电镀普通镍的工艺要点与常见问题解决指南-易镀表面处理

回答

电镀镍是比较常见的工艺，它不仅可以提供高耐腐蚀性能，还可以提供美丽的外观，然而，在电镀过程中，我们会遇到很多问题，下面我们不放来了解一下它们的工艺要点及其常见问题的解决方式。

电镀普通镍所采用的镀液，其核心成分包括硫酸镍、氯化镍（或氯化钠）以及硼酸等。这种镀液不仅能为暗镍镀层提供均匀的色泽，还是其他多种镀镍溶液的基础。例如，半光亮镍、光亮镍、高硫镍、缎状镍以及镍封等工艺，都是在普通镍镀液的基础上演变而来的。

此外，根据不同的应用需求，电镀普通镍所使用的镀液可分为多种类型，如低浓度的预镀液、普通的镀液、瓦特镀液和滚镀液等。低浓度的预镀液因其出色的分散能力而闻名，它能确保镀层与钢铁基体以及后续的镀铜层实现良好的结合。普通镀液则以其优良的导电性和节能特性受到青睐，它能在较低的温度下进行电镀，既方便又经济。瓦特镀液以其快速的沉积速度和简单的成分受到推崇，而滚镀液则因其出色的导电性和覆盖能力，成为小零件电镀的理想选择。

电镀普通镍的镀液组分及工艺条件

镀液的配制

配制镀液的过程相对简单。首先，将计算量的硫酸镍、氯化镍或氯化钠放入备用槽中，加入约一半的水量，然后加热并搅拌直至这些盐类完全溶解。接下来，在另一个非金属容器中，用热水溶解计算量的硼酸。由于硼酸的溶解度较低，所以需要充分搅拌以确保其完全溶化。一旦硼酸完全溶解，就将其倒入上述已溶解好的镍盐溶液中。如果需要添加导电盐，也可以分别溶解后加入到镍盐溶液中。随后，加入1~2g/L的活性炭，搅拌大约60分钟，然后静置并过滤。最后，加水至规定体积，并调整pH值后即可进行试镀。

值得注意的是，用于配槽的硫酸镍和氯化镍的纯度应相对较高，特别是要尽可能降低铜、锌、铅等金属杂质的含量，最好控制在005%（质量分数）以下。同时，应避免使用含有硝酸根的镍盐。

镀液中各成分的作用

（1）镍盐

电镀镍所使用的主盐主要是硫酸镍。硫酸根在电极上不会发生反应，因此非常稳定。而且，硫酸镍价格适中且在水中的溶解度大，因此成为理想的镍盐选择。工业上常用的硫酸镍有六水和七水两种规格，其中前者镍的质量分数为3%，后者为9%，目前以含六个结晶水的硫酸镍为主。

镀液中硫酸镍的质量浓度一般控制在150～300g/L范围内。当镍盐含量较低时，镀液的分散能力会更好，镀层结晶更细致且易于抛光。然而，阴极极限电流密度和电流效率会相对较低，沉积速度也会较慢，这可能导致零件的边角和尖端出现粗糙或烧焦的现象。相反，若镍盐含量较高，虽然允许采用更高的电流密度和更快的沉积速度，但镀液的带出损失也会相应增加。

（2）缓冲剂

缓冲剂的作用是维持镀液中pH值的稳定。在镀镍过程中，镀液的pH值应保持在8~6的范围内。pH值过低会导致H⁺容易放电，从而降低阴极电流效率，并可能导致镀层产生针孔。而pH值过高则会使镀液变得混浊，阴极附近的金属离子会以金属氢氧化物的形式存在，这会影响镀层的力学性能并导致外观粗糙。常用的缓冲剂是硼酸，它是一种弱酸，在水溶液中会发生水解反应。当镀液的pH值上升时，硼酸会离解以补充H⁺；而当镀液pH值降低时，由于同离子效应，反应会向左进行，从而减小H⁺的含量。因此，硼酸能有效维持镀液的pH值稳定。但需注意，硼酸的缓冲作用仅限于一定pH值范围内，因此建议将镀液的pH值控制在8至6之间。适宜的硼酸添加量为25至50g/L，若含量过低，缓冲作用将不明显，导致pH值不稳定和针孔现象；而含量过高则可能因硼酸溶解度低而结晶析出，造成浪费并影响镀层质量。

此外，硼酸还能使镀层结晶更加细致，降低烧焦的风险。在高电流密度操作时，建议使用硼酸含量较高的镀液。

为了解决镍阳极在溶解过程中容易钝化的问题，通常会加入氯化物作为阳极活化剂。氯离子能降低阳极极化，确保阳极正常溶解，同时还能增强镀液的导电性，从而改善镀层的质量。实用的镀液多采用氯化镍作为阳极活化剂，这样既简化了镀液的组分，又方便了管理。但需注意，氯化镍成本较高，因此部分工厂仍采用氯化钠作为阳极活化剂。

在添加导电盐时，需谨慎控制其含量。虽然硫酸钠和硫酸镁等导电盐能提高镀液的导电能力，但过量引入的Na⁺离子等异种金属离子可能对镀层的物理力学性能产生不良影响。因此，通常不推荐使用钠盐。

(5) 防针孔剂在电镀镍的过程中，尽管阴极电流效率较高，但仍然会有少量的H⁺参与放电，并在阴极以氢气的形式析出。这些氢气中，大部分会以气体形式逸出溶液，然而，仍有少量氢气泡会吸附在阴极表面，导致溶液与电极之间的界面张力增加。因此，这些氢气泡容易滞留在阴极表面，进而造成镀层针孔。

为了解决这一问题，常在电镀镍时加入防针孔剂，如十二烷基硫酸钠和乙基己基硫酸钠。这些表面活性剂的加入，能够降低镀液的表面张力，增强镀液对工件表面的润湿作用。这样一来，气体便难以滞留在阴极表面，从而消除了针孔的产生。此外，过氧化氢也具有一定的防针孔作用，其原理在于氧化阴极反应产生的H，进而抑制氢气泡的产生。同时，通过空气搅拌也可以使氢气泡不易滞留在阴极表面，达到防针孔的效果。

(6) 工艺条件的影响

首先，镀液温度的升高可以增加盐类的溶解度和电导率，同时加速镍离子向阴极的扩散速度。高温镀液允许采用更高的电流密度，从而加快沉积速度。然而，高温也会增加镀液的蒸发量和镍盐的水解风险，可能导致氢氧化镍沉淀和镀层针孔、毛刺等问题。因此，在使用高温和高电流密度操作的镀液时，应适当提高硼酸含量。

其次，电流密度也是影响电镀过程的关键因素。其大小与镀液浓度、温度、pH值以及搅拌程度等密切相关。在正常电流密度范围内，随着电流密度的增加，电流效率也会相应提高。因此，在条件允许的情况下，应尽量采用较高的电流密度进行电镀。(3) pH值pH值对镍的沉积过程及其所得镀层的力学性能产生显著影响。在较高的pH值环境下，镀液的分散能力会得以改善，同时阴极电流效率也会有所提高。然而，这可能导致镀层中夹入氢氧化镍等杂质，从而使得镀层变得粗糙且脆硬。因此，通常仅在较低的电流密度条件下，才允许使用较高的pH值。

当pH值降低时，虽然操作电流密度可以得到提升，增强镀液的导电性并提高阳极电流效率，但这样会导致氢气析出量增多，进而降低阴极电流效率，并可能使镀层产生针孔。不过，通过相应地提高镍盐含量和操作温度，并采用较高的电流密度，可以弥补这一缺陷。目前，大多数镀液将pH值控制在8至6的范围内。

(4) 搅拌

搅拌镀液对于防止浓差极化、保持镀液成分和温度分布均匀、提升电流密度上限以及加速沉积速度都至关重要。同时，它还有助于工件表面氢气泡的析出，从而减少镀层针孔的产生。

搅拌方式包括阴极移动、空气搅拌和镀液循环等。但在实施任何搅拌方式时，都必须注意确保挂具与阴极导电棒之间的良好接触，并防止挂具上工件的漂浮、断电或脱落，以确保镀层具有良好的结合力。

(1) 铁杂质的影响与去除

铁是镀液中最常见的杂质来源，它可能来自于工件落入后的腐蚀溶解，或者是不通孔或管状工件带入等。铁杂质的存在会增大镀层的孔隙率，增加其脆性，并降低耐蚀性。当铁的质量浓度超过1g/L时，镀液会变得混浊，出现絮状悬浮物，它们会沉积在阳极袋周围并堵塞袋孔，从而影响阳极的正常溶解。

为了去除这些铁杂质，通常需要在酸性条件下，通过过氧化氢或高锰酸钾将低价铁氧化为高价铁。高价铁随后以氢氧化铁的形式沉淀下来，并通过过滤的方法将其除去。(2) 铜杂质

铜杂质的积累主要源自镀铜工件落入镀液及铜质导电棒的腐蚀溶解。随着铜含量的升高，铁质工件在未通电时即会有铜以置换形式析出，严重影响镀层的结合力。铜杂质会导致低电流密度区域的镀镍层色泽暗淡，严重时甚至出现海绵状的疏松镀层。为去除铜杂质，可采用1～3A/dm²的阴极电流密度进行电解，或利用QT去铜剂使铜杂质沉淀后过滤除去。

(3) 铬杂质

铬杂质可能由于挂具清洗不彻底、绝缘层破损或铬雾飞散等原因混入。即使微量铬杂质也会使镀镍层色泽发暗，降低其覆盖能力，增加脆性，并损害结合力，严重时还会导致阴极大量析氢，影响镍的沉积。为去除铬杂质，需先将六价铬还原为三价铬，通常使用二亚硫酸钠（保险粉）作为还原剂，再将生成的三价铬转化为氢氧化铬沉淀并过滤除去。过量的保险粉则可用过氧化氢进行清除。

(4) 锌杂质

锌杂质可能来源于锌铸件或黄铜工件落入镀槽，或净化处理时误用含锌量较高的工业活性炭。锌的存在会使镀镍层出现条纹，降低镀液的覆盖能力，严重时甚至形成黑色镀层。为去除锌杂质，可采用2~4A/dm²的小电流密度进行电解，或调整pH值至2左右后利用碳酸钙沉淀将锌转化为氢氧化锌与硫酸钙的混合沉淀物并过滤除去。

(5) 硝酸根

硝酸根主要来自硫酸镍纯度不足。其存在会使镀镍层变得脆硬、色泽灰暗甚至发黑，同时显著降低电流效率。硝酸根的去除较为困难，通常需要在pH值为1~2的酸性条件下先以1A/dm²的电流密度进行电解处理，然后再以2A/dm²的电流密度进行电解直至镀层恢复正常。(6) 有机杂质

有机杂质可能源自化学原料的不纯，但更主要的是添加剂分解的产物。这些杂质会导致镀镍层出现针孔、发花等缺陷。为去除这些杂质，通常会采用2~3g/L的活性炭进行吸附。值得注意的是，不同种类的活性炭对有机物的吸附能力有所差异，因此，在镀镍槽的净化过程中，通常会选用粉末状的化学纯或医药用活性炭。

常见故障及处理方法

在电镀普通镍的过程中，可能会遇到多种故障。针对这些故障，我们可以采取相应的处理方法。具体的故障及处理方法，可以参考表2。