维普资讯 http://www.cqvip.com 战∞ｐ纺织高等专科，子仪，芋报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ 第１ ９卷第４期（总第６６期） ２００２年１ ０月 Ｖｏ１．１ ９，Ｎｏ．４（Ｓｕｍ６６） 文章编号：１００８—５５８０（２ｏ０２）０４—００１—０３ 化学镀镍磷合金及其复合材料的研究状况 林吉曙 （成都纺织高等专科学校基础部，成都６１００２３） 摘要化学镀是材料表面改性技术的重要方法之一。在近２０年中，化学镀镍磷合金的技术 发展迅速，目前正在向功能化方向发展。化学镀复合材料可以显著提高镀层的性能，获得更 为优异的功能。 关键词化学镀Ｎｉ—Ｐ合金镀层复合材料镀层 中图分类号：ＴＧ １７４．４ 文献标识码：Ａ 陶瓷等非金属，通常须经过特殊的预处理，使其表 Ｕ 刖吾 面活化而具有催化作用，才能进行化学镀。 化学镀在材料表面改性技术中占有很重要的 化学镀与电镀比较，具有如下优点：（１）不需 地位。化学镀是利用合适的还原剂使溶液中的金 要外加直流电源设备；（２）镀层致密、孔隙少；（３） 属离子有选择地在经催化剂活化的表面上还原析 不存在电力线分布不均匀的影响，对几何形状复 出成金属镀层的一种化学处理方法。可用下式表 杂的镀件，也能获得厚度均匀的镀层；（４）可在金 示： 属、非金属、半导体等各种不同基材上镀覆。 Ｍ ＋＋２ｅ Ｍ。 然而，化学镀所用的溶液稳定性较差，且溶液 的维护、调整和再生都比较麻烦，材料成本费较 在化学镀中，溶液内的金属离子依靠由还原 高。 剂提供的所需电子而还原成相应的金属。例如， 目前，化学镀镍、铜、银、金、钴、钯、铂、锡，以 在酸性化学镀镍溶液中采用次磷酸盐作还原剂， 它的氧化还原反应过程如下： 及化学镀合金和化学镀复合材料，在工业生产中 已被采用。其中，化学镀镍在化学镀中应用最为 Ｎｉ ＋２ｅ—Ｎｉｏ（还原） 广泛。本文就化学镀镍磷合金及化学镀镍磷基复 （Ｈ２ＰＯ２）一＋Ｈ２Ｏ一（Ｈ２ＰＯ３）一＋２Ｈ ＋２ｅ（氧化） 合材料的研究状况和发展趋势进行综述。 两式相加，就得到全部氧化还原反应： １化学镀镍的研究状况 Ｎｉ ＋（Ｈ２ＰＯ２）一＋ｎ２０ Ｎｉ￣＋（Ｈ２ＰＯ３）一 １８４５年，Ａ．Ｗｕｒｔｚ首先观察到用次亚磷酸盐 ＋２Ｈ 从镍溶液中还原镍的作用，后来许多研究者也研 化学镀溶液的组成及其相应的工作条件必须 究过这种反应。１９４６年，Ａ．Ｂｒｅｎｎｅｒ和Ｇ．Ｅ．Ｒｉｄ— 是：反应只在具有催化作用的制件表面上进 ｄｅｌｌ发明了化学镀，首次得到了完整的Ｎｉ—Ｐ合 行，而溶液本身不应自发地发生氧化还原作用，以 金镀层。２０世纪５０年代初期，出现了许多工艺 免溶液自然分解，造成溶液很快失效。如果被镀 方面的专利，在工艺生产中获得了应用。经过不 的金属（如镍、钯）本身是反应的催化剂，则化学镀 断的研究与探讨，解决了槽液稳定性、再生利用和 的过程就具有自动催化作用，使上述反应不断地 镀覆速率等一系列问题。槽液实现了自动监控和 进行。这时镀层厚度也逐渐增加，获得一定的厚 补给，成本降低，使化学镀镍技术得到迅速发展。 度。除镍外，钴、铑、钯等都具有自动催化作用。 化学镀镍的工艺配方也逐渐得到完善与改进，发 对于不具有自动催化表面的制件，如塑料、玻璃、 展了一系列的酸性、碱性镀液。日本、欧美等国都 收稿日期：２００２—０７—１５ 作者：林吉曙（１９５０一），男，教授，硕士 维普资讯 http://www.cqvip.com ２ 成都纺织高等专科学校学报 ２０Ｏ２年ｌ０月 有定型的商品槽液，而且每年还有新槽液问世，销 材料的性能要求日趋广泛和提高，单一材料将很 售量很大。在美国，１９７９年的销量为１６００～１８００ 难满足要求，复合材料也将很快充满各个行业。 万美元，１９８１年为２１００万美元，１９８６年４亿美元， 复合材料镀层是一种既经济又易于制备的新型功 以后每年大约以１５％～２０％的速率增长。近十 能材料，有很大的应用价值和发展前景。 年来，我国化学镀Ｎｉ—Ｐ的工作也有许多进展，如 国外在２０世纪４ｏ年代就制备出电沉积复合 武汉材料保护研究所的ＨＮ６２５高耐蚀化学镀Ｎｉ 材料镀层，２０世纪６ｏ年代获得工业应用。而采 —Ｐ，航空航天部７０３所的采用，ＩＲ缓冲剂的化学 用化学沉积方式获得复合材料镀层的想法，１９６６ 镀Ｎｉ—Ｐ等。但与国外相比，在镀液类型、镀液稳 年才从西德开始，不久就获得成功。 定性、沉积速度、镀层光亮性及其他表观质量，如 １９７１年起，化学镀复合材料在欧洲达到了生 平整度等方面还有相当大的差距，从而了它 产规模。首先用于生产的化学复合镀层是Ｎｉ—Ｐ 在工业上的推广应用。此外，在对Ｎｉ—Ｐ合金沉 —ＳｉＣ。他们利用化学镀镍层特有的耐蚀性以及 积层的组织结构的研究中，国内主要集中于现象 热处理后的硬化能力，尝试在镀层中再复合ＳｉＣ 的研究，而对其沉积机制，即Ｐ含量不同时为什么 微粒，进一步提高镀层的硬度耐磨性，实验结果证 会具有不同的组织结构这一普遍存在的现象的微 明了预期的正确性。盐雾试验结果还表明，同样 观机制以及时效过程中晶化反应的微观机制研究 厚度的化学镀层与化学复合镀层的抗蚀性是相同 较少。因此，从事化学镀镍方面研究工作的科研 的。为了改善化学复合镀层的性能，近年来还出 人员应对这几方面进行重点研究，尽快弥补国内 现了复合相为ＡＪ：０，、金刚石、氟化碳、阿Ｅ弥菜 在这些理论及实际应用中的不足。 化学镀镍已经由简单的装饰发展成为成熟的 型及Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ等合金型的Ｎｉ—Ｐ复合镀层。 表面强化与防护技术。随着工业的迅速发展，化 另外，以硼氢化物为还原剂可制得含硼化学镀镍 学镀镍层向着功能化方面发展：（１）通用化学镀镍 层，以Ｎｉ—Ｂ为基的各种化学复合镀也正受到人 层。在镀速１０～２５ｔ￣／ｈ的镀液中，可以获得５％ 们的重视。目前，国外已发展出多种复合材料镀 ～１０％Ｐ含量的镀镍层。再通过调整镀液，使镀 液。不过，与化学镀一样，仍以Ｎｉ—Ｐ为基的复合 层的硬度、耐磨性和抗蚀性、润滑性得到一个最佳 镀液发展最快。随着对复合材料镀层的研究发 配合；（２）高磷化学镀镍层。随着磷含量的提高， 展，越来越多的金属或合金可用作复合镀层的基 化学镀镍层的稳定性增加，高磷化学镀镍层具有 质。纯金属常用的有Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ等，还有Ｐｂ、Ｓｎ、 更优良的抗腐蚀性能，可以用于石油化工、医药等 鲰等软金属；以Ｎｉ为基的二元铝合金镀层有Ｎｉ —行业，用以替代不锈钢、高合金钢等贵重材料，以 Ｃｏ、Ｎｉ—Ｃｕ、Ｎｉ—Ｆｅ、Ｎｉ—ｗ等，能比纯金属镀层 解决设备的腐蚀防护问题。并可降低成本和节约 基质发挥更大的性能潜力。当然，化学镀Ｎｉ—Ｐ 材料；（３）多元合金镀层。该类镀层比镍磷镀层具 合金作为基质仍是近年来复合镀研究的热点。总 有更好的耐腐蚀性，而且抗盐喷和点蚀能力强。 之，作为复合镀层的基质金属或合金应满足下列 其中，三元和四元合金由镍磷（或镍硼）及其他合 要求：基质金属或合金应易于镀覆，工艺稳定，在 金成分组成。另外，多元合金镀层具有很高的抗 镀层能够满足性能要求的前提下，尽量节省贵重 磁力，可用于制造高密度的磁记录元件。由于该 材料，使用廉价的材料作为基质，或者采用金属镀 类镀层还可在铝等轻质基材上获得，所以在工业 层来代替部分贵重材料。在要求强化性能更高 上将会有广泛的应用；（４）ＥＭＩ／ＲＦＩ（电磁干扰／射 时，可选用能产生沉淀硬化的合金镀层，它可使复 频干扰）防护镀层。镍磷镀层用于ＥＭＩ／ＲＦＩ防护 合镀层具有更高的硬度和耐磨性。选择的基质可 特性好的场所，比喷锌、气相沉积处理等工艺优 在热处理过程中，与粒子发生反应，以阻碍镀层的 越。据估计，美国每年约有１８．６×ｌＯ６ｒｎ２的塑料 软化，提高复合镀层的热稳定性。经过这些年的 盒或其他壳罩需要ＥＭＩ／ＲＦＩ防护。采用化学镀双 研究，用于复合镀层的不溶性固体颗粒的种类也 金属层可达到防护效果。这在电子工业和仪表行 大大地扩展了。除原来使用过的氧化物、碳化物、 业有着很大的应用潜力，值得推广。 氮化物之外，几乎所有类型的陶瓷颗粒、各种金属 ２化学复合镀的研究状况 粉末、树脂粉末以及石墨、Ｍ０Ｓ２、聚四氟乙烯、金钢 石等均可作为共沉积的颗粒。对复合粒子的要求 随着宇航、电子、机械等工业的迅速发展，对 是：除满足镀层的性能外，还应具备高的化学稳定 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 林吉曙：化学镀镍磷合金及其复合材料的研究状况 ３ 性，对镀液不会产生污染等毒害作用（不指镀液稳 液控制等方面还有相当的差距，尤其在实际应用 定性），微粒本身或所添加的表面活性剂都易于水 上，更需花大力气。目前，我国应提高化学复合镀 合润湿、分散；粒子复合后不仅不损害基质镀层的 层的技术及其产品的制备和性能，并在工业上广 力学性能，还能进一步发挥基质的性能潜力。此 泛推广使用。 外，还要选择微粒尺寸。因为微粒尺寸不仅影响 到镀层的特性，还要涉及到复合镀层的厚度。 ３结束语 国外在２０世纪８０年代就成立了复合镀联合 ３．１化学镀是材料表面改性技术的主要方法之 研制中心以进一步开拓和发展复合材料镀层的品 一，在工业生产中已被广泛采用。化学镀镍在化 种、性能与应用。国内在电沉积复合镀层方面做 学镀中的应用最为广泛。 过不少工作，主要研究了一些装饰性复合镀层、耐 ３．２近２０多年来，化学镀镍技术发展迅速，已由 磨复合材料镀层、自润滑减摩复合材料镀层等。 简单的装饰功能向表面强化、表面防护等功能方 化学复合镀研究工作也有了一定基础，但主要工 向发展。 作都集中于耐磨复合镀层、自润滑减摩复合镀层， ３．３化学镀镍磷合金及其复合材料可以显著提 而对于其他一些功能性复合镀层如既能耐磨又同 高镀层的性能和获得更为优异的功能。复合镀层 时能减摩的复合材料镀层的研究很少，可是很多 的复合相或第二相不溶性固体粒子，对镀层的性 工况条件都急需这种双重功能的复合材料。此 能和功能有很大的影响。 外，镀液使用寿命较短，致使其成本较高，应用于 ３．４化学镀的镀液稳定性、镀层Ｎｉ—Ｐ合金的沉 工业中受到。总之，与国外的同类技术相比， 积机制、复合镀镀层耐磨减摩双重功能性等课题 国内的研究工作在镀层品种、性能开发应用和镀 还需进一步研究。 Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ Ｎｉｃｋｅｌ——Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ａｌｌｏｙ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｄｅｐｏｓｉｔ Ｌ．ｍ Ｊｉ—ｓｈｕ （Ｄｅｐｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｕｍａｎｉｓｔｉｃ Ｓｏｃｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｂａｓｉｃ Ｃｏｕｒｓｅｓ，６ １ ００２３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｐｌａｔｉｎｇ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａ１．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ２０），ｅａｒｓ，ｔｈｅ ｔｅｃｌｍｏｌｏｇｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｍｌｅｓｓ Ｎｉｃｋｅｌ—Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｄｅｐｏｓｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｆａｓｔ ａｎｄ ｉｓ ｇｏｉｎｇ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｏｗａｒｄｓ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｄｅｐｏｓｉｔ ｍａｙ ｎｏｔａｂｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｄｅｐｏｓｉｔ ｎａｄ ｏｂｔａｉｎ ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｐｌａｔｉｎｇ，Ｎｉｃｋｅｌ—Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｌｌｏｙ ｄｅｐｏｓｉｔ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｄｅｐｏｓｉｔ
