不锈钢丝网表面化学镀镍工艺研究(附件)
本文旨在研究不锈钢丝网表面化学镀镍的原理、配方和镀前处理工艺，在不锈钢表面获得具有一定结合力、厚度与光泽度的镍磷镀层。通过对比实验选取最好的实验参数，通过划痕法测试镀层结合强度，通过扫描电镜观察镀层微观形态，结果表明：镀液配方最好的复合络合剂为酒石酸钾钠和乙酸，不锈钢表面镀层结合力较好，不锈钢丝网表面能够被镀层完整地包裹。关键词 不锈钢，化学镀，镍磷镀层，铜镍镀层目录
1 引言 1
1.1 化学镀技术的发展简史及发展前景 1
1.2 化学沉积Ni-P合金镀层工艺的反应机理 4
1.3化学镀铜镍合金的反应机理 6
1.4 不锈钢表面镀镍的概述 7
1.5 本课题的研究目的及研究方法 9
2 不锈钢丝网表面镍磷化学镀配方及工艺参数 10
2.1实验药品及仪器设备 10
2.2 不锈钢丝网表面镍磷化学镀配方及工艺参数选择 11
2.3 不锈钢表面化学镀铜镍配方 15
2.4 实验步骤 17
2.5 性能检测 19
3 实验结果 20
3.1镀层的表面质量 20
3.2 镀层的结合强度 20
3.3 镀层的微观形貌 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
化学镀镍是材料科学中新兴的重要领域，它是采用金属镍盐和还原剂在同一溶液中进行自催化的氧化还原反应，从而在固体表面沉积出金属镀层的一种技术。近年来，化学镀镍以其工艺简便、镀层均匀及优异的耐蚀性、耐磨性等特殊性能而日益受到人们的重视，得到了迅速发展，现已广泛应用于航空、汽车、电子、计算机、石油、化工、机械等领域，有着非常广阔的发展。
1.1 化学镀技术的发展简史及发展前景
化学镀镍的发展已有50多年的历史, 真正大规模工业应用还是70年代末期的事。在70年代，化学镀镍槽容量以每年15%的速度增长。80年代后，化学镀镍技术有了很大突破，长期存在的一些问题，如镀液寿命、稳定性等得到了初步解决，基本实现对镀液的自动控制，使连续化的大型生产有了可能。化学镀镍的应用范围和规模进一步扩大。据 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
非常广阔的发展。
1.1 化学镀技术的发展简史及发展前景
化学镀镍的发展已有50多年的历史, 真正大规模工业应用还是70年代末期的事。在70年代，化学镀镍槽容量以每年15%的速度增长。80年代后，化学镀镍技术有了很大突破，长期存在的一些问题，如镀液寿命、稳定性等得到了初步解决，基本实现对镀液的自动控制，使连续化的大型生产有了可能。化学镀镍的应用范围和规模进一步扩大。据估计，80年代中期化学镀镍的年产量为1500t，按厚度为25?计，面积达到7.5×106m2。其中美国占40%[1]，远东地区占20%，其余为南非和南美洲。在美国大约有900个化学镀镍的工厂，其中40%加工本厂的产品，总产值约有2亿美元。化学镀镍在计算机和电子行业的应用份额最大，在美国约占化学镀镍总产值的20%，另外，阀门制造占15%，飞机和汽车制造占10%[2]。
早期只有含磷5%～8%（wt）的中磷镀层，80年代初发展出P%（wt）为9～12的高磷镀层，使化学镀镍向前迈进一步。80年代末到90年代初又发展了P%（wt）为1～4的低磷镀层。近年来低磷化学镀镍工艺受到重视。一方面它与中磷和高磷相比具有某种优势，另一方面它可以取代与之性能相类似的镍硼合金。低磷合金的硬度很高，可达HV800，热处理（400℃，1h）后，可达HV1000。其耐磨性能与硬铬和高硼镍合金相近。其粘着磨损、微振磨损、疲劳磨损都远低于中磷和高磷镀层，但腐蚀失重高于中磷和高磷镀层，与镍硼合金相近。得到的低磷镀层的应力在镀液使用过程中可以基本保持一致，即在6个周期后的应力没有明显增长，这在工程应用上是一个十分重要的优点。含磷量不同的镀层物理化学性能也不同。60~70年代研究人员主要致力于改善镀液性能，而不是镀层性能。在欧洲，早期的化学镀镍直接针对工程应用的需要，特别是耐磨性的需要，所以在德国主要使用镍硼合金而不是镍磷合金。
70年代以后多种络合剂、稳定剂等添加剂的出现，经过大量的实验研究、筛选、复配以后，新研制的镀液均采用“双络合、双稳定”、甚至“双络合、双稳定、双促进”配方，这样不仅使镀液稳定性提高、镀速加快，更主要的是大幅度增加了镀液对亚磷酸根容忍度，最高达600～800g/L Na2HPO4.5H2O,这就使镀液寿命大大延长，一般均能达到4～6个周期，甚至10～12个周期，镀速达17～25μm /h。这样，无论从产品质量还是经济效益角度考虑，镀液不值得进行再生，而直接作废液处理。近来，为了改善镀层质量、减少环境污染，已改用新型有机稳定剂，不再使用重金属离子，从而显著提高了镀层的耐蚀性能。目前，化学镀均已商品化，根据用户要求有各种性能化学镀的开缸及补加浓缩液出售，施镀过程中只需按消耗的主盐、还原剂、pH调节剂及添加剂进行补充，使用十分方便[3]。
我国的化学镀市场与国际相比起步晚、规模小，但在我国该技术被列为国家“八五”重点新技术推广项目。近几年发展极其迅速，不仅有大量的论文发表，还召开了全国性的专业会议，国内在计算机和电子行业；阀门制造业；飞机和汽车业已有300多个化学镀镍厂家。
经过50多年的研究开发，化学镀镍已进入发展成熟期，可以用技术成熟、性能稳定、功能多样、用途广泛来描述目前的现状。
技术成熟，性能稳定这方面主要体现在镀液、设备、规模和应用上。在镀液商品化的过程中，公司厂商致力于提高商品镀液的稳定性和镀层质量的研究，使镀液的性能有了突破。设备方面已经广泛使用计算机控制，可以自动加料和调整，使镀液成分和镀覆参数保持在最佳范围，保证镀层质量和表面光洁。近年报道的电渗析技术有望使化学镀镍溶液的使用寿命在保证镀层质量的基础上大大延长。在规模上，法国Socatri公司已有尺寸达7m×6.7m×9m的镀槽，单槽容量达40×104L。技术成熟，性能稳定还体现在大量而广泛的成功应用等发面。为适应不同工况的需要，镀液供应商已研制成功各种各样的镀液，满足多方面的实际应用。现今全世界至少有200多种专利商品镀液，仅德国就有100多种，其中著名的有Novotect， Durnicoat， Kanigen，Durapossit，Elnic等等。以MacDermid公司的Elnic为例，它包括Elnic110，104，105， 101，121TF等多种镀液，分别满足耐磨，导电，可焊，装饰，耐蚀等不同需要，其中Elnic110被英国，意大利，德国，西班牙，瑞士及北欧各国用于施镀3%～5%（wt）磷非常光亮的低磷镀层，镀速可达25～30μm/h，可与电镀光亮镍相竞争。美国也有82%的化学镀车间采用专利配方[ 4]。
化学镀镍-磷镀层可以通过控制镀层磷含量及热处理等来改变镀层的功能特性，这些特性包括硬度、耐磨性、耐蚀性、耐变色性、电性质、磁性质、可焊性、内应力、可抛光性等。除工业上大量机械零件都要求镀层有耐磨耐蚀性外，镀层的导电性、可焊性、扩散阻挡性在电子工业中有重要用途。计算机硬盘要求镀层无磁性、无缺陷和可抛光；光学反射镜则要求镀层内应力接近零，膨胀系数与基体接近以及可抛光性能好等。因为化学镀镍层具有镀层厚度与零件形状无关，硬度高，耐磨性好和天然润滑性，以及优良的耐腐蚀性等优点，并且还有许多可随磷含量而改变的磁性、可焊性和可抛光性等功能特性，因此化学镀层被誉为“设计者的镀层”，即设计者可以根据零件需要的性质在Ni-P镀层体系中找到合适的对象。
国内外有关专家普遍看好化学镀的发展前景。在经济蓬勃发展的东亚和东南亚地区，包括中国在内，化学镀应用正在上升阶段，预计仍将保持空前的高速度发展。在工业先进的化学镀镍市场，化学镀镍溶液、工艺和设备已经商品化、系列化。购买
1 引言 1
1.1 化学镀技术的发展简史及发展前景 1
1.2 化学沉积Ni-P合金镀层工艺的反应机理 4
1.3化学镀铜镍合金的反应机理 6
1.4 不锈钢表面镀镍的概述 7
1.5 本课题的研究目的及研究方法 9
2 不锈钢丝网表面镍磷化学镀配方及工艺参数 10
2.1实验药品及仪器设备 10
2.2 不锈钢丝网表面镍磷化学镀配方及工艺参数选择 11
2.3 不锈钢表面化学镀铜镍配方 15
2.4 实验步骤 17
2.5 性能检测 19
3 实验结果 20
3.1镀层的表面质量 20
3.2 镀层的结合强度 20
3.3 镀层的微观形貌 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
化学镀镍是材料科学中新兴的重要领域，它是采用金属镍盐和还原剂在同一溶液中进行自催化的氧化还原反应，从而在固体表面沉积出金属镀层的一种技术。近年来，化学镀镍以其工艺简便、镀层均匀及优异的耐蚀性、耐磨性等特殊性能而日益受到人们的重视，得到了迅速发展，现已广泛应用于航空、汽车、电子、计算机、石油、化工、机械等领域，有着非常广阔的发展。
1.1 化学镀技术的发展简史及发展前景
化学镀镍的发展已有50多年的历史, 真正大规模工业应用还是70年代末期的事。在70年代，化学镀镍槽容量以每年15%的速度增长。80年代后，化学镀镍技术有了很大突破，长期存在的一些问题，如镀液寿命、稳定性等得到了初步解决，基本实现对镀液的自动控制，使连续化的大型生产有了可能。化学镀镍的应用范围和规模进一步扩大。据 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
非常广阔的发展。
1.1 化学镀技术的发展简史及发展前景
化学镀镍的发展已有50多年的历史, 真正大规模工业应用还是70年代末期的事。在70年代，化学镀镍槽容量以每年15%的速度增长。80年代后，化学镀镍技术有了很大突破，长期存在的一些问题，如镀液寿命、稳定性等得到了初步解决，基本实现对镀液的自动控制，使连续化的大型生产有了可能。化学镀镍的应用范围和规模进一步扩大。据估计，80年代中期化学镀镍的年产量为1500t，按厚度为25?计，面积达到7.5×106m2。其中美国占40%[1]，远东地区占20%，其余为南非和南美洲。在美国大约有900个化学镀镍的工厂，其中40%加工本厂的产品，总产值约有2亿美元。化学镀镍在计算机和电子行业的应用份额最大，在美国约占化学镀镍总产值的20%，另外，阀门制造占15%，飞机和汽车制造占10%[2]。
早期只有含磷5%～8%（wt）的中磷镀层，80年代初发展出P%（wt）为9～12的高磷镀层，使化学镀镍向前迈进一步。80年代末到90年代初又发展了P%（wt）为1～4的低磷镀层。近年来低磷化学镀镍工艺受到重视。一方面它与中磷和高磷相比具有某种优势，另一方面它可以取代与之性能相类似的镍硼合金。低磷合金的硬度很高，可达HV800，热处理（400℃，1h）后，可达HV1000。其耐磨性能与硬铬和高硼镍合金相近。其粘着磨损、微振磨损、疲劳磨损都远低于中磷和高磷镀层，但腐蚀失重高于中磷和高磷镀层，与镍硼合金相近。得到的低磷镀层的应力在镀液使用过程中可以基本保持一致，即在6个周期后的应力没有明显增长，这在工程应用上是一个十分重要的优点。含磷量不同的镀层物理化学性能也不同。60~70年代研究人员主要致力于改善镀液性能，而不是镀层性能。在欧洲，早期的化学镀镍直接针对工程应用的需要，特别是耐磨性的需要，所以在德国主要使用镍硼合金而不是镍磷合金。
70年代以后多种络合剂、稳定剂等添加剂的出现，经过大量的实验研究、筛选、复配以后，新研制的镀液均采用“双络合、双稳定”、甚至“双络合、双稳定、双促进”配方，这样不仅使镀液稳定性提高、镀速加快，更主要的是大幅度增加了镀液对亚磷酸根容忍度，最高达600～800g/L Na2HPO4.5H2O,这就使镀液寿命大大延长，一般均能达到4～6个周期，甚至10～12个周期，镀速达17～25μm /h。这样，无论从产品质量还是经济效益角度考虑，镀液不值得进行再生，而直接作废液处理。近来，为了改善镀层质量、减少环境污染，已改用新型有机稳定剂，不再使用重金属离子，从而显著提高了镀层的耐蚀性能。目前，化学镀均已商品化，根据用户要求有各种性能化学镀的开缸及补加浓缩液出售，施镀过程中只需按消耗的主盐、还原剂、pH调节剂及添加剂进行补充，使用十分方便[3]。
我国的化学镀市场与国际相比起步晚、规模小，但在我国该技术被列为国家“八五”重点新技术推广项目。近几年发展极其迅速，不仅有大量的论文发表，还召开了全国性的专业会议，国内在计算机和电子行业；阀门制造业；飞机和汽车业已有300多个化学镀镍厂家。
经过50多年的研究开发，化学镀镍已进入发展成熟期，可以用技术成熟、性能稳定、功能多样、用途广泛来描述目前的现状。
技术成熟，性能稳定这方面主要体现在镀液、设备、规模和应用上。在镀液商品化的过程中，公司厂商致力于提高商品镀液的稳定性和镀层质量的研究，使镀液的性能有了突破。设备方面已经广泛使用计算机控制，可以自动加料和调整，使镀液成分和镀覆参数保持在最佳范围，保证镀层质量和表面光洁。近年报道的电渗析技术有望使化学镀镍溶液的使用寿命在保证镀层质量的基础上大大延长。在规模上，法国Socatri公司已有尺寸达7m×6.7m×9m的镀槽，单槽容量达40×104L。技术成熟，性能稳定还体现在大量而广泛的成功应用等发面。为适应不同工况的需要，镀液供应商已研制成功各种各样的镀液，满足多方面的实际应用。现今全世界至少有200多种专利商品镀液，仅德国就有100多种，其中著名的有Novotect， Durnicoat， Kanigen，Durapossit，Elnic等等。以MacDermid公司的Elnic为例，它包括Elnic110，104，105， 101，121TF等多种镀液，分别满足耐磨，导电，可焊，装饰，耐蚀等不同需要，其中Elnic110被英国，意大利，德国，西班牙，瑞士及北欧各国用于施镀3%～5%（wt）磷非常光亮的低磷镀层，镀速可达25～30μm/h，可与电镀光亮镍相竞争。美国也有82%的化学镀车间采用专利配方[ 4]。
化学镀镍-磷镀层可以通过控制镀层磷含量及热处理等来改变镀层的功能特性，这些特性包括硬度、耐磨性、耐蚀性、耐变色性、电性质、磁性质、可焊性、内应力、可抛光性等。除工业上大量机械零件都要求镀层有耐磨耐蚀性外，镀层的导电性、可焊性、扩散阻挡性在电子工业中有重要用途。计算机硬盘要求镀层无磁性、无缺陷和可抛光；光学反射镜则要求镀层内应力接近零，膨胀系数与基体接近以及可抛光性能好等。因为化学镀镍层具有镀层厚度与零件形状无关，硬度高，耐磨性好和天然润滑性，以及优良的耐腐蚀性等优点，并且还有许多可随磷含量而改变的磁性、可焊性和可抛光性等功能特性，因此化学镀层被誉为“设计者的镀层”，即设计者可以根据零件需要的性质在Ni-P镀层体系中找到合适的对象。
国内外有关专家普遍看好化学镀的发展前景。在经济蓬勃发展的东亚和东南亚地区，包括中国在内，化学镀应用正在上升阶段，预计仍将保持空前的高速度发展。在工业先进的化学镀镍市场，化学镀镍溶液、工艺和设备已经商品化、系列化。购买
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