黄铜基体化学镀Ni-P合金工艺优化研究

摘要

化学镀镍是一项已获得广泛应用的无电沉积方法，同电沉积相比，它有操作简便、设备条件要求低、镀层均匀等优点，其发展势头迅猛，前程未可限量。因此，对化学镀镍的研究和开发具有重要意义。 在铜、黄铜材料表面上实施化学沉积，必须先对基体进行诱发。本文通过大量实验，对几种诱发材料与过程进行分析，研究确定了简便有效的诱发方法，以及与之相匹配的化学镀Ni-P合金溶液优化配方和工艺条件，讨论了各工艺参数对镀速的影响，并对铜及黄铜基体上得到的Ni-P沉积层进行了性能和结构分析，得到外观光亮完整、结合力强、硬度高的镀层。X-ray衍射分析研究表明，所得镀层为非晶态Ni-P合金，在350～400℃左右热处理可转化为晶态，这满足我们对产品的性能质量要求，可以取代原工艺中的进口的化学镀镍溶液。 为进一步研究反应机理，本文采用适当的原子簇模型，通过量子化学计算及Sanderson电负性分析对黄铜中的电子分布规律及铜锌电负性进行了探讨。结果显示黄铜中铜锌原子间存在一定的电子“均分”趋势，使铜锌原子间存在一定的成键作用，可以将Sanderson等人提出的“电负性均衡原理”有条件地推广到黄铜这类合金体系中，正是这种铜锌形成合金时所产生的电负性均衡，使得黄铜中的铜锌与单质状态下的铜锌相比，在化学性质上发生了差异，且增强了黄铜的稳定性，限制了黄铜中的锌在镀液中渗出。 化学镀反应在活性表面上发生，金属表面的活性取决于金属表面的性质、还原剂及还原剂与金属表面的作用方式三个要素。本文针对目前有关化学镀镍机理研究中的一些可能的化学反应步骤提出了自己的看法，对有关实验现象作出的解释与实验现象基本相符。

目录

文摘

英文文摘

1前言

1.1化学镀镍发展概况

1.2化学镀镍特点、应用及展望

1.2.1化学镀镍的特点

1.2.2化学镀镍合金的应用

1.2.3化学镀镍合金的应用展望

1.3化学镀镍条件

1.3.1化学镀镍与基底材料

1.3.2化学镀镍镀液

1.4化学镀镍机理

1.4.1化学镀Ni-P合金机理

1.4.2化学镀Ni-B合金机理

1.4.3肼作还原剂机理

1.5影响化学镀镍的因素

1.5.1镍离子的影响

1.5.2次磷酸根离子的影响

1.5.3络合剂的影响

1.5.4稳定剂的影响

1.5.5温度的影响

1.5.6 pH的影响

1.6问题与探索

1.6.1问题

1.6.2研究方法

2实验部分

2.1实验设计

2.1.1实验目标

2.1.2实验方法

2.1.3质量控制与检验

2.2铜及黄铜基体化学镀Ni-P合金实验

2.2.1基体组成与前处理

2.2.2黄铜脱锌实验

2.2.3铜及黄铜基体表面的活化及诱发

2.2.4铜及黄铜基体化学镀Ni-P合金镀液配方及工艺

2.2.5热处理时效强化

2.2.6镀液配方的优化

2.2.7补充实验：测量丁二酸对沉积速度的影响

3实验结果与讨论

3.1黄铜脱锌实验的结果与分析

3.1.1黄铜脱锌实验结果

3.1.2黄铜脱锌结果分析

3.2铜及黄铜基体活化实验的结果与分析

3.2.1几种活化或诱发处理方法的比较

3.2.2原电池诱发法的结果与分析

3.3化学镀Ni-P合金实验结果与分析

3.3.1正交实验极差分析

3.3.2镀液配方优选

3.4施镀工艺条件对镀速及镀层磷含量的影响

3.4.1诱发时间的影响

3.4.2温度的影响

3.4.3镀液pH值的影响

3.4.4镀液装载量的影响

3.4.5搅拌的影响

3.5溶液组成对化学镀Ni-P合金的影响

3.5.1主盐与还原剂的影响

3.5.2有机酸的作用

3.5.3稳定剂的影响

3.5.4缓冲剂的影响

3.6镀液老化的影响

3.7热处理时效强化实验结果与分析

3.7.1热处理时效强化的主要理由

3.7.2热处理与镀层磷含量的关系

3.7.3热处理温度对镀层便度和耐磨性的影响

3.7.4热处理时效强化的缺点

3.8镀液和镀层的评价

3.8.1镀液的稳定性

3.8.2镀层的质量和结构

4铜及黄铜基体化学镀Ni-P合金的机理研究

4.1黄铜基体

4.1.1金属铜、锌的参数

4.1.2黄铜的结构分析

4.1.3黄铜中的杂质元素

4.2黄铜基体化学镀镍的反应机理

4.2.1研究化学镀镍机理的方法

4.2.2化学镀镍的历程探讨

4.2.3化学镀镍的反应步骤

4.2.4对铜及黄铜基体化学镀Ni-P合金中实验现象的解释

5结论与展望

致谢

参考文献