1.1.1 化学镀镍的定义
化学镀又称为无电解镀(Electroless plating),也可以称为自催化电镀(Autocatalytic plating)[8]。具体过程是指:在一定条件下,水溶液中的金属离子被还原剂还原,并且沉淀到固态基体表面上的过程[9]。ASTM B374(ASTM,美国材料与试验协会)中定义为Autocatalytic plating is “deposition of a metallic coating by a controlled chemical reduction that is catalyzed by the metal or alloy being deposited”[10]。这一过程与置换镀不同,其镀层是可以不断增厚的,且施镀金属本身也具有催化能力。
不用外来电流,借氧化还原作用在金属制件的表面上沉积一层镍的方法[11]。用于提高抗蚀性和耐磨性,增加光泽和美观。适合于管状或外形复杂的小零件的光亮镀镍,不必再经抛光。一般将被镀制件浸入以硫酸镍、次磷酸二氢钠、乙酸钠和硼酸所配成的混合溶液内,在一定酸度和温度下发生变化,溶液中的镍离子被次磷酸二氢钠还原为原子而沉积于制件表面上[12],形成细致光亮的镍镀层。钢铁制件可直接镀镍。锡、铜和铜合金制件要先用铝片接触于其表面上1-3分钟,以加速化学镀镍[13]。
化学镀就是在不通电的情况下,利用氧化还原反应在具有催化表面的镀件上,获得金属合金的方法。它是新近发展起来的一门新技术[14]。
化学镀镍经过多年的不断探索与研究,近几年已发展极成熟了。如Q/YS.602(贻顺)化学镀镍几乎适用于所有金属表面镀镍。如:钢铁镀镍,不锈钢镀镍,铝镀镍,铜镀镍等等,它同样适用于非金属表面镀镍。比如:陶瓷镀镍,玻璃镀镍,金刚石镀镍,碳片镀镍,塑料镀镍,树脂镀镍等等。使用范围是非常广泛的[15]。
1.1.2 化学镀镍的发展
化学镀镍的历史与电镀相比,比较短暂,在国外其真正应用到工业仅仅是70年代末80年代初的事[16]。 1844年,A.Wurtz发现金属镍可以从金属镍盐的水溶液中被次磷酸盐还原而沉积出来[17]。化学镀镍技术的真正发现并使它应用至今是在1944年,美国国家标准局的A.Brenner和G.Riddell的发现,弄清楚了形成涂层的催化特性,发现了沉积非粉末状镍的方法,使化学镀镍技术工业应用有了可能性。但那时的化学镀镍溶液极不稳定,因此严格意义上讲没有实际价值。化学镀镍工艺的应用比实验室研究成果晚了近十年。第二次世界大战以后,美国通用运输公司对这种工艺发生了兴趣,他们想在运输烧碱筒的内表面镀镍,而普通的电镀方法无法实现,五年后他们研究了发展了化学镀镍磷合金的技术、公布了许多专利。1955年造成了他们的第一条试验生产线,并制成了商业性有用的化学镀镍溶液,这种化学镀镍溶液的商业名称为“Kanigen”。在国外,特别是美国、日本、德国化学镀镍已经成为十分成熟的高新技术,在各个工业部门得到了广泛的应用[18]。
中国的化学镀镍工业化生产起步较晚,但近几年的发展十分迅速,不仅有大量的论文发表,还举行了全国性的化学镀会议,据第五届化学镀年会发表文章的统计就已经有300多家厂家,但这一数字在当时应是极为保守的。据推测国内每年的化学镀镍市场总规模应在300亿元左右,并且以每年10%~15%的速度发展[19]。
1.1.3 化学镀镍的分类
化学镀镍通过所有化学沉积法可以分成三类(广义分类):置换镀,接触镀和真化学镀[20]。
置换镀是指离子交换或电荷交换沉积。一种金属浸在第二种金属的金属盐溶液中,第一种金属的表面上发生局部溶解,同时在其表面自发沉积上第二种金属。在离子交换情况下,基底金属本身就是还原剂。 使用最广泛的基底金属(Me1)是铜、铁和镍,而用得最多的镀层金属(Me2)则是金和铜。如将一只铁钉浸在硫酸铜溶液中,铁钉上就镀上薄薄一层铜。但它的实际应用是有限的,因为基底金属的表面一旦被溶液中的金属(Me2)覆盖,过程马上停止。所以其最大厚度是很小的[21],而且结合力没有真正的化学镀那么好。由于镀层质量差,厚度有限,所以应用非常有限。
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