镀镍工艺和镀锡稳定剂的研究

发布时间：2020-10-14 07:07

　　 电镀和化学镀作为表面工程技术的重要分支,是赋予各种金属和非金属器件耐腐蚀性、耐磨性、装饰性及特殊功能性的重要手段。随着科学技术的不断发展,人们对电镀行业提出了更高的要求,电镀镍液的杂质极限、化学镀镍液的温度、甲基磺酸电镀锡液的稳定性等成为了急需解决的问题。因此本论文研究了Co~(2+)、Fe~(2+)、Cr~(3+)、Mn~(2+)对电沉积镍过程的影响,成功开发了中温中磷化学镀镍磷合金工艺,并探讨了甲基磺酸电镀锡液中不同稳定剂的作用机制和电化学性质,具体研究结果如下:1.镀液中加入Co~(2+)、Fe~(2+)、Cr~(3+)、Mn~(2+)后,电流效率均随着金属杂质浓度的增加而呈逐渐降低的趋势,电流效率下降的幅度大小顺序为Fe~(2+)Cr~(3+)Mn~(2+)Co~(2+);在添加了1.0 g/L的Co~(2+)、Fe~(2+)、Cr~(3+)、Mn~(2+)的镀液中,通过阴极极化曲线和循环伏安曲线探讨了电镀镍电流效率降低的原因;通过对加入不同浓度金属杂质所得镀层的SEM(扫描电子显微镜)表征,得出了四种金属杂质离子在镀液中的上限值,Co~(2+)、Cr~(3+)、Fe~(2+)浓度控制的上限为0.1 g/L,Mn~(2+)浓度控制的上限为0.6 g/L;Co~(2+)、Fe~(2+)、Cr~(3+)改变了镍镀层的衍射峰强度和衍射峰的峰位置,而Mn~(2+)对镀层的晶体结构影响较小。ICP(等离子体光谱仪)结果表明金属杂质在镍的电沉积过程中会进入到镀层中,并且随着镀液中金属杂质离子浓度的增加而增加。当镀液中金属杂质浓度相同时,镀层中金属杂质含量从低到高依次为Mn~(2+)Cr~(3+)Fe~(2+)Co~(2+)。2.通过单因素实验,考察了pH、温度、硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、三乙醇胺、氨水对化学镀镍镀速及磷含量的影响,并利用正交实验,选择次亚磷酸钠、柠檬酸钠、氨水、三乙醇胺四个因素,以镀速、磷含量及腐蚀电流为考查指标对配方进一步优化,确定了中温中磷化学镀镍的基础配方;为了进一步提高镀速,研究了不同加速剂丙酸、丁二酸和甘氨酸对镀速及磷含量的影响,结果显示丙酸不仅提高了化学镀镍的镀速,而且可以使镀层磷含量在中磷范围内,因此最适合本文配方的加速剂为丙酸,最佳含量为0.04 mol/L,由此确定了中温中磷化学镀镍的最优配方及工艺条件;最后对最优配方下所得镀液和镀层进行了性能测试,结果显示镀速为8.69μm/h,磷含量为6.45%,镀液稳定性好,镀层光亮致密、耐蚀性优良、孔隙率低、结合力强。3.自然氧化实验、加热加速氧化实验和双氧水加速氧化实验表明稳定剂的稳定效果顺序为:对苯二酚邻苯二酚抗坏血酸间苯二酚;循环伏安曲线测试揭示了镀液的稳定性与稳定剂的耗氧质量比、自身还原能力及电化学活性的关系;通过计时电位、阻抗谱图和SEM图可以看出酚类稳定剂可以提高镀液的阴极极化作用,细化晶粒,提高镀层的均匀性,而抗坏血酸对锡沉积有去极化作用,晶粒尺寸略有增大,镀层孔隙增多;对苯二酚在甲基磺酸体系下有良好的电化学可逆性,且循环稳定性较好,是理想的稳定剂,在电镀过程中可以循环使用。阴极极化曲线表明对苯二酚除作抗氧化剂外,还兼具光亮剂和整平剂的作用;通过Tafel曲线对不同浓度对苯二酚所得锡镀层的耐蚀性进行测试,结果表明当对苯二酚的浓度为1.0 g/L时,镀层的耐蚀性最好。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB306
【部分图文】：

图 1.1 电镀电极反应图Fig.1.1 Electrode reaction diagramof electroplating1.1.1.2 电镀的发展与应用1800 年 Brug-natelli 教授提出了镀银工艺，这是最早公布的电镀文献，随后

并在零件表面被氧化产生一个负电荷时，意味着反应完成。图1.2 为化学镀的基本原理和装置图，化学镀过程可用下列反应式来表述：Rm+- ne-= Rm+n(1)Mn++ ne-= M (2)Rm+为还原剂，当镀液被加热到一定温度下，还原剂失去电子发生氧化反应，同时 Mn+得到电子，在具有催化性的表面发生还原反应沉积在基底上。

第 2 章 金属杂质对电镀镍电流效率及表面形态的影响低的趋势。其中 Co2+对电流效率的降低作用很小，电流效率仍为 98.3%。而引入 Mn2+、Cr3+、Fe2+后。当金属杂质离子浓度相同时，电流效率下降的n2+>Co2+。在电沉积镍过程中，阴极上可能发生的反Ni2++2e-=Ni2H++2e-=H2↑于金属杂质离子的引入，金属杂质离子可能在阴极上是由于 Co2+、Fe2+、Cr3+、Mn2+的标准电极电位均比的浓度很小，使电极电位变得更负。各金属离子还原和平衡电位列于表 2.4 中，因此金属杂质离子在电极降低可以归因于镍离子还原比例的减小和氢气析出比
【参考文献】

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本文编号：2840357