新型Ni-P合金镀层材料的研究进展

来源：核心期刊咨询网核心期刊论文2013-11-15 14:241

摘要：摘 要：通过对温度、pH值、搅拌方式等工艺参数在Ni-P合金镀层和Ni-P-PTFE（聚四氟乙烯）复合镀层中粒子分布和含量的影响，对化学镀层的重要性能，特别是耐磨性和耐腐蚀性进行了研究，总结了近年来国内外在化学镀层方面的发展情况，并对Ni-P-PTFE复合镀层和Ni

　　摘　要：通过对温度、pH值、搅拌方式等工艺参数在Ni-P合金镀层和Ni-P-PTFE（聚四氟乙烯）复合镀层中粒子分布和含量的影响，对化学镀层的重要性能，特别是耐磨性和耐腐蚀性进行了研究，总结了近年来国内外在化学镀层方面的发展情况，并对Ni-P-PTFE复合镀层和Ni-P合金镀层前景进行了展望。
　　关键词：Ni-P合金镀层；Ni-P-PTFE复合镀层；耐磨耐腐蚀；研究进展

　　引  言
　　磨损和腐蚀是材料消耗的主要根源之一，其产生的具有不可避免性，因此研发耐磨耐腐蚀材料，是目前需要探讨的重要课题之一。在生活中，用带色彩的化学镀层来装饰生活，已经是人们期望，从而出现了彩色化学镀层材料。随着工业的发展，设备的环境日趋苛刻，对化学镀层的适应性提出了更高要求[1]。近年来，新型化学镀层材料在新工艺、新技术的研究和应用方面均取得重大进展，尤其是合金镀层在现代工业生产中有相当大的实用价值，利用合金镀层可以生产一些其它的方法所不能生产的特殊零件，如化学镀镍磷钨、化学镀钴磷等零件已被广泛使用[2]。
　　在探索和开发合金镀层方面，人们已取得了明显效益。如将传统的镍镀层改成镍元素与其它元素形成的合金镀层，不仅可以大量节省昂贵的镍，还可以提高材料的耐磨性能和耐腐蚀性，从而延长使用寿命，这在国内外已被大面积推广和应用。为推动对我国新型耐磨耐腐蚀彩色化学镀层材料的进一步深入利用和开发，本文对Ni-P合金化学镀层和Ni-P-PTFE化学复合镀层进行介绍，为综合利用新型耐磨耐腐蚀彩色化学镀层材料提供一定的理论参考。

　　1  Ni-P合金镀层的研究
　　随着工业材料性能要求越来越高，单金属镀层逐渐不能适应工业发展的要求，这对具有各种特性的合金镀层赋予很大的希望，并对功能性合金镀层进行大量的、深入的研究并取得重大进展，已发展成为以功能性化学镀层为中心的表面处理工艺。目前使用的化学镀层合金有锡镍合金、镍磷合金、镍铜磷合金和镍铁合金等，它们具有很好的耐磨、耐腐蚀性，适用于各种材料的复杂零件的施镀。
　　1.1  Ni-P合金的工艺条件及其影响
　　1.1.1  镀液稳定性能的影响
　　镀液的稳定性是指镀液抵抗外来杂质或工艺条件变化等因素的干扰而不发生自然分解的能力[3]。由于化学镀镍本身处于热力学不稳定状态，一旦镀液中存在有催化效应的金属微粒，尤其是镍微粒存在时，将导致溶液发生自分解反应，使镀液失效[4]。为了抑制镀液的自分解反应，常加入一定量的稳定剂。但稳定剂的加入会降低镀液沉积速度，所以稳定剂不宜多加，这样既可使镀液稳定，而且保持了较高的沉积速度。在化学镀镍中加入的稳定剂一般是不饱和的羟基羧酸，以防止含磷物质被氧化，同时可防止氢氧化物沉淀产生。
　　1.1.2  镀液pH值的影响
　　镀液pH值对镀层工艺的影响很大，是工艺参数中必须严格控制的重要参数。镀液pH值随时间的增长而上升，镀液pH值增加，使Ni-P合金中含磷量下降，影响镀层性能；镀液pH值还影响沉积速度，在镀Ni-P合金的过程中，随着pH值的升高，沉积速度明显上升；当pH值小于3时，沉积速度很慢；当pH值在4.5～5.0时，沉积速度最快；当值大于5.0时，沉积速度迅速下降。因此，pH值应控制在4.5～5.0之间，所得镀层外观光亮，含磷量变化小[5]。
　　1.1.3  温度的影响
　　在Ni-P合金镀层中，施镀温度是影响Ni-P合金沉积速度的重要因素之一。当温度升高时，沉积速度加快，镀层的厚度越来越厚；但温度过高，则可能影响镀液的稳定性，从而影响镀层质量，镀层的厚度变化也太快。因镀层的颜色受镀层厚度的影响，镀层色彩会变化很快，不易控制[6]。因此，施镀时应选择合适的温度。化学镀Ni-P合金过程是一个吸热过程。当温度低于70℃时，沉积速度很慢；升高温度，沉积速度明显加快；当温度升至90℃左右时，沉积速度达最大；继续升高温度时，镀液稳定性能降低，溶液变浑浊，沉积速度下降。因此，温度一般应控制在88℃～90℃之间[4]。
　　1.1.4  搅拌速度的影响
　　搅拌速度在一定程度上影响沉积速度和着色速度。镀层表面的液体可分靠近基体和远离基体两部分。由于靠近基体的部分液体流速较慢，所以搅拌有利于初始吸附。如果搅拌速度太慢或不搅拌，会使镀液成分分布不均匀，不利于粒子在基体表面的聚集，从而影响镀层效果；如果搅拌速度太快或采取的搅拌方式不正确，会使基体周围环境破坏，从而使粒子的吸附变困难，并且成色会不均匀，容易形成杂色，影响镀层颜色。因此，应严格控制搅拌速度。
　　1.1.5  络合剂的影响
　　在化学镀Ni-P过程中，为了防止镀液中生成沉淀，需加入适当的络合剂生成镍的络合物来降低游离镍离子浓度。络合剂的种类和用量对镀液的沉积速度有显著影响。络合剂除能提高镀液中镍离子的缓冲能力，增加镀液的稳定性外，还能降低镍离子的还原活化能和提高自动催化能力，从而提高沉积速度。