化学镀镍铜磷合金工艺研究文档格式.docx
- 文档编号:17234298
- 上传时间:2022-11-29
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:268.90KB
化学镀镍铜磷合金工艺研究文档格式.docx
《化学镀镍铜磷合金工艺研究文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化学镀镍铜磷合金工艺研究文档格式.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
3.2.1硫酸铜的影响……………………………………………………………………6
3.2.2硫酸镍的影响……………………………………………………………………7
3.2.3次磷酸钠的影响…………………………………………………………………8
3.2.4柠檬酸三钠的影响………………………………………………………………9
3.2.5乙酸钠的影响……………………………………………………………………10
3.2.6光亮剂的影响……………………………………………………………………10
3.3镀液工艺条件的影响………………………………………………………………10
3.3.1pH值的影响………………………………………………………………………11
3.3.2温度的影响………………………………………………………………………12
3.4正交实验确定最佳配方……………………………………………………………12
3.5性能检测……………………………………………………………………………14
3.5.1酸性化学镀镍磷合金配方………………………………………………………14
3.5.2性能对比实验……………………………………………………………………14
3.5.3循环伏安曲线与阴极极化曲线的测定…………………………………………14
3.5.4镀液覆盖能力的测定……………………………………………………………17
4结论……………………………………………………………………………………17
5致谢……………………………………………………………………………………18
参考文献…………………………………………………………………………………19
附表……………………………………………………………………………………20
化学镀Ni-Cu-P合金工艺研究
摘要:
为提高化学镀镍磷合金镀层的性能及获得多种性能的合金镀层以拓宽其应用范围。
在化学镀镍磷合金液中加入硫酸铜制得镍铜磷三元合金,研究了镀液中硫酸镍、次磷酸钠、柠檬酸三钠、硫酸铜、乙酸钠以及pH值、温度等因素对合金镀层外观、沉积速度、耐蚀性的影响。
通过在5%的氯化钠和镀液中测定循环伏安曲线比较了所得的镍铜磷合金镀层与镍磷合金镀层的耐蚀性,同时比较了上述镀层的其他性能。
结果表明,所得的镍铜磷三元合金镀层的耐蚀性、外观、结合力、孔隙率、沉积速度、硬度等性能都优于镍磷合金。
关键词:
镍-铜-磷;
化学镀;
三元合金;
耐蚀性
StudyofelectrolesNickel-Copper-PhosphorusternaryAlloyPlating
Abstract:
Thepurposeofthisarticleistoimprovethepropertiesofelectrolessnickel-phosphorusalloydepositsandobtainalloydepositswithvariouspropertiessoastoextendtheirapplicationsinindustry.Electrolessnickel-copper-phosphorusternaryalloydepositswerepreparedbyadditionofcupricsulfateandinelectrolessnickel-phosphorusalloyplatingbath.Theeffectsofconcentrationofnickelsulfate,sodiumhypophosphite,sodiumcitrate,cupricsulfate,pHvalue,temperatureonappearance,depositionrateandcorrosionresistance,intheobtainedelectrolessdepositswerestudied.Corrosionresistanceoftheobtaineddepositswascomparedwiththatofnickel-phosphorusalloydepositsobtainedbythemeasureofpolarizationcurvein5percentsodiumchlorideandtheelectrolessplatingbath.TheresultsshowthatelectrolessNi-Cu-Palloydepositsobtainedhaveimprovedcorrosionresistance,appearance,adhesion,porosity,depositionrateandhardness.
Keywords:
nickel-coppere-phosphorus;
alloycoating;
teremareyalloy;
anticorrosion
1前言
化学镀镍在50年代时就广泛用于机械、汽车、石油、化工、电子和计算机等领域。
随着生产的迅猛发展。
化学镀Ni-P合金镀层从发明至今,由于其优良的耐磨,耐蚀,磁屏蔽性以及适用于各种材料(包括非金属材料)的复杂零件的施镀,已广泛应用于航空,航天,电子,石油和化工等工业。
近年来由于化学镀工艺本身的优越性以及化学镀镍技术的日趋成熟使该高新技术在我国应用范围愈来愈宽市场也越来越大。
伴随着工业生产的迅猛发展,人们对材料性能提出更高的要求,而通常所用的Ni—P合金镀层有时难以满足某些使用的要求[1]。
为此,近年来国内外许多学者,正致力开发研究各种新型多元化学镀镍镀层,期待着进一步拓展化学镀镍的应用范围[2]。
人们在化学镀镍磷合金液中加入金属盐类,以求在镀层中增加相应金属成为三元合金,于是出现了Ni—W-P、Ni—Mo—P、Ni—Fe—P、Ni—Cu—P和Ni—Co-P等。
其中,Ni—Cu—P具有优良的耐蚀性、导电性和热稳定性而引起人们的高度重视。
目前化学镀Ni—Cu—P合金研究已取得较好的成果[3]。
对镀层耐蚀性等研究较多,然而镀层半光亮,装饰性欠佳。
在总结前人研究成果的基础上,研究Ni—Cu-P合金化学镀工艺,在光亮、结合力,耐蚀性和硬度方面进行研究和改进。
本课题主要研究化学镀镍铜磷合金工艺,致力于获得经济耐用、稳定的镀液、性能良好的镀层,合理的工艺操作条件等。
2实验研究部分
2.1仪器设备
FN-101-2热鼓风箱长沙仪表长
CHI660B型电化学工作站上海辰华仪器厂
HX—500型显微硬度仪中国上海仪器厂
分析天平湖南湘仪分析天平厂
HH-4型恒温水浴锅江苏常州仪器设备有限公司
其它常规仪器
2.2化学药品
硫酸镍工业级铁氰化钾电镀级
柠檬酸钠分析纯次磷酸钠工业级
乳酸分析纯乙酸钠分析纯
硫酸铜工业级硫酸镉电镀级
PPS电镀级氢氧化钠分析纯
糖精分析纯次磷酸钠工业级
其它常规药品
2.3工艺流程
化学除油—→热水洗—→流水洗—→酸洗除锈—→两次流水洗—→
电解除油—→热水洗—→流水洗—→活化—→流水洗—→化学镀—→冷水洗—→热水洗—→吹干—→检验—→成品
2.3.1化学除油液配方
NaOH15~30g/LNa2CO320~40g/L
Na3PO4•12H2O30~60g/L温度≥60℃
时间5~10min
2.3.2电解除油液配方
NaOH40~80g/LNa2CO315~30g/L
Na3PO4•12H2O20~40g/Lη0.5~1.5A/dm2
温度≥60º
C时间5~10min
2.4测试方法
2.4.1沉积速度测定
分析天平称量试片化学镀镍铜磷前后质量(120º
C恒温烘干1小时)得试片增重.再根椐时间和施镀面积换算成沉积速度(mg/cm2•h)[5]
2.4.2孔隙率的测定[2]
采用贴滤纸法测定。
测定用溶液为:
10g/L铁氰化钾,20g/L氯化钠;
粘贴滤纸时间:
10min。
操作与孔隙率计算按GB5935-86规定的方法进行。
孔隙率=n/s(个/平方厘米),式中n为孔隙斑点总数(个),s为受检面积(平方厘米)。
2.4.3硬度的测定
测量化学镀镍磷合金镀层的维氏硬度,采用HX-500型显微硬度计测定镀层的维氏硬度(Hv)。
显微硬度的公式如下:
Hv=(1854.4×
P)/d2(L1-L2)*100*0.25=d
其中:
Hv—显微硬度(Kg/mm2);
P—载荷值;
d—压痕对角线长度(μm)
2.4.4结合力的测定[3]
按GB8933—86将试片夹在台钳上,反复弯曲直至集体断裂为止,对利用各种工艺条件所得的试样进行检测,断裂处镀层无起皮脱落现象(或采用加热骤冷试验)。
2.4.5耐蚀性的测定
采用浓硝酸法检测化学镀镍铜磷合金的耐蚀性:
将浓硝酸滴在覆盖有化学镀镍铜铬磷镀层的试片上在室温下记录到试片表面出现第一个气泡所需用时间,以秒表示[6]。
2.4.6循环伏安曲线与阴极极化曲线的测定
分别在镀液中和5%NaCl溶液中使用电化学分析仪测量极化曲线与阴极极化曲线,比较镍铜磷合金与镍磷合金试片所测结果[6],即根椐钝化环的面积的大小,最小极化电流和最小极化电位以此来评定镀层的性能。
2.4.7镀液覆盖能力的测定
使用内径5mm,长100mm的橡皮管,其中插入一根与管子同样长的狭长试片,镀后取出,根椐镀层达到的深度来评定覆盖能力,通常用镀层长度比试片总长的百分数表示[7]。
3实验结果与讨论
3.1基础配方
经过大量文献调研和优化筛选实验研究,确定了化学镀镍铜磷基础配方[1]:
硫酸镍30g~50/L40g/L柠檬酸钠30~60g/L45g/L
次磷酸钠15~45g/L25g/L乙酸钠15~20g/L20g/L
硫酸铜0.5~1g/L0.4g/LpH7.0~9.07.0
温度70~90℃85℃
3.2镀液成分的影响
3.2.1硫酸铜的影响
取上述基础配方表中后面的值,只改变一种成分的浓度,其他的保持不变,施镀时间为60min,讨论该成分的影响[8]。
表.1硫酸铜浓度的影响
Table.1Theeffectsofconcentrationofcupricsulfate
硫酸铜(g/L)镀速(mg/cm2•h)耐蚀性(S)镀层外观
05.465200半光亮,
0.37.23240全光亮
0.47.56180全光亮
0.57.83240光亮
0.75.96120全光亮
0.91.2915光亮、略暗
1.00.79510亮红色
图.1硫酸铜浓度——镀速曲线
Fig.1Changesofdepositionratewithconcentrationofcupricsulfate
硫酸铜的浓度与镀层的沉积速度及镀层质量外观有很大联系,当其浓度过高、过低都会使镀层外观呈暗红色,且具有置换铜出现。
为0.3~0.7g/L为宜。
3.2.2硫酸镍的影响
改变该组分的浓度,其他的组分保持不变。
表.2硫酸镍浓度的影
Table.2Theeffectsofconcentrationofnickelsulfate
硫酸镍(g/L)镀速(mg/cm2•h)耐蚀性(S)镀层外观
000.852镀层灰暗、有灰雾
203.0675雾白色、发暗
406.504170光亮,镀层均匀
459.94180光亮,镀层均匀
503.535563光亮,镀层有微粒
602.995115光亮,镀层有微粒
图.2硫酸镍浓度——镀速曲线
Fig.2Changesofdepositionratewithconcentrationofnickelsulfate
镀层的沉积速度及光泽性与Ni2+/Cu2+的比值有关,随着硫酸镍浓度的增大,镀层的沉积加快,但耐蚀性却降低,硫酸镍浓度增大到一定值时,镀速反而下降。
由上表可知硫酸镍的浓度控制在25~40g/L为宜[8]。
3.2.3次磷酸钠的影响
表.3次磷酸钠浓度的影响
Table.3Theeffectsofconcentrationofsodiumhypophosphite
次磷酸钠(g/L)镀速(mg/cm2•h)耐蚀性(S)镀层外观
105.29510雾白色,镀层粗糙
208.3381光亮,细致
3514.28202光亮,细致
407.82200光亮,细致
506.905282雾白色
607.04300雾白色
图-2镀速-浓度曲线
图3.次磷酸钠浓度——镀速曲线
Fig.3Changesofdepositionratewithconcentrationofsodiumhypophosphite
当次磷酸盐浓度过低时,不能起镀,而当次磷酸盐浓度过高时,沉积速度过快,镀层质量下降,出现置换铜层,或镀层的结合力极差,综合考虑浓度对沉积速度、耐蚀性的影响,浓度应控制在20~40g/L为宜[9]。
3.2.4柠檬酸三钠的影响
表.4柠檬酸三钠浓度的影响
Table.4Theeffectsofconcentrationofsodiumcitrate
柠檬酸三钠(g/L)镀速(mg/cm2•h)耐蚀性(S)镀层外观
205.08556光,不亮、有雾丝
508.330105光亮,镀层均匀、细致
558.570100光亮
606.05200光亮、有雾斑
705.1155.115雾白色
图.4柠檬酸钠浓度——镀速曲线
Fig.4Changesofdepositionratewithconcentrationofsodiumcitrate
柠檬酸盐作为主络合剂,浓度过低,过高均使镀层的质量变差。
应控制在40~55g/L为宜[10]。
3.2.5乙酸钠的影响
表.5乙酸钠浓度的影响
Table.5Theeffectsofconcentrationofsodiumcitrate
乙酸钠(g/L)镀速(mg/cm2•h)耐蚀性(S)镀层外观
09.94186光亮,细致
1011.0930光亮,细致
2012.0535光亮,细致
3012.2848光亮,细致
4015.1720光,不亮,细致
5015.4215不亮,粗糙
6015.8612不光亮,粗糙
图.3乙酸钠浓度——镀速曲线
Fig.3Changesofdepositionratewithconcentrationofsodiumcitrate
乙酸盐作为主缓冲剂对镀液的沉积速度有很大的影响,浓度过低,过高均使镀层的质量变差。
应控制在40~55g/L为宜。
3.2.6光亮剂的影响
综合考虑PPSOH、硫酸镉、DEP、硫酸铈、BED、PPS等光亮剂,通过大量实验研究筛选出PPS5ml/L+CrSO45ml/L为最佳的光亮剂配方。
镀出的镀层光亮,细致[11-12]。
3.3镀液工艺条件的影响
3.3.1pH值的影响
改变pH值,其他的组分和工艺条件保持不变。
表.6pH值的影响
Table.6TheeffectsofconcentrationofpHvalue
pH镀速(mg/cm2•h)耐蚀性(S)镀层外观
6.01.6530铜黄色
6.53.4560光亮,细致
7.04.18120光亮,细致
7.55.29580光亮,细致
8.07.115150半光亮
图.6pH—镀速曲线
Fig.6ChangesofdepositionratewithconcentrationofpHvalue
根椐实验结果,pH值宜控制在6.5~7.5之间可获得光泽性、耐蚀性良好的镀层。
3.3.2温度的影响
改变温度,其他的组分和工艺条件保持不变。
表.7温度的影响Table.7Theeffectsofconcentrationoftemperature
温度(℃)镀速(mg/cm2•h)耐蚀性(S)镀层外观
603.84150细致,光,不亮
704.0200光亮,细致
804.18200细致,光,不亮
855.295200光亮,细致
908.00240发暗,镀层不均匀
图.7温度—镀速曲线
Fig.7Changesofdepositionratewithconcentrationoftemperature
温度大于95℃时,镀液分解,镀不上金属,由上述实验可知适宜温度在75~90℃
3.4正交实验确定最佳配方
由单因素实验可得最佳配方范围:
硫酸镍30~50g/L柠檬酸钠40~55g/L
次磷酸钠20~45g/L乙酸钠10~30g/L
硫酸铜0.3~0.7g/LpH值6.5~8.5
通过正交实验确定最佳配方:
表.8因素水平表Table.8
水平12345
硫酸铜(g/L)0.30.40.50.60.7
硫酸镍(g/L)3035404550
pH值6.57.07.58.08.5
次磷酸钠(g/L)2025303540
柠檬酸三钠(g/L)3540455055
乙酸钠(g/L)1015202530
表.9正交实验表Table.9
行号123456外观耐蚀性镀速
11111118.015731.925
21222227.045517.930
31333336.797315.110
41444445.178014.370
51555555.264014.885
62123456.8101315.655
72234517.9124616.635
82345129.350326.980
92451238.267627.395
102512349.534229.730
113135248.979216.215
123241359.048320.265
133352418.313217.120
143413527.849815.255
153524137.030826.300
164142539.324610.195
174253149.063624.485
184314258.638315.145
194425319.035017.990
204531425.518218.480
215154321.056.532
225215435.3255.480
235321545.3142.275
245432156.1141.365
255543215.9123.815
k1=∑Ⅰⅰ36.7046.9539.5536.657.30
k2=∑Ⅱⅰ35.0539.4534.4535.4032.90
k3=∑Ⅲⅰ35.7031.9038.6535.0034.60
k4=∑Ⅳⅰ35.3032.2039.2534.8536.70
k5=∑Ⅴi35.3536.9537.9037.3534.05
k6=∑ⅥI36.3532.9536.3538.7035.95
R1=k1/57.349.397.917.331.46
R2=k2/57.017.896.897.086.58
R3=k3/57.146.387.737.006.92
R4=k4/57.066.447.856.977.34
R5=k5/57.707.397.587.476.81
R6=k6/57.276.597.277.747.19
极差S=∣R1-R2∣7.931.311.351.41
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化学 镀镍铜磷 合金 工艺 研究