根據(jù)定義，化學(xué)鍍是通過受控化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的金屬沉積。與電鍍?nèi)芤合啾龋?strong>鎳電鑄 (EN) 溶液不需要外部電流源進(jìn)行電鍍。EN 浴使用內(nèi)置于浴中的化學(xué)還原劑。該過程提供了沉積物的連續(xù)積累，因?yàn)楸浑婂兊慕饘俦旧砭褪请婂兎磻?yīng)的催化劑。這就是 EN 也稱為自催鎳鎳電鑄的原因。

　　化學(xué)鍍鎳系列

　　EN 涂層種類繁多，通常由它們的合金定義。它們都具有多種特性，例如，無論零件幾何形狀如何，都具有高度的沉積均勻性。由于沉積物特性的獨(dú)特組合，幾乎每個(gè)行業(yè)都可以找到 EN 的應(yīng)用，包括：優(yōu)越的耐磨性;無論零件幾何形狀如何，都可以均勻沉積;鍍硬沉積物，可進(jìn)行熱處理以增加硬度;電鍍在催化的非導(dǎo)體上，例如塑料;可焊沉積物;能夠改變零件的磁性并提供擴(kuò)散屏障;并能夠修復(fù)磨損或加工不當(dāng)?shù)牧慵?/span>

　　鎳磷。大多數(shù) EN 電鍍是使用鎳磷 (Ni-P) 系統(tǒng)完成的。這些沉積物具有低摩擦系數(shù)并且具有抗磨損性。它們具有優(yōu)異的鍍層硬度，并可通過鍍后熱處理工藝進(jìn)一步硬化。這些沉積物在許多類型的環(huán)境中都具有出色的腐蝕性能。

　　鎳硼合金廣泛用于電子和航空航天應(yīng)用。沉積物具有高導(dǎo)電性、低接觸電阻、優(yōu)異的鍍層硬度、高熔點(diǎn)范圍、出色的耐磨性，并且易于焊接或釬焊。

　　復(fù)合 EN 涂層可包含共沉積的軟顆粒，例如聚四氟乙烷 (PTFE)，或硬顆粒，例如碳化硅。EN/PTFE 沉積物提供摩擦系數(shù)非常低的涂層。共沉積的硬質(zhì)顆粒提高了耐磨性。

　　三元合金。也稱為多合金，這些沉積物包含兩種以上的元素。一個(gè)例子是鎳磷鎢，它提供了非常堅(jiān)硬的涂層。

　　沐浴化學(xué)

　　次磷酸鹽沉積鎳通常由以下反應(yīng)表示：

　　1) NiSO 4 + H 2 O → Ni 2 + + SO 4 2 - + H 2 O

　　2) NaH 2 PO 2 + H 2 O → Na + + H 2 PO 2 - + H 2 O

　　3) Ni 2 + + H 2 PO 2 - + H 2 O → Ni + H 2 PO 3 - + 2H +

　　4) H 2 PO 2 - + H 2 O(催化劑)→ H 2 PO 3 - + H 2

　　典型的 EN 電鍍液由可溶性鎳離子源、還原劑、絡(luò)合劑、中和劑/緩沖劑、穩(wěn)定劑和(在某些情況下)光亮劑組成。

　　鎳源。在 EN 電鍍中，金屬源是可溶性鎳鹽。選擇使用哪種鹽取決于溶解度、純度、相容性和價(jià)格。硫酸鎳是最廣泛使用的鎳鹽，但使用氯化鎳、氨基磺酸鎳、醋酸鎳和次磷酸鎳的工藝也可在市場上買到。

　　還原劑代替了電鍍中使用的整流器。廣泛使用的還原劑是次磷酸鈉、硼氫化鈉和二甲胺硼烷。

　　絡(luò)合劑，直到它需要電鍍保持在鎳穩(wěn)定的絡(luò)合物。絡(luò)合劑的選擇決定了沉積合金及其性能。例如，在減少次磷酸鹽的系統(tǒng)中，在高磷系統(tǒng)中使用更強(qiáng)的絡(luò)合劑，而在低磷礦床中使用較弱的鎳絡(luò)合劑。

　　中和劑/緩沖劑。電鍍時(shí)，EN 鍍液會(huì)以氣體和離子氫的形式產(chǎn)生氫氣。這將降低溶液的 pH 值。緩沖液可用于盡量減少鍍液中的 pH 值波動(dòng)，但必須中和過量的酸度以保持正確的 pH 值。典型的中和劑是氫氧化銨、碳酸鹽或氫氧化鈉或氫氧化鉀。

　　在北美，氫氧化銨是目前最常用的中和劑。然而，由于其令人反感的氣味及其對(duì)廢物處理的負(fù)面影響，越來越多的 EN 施涂者正在轉(zhuǎn)向替代品。現(xiàn)有的方法和添加劑允許 EN 電鍍工利用氫氧化鈉作為 pH 調(diào)節(jié)的可行替代方案。

　　穩(wěn)定劑控制電鍍反應(yīng)。如果沒有這些催化毒物，反應(yīng)可能無法控制。穩(wěn)定劑分為兩大類：金屬的和有機(jī)的。歷史上，鉛化合物已被用作金屬穩(wěn)定劑。

　　增白劑。許多 EN 系統(tǒng)使用光亮劑來增強(qiáng)沉積物外觀。增白劑可以是金屬或有機(jī)化合物。鎘化合物是常用的。

　　環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素

　　最近，主要由于歐洲環(huán)境立法，EN 技術(shù)發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變。最具影響力的立法包括 RoHS、WEEE 和 ELV 指令。有害物質(zhì)限制 (RoHS) 和廢棄電氣和電子設(shè)備 (WEEE) 指令旨在促進(jìn)電氣元件的再利用、回收和回收。歐洲報(bào)廢車輛指令 (ELV) 旨在通過回收來最大限度地減少廢物，從而消除垃圾填埋場中的危險(xiǎn)廢物。

　　RoHS 指令將均質(zhì)材料中鉛、汞、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯或多溴聯(lián)苯醚的最大濃度值限制為 0.1 wt.% (1,000 ppm)，將鎘的最大濃度值限制為 0.01 wt.%。2002 年 6 月的 ELV 附件 II 規(guī)定“……不得在材料或組件的配方中有意引入或故意使用鉛、鎘、六價(jià)鉻和汞……” 2005 年 9 月，附件 II 的措辭被修改以省略短語“有意引入”，現(xiàn)在讀作“鉛、六價(jià)鉻和汞的最大濃度值按重量計(jì)每個(gè)均質(zhì)材料最高為 0.1%，鎘的每個(gè)均質(zhì)材料的最高濃度值最高為 0.01%。” 在這兩種情況下，鍍層都被認(rèn)為是均質(zhì)材料。

　　大多數(shù)現(xiàn)有的鉛穩(wěn)定、次磷酸鹽減少的 EN 系統(tǒng)應(yīng)提供鉛含量低于 0.1 wt.% 的沉積物。來自傳統(tǒng)鎘光亮系統(tǒng)的沉積物幾乎肯定會(huì)含有超過 0.01 wt.% 的鎘。現(xiàn)有不含鎘的含鉛穩(wěn)定、減少次磷酸鹽的 EN 系統(tǒng)很可能符合 RoHS 和 ELV 標(biāo)準(zhǔn)，而鎘光亮工藝可能不符合要求。雖然許多現(xiàn)有的不含鎘的鉛穩(wěn)定浴可能符合要求，但未來的立法和/或規(guī)范可能會(huì)要求從 EN 沉積物中消除鉛和鎘。幾乎所有主要的 EN 供應(yīng)商都提供符合 RoHS 和 ELV 標(biāo)準(zhǔn)的不含鉛或鎘的化學(xué)品。

　　存款屬性

　　由于化學(xué)鍍鎳包括廣泛的鍍層，鍍層特性會(huì)因工藝而異。由于決定涂層性能的主要因素是沉積合金，因此 RoHS/ELV 兼容系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)的沉積物具有某些特性，例如光滑度、高硬度和高度均勻性。這些鍍層特性賦予了幾個(gè)關(guān)鍵屬性，包括出色的防腐蝕保護(hù)、卓越的耐磨性和一致的鍍層厚度，無論零件幾何形狀如何。

　　腐蝕保護(hù)是指涂層對(duì)鍍件的保護(hù)程度。當(dāng)金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)會(huì)發(fā)生腐蝕，從而導(dǎo)致導(dǎo)致腐蝕的電子轉(zhuǎn)移。

　　有兩種基本方法可以描述提供給基材的腐蝕保護(hù)機(jī)制。陽極或犧牲涂層(例如鋅)通過優(yōu)先溶解代替基材來保護(hù)零件。阻擋層或陰極涂層通過在部件和環(huán)境之間形成保護(hù)層來保護(hù)基材。EN 通常通過充當(dāng)屏障涂層來保護(hù)基材免受腐蝕。

　　如果基材完全封裝，化學(xué)鍍鎳可提供出色的腐蝕保護(hù)。與任何阻隔涂層一樣，EN 提供的保護(hù)值取決于初始表面質(zhì)量。光滑、無孔的表面往往表現(xiàn)最好，而更粗糙、更多孔的基材往往會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較差的結(jié)果。

　　為 EN 沉積物的腐蝕保護(hù)分配絕對(duì)數(shù)字可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)腐蝕失效可追溯到基材孔隙率或?qū)е鲁练e物孔隙率的不當(dāng)預(yù)處理。在大多數(shù)應(yīng)用中，高磷沉積物通常提供最高的腐蝕保護(hù)。化學(xué)鍍鎳沉積物特別適用于部件將暴露于腐蝕和磨損的應(yīng)用中。

　　電鍍后操作會(huì)影響涂層的腐蝕性能。硬度的高溫?zé)崽幚?(>400°C) 會(huì)使涂層破裂，損害阻隔涂層并降低其有效性。相反，添加補(bǔ)充涂層，如油、蠟和漆，會(huì)有所幫助。在某些基材(例如鋁)上，可以通過使用后板鈍化來增強(qiáng)腐蝕性能，這將通過任何潛在的表面孔隙鈍化基材。

　　耐腐蝕性可以描述為沉積物抵抗侵蝕的能力。化學(xué)鍍鎳涂層在許多惡劣環(huán)境中具有良好的耐腐蝕性。在大多數(shù)環(huán)境中，高磷沉積物對(duì)化學(xué)侵蝕的抵抗力最好，但低磷沉積物在堿性環(huán)境中通常表現(xiàn)出優(yōu)勢。

　　耐磨性。化學(xué)鍍鎳涂層對(duì)大多數(shù)類型的磨損具有出色的抵抗力，無論是在電鍍狀態(tài)還是熱處理后。有許多不同類型的磨損：

　　微動(dòng)——由兩個(gè)接觸面之間的振動(dòng)引起

　　侵蝕——由撞擊顆粒、液體或氣體引起

　　表面疲勞——由表面斷裂或退化引起

　　磨料磨損——來自摩擦表面的顆粒或突起

　　粘著磨損——由兩個(gè)表面之間的接觸粘合引起。

　　顯微硬度。EN 的硬度值應(yīng)使用努氏或維氏顯微硬度方法測量，因?yàn)槁迨系缺砻嬗捕茸x數(shù)不準(zhǔn)確。通常，EN 沉積物太薄，無法進(jìn)行可靠的表面測試，從而導(dǎo)致讀數(shù)受到基材的影響。在電鍍狀態(tài)下，低磷沉積物通常比電鍍時(shí)高磷沉積物更硬。可以對(duì)沉積物進(jìn)行熱處理以提高硬度，方法是產(chǎn)生結(jié)晶度更高的鎳沉積物和在沉積物中形成磷化鎳。

　　磷含量與礦床特性。Ni-P EN 沉積物的特性因磷的百分比而異。以下是有關(guān)礦床中磷含量對(duì)物理性質(zhì)影響的一些一般準(zhǔn)則：

　　硬度——隨著磷含量的降低，沉積物變得更硬

　　磨損——隨著磷的減少，沉積物通常更耐磨

　　電——電導(dǎo)率隨著磷含量的減少而增加

　　可焊性——隨著磷的減少，沉積物變得更可焊

　　熔程——熔程隨著磷含量的降低而增加

　　耐腐蝕性——隨著磷的減少，沉積物的耐腐蝕性通常較差

　　腐蝕保護(hù)——通常，隨著磷含量的降低，腐蝕保護(hù)會(huì)略有下降

　　延伸率——在小于 2% P 和大于 10% P 時(shí)延展性最高

　　磁性傾向——隨著磷含量的降低，沉積物變得更具磁性。

　　控制 EN 浴

　　由于化學(xué)鍍鎳依賴于化學(xué)還原反應(yīng)，因此工藝控制對(duì)于獲得最佳結(jié)果至關(guān)重要。典型的 EN 鍍液比電鍍鍍液對(duì)操作條件更敏感，必須注意將工藝控制在相對(duì)嚴(yán)格的參數(shù)內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。

　　槽齡通常通過金屬周轉(zhuǎn)率 (MTO) 進(jìn)行跟蹤。在以 6 克/升鎳金屬運(yùn)行的 1 升電鍍槽中，每向系統(tǒng)中添加 6 克鎳，就會(huì)發(fā)生一次 MTO。隨著電鍍反應(yīng)的進(jìn)行，會(huì)形成副產(chǎn)物并最終降低電鍍?nèi)芤汉统练e物的性能。在使用硫酸鎳的次磷酸鈉還原浴中，副產(chǎn)物包括硫酸鹽、鈉和正亞磷酸酯。每個(gè) MTO 會(huì)形成大約 45–60 g/L 的反應(yīng)副產(chǎn)物。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，EN 鍍液通常會(huì)持續(xù) 4-10 個(gè) MTO，然后它們的性能會(huì)下降到超出可接受的限度，并且必須丟棄該鍍液。

　　有一些方法可以延長浴槽的使用壽命。一種方法需要通過使用替代鎳源(例如次磷酸鎳或醋酸鎳)來減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生量，這兩種方法都可以消除硫酸鹽并顯著減少鈉的產(chǎn)生量。這些系統(tǒng)運(yùn)行良好，但缺點(diǎn)是鎳鹽的成本較高。也有可用的純化方法，例如“放氣和進(jìn)料”、沉淀和電滲析。

　　幾年前，開發(fā)了一種延長浴槽壽命的新方法。根據(jù)鍍液配方，以 6 g/L 鎳運(yùn)行的典型次磷酸鹽減少 EN 鍍液在補(bǔ)充時(shí)將包含約 120 g/L 的溶解固體。每個(gè) MTO 操作會(huì)增加約 45 至 60 g/L 的溶解固體。減少新溶液中存在的溶解固體的量將導(dǎo)致系統(tǒng)能夠容納更多的反應(yīng)副產(chǎn)物。多年來，在較低金屬濃度下操作一直被用作減少新鍍液中總?cè)芙夤腆w的一種方法。在設(shè)計(jì)為以 3 克/升鎳運(yùn)行的電鍍浴中，溶解的固體溶解物約為 75 克/升，比以 6 克/升運(yùn)行的電鍍浴少約 45 克/升。溶解固體的減少使溶液能夠容納更多的反應(yīng)副產(chǎn)物，導(dǎo)致浴槽壽命延長二分之一到一個(gè) MTO。還有更少的帶出、更少的鎳霧化和潛在的更低的廢物處理成本。

　　可以通過保持準(zhǔn)確的補(bǔ)充記錄、分析正亞磷酸酯濃度或通過測量浴的比重來確定浴齡。

　　鍍液濃度通常通過鎳的分析來控制，因?yàn)殒嚨牡味ㄊ且环N相對(duì)快速、簡單的測試。分析頻率取決于鍍液負(fù)載和電鍍速率。如果常規(guī)添加超過 10% 的活性，則應(yīng)增加分析頻率。理想的操作是穩(wěn)態(tài)條件，以與電鍍消耗的相同速率添加補(bǔ)充化學(xué)品。EN 過程控制得越好，該過程就會(huì)執(zhí)行得越好。

　　應(yīng)檢查還原劑濃度，一般每 MTO 一次。還原劑的消耗率應(yīng)與鎳成正比，但不同的操作變量，例如鍍液濃度、罐裝量、攪拌方法和操作溫度下的閑置時(shí)間量，都會(huì)影響罐中消耗的還原劑量。

　　操作溫度是決定電鍍速度的主要因素。低溫為化學(xué)沉積反應(yīng)提供較少的能量并導(dǎo)致較低的電鍍速率。非常高的溫度會(huì)使鍍液過于活躍，可能導(dǎo)致析出和鍍液普遍不穩(wěn)定。強(qiáng)烈推薦經(jīng)常校準(zhǔn)的自動(dòng)溫度控制器。

　　操作pH值。除了鍍液配方外，操作 pH 值是對(duì)沉積物磷含量影響最大的因素。通常，較高的 pH 值范圍會(huì)導(dǎo)致沉積物中的磷含量較低，而較低的 pH 值會(huì)導(dǎo)致較高的磷沉積物。每次進(jìn)行鎳滴定時(shí)都應(yīng)檢查 EN 鍍液的 pH 值。

　　浴體積。保持電鍍槽的操作水平是一個(gè)關(guān)鍵且經(jīng)常被忽視的控制因素。考慮一個(gè) 50 英寸深的電鍍槽。在 50 英寸水平，溶液處于 100% 的活性并且浴液化學(xué)平衡。

　　一個(gè)負(fù)載被電鍍并消耗 10% 的化學(xué)鍍液。在電鍍過程中，槽的溶液液位下降 5 英寸，或 10%。當(dāng)分析蒸發(fā)的鍍液時(shí)，它會(huì)顯示 6 g/L 的鎳金屬。然而，浴將不平衡。具體而言，穩(wěn)定劑含量低，浴中螯合物的比例將高于正常值。現(xiàn)在鍍液不平衡，低穩(wěn)定劑可能導(dǎo)致鍍液不穩(wěn)定。

　　持續(xù)變化

　　總之，鎳電鑄的環(huán)境和健康立法正在塑造 EN 電鍍的未來，這正在推動(dòng)變革。這些變化可以為新的創(chuàng)新打開大門。任何變革的總體目標(biāo)不應(yīng)僅限于確保環(huán)境合規(guī)，還應(yīng)解決諸如降低運(yùn)營成本和廢物產(chǎn)生、創(chuàng)造更好的工作場所環(huán)境以及利用“更綠色”的流程等問題。