，便使得Ni2+的還原只發(fā)生在被鍍表面上，而阻礙了Ni2+在活性結(jié)晶中心上的還原。常用的穩(wěn)定劑有：重金屬離子。含S、Se、Te的化合物。含氧化合物：如MoO42-、AsO2-.某些有機酸：如馬來酸酐。當前化學鍍鎳的發(fā)展趨勢是有機物代替鉛鹽和含硫化合物。因為后者能大大降低鍍層的耐蝕性。無鉛無鎘4化學鍍鎳溶液組成（11）6穩(wěn)定劑27ppt課件7其它添加劑潤濕劑光亮劑:無鉛無鎘光亮劑的最佳組成為：Bi(NO3)36mg/L，白屈菜氨酸或鄰菲啰啉2mg/L，十二烷基磺酸鈉2mg/L，CuSO4·5H2O2mg/L。4化學鍍鎳溶液組成（12）南昌航空大學28ppt課件光亮劑(哈工大)4化學鍍鎳溶液組成（13）

光亮劑的添加量29ppt課件光亮劑4化學鍍鎳溶液組成（14）光亮劑對鍍液的沉積速度和鍍層的磷含量的影響30ppt課件光亮劑4化學鍍鎳溶液組成（15）

光亮劑對鍍層外觀、結(jié)合力、硬度的影響31ppt課件光亮劑4化學鍍鎳溶液組成（16）光亮劑對鍍層孔隙率的影響32ppt課件光亮劑4化學鍍鎳溶液組成（17）光亮劑對耐蝕性的影響33ppt課件光亮劑4化學鍍鎳溶液組成（18）光亮劑對EN鍍層XRD的影響34ppt課件光亮劑--AFM4化學鍍鎳溶液組成（19）(b)(d)(c)(a)加入光亮劑的EN鍍層，不僅光亮效果好，其表面粗糙度降低明顯。35ppt課件光亮劑--AFM4化學鍍鎳溶液組成（20）加入光亮劑的EN鍍層，胞狀物胞高、胞徑變小。原子力顯微鏡測試結(jié)果36ppt課件4化學鍍鎳溶液組成（21）試樣1的(a)Ni2p和(b)P2p的XPS圖譜37ppt課件4化學鍍鎳溶液組成（22）試樣2的(a)Ni2p和(b)P2p的XPS圖譜38ppt課件4化學鍍鎳溶液組成（23）試樣3的(a)Ni2p和(b)P2p的XPS圖譜不含光亮劑的EN鍍層表面Ni以Ni原子形式存在，P以負價離子形式存在；含有重金屬離子和貴金屬離子光亮劑的EN鍍層表面Ni以Ni原子和Ni2+形式存在，P以負價離子和PO43-形式存在。也就是說含有重金屬離子和貴金屬離子光亮劑的EN鍍層與不含光亮劑的EN鍍層相比，表面更容易形成Ni3(PO4)2。39ppt課件4化學鍍鎳溶液組成（24）

刻蝕240s后EN鍍層的(a)Ni2p(b)P2p的XPS

重金屬離子光亮劑和貴金屬離子光亮劑的加入沒有改變EN鍍層深處的Ni，P的價態(tài)，鍍層中Ni主要是以Ni原子形式存在，P以負價離子形式存在。

40ppt課件表酸性化學鍍鎳溶液及工藝條件4化學鍍鎳溶液組成（25）41ppt課件表堿性化學鍍鎳溶液組成和工藝條件4化學鍍鎳溶液組成（26）42ppt課件化學鍍Ni-Cu-P合金溶液化學鍍Ni-Cu-P合金層平整光亮，非磁穩(wěn)定性、韌性、導電性和耐蝕性比化學鍍Ni-P合金層有所提高。

4化學鍍鎳溶液組成（27）43ppt課件化學鍍Ni-W-P合金溶液由于鎢酸鈉在酸性溶液中會析出鎢酸，不溶于水，故化學鍍Ni-W-P合金工藝都是堿性溶液，化學鍍Ni-W-P合金配方:4化學鍍鎳溶液組成（28）44ppt課件5化學鍍鎳溶液穩(wěn)定性的評價方法(1)化學鍍鎳溶液穩(wěn)定性的評價方法3種：1氯化把穩(wěn)定性試驗將lml的100mg/L的氯化把溶液加人到60mI.溫度為60士1℃的樣品鍍液中，測得鍍液由清至混濁的時間，即是氯化把穩(wěn)定性的標度。2使用壽命試驗鍍液的使用壽命為:當補充添加的金屬鎳量等于開缸溶液中的金屬鎳量時為一個循環(huán)(MetalTurn-ovet,M.T.O.)，鍍液極限循環(huán)次數(shù)即為其使用壽命。也可以用施鍍能力來表征其使用壽命。施鍍能力是指單位體積的鍍液(1L)在單位面積(ldm2)所能施鍍的總厚度。45ppt課件3穩(wěn)定常數(shù)試驗前蘇聯(lián)學者Ламадуев于1978年提出在化學鍍鎳在常操作規(guī)范下，沉積到鍍層上的鎳量占溶液中消耗鎳量的百分比，即為溶液的穩(wěn)定常數(shù)。用公式表示如下:

h=m1/m2

h為穩(wěn)定常數(shù)，m1為沉積到鍍件上金屬鎳量；m2為溶液中消耗的鎳量。5化學鍍鎳溶液穩(wěn)定性的評價方法(2)46ppt課件

化學鍍鎳的穩(wěn)定性？作者認為所謂化學鍍鎳溶液的穩(wěn)定性,是指化學鍍鎳溶液不發(fā)生自然分解且只在催化表面沉積的性質(zhì)。事實上任何化學鍍鎳溶液在施鍍過程都不可避免地或多或少在槽壁和槽底等非催化表面析出鎳。這當然是由于化學鍍鎳溶液本身所處的熱力學性質(zhì)決定的。如果在正確的操作條件下,某化學鍍鎳在施鍍過程中不發(fā)生自然分解,但在槽壁等非催化表面有較多的無用沉積,我們同樣可以認為該化學鍍鎳的穩(wěn)定性較差。因為這種槽液在連續(xù)生產(chǎn)時,會造成鎳的大量浪費,同時不可避免地增加了硝酸清洗鍍槽的次數(shù),增加了生產(chǎn)成本,降低了生產(chǎn)效率。5化學鍍鎳溶液穩(wěn)定性的評價方法(3)47ppt課件5化學鍍鎳溶液穩(wěn)定性的評價方法(4)48ppt課件5化學鍍鎳溶液穩(wěn)定性的評價方法(5)49ppt課件

解的趨勢,穩(wěn)定常數(shù)則說明了鍍液在施鍍過程對局部不穩(wěn)定因素干擾的承受能力。

(3)使用壽命代表了化學鍍鎳溶液不發(fā)生自然分解、實際工作的能力,但無法表征只在催化表面有用沉積的效率。

(4)同時采用穩(wěn)定常數(shù)和鍍液使用壽命可以科學嚴謹?shù)卦u價化學鍍鎳溶液的穩(wěn)定性。5化學鍍鎳溶液穩(wěn)定性的評價方法(6)50ppt課件6化學鍍鎳的工業(yè)應用（1）項目進展情況：已成功工業(yè)應用

抽油泵管的化學鍍鎳抽油泵是油田采油的重要設(shè)備;美國的鍍鉻工藝，采用溶液循環(huán)，陽極移動鍍泵管，每套設(shè)備僅能鍍4-6根，需施鍍28小時，鍍層厚度100m，鍍后需桁磨加工;而采用化學鍍鎳技術(shù)鍍泵筒，僅需施鍍6-8小時，一次可鍍幾十根，鍍后不需桁磨加工，不僅效率高，而且操作簡便，同時其防護壽命大大提高。51ppt課件6化學鍍鎳的工業(yè)應用(2)舊油管修復化學鍍鎳

該化學鍍鎳溶液的穩(wěn)定性好，使用壽命長，達12循環(huán)以上，并且即使溫度達到100C，pH大于6?？紫堵实?，在國產(chǎn)冷軋鋼板上，普通化學鍍鎳層15m無孔隙，本技術(shù)6m無孔隙.鍍層防腐性好，經(jīng)過化學鍍鎳修復的舊油管其防腐性能超過新的防腐油管?；瘜W鍍Ni-P/PTFE復合鍍層，使經(jīng)過修復的舊油管，不僅具有更加優(yōu)異的防腐性能，同時具有防結(jié)垢，防結(jié)蠟及殺菌功能。52ppt課件6化學鍍鎳的工業(yè)應用(3)項目進展情況：內(nèi)蒙伊盟化工集團應用

換燃器的化學鍍鎳Na2SO4是生產(chǎn)洗衣粉的重要的化工原料，在生產(chǎn)和提純過程中，常需大型的換熱蒸發(fā)器，通常規(guī)格高6米，直徑1.5米，根數(shù)559，換熱面積330m2,由于其使用溫度為120~240C，加之Na2SO4溶液的腐蝕及泥沙的沖刷，碳鋼的蒸發(fā)器其壽命僅為半年至一年，而采用不銹鋼的換熱蒸發(fā)器（日本產(chǎn)）其價格高達人民幣120多萬.EN55~65m.效果達到不銹鋼水平。53ppt課件6化學鍍鎳的工業(yè)應用(4)鋁輪轂的化學鍍鎳鋁輪轂在二級市場有較多的需求量.1992年美國電鍍鋁輪轂售量不過40-50萬只，到1997年超過400萬只，1999年更高達600萬只，目前世界上最大的電鍍鋁輪轂生產(chǎn)廠商，年產(chǎn)能達250萬只，中國電鍍鋁輪轂最大的生產(chǎn)廠家，年產(chǎn)能只有20萬只左右.電鍍鋁輪轂耐蝕性和產(chǎn)品合格率較低，遠遠不能滿足市場的需求。54ppt課件6化學鍍鎳的工業(yè)應用(5)鋁輪轂的化學鍍鎳表鑄造鋁合金的成份及性能指標實驗采用的主要工藝流程為：超聲波清洗→化學除臘→化學除油→刻蝕→第一次浸鋅→退鋅→第二次浸鋅→化學鍍鎳（或預鍍鎳1→預鍍鎳2）→電鍍酸銅→電鍍暗鎳→鍍高硫鎳→電鍍亮鎳→電鍍鎳封→電鍍鉻。55ppt課件6化學鍍鎳的工業(yè)應用(6)鋁輪轂的化學鍍鎳表2溶液配方及操作成本56ppt課件6化學鍍鎳的工業(yè)應用(7)鋁輪轂的化學鍍鎳表4化學鍍鎳的溶液組成和施鍍條件Ni2+是以碳酸鎳的形式加入的。57ppt課件6化學鍍鎳的工業(yè)應用(8)鋁輪轂的化學鍍鎳

化學預鍍鎳層的AFM像見圖1，實驗結(jié)果同時給出，鍍層的顆粒小于300nm，顆粒高小于10nm，表面粗超度Ra為0.935nm，而基體Ra為0.915nm。表明鍍層顆粒（胞狀物）比較均勻，鍍層具有較低的表面粗超度，為鑄造鋁輪轂的后續(xù)電鍍打下了良好的基礎(chǔ)。鑄造鋁合金表面化學鍍鎳層的AFM像鑄造鋁合金輪轂化學鍍鎳層的XRD58ppt課件6化學鍍鎳的工業(yè)應用(9)鋁輪轂的化學鍍鎳

(a)(b)

鑄造鋁輪轂化學鍍鎳層的XP