化學(xué)鍍演講PPT課件

-,1,表面處理技術(shù)化學(xué)鍍鎳,-,2,南昌航空大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院070125班蔡劍,化學(xué)鍍,化學(xué)鍍的工藝條件,化學(xué)鍍鎳的機(jī)理,鍍鎳溶液中的成分及作用,化學(xué)鍍的概述,PCB中的鍍鎳工藝,-,3,南昌航空大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院070125班蔡劍,西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院蔡劍、趙遠(yuǎn)興,化學(xué)鍍的基本原理化學(xué)鍍不依賴外加電流，僅靠鍍液中的還原劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，在金屬表面的催化作用下使金屬離子不斷沉積于金屬表面的工藝方法叫化學(xué)鍍。由于化學(xué)鍍必須在具有自催化性材料表面進(jìn)行，因而化學(xué)鍍又稱“自催化鍍”。由置換反應(yīng)或其他化學(xué)反應(yīng)，而不是自催化還原反應(yīng)而獲得金屬鍍層的方法，不能稱之為化學(xué)鍍?；瘜W(xué)鍍過程中，還原金屬離子所需的電子由還原劑Rn+供給，電子轉(zhuǎn)移情況可表述為：Rn+R（n+z）+zeMez+zeMe,化學(xué)鍍概論,-,4,進(jìn)行化學(xué)鍍時(shí)采用的裝置如下圖所示：,玻璃棒,化學(xué)鍍裝置圖,化學(xué)鍍概論,-,5,-,6,-,7,化學(xué)鍍鎳,化學(xué)鍍鎳化學(xué)鍍鎳的機(jī)理化學(xué)鍍鎳是用還原劑把溶液中的鎳離子還原沉積在具有催化活性的表面上。對(duì)于化學(xué)鍍鎳的機(jī)理，目前尚無統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，主要有原子氫態(tài)理論、氫化物理論和電化學(xué)理論等三種理論模型，而且不同的還原劑，反應(yīng)方式也不相同。這里以次磷酸鈉為例，介紹三種理論的反應(yīng)機(jī)理。,-,8,3.2.1.1原子氫態(tài)理論1）次磷酸根離子H2PO2-在有催化劑存在時(shí)，會(huì)釋放出具有很強(qiáng)活性的原子氫：H2PO2-+H2OH2PO32-+H+2H2）初生態(tài)的原子氫吸附在催化金屬表面從而還原鎳離子：Ni2+2HNi+2H+3）與此同時(shí)有磷被還原出來：H2PO2-+HH2O+OH-+P4）原子態(tài)氫還會(huì)結(jié)合氫氣放出：2H+H2,化學(xué)鍍鎳,-,9,化學(xué)鍍鎳溶液的成分組成1、主鹽2、還原劑3、絡(luò)合劑4、緩蝕劑5、穩(wěn)定劑6、加速劑7、光亮劑和潤濕劑,化學(xué)鍍鎳,-,10,主鹽鎳鹽為鍍液的主鹽，可提供鎳離子的鹽有硫酸鎳（NiSO47H2O）、氯化鎳（NiCl26H2O）、醋酸鎳（Ni（CH3COO）2）硫酸鎳價(jià)格低，純度高，是最常用的鎳鹽。,化學(xué)鍍鎳,-,11,還原劑化學(xué)鍍鎳所用的還原劑有次此磷酸鈉（Ni-P合金鍍層）、硼氫化鈉（Ni-B合金鍍層）及肼（純鎳鍍層）等幾種，在結(jié)構(gòu)上他們的共同特征是含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的活性氫原子，還原Ni2+就是依靠還原劑的催化脫氫進(jìn)行的?；瘜W(xué)鍍鎳中，多數(shù)使用次磷酸鎳為還原劑，因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉，鍍液容易控制，而且Ni-P合金鍍層性能優(yōu)良。次磷酸鈉在水中易溶解，是一種強(qiáng)的還原劑。研究表明，只有在絡(luò)合劑比例適當(dāng)條件下，次磷酸鹽濃度變化對(duì)沉積速度才有影響。隨次磷酸鹽濃度增加，鎳的沉積速度上升。但此磷酸鹽的濃度不宜過高，一般為20-40g/L。否則容易造成鍍層粗糙，甚至誘發(fā)鍍液瞬時(shí)分解。,化學(xué)鍍鎳,-,12,絡(luò)合劑化學(xué)鍍鎳中絡(luò)合劑除了能控制可供反應(yīng)的游離Ni2+濃度外，還能抑制亞磷酸鎳沉淀的產(chǎn)生，提高鍍液穩(wěn)定性，延長鍍液壽命，有些絡(luò)合劑還兼有緩沖劑和促進(jìn)劑的作用，可以提高鍍液的沉積速度。通常每種鍍液都有一種主絡(luò)合劑，配以其他的輔助絡(luò)合劑，不同種類的絡(luò)合劑及不同的絡(luò)合劑用量，對(duì)化學(xué)鍍鎳的沉積速度有很大的影響。所以合理選擇絡(luò)合劑及其用量不僅可在同樣條件下獲得更高的鍍層沉積速度，而且可以使鍍液穩(wěn)定，使用壽命延長。一般絡(luò)合劑的濃度只是能絡(luò)合全部鎳離子，若絡(luò)合劑濃度不足以絡(luò)合全部的Ni2+，以致溶液中游離的Ni2+的濃度過高時(shí)，鍍液的穩(wěn)定性下降，鍍層的質(zhì)量變差。當(dāng)絡(luò)合劑濃度過大時(shí)，會(huì)促使絡(luò)離子的離解平衡向左移動(dòng)，使Ni2+以極其穩(wěn)定的螯合物形式存在，使得鎳離子不易被還原成鎳，從而降低了沉積速度。,化學(xué)鍍鎳,-,13,緩蝕劑在化學(xué)鍍鎳反應(yīng)過程中，除了有鎳和磷的析出外，還有氫離子產(chǎn)生，從而導(dǎo)致溶液的pH值不斷降低，這不但使沉淀速度變慢，也對(duì)鍍層質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此，在化學(xué)鍍鎳溶液中必須加入緩蝕劑，使溶液具有緩沖能力，使得在施鍍過程中溶液pH值不致變化太大。,化學(xué)鍍鎳,-,14,穩(wěn)定劑化學(xué)鍍鎳溶液是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，在施鍍過程中，如因加熱方式不當(dāng)導(dǎo)致局部過熱，或因鍍液調(diào)整補(bǔ)充不當(dāng)導(dǎo)致局部pH值過高，以及因鍍液被污染或缺乏足夠的連續(xù)過濾導(dǎo)致雜質(zhì)的引入或變形等，都會(huì)觸發(fā)鍍液在局部發(fā)生激烈的自催化反應(yīng)，產(chǎn)生大量Ni-P黑色粉末，從而使鍍液在短期內(nèi)分解，因此鍍液中應(yīng)該加入穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑的作用在于抑制鍍液的自發(fā)分解，使施鍍過程在控制下有序進(jìn)行。穩(wěn)定劑能優(yōu)先吸附在微粒表面抑制催化反應(yīng)，從而掩蔽催化活性中心，阻止微粒表面的成核反應(yīng)，但不影響工件表面正常的化學(xué)鍍過程。穩(wěn)定劑不能使用過量，過量后輕則降低鍍速，重則不再起鍍。,化學(xué)鍍鎳,-,15,加速劑在化學(xué)鍍鎳溶液中能提高鎳沉積速度的成分稱為加速劑。它的作用機(jī)理被認(rèn)為是活化次磷酸根離子，促進(jìn)其釋放原子氫?；瘜W(xué)鍍鎳中許多絡(luò)合劑兼有加速劑的作用。無機(jī)離子中的F-是常用的加速劑，但必須嚴(yán)格控制用量，若用量過大不僅會(huì)降低沉積速度，還會(huì)對(duì)鍍液穩(wěn)定性有影響。其他組分在化學(xué)鍍鎳溶液中，除了以上主要成分外，有時(shí)還加入表面活性劑以抑制鍍層針孔，加入光亮劑以提高鍍層光亮度。,化學(xué)鍍鎳,-,16,化學(xué)鍍鎳的工藝條件鍍液化學(xué)成分的影響因素有溫度、PH值、攪拌、循環(huán)過濾、不同的基材溫度的影響鍍液溫度對(duì)于鍍層的沉積速度、鍍液的穩(wěn)定性以及鍍層的質(zhì)量均有重要影響。鍍速隨溫度升高而加快，一般當(dāng)溫度每升高10，沉積速度就加快一倍。若鍍液溫度過高，又會(huì)使鍍液不穩(wěn)定，溶液發(fā)生自分解。溫度除了影響鍍速外，還影響鍍層質(zhì)量。溫度升高、鍍速快，鍍層磷含量下降，鍍層的應(yīng)力和孔隙率增加，耐蝕性能降低。,化學(xué)鍍鎳,-,17,pH值的影響pH值對(duì)鍍液、工藝以及鍍層的影響很大，它是工藝參數(shù)中必須嚴(yán)格控制的重要因素。在酸性化學(xué)鍍鎳過程中，pH值對(duì)沉積速度以及鍍層含磷量具有重大影響。隨pH值上升，鎳的沉積速度加快，同時(shí)鍍層的含磷量降低。pH值變化還會(huì)影響鍍層中應(yīng)力分布，pH值高的鍍液得到的鍍層含磷低，表現(xiàn)為拉應(yīng)力，反之，pH值低的鍍液得到的鍍層含磷高，表現(xiàn)為壓應(yīng)力。裝載量的影響鍍液裝載量是指工件施鍍面積與使用鍍液體積之比?；瘜W(xué)鍍鎳施鍍時(shí)，裝載量對(duì)鍍液穩(wěn)定性影響很大，一般鍍液的裝載量在0.5-1.5dm2/L。裝載量過大，即催化表面過大，則沉積反應(yīng)劇烈，易生成亞磷酸鎳沉淀而影響鍍液的穩(wěn)定性和鍍層性能；裝載量過小，鍍液中微小的雜質(zhì)顆粒會(huì)成為催化活性中心而引發(fā)沉淀，容易導(dǎo)致鍍液分解。,化學(xué)鍍鎳,-,18,攪拌的影響對(duì)鍍液進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄嚢钑?huì)提高鍍液穩(wěn)定性及鍍層質(zhì)量。首先攪拌可以防止鍍液局部過熱，防止補(bǔ)充鍍液時(shí)局部組分濃度過高，局部pH值劇烈變化，有利于提高鍍液的穩(wěn)定性。另外，攪拌加快了反應(yīng)產(chǎn)物離開工件表面的速度，有利于提高沉積速度，保證鍍層質(zhì)量，鍍層表面不易出現(xiàn)氣孔等缺陷。但是過度攪拌容易造成工件局部漏鍍，并使容器壁和底部沉積上鎳，嚴(yán)重時(shí)甚至造成鍍液分解，另外攪拌方式和強(qiáng)度還會(huì)影響鍍層的含磷量。,化學(xué)鍍鎳,-,19,化學(xué)鍍液老化的影響化學(xué)鍍鎳溶液有一定的使用壽命，鍍液壽命以鍍液的循環(huán)周期來表示，即鍍液中全部Ni2+耗盡和補(bǔ)充Ni2+至原始濃度為一個(gè)循環(huán)周期。隨著施鍍的進(jìn)行，不斷補(bǔ)加還原劑，HPO32-濃度越來越大，到一定量以后超過NiHPO3溶解度，就會(huì)形成NiHPO3沉淀，雖然加入絡(luò)合劑可以抑制NiHPO3沉淀析出，但隨著周期性的延長，即使存在大量的絡(luò)合劑也不能抑制沉淀析出，鎳沉積速度急劇下降，鍍層性能變壞，此時(shí)說明鍍液已經(jīng)達(dá)到壽命。,化學(xué)鍍鎳,-,20,正如上面提到的，化學(xué)鍍鎳液在使用過程中，鍍液成分不斷消耗，pH值不斷變化，為保證化學(xué)鍍鎳工藝正常進(jìn)行以及穩(wěn)定的鍍層質(zhì)量，對(duì)鍍液的補(bǔ)加和維護(hù)時(shí)十分必要的?；瘜W(xué)鍍鎳液的維護(hù)管理主要是指在使用過程中，保持鍍液施鍍溫度和調(diào)整pH值，隨時(shí)補(bǔ)加鍍液成分，及時(shí)清除沉淀物和污染物等，以維持鍍液的最佳工作狀態(tài)。一般鍍液自發(fā)分解的主要原因是：鍍液中存在具有催化活性的雜質(zhì)微粒；鍍液局部過熱；局部pH值過高；局部還原劑濃度過高以及鍍液組分失衡等。實(shí)際